山核桃采摘机周杭超全解

山核桃采摘机

周杭超2111302120 一、研究背景和意义

野生山核桃为胡桃科山核桃属，为中国特有的干果和木本油料树种，是山核桃属中经济价值最高且大量栽培的3个种之一，多生长在海拔200~600 m湿润的山林中。目前中国山

hm，主要分布在浙江的临安、淳安、桐庐和安徽的宁国、绩溪核桃种植面积约有8.71万2

等地。其中浙江省临安市、淳安县和安徽省宁国市的山核桃产量接近全国的90% ,据估计，全国山核桃产业总产值约为30亿元,2011年浙江省山核桃总产值超过25亿元。山核桃不但具有丰富的营养价值和保健作用，还被应用在饲料加工和建筑材料等领域。

但是山核桃树一般高20多米，生长在比较陡峭的山上，平均坡度在25度左右，有的甚至达35至45度，很难通过机械方法进行采收，至今当地农民主要还是采取原始的方法——爬到树上用竹竿打，这极易造成意外。临安市每年因山核桃采摘事故造成的死伤悲剧却不断在上演。2004年，共有7人在采摘山核桃过程中死亡，108人受伤；到了2006年这一数字上升为16人死亡200多人受伤；而到2009年，开摘仅8天即有9人死亡。这一组组血淋淋的数据，无时不刻地拷问着当地的山核桃产业。

图1 工人采摘

鉴于上述的社会背景，所以设计山核桃采摘装置，通过机械的方式来进行采摘作业，以减少人员的伤亡，提高劳动效率，减少经济的损失，使得山核桃产业能够更健康持续发展。

二、国内外研究现状

山核桃采摘装置的研究主要有人工采摘装备的研究，旋转敲打摘果器研究，机械振动采摘机研究。

2.1人工采摘装备的研究

人工采摘的装备主要有爬树器、安全带和蜈蚣梯等。

2004年浙江淳安山核桃协会研制出“山核桃安全采摘安全带”。该安全带利用蹦极原理，可承受2000kg的拉力，意外坠落时能使人悬挂于空中，减少伤亡事故。2012年陈常威与浙江大学合作，研制一种TZC-05型果实采摘装置(图2-1)。这款新产品的绳索借鉴了汽车安全带的特点，采摘时基本感觉不到操作束缚，而一旦感应-到瞬间坠落的冲击力，防坠器会瞬间锁死安全绳，防止人员摔到地而上。

图2-1 山核桃安全采摘带

挪威研制的组合式采种梯，由多段铝合金制成，高度可达到27 m，该梯组合与分解非常方便[1]。国内有方勤敏等[2]研究设计的1STZ-25型上树采种(果)设备，可适应山核桃采摘。该设备利用插入联结原理做成组合梯，可将梯身架设至所需的采种位置，采用可调节的定位支撑和可摆动小角度的梯身联接机构，具有更强的适应性。

1989年曹双喜等[3]发明的水果采摘梯（图2-2），该梯由3根立柱组成三角架，1根立柱作为主梯，主梯两边带有向上倾斜的豁口，可利用带挂钩的脚蹬及折叠椅，随意上下采摘果实。

图2-2 水果采摘梯

2011年大姚亿利丰农产品有限公司发明的核桃采摘装置，其由剪枝装置和储果箩构成，操作柄、伸缩杆和剪具构成剪枝装置，操作柄的活动拉手与剪具的活动刀片之间通过拉杆连接，拉杆位于伸缩杆内部，操作柄的活动拉手与固定拉手之间连接有弹性装置，剪具的固定刀片与活动刀片之间通过销轴连接，储果箩通过挂绳挂在剪具上。

图2-3 核桃采摘机

2.2旋转敲打摘果器研究

旋转敲打摘果器包括动力源、伸缩杆、传动轴、采摘头等，通过各种动力驱动传动轴，进而带动采摘头运动，依靠采摘头上工作件的冲击力敲落山核桃、银杏、香框等坚果。只是组成的布置形式和结构不同而已。国内20世纪70年代就研制出手持电动采果器，近几年许多研究人员在采摘头旋转运动方式上取得了研究成果。如2009年雷泽民等[4]研制了采摘头摆动运动方式的采摘器(图2-3), 配以振动盘，垂直于振动盘设置多个平行的振动杆，振动盘、振动杆成一整体，以及使上述整体上下升降的升降机构、使上述整体摆动的驱动机构的采摘装置，实现了采摘的机械化，可代替人工，操作简便、高效。

图2-3 枸杞采摘装置

2009年雷泽明发明的果实采摘机（图2-4），该采摘机包括采摘头、带动采摘头摆动的驱动装置，其特征在于安装在壳体内的驱动装置为平面连杆机构，该平面连杆机构中的曲柄与可旋转安装在壳体内的输入轴上端固定相连，输入轴下端通过软连接与电机相连，平面连杆机构中的摇杆与采摘头相连。采摘时，将采摘头插入构祀或沙棘的枝条中，通过梳状采摘头的摆动，将成熟果实摇下，落入收集装置中，提高了果实的采摘效率。

图2-4 果实采摘机

2012年柴秀洪等研发了多功能坚果采摘机，其主要由自动感应负载变频发电机、可调节伸缩特种材质管、阻尼式采打机械头及放线器组成，所述主拍打电机通过软硬轴动力传动组件与人工仿真拍打器连接，所述单轴双向自动伸缩器通过钢丝分别与升降辅助机构和软硬

轴动力传动组件连接。调节高度为4.0~13.5 m，可360度任意旋转，且具有自动保护电路功能。

图2-5 多功能坚果采摘机

2012年浙江农林大学的张蔚发明的击打式山核桃采摘机（图2-6），包括一底板、一安装于该底板上的动力源、一采摘传动机构、一制动机构、及一击打装置。

图2-6 击打式山核桃采摘机

2.3机械振动采摘机研究

机械振动采摘机的工作原理是通过机械自动振动果树的树干使要收获的熟鲜果品抖落，类似甩鞭时，鞭梢部分移动的速度可以超过声速，细枝犹如鞭子，树梢上的果子便可抖落下来。20世40年代中期美国开始研究振摇式采摘机械，用来采摘胡桃和杏等果实，到50年代中期，出现了拖拉机驱动的振摇采摘机[5]。目前国外所采用的核桃采摘机具主要是美国、加拿大和澳大利亚生产的振动落果机[6,7](图2-7)）。中国20世纪70年代也研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山碴采果机。东北林业大学研制了由集材拖拉机驱动的振动式采种机(图2-8)，由于消耗功率大，而且对树木损伤很大，在生产部门没得到推广使用。

图2-7 振动落果机图2-8 振动式采种机

2013年陕西科技大学发明的便携式核桃采摘机（图2-9），其包括驱动装置、传动软轴、振动装置以及树干夹持装置，所述传动软轴的一端与驱动装置相连，另一端与振动装置相连，振动装置固定于树干夹持装置上，振动装置包括用于敲击树干的推摇杆。此便携式采摘机通过软轴传递动力，实现了夹持装置夹持树干的多方位、大范围的移动，高效、灵活。

图2-9 便携式核桃采摘机

2013年浙江农林大学的姚文斌等人发明的基于震动机理的便携式山核桃采摘机（图

2-10），能够将初级树枝上的山核桃通过振动高效地采摘下来。

图2-10 便携式山核桃采摘机