冬枣采摘机的设计

冬枣是我国特有的名优果品，在天津市，冬枣的种植面积大约在15万亩左右，由于冬枣是典型的晚熟鲜食品种，所以脆熟期是其采收的最佳时期，冬枣采摘机就是根据冬枣的生长情况及冬枣的性状特征，基于机械理论的基本知识，设计出适于冬枣的采摘机具，提高了工作效率。本文主要介绍了冬枣采摘机的设计。

冬枣，亦称冻枣、苹果枣、雁来红、冰糖枣，是枣属的一个栽培品种，因采摘期可延迟到立冬季节而得名“冬枣”，是我国特有的名优果品。最早在天津市大港区种植，现存600年的古树194棵，目前主产地在天津市大港区、河北省黄骅市、山东省滨州地区，近年来天津各区县、山西、陕西、甘肃和新疆均在引种和发展，其中天津市冬枣的种植面积大约在15万亩左右。

我国鲜食枣类有200多种，而冬枣被林果专家誉为中华稀世珍品，枣品之冠。该品种外形光亮美观，皮薄核小肉厚，肉质鲜嫩而酥脆，口感极佳，富含人体必需的营养物质，是目前公认的品质最好的鲜食枣品种，在国际市场上享有“贵族果品”的美称，深受消费者青睐。近年来，冬枣生产发展十分迅速，产量逐年递增。

冬枣平均单果重l7.5克，最大单果重48克；含水分65%，糖高达32.2%，弱酸0.36%，每10克中含维生素C高达30毫克，（高于苹果、梨、葡萄5～8倍），含果胶0.86%、纤维素1.4%。含铁0.2毫克、锌0.83毫克。美国俄勒冈大学园艺农学院生命研究所主任鲍依尔品尝后称其为“世界第一果品”。

冬枣的栽培管理和其他品种枣树基本相同，每亩栽种110株左右。冬枣的种植对保护生态环境、开发旅游资源、扶贫脱困、出口创汇具有重要的作用，发展前景十分广阔。

一、冬枣采摘现状

由于冬枣是典型的晚熟鲜食品种，所以脆熟期是其采收的最佳时期，其糖度高，风味好，含水多，果肉脆。白熟期上述标准均达不到；完熟期糖度高，风味还可以，但含水少，果肉脆度下降，且过分成熟的枣不易贮藏保鲜。

但在生产中，冬枣采收后，还需要经过运输、销售和贮藏保鲜的过程，若不是现采即食，就要适当早采，因为冬枣果面完全转红以后，已经进人脆熟期的后期，它会在2～3天内进人完熟期。完熟期的冬枣将失去鲜脆状态，品质下降，故冬枣宜在初红至半红期采摘为宜。由于冬枣具有成熟期不集中的特点，最好分批进行采摘。

冬枣果皮薄，果肉酥脆，因此，冬枣的采收不同于其他制干品种，不能采用杆振法，也不能采取乙烯剂催落的方法，目前主要采取人工采摘的方法。

冬枣人工采收，也要本着“轻摘、轻放、避免挤碰、摔伤和保持果实完整”的原则，所谓果实完整，即要求枣果带有果柄，并使枣果与果柄间不能有拉伤，给果实柄端留下伤口，因为果柄处的伤口很容易感染病菌而使鲜枣腐烂。采摘时切忌用手揪拉果实，最好用一手托住枣果，另一手用疏果剪从果柄与枣吊连接处剪断，这样既能避免果与果之间的摩擦，也能保持果实的完整。树冠下部的果实，采果人站在地上轻摘轻剪，并轻放于容器中，树冠上部的果实需站在高凳上采收。冬枣采摘时应避开清晨露水未干的时间，因为此时摘果易造成果柄处裂果，应在晴好天气上午10时以前进行，阴雨天、有雾、果面潮湿时不适宜采收。

采收时均以目测粗略分级，分大、中、小3个级别，成熟度按果皮颜色分白熟果、初红果、半红果、全红果。通常采用树上分级采收，即采摘和分级同时进行，按果实大小和成熟度分级要求分别依次带柄采摘，采后果实直接放入贮藏箱中，入库贮藏。采摘过程中要注意轻拿轻放，避免挤压碰伤，临时存放须置树下、屋内等阴凉处。

在冬枣生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40%。冬枣采摘作业是冬枣生产链中最耗时、最费力的一个环节，尤其是高空采摘，由于不能直接接触，必须靠梯子，凳子等辅助登高工具完成，更增加了采摘难度和危险性。与此同时，采摘作业质量的好坏还直接影响到产品的后续加工和储存，从而最终影响市场价格和经济效益，如何以低成本，高品质采摘冬枣是生产环节中必须重视和考虑的问题。

由于采摘作业的复杂性，目前国内冬枣采摘作业全部是手工完成。随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。因此，发展机械化采摘技术，研究开发冬枣采摘机械具有重要的现实意义。

二、便携式冬枣采摘机的设计

本研究就是根据冬枣的生长情况及冬枣的性状特征，基于机械理论的基本知识，设计出适于冬枣的采摘机具。具体来讲，就是根据果实的高低选择杆的长短，杆长分成两部分，分别为短杆和长杆，中间连接可以旋转，把短杆套在长杆里面。动力传递部分根据受力情况进行设计[www.nczfj.com]，通过操作应能够使果实和果吊顺利分离。

冬枣采摘机由水果筐、板车、电瓶、电线、电动机、传动装置、采摘杆、细绳、剪刀、网兜组成。所述传动装置由转动圆盘和张紧装置组成。便携式冬枣采摘机的总体结构如图3所示。

采摘机与前两种采摘器相比，性能上有了较大的提高：

⑴ 把剪刀换成了性能更好的高枝剪刀；

⑵ 调整了网兜与剪刀的距离；

⑶ 采用电动机带动细绳，省时省力；

⑷ 采摘杆的长度可以调节，细绳的长度也可以调节，不需要梯子、凳子等辅助登高工具。

连接在长竿与把手之间的弹簧，用于固定把手在竿上的位置，目的是为了让把手在没有足够大小的外力作用时，待在固定的位置上。此弹簧用市场上最普通最常见的即可，因为此采摘机的使用者可以根据自己手臂的长短，自己的习惯适当的改动把手的位置，因此该装置对此处弹簧没有严格的要求，（建议用5cm左右，弹性较小的即可），其使用寿命由使用者根据实际情况而定。其更换也十分简单，手动就可将其拆下，换上新的弹簧即可。

3.张紧部分

张紧部分由1个把手、2个定滑轮、1个动滑轮、1个滚轴、一根细长绳和一个弹簧组成。

3.1把手：由三角形的两个直角边组成，短边杆长5cm，长边杆长15cm，在长杆上距直角5cm处打通一小洞，作为连接采摘杆用。在直角处装一挂钩，用于钩挂弹簧。在把手的短杆顶端处装一个滑轮，用于与细绳的接触。

3.2定滑轮：安装在长杆上，作为固定细绳用。

3.3动滑轮：安装在把手短杆的顶端处，作为把手作用细绳的枢纽。

3.4滚轴：装在长杆上，用来固定把手。

3.5细长绳：贯穿于整个装置，主要起连接各个部件作用。

3.6弹簧：连接于把手和长杆之间，主要起固定把手的作用，使把手不会乱动。

4.圆盘

圆盘的实际尺寸设计为d=6cm，从圆盘的外边向内延伸1cm为罗纹状，为的是圆盘与蜗杆相啮合，形成涡轮蜗杆结构。将电动机的转动轴插到蜗杆中并固定，这样当圆盘与蜗杆啮合，电动机转动时，圆盘也将随之转动，这样设计是为了减慢圆盘的转速，因为电动机的转速会很快，如果让电动机直接带动圆盘，圆盘的转速也会很快，很容易出危险。

蜗杆是电动机与圆盘的链接装置，并起到减速的作用。

图8所示为将螺丝装在圆盘上，距圆盘外圆0.5cm，螺丝凸出的部分是来放滚筒的，滚筒绑着细绳，这样当圆盘转动时可将贯穿整个装置的细绳拽动5cm。滚筒和螺丝之间要上好润滑油，使他们之间要达到最佳的润滑效果，为的是不让细绳产生缠绕。

5.剪刀

图8为采摘机所需要的剪刀的类型，就是市场上很容易买到的园林高枝剪，当然还要在剪刀片的下方装上一个口袋来接摘下来的果实。但是根据实际考虑，我们所要采摘的是冬枣，不需要这么大的剪刀和弹力这么大的弹簧，所以所需要的剪刀的大小为图8的二分之一即可满足需求了。这样剪刀的活动刀片的刀把长度为10cm（从刀片的固定点到接绳点的距离），簧长5cm，弹簧的拉力在30牛左右，剪刀从张开到完全闭合需要细绳运动8cm，因此需要弹簧最少能伸长5cm。

6.采摘杆

由于树枝有长有短，所以采摘杆也应有长有短。根据果树的高低选择杆的长短，根据冬枣树的实际情况，选杆总长2.5m，分成两部分，分别为1.5m和1m，短杆套在长杆内。

根据人手握长段杆及张紧装置的动作，杆的直径应在20～40mm之间。

考虑短杆套在长杆中，故长杆直径选在25mm，短杆直径为20mm，为方便与剪子柄连接，而且这样比较普通的长短杆组合在市场上也很容易买到。

图9所示为两长短杆的标准长度，当采摘杆1和采摘杆2组合时，杆1至少有20mm的长度要插在杆2里，所以杆1和杆2组合所达到的长度为2480mm。

三、电瓶、电动机

1.电瓶的选型

所需的电瓶也是很容易买到的普通电瓶，就用电动车上所用的电瓶就可以如图11所示，其大小为180mm×95mm×170mm，输出电压为48V。

2.电动机的选型

考虑到电动机要装在采摘剪的长杆上，所以不能太大，所以合适的电动机的体积应在100mm×50mm×50mm左右。因为弹簧的拉力在30N左右，所以电动机所能输出的动力应大于30N，太大也不好，造成浪费，考虑到摩擦力的影响，选择动力为50N所需电压为48V的电动机。

四、结论

便携式冬枣采摘机是将电动机和园林高枝剪有机的结合起来，利用了简单的蜗轮蜗杆运动原理将电动机的旋转运动转变为细绳的上下运动，又因电动机的旋转速度太快，利用蜗轮蜗杆运动间接的减慢电动机的转动速度。由于在市场上买到的园林高枝剪太大，比较笨重，弹簧的弹力也太大，如果按照市场上原样的剪刀做就需要选择较大的电动机，这样会造成很大的能量浪费，所以将剪刀缩小到市场上的二分之一大小，弹簧的拉力在30N左右，这样不仅节约能源而且使用起来更安全。

机械碰伤是造成冬枣果实腐烂的一个最重要原因，因此用剪刀剪断果柄时不能破坏果实，最好在田间树下严格按成熟度进行采收，采后应剔除病残果和碰伤果，人工分选后，按每箱12.5～15.0 kg规格在0～2℃温度下预冷，贮存。