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摘要：目前山核桃采收问题日益凸显，人工采收费时费力，甚至可能导致采摘人员受伤。因此，本文对现有采收装置进行分析，对临安等地山核桃种植地形进行分析，设计一种新的山核桃收集装置。该装置采用可折叠与展开的扇形结构，当中的收集布采用轻便结实的尼龙布，适用于我国南方丘陵地区种植的山核桃采摘。
关键词：山核桃；采收现状；收集装置
Design and Research of Hickory Collecting Device Based on Fan-shaped Expandable Mechanism
Bao Muze,Yue Qifeng,Li Feilong，Zhou Qiaojun
(China Metrology University Mechatronic Engineering,HangZhou ZheJiang,310018)
Abstract:At present,the problem of pecan harvesting has become increasingly prominent.Manual harvesting is time-consuming and labor-intensive,and may even lead to injury to the picking personnel.Therefore,this paper analyzes the existing harvesting devices,analyzes the pecan planting terrain in Lin'an and other places,and designs a new hickory harvesting device.The device adopts a fan-shaped structure that can be folded and unfolded,and the collection cloth is made of light and strong nylon cloth,which is suitable for picking pecans grown in the hilly areas of southern my country.
Key words:pecan;current status of harvesting;collection device
一、引言
野生山核桃是我国特有的干果和木本油料树种，种植于浙江省临安、淳安，安徽省宁国、歙县等天目山区[1-2]。山核桃一般在七八月份成熟，采摘周期较短，必须及时对成熟的山核桃进行采摘，因此需要投入巨大的人力成本完成采收作业。山核桃树多生长在山地、丘陵等地形地区，因此大型采收机械无法进入现场工作。并且山核桃植株普遍高达8m以上，加上树径粗大、树枝脆弱、树皮湿滑的特点，人工爬树挥杆采摘对采摘人员来说存在很大的安全隐患[3-4]。因此，大面积普及机械采摘方式对我国农林业结构调整具有重大意义。
研究人员针对以上特点设计出了一系列适合山核桃采摘的装置，这里主要介绍我国山核桃采摘装置的研究现状。
(一)便携式核桃采摘机
便携式核桃采摘机包括操纵杆、飞轮、螺纹杆件和电机等[5]。采摘时，电机转轴带动飞轮旋转，飞轮带动空心棒槌旋转，空心棒槌与树枝上的核桃发生碰撞，能使成熟的核桃从树枝上掉落下来。
(二)振动式采摘机
振动式核桃采摘机是通过一定形式的振动机构，将机械振动传递给树干或树冠，树干或树冠在接受到外加的强迫振动后，会带动枝干上的核桃振动[6]。
振动式采摘机可与伞状收集机配套使用，高效完成核桃的采摘收集。本文研究内容便是基于振动原理的采摘装置介绍一种新型的山核桃收集装置。
二、山核桃收集装置主体结构的设计
(一)整体结构的设计
整个装置分为收集部分与运载小车部分，收集部分包括底盘、圆形导轨、连杆、伞骨、收集桶、覆盖在底盘和连杆上方的扇叶及收集伞，这些是完成收集工作的主要装置[7]。运载小车由履带底盘与车体平台构成。
(二)收集部分
收集整体结构如图1所示。
底盘的一侧开口，形成一个树干卡入口；底盘的中心处开设一圆形的果实掉入口，下接收集桶，底盘底端连接四根手动升降杆，通过调节手动升降杆的长度可以调整整个山核桃收集装置的高度；在果实掉入口的上方设置圆形导轨，连杆内端连接在圆形导轨上，连杆可以在圆形导轨上滑动。
连杆包括固定在底盘上的固定连杆及可以通过圆形导轨滑动的小连杆与90度连杆。小连杆的数量为两根，组合后可以形成一个圆形的树干固定口，两根小连杆上设置可互相固定的连接装置：一个套件与一个插件。固定时将插件插入套件中，便可以抱紧树干。90度连杆数目为两根，分别位于小连杆和固定连杆之间，起支撑作用。
90度连杆、固定连杆与小连杆的外侧与伞骨相连，而伞骨包括绕底盘外周设置的可折叠齿轮连杆组与固定在连接块外侧的支撑杆。齿轮连杆组由多个齿轮连杆首尾相接组成，这是收缩与展开结构的核心。每个齿轮连杆的两侧各固定一个齿轮，内部装有轴承，相邻的两个齿轮连杆上的齿轮相互啮合，能实现整个伞骨的收缩与张开。展开与收缩情况的示意图见图2、图3。
支撑杆与连接块之间通过小套筒连接，扇形收集伞覆盖在支撑杆上，扇叶共设置6片，扇形收集与扇叶共同作用，使被振动采摘机打下来的山核桃掉进收集桶中。
以上图中数字代表的部件为：1为底盘，2为收集桶，3为手动升降杆，4为圆形导轨，5为固定连杆，6为90度连杆，7为小连杆，8为齿轮连杆，9为支撑杆，10为齿轮，1为扇叶，12为扇形收集伞。
(三)运载小车
运载小车的结构如图4、图5所示。
山核桃收集装置通过履带运载小车进行运输，运载小车采用履带行驶系统，可以将车辆的重量平均分布在接触地面[8]，有效防止小车陷入沟壑之中。履带表面可以完全贴于地面，增加小车的抓地力，提高小车越野性能。
车体平台连接山核桃收集装置的手动升降杆，并在车体正面设置树木进入口，使收集装置可以在运载小车上完成收集工作。
三、工作流程
该装置需配合自动采摘杆使用，下面将介绍本装置的使用原理。
使用时，装载小车将整个装置运输到采摘目标树干前。收集工作可以直接在运载小车上进行，也可以将装置从小车上取下，之后调整好升降杆的高度和位置，拉动小连杆(会带动90度连杆)沿着圆形导轨滑动至树干卡入口上方，卡入树干，并通过插件和套件的插接固定(也可以通过对小连杆用铁丝等捆扎物进行固定)，齿轮连杆展开。通过振动采摘机将果实打落后，果实掉在果实收集布上，沿着倾斜的果实收集布向底部滚落，最终从果实掉入口掉入收集桶。
使用完毕后，工作人员取下收集桶，取出收集的果实即可。
【参考文献】
[1]曹成茂，詹超，孙燕，李泽泽，吴问天，丁冉.便携式山核桃高空拍打采摘机设计与试验[J].农业机械学报，2018(3).
[2]王峰利.山核桃的生态经营管理[J].安徽林业，2010(Z1).
[3]丁立忠，钟杨海，葛华平，周臻臻.临安山核桃[J].中国标准导报，2014(7).
[4]章江丽，陈顺伟，庄晓伟，朱杭瑞，潘炘.南方丘陵山地果园采摘机械的现状[J].林业机械与木工设备，2014(9).
[5]彭樟林，姚立健.山核桃采摘技术与装备研究现状[J].湖北农业科学，2013(14).
[6]祝前峰，陆荣鉴，刘彬，鲁峻，孙炜.核桃采摘机械研究现状与发展趋势[J].林业和草原机械，2021(1).
[7]王真真，王丽红，付威，李成松，坎杂，袁盼盼.核桃机械化采收装置研究现状分析[J].农机化研究，2015(09).
[8]任伟平.履带式香蕉田间运输小车的研制[D].广州：仲恺农业工程学院，2016.
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