CN103329681A - 小林果实采收装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种小林果实采收装置，涉及林业机械，特别是一种林业经济林≤20mm小林果实的采摘装置。主要由机架和在其上固定的小型汽油机、皮带轮机构、负压风机、果实收集灌、采摘工作头组成，所述的采摘工作头为变频振动采摘工作头组件，小型汽油机通过皮带轮机构与智能永磁发电机联接，所述的智能永磁发电机可发出稳定的24—26V直流电源，该电源通过电控制器与采摘工作头上设置的直流无刷电动机连接，永磁无刷电动机直接驱动主动轮使工作头组件产生振动。

Description

小林果实采收装置

技术领域

本发明涉及林业机械，特别是一种林业经济林≤20mm小林果实的采摘与收集装置。

背景技术

我国大部分地区都分布着经济林，其中小林果实即小于20mm的经济林果实呈现多样性，主要有浆果、核果和坚果三个类型，每年小林果实成熟时，果实采收耗时且劳动强度大。由于小林果实季节性采收特点，需集中大量劳动力，以至于出现用工荒，另外，每年用工的成本费用逐年上涨，致使部分果实无法被采收和利用，如何更合理、更有效提高利用率，解决的有效途径之一便是机械化采收，也是目前解决我国经济林果实果品开发利用的“瓶颈”有效方法之一。在2008年04月16日，本申请人向国家知识产权局申请了一项名称为“气吸式小林果实采收装置”实用新型专利，专利公告号为201252737，公告日：2009年06月10日，该装置主要包括发动机、风机或气泵、气吸式收集罐和采摘头以及相关的机械传动系统组成，所述的采摘头包括机械采摘工作头和吸气头，使得被采摘果实经机械机构与植物茎杆或树枝脱离后有吸气头吸入送入收集箱。该小林果实采收机是一种用于我国不同地区经济林小林果实采收技术即气吸、电控和机械为一体的采收装置，通过特别设计的可更换不同小林果实采摘工作头机构，用于采收我国任何区域内的不同区域、不同类型的经济林小林果实。根据我国经济林不同类型的小林果实采收作业工艺要求，采收时要求成熟整果采收，破损率≤10%，采尽率≥90%，并且既可以采收成熟鲜果，也可采收冻果，有荆刺的的树种小林果实和无荆刺的的树种的小林果实均可采收。

发明内容

本发明目的根据上述现有技术的不足，提供一种小林果实采收的装置，在解决人工劳动的情况下，满足不同类型的经济林小林果实形状采收要求。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

本发明主要主要由机架10和在其上固定的小型汽油机7、皮带轮机构8、负压风机5、果实收集灌2、采摘工作头组成，其中，小型汽油机7通过皮带轮机构8联接负压风机5，负压风机5通过主吸管4与果实收集灌2联接，果实收集灌2通过收集软吸管3连接采摘工作头，所述的采摘工作头为变频振动采摘工作头组件12，主要由直流无刷电动机、单自由度偏心定位轮系、振动采摘拨杆、固定架、减震橡胶操作把手、直流电源导线组成，其中单自由度定轴轮系机构包括1个主动轮12-1与2或3或5个被动轮12-2啮合，主动轮、被动轮通过轴承和上下两个壳体联接，同时采摘拨杆12-7与被动轮轴端紧固联接并形成偏心，使之将采摘拨杆与被动轮成为一体，单自由度偏心定位轮系壳体与固定架联接，减震橡胶操作把手也与固定架联接，小型汽油机7通过皮带轮机构8与智能永磁发电机联接，所述的智能永磁发电机可发出稳定的24—26V直流电源，该电源通过电控制器与采摘工作头上设置的直流无刷电动机连接，永磁无刷电动机直接驱动主动轮12-1；所述的单自由度定轴轮系机构由1个主动轮12-1和2或3或5个被动轮（12-2）啮合，其中2或3或5个被动轮12-2沿主动轮圆周方向均布；所述的采摘拨杆12-7与被动轮轴端紧固形成偏心，偏心间距为6.5-8mm，使得在动作时，采摘拨杆形成变频振动圈；所述的果实收集罐2在其顶端主吸气管处3-1有过滤网3-2，在果实收集罐1/3处有左右对应且与水平夹角为8度，与垂直夹角为100度设置有两个进气管3-4，其与气吸软管连接；所述的收集罐内设置有螺旋状的导流槽3-3。

本发明的优点是总体结构布局合理、其功能结构集机械、电控、气吸为一体的优化整体结构，性能可靠，工作状态稳定。整机设计适合我国不同地域经济林范畴的三个不同种类的≤20mm的浆果、核果和坚果的小林果实采摘与收集。

附图说明

附图1为本发明结构主视示意图；

附图2为图1中工作头采摘组件结构示意图；

附图3为果实收集罩示意图；

附图4为3个为工作头采摘结构主视图；

附图5图4的侧视图；

附图6为图2中的单自由度定轴轮系被动轮拨杆结构主视图；

附图7为图6的侧视图；

附图8为图1中的直流电控制器结构示意图；

附图9为图8的A向视图

附图10为图1中的果实收集罐结构主视图；

附图11为图10的俯视图；

附图12为图1中的机架移动抬杆结构主视图；

附图13为图12的侧视图；

附图14为图1中的皮带轮张紧机构示意图；

附图15为图1中的机架减震块剖面图；

附图16为图1中的2个拨杆工作头采摘结构主视图；

附图17为图16的侧视图；

附图18为图1中的5个拨杆工作头采摘结构侧视图；

附图19为图18的主视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其相关特征作进一步说明：

如附图1所示，图中的标号1－直流电控制器、1-1-液晶数字直流电压表、1-2-控制旋钮、1-3-液晶数字转速表、2－收集软吸管、3－果实收集罐、3-1-主吸气管处、3-2-过滤网、3-3-导流槽、3-4-进气管、3-5-活动端盖、3-6-进气管固定卡、3-7-收集罐体、4－主吸管、5－负压风机、6－油箱、7－小型汽油机、8－皮带轮机构、9－智能永磁直流发电机、10－机架、11－移动抬杆、12－变频振动采摘工作头组件、12-1-主动直齿轮、12-2-被动直齿轮、12-3-直流无刷力矩电机、12-4-下壳体、12-5-上壳体、12-6-轴承、12-7-振动采摘拨杆、12-8-压片、12-9-弹簧直杆、13－收集罩、14－减震块。

本发明实施例主要包括动力源小型汽油机7，气吸结构组件：即负压风机5、主吸管4、果实收集罐3、收集吸管2；机械组件：皮带轮部件8、变频振动采摘工作头组件12、机架10；电控组件：智能永磁直流发电机9、直流永磁无刷力矩电机12-3、无刷驱动器1-6、液晶数字转速表1-3、控制旋钮1-2、液晶数字直流电压表1-1、5头航空插座1-4和电源导线1-5和机架10五部分组成。

本发明实施例主要由机架10和在其上固定的小型汽油机7、皮带轮机构8、负压风机5、果实收集灌2、采摘工作头组成，其中，小型汽油机7通过皮带轮机构8联接负压风机5，负压风机5通过主吸管4与果实收集灌2联接，果实收集灌2通过收集软吸管3连接采摘工作头，所述的采摘工作头为变频振动采摘工作头组件12，主要由直流无刷电动机、单自由度偏心定位轮系、振动采摘拨杆、固定架、减震橡胶操作把手、直流电源导线组成，其中单自由度定轴轮系机构包括1个主动轮12-1与3个被动轮12-2啮合，沿主动轮圆周方向均布，主动轮、被动轮通过轴承和上下两个壳体联接，同时采摘拨杆12-7与被动轮轴端紧固联接并形成偏心，使之将采摘拨杆与被动轮成为一体，单自由度偏心定位轮系壳体与固定架联接，减震橡胶操作把手也与固定架联接，小型汽油机7通过皮带轮机构8与智能永磁发电机联接，所述的智能永磁发电机可发出稳定的24—26V直流电源，该电源通过电控制器与采摘工作头上设置的直流无刷电动机连接，永磁无刷电动机直接驱动主动轮12-1；所述的单自由度定轴轮系机构由1个主动轮12-1和3被动轮12-2啮合；所述的采摘拨杆12-7与被动轮轴端紧固形成偏心，偏心间距为6.5mm，使得在动作时，采摘拨杆形成变频振动圈；所述的果实收集罐2在其顶端主吸气管处3-1有过滤网3-2，在果实收集罐1/3处有左右对应且与水平夹角为8度，与垂直夹角为100度设置有两个进气管3-4，其与气吸软管连接；所述的收集罐内设置有螺旋状的导流槽3-3。

本发明以小型汽油机7为动力源，作为动力源要完成两个功能，一是作为气吸机构的动力源，二是作为直流发电机提供可靠的直流电采摘工作头的动力源，其结构为小型汽油机的动力输出曲轴与主动皮带轮连接，启动小型汽油机正常工作，此时小型汽油机输出轴带动皮带轮主动轴，将机械动力源经皮带轮输出，同时汽油机的动力输出曲轴与气吸机的叶轮轴连接，带动气吸叶轮产生气吸负压，通过主吸管将气流传递到果实收集罐，后经收集气吸管与采摘工作头连接，将采摘下来的小林果实经收集气吸管吸到果实收集罐，完成收集。在小型汽油机处于工作状态时，主动皮带轮的轴与负压风机的轴为同一根轴，通过负压气吸叶轮带动负压风机工作，同时皮带轮装置中的被动轮与智能永磁发电机轴端皮带轮连接驱动，提供稳定的24—26V直流电源，采摘工作头的永磁无刷电动机的航空插头与电控制器航空插座用直流导线连接，电控制器的直流导线与智能永磁直流发电机的24V—26V直流电源正负端连接，通过采摘工作头控制开关，由无刷电动机作动力带动单自由度定轴轮系机械结构工作，完成小林果实采摘。

进一步说明：

所述的气吸结构组件是以小型汽油机作为气吸动力源，将负压风机5特定制造的负压叶轮与小型汽油机的动力输出轴连接，负压叶轮高速旋转，转速控制在3000—6000r/min之间，产生气吸负压。这期间气吸负压随小型汽油机的油门的加大，转速的增加，气吸负压也随之加大，可控负压气吸量范围为10-46（cc）之间。主吸管4将负压风机5进风口与果实收集罐3主吸风口相连，收集软吸管2一端与果实收集罐3上的两个对称的左右气吸管相连，另一端与收集罩13下端的进气气吸管相连。工作状态下，产生气吸负压气流，将采摘下的不同小林果实经2根收集罩下端的进气气吸管软管输送到果实收集罐里(见图1，图3，图10-- 11)。

所述的机械结构组件同样也是以小型汽油机作为采摘动力源，当小型汽油机启动正常工作状态下，带动皮带轮机构，永磁智能发电机的轴与转动皮带轮用平键连接，根据小型汽油机油门手柄调节发动机转速，使其转速范围控制在为3000—6000r/min之间，带动永磁发电机旋转可发出稳定的26V±0.5V直流电源，变频振动工作头组件12航空接头与电控组件1输出端连接。变频振动采摘工作头组件12主要由动力源直流无刷电动机，单自由度偏心定位轮系，振动采摘拨杆，固定架，减震橡胶操作把手，直流电源导线等组成。变频振动工作头由直流电源作动力,利用直流导线航空接头与电控组件输出端连接，直流导线由直流无刷力矩电机12-3输出，直流无刷力矩电机轴端为方轴与单自由度定轴轮系机构中的主动轮连接，单自由度定轴轮系机构由1个主动轮12-1，3个被动轮12-2，轴承和上下两个壳体组成，同时三个采摘拨杆12-7与三个被动轮轴端用螺钉紧固形成偏心，使之将采摘拨杆与被动轮成为一体。单自由度偏心定位轮系壳体有三个螺杆与固定架连接，减震橡胶操作把手也与固定架用螺杆和螺母连接。当按动操作开关，以直流无刷力矩电机作为振动工作头旋转动力（功率控制在30-60w之间），通过偏心轮旋转产生振动，速度一般控制在2000-4000r/min之间。经偏心轮带动振动拨杆,产生变频振动（功能实现由电控制器调节旋转速度来完成）,不同种类的小林果实枝条在拨杆的作用下将其果实震落下来，从而达到采摘的效果（见图4--7）。当一棵树上的果实采收作业完成结束后，关闭采收工作头组件开关，两人一前一后用移动抬杆11（见图12--13）将果实采收机整机抬到另一株树下，整机移动到树下工作时，移动抬杆在图12实线状态，而需要移动时，移动抬杆转动90度应在虚线状态，从图12部件图中，移动抬杆以左销轴为轴进行顺时针转动，向上将移动抬杆转动90度到虚线位置，移动抬杆前段卡耳落入右销轴，两人便可将采收整机抬起随意移动。抬到树下工作区移动抬杆处于自然落下状态，可节省空间，有利于操作者往返移动作业。皮带轮机构8中的被动轮与智能永磁直流发电机9传动轴联接成一体，皮带轮机构的张紧机构是通过智能永磁直流发电机9上的上耳凸台孔与机架上的张紧座上的滑动槽移动完成皮带轮张紧工作状态（见图14）。智能永磁直流发电机的两个同孔下耳凸台与机架相连，固定并能沿轴向转动，起到铰接作用，此结构张紧座上的滑动槽移动最大距离为30mm。机架底座下的4个橡胶减震块14（见图15）在工作状态下可减轻整机与地面之间的振动，从而保证整机的工作稳定（见图1--3）。

所述的直流电控制器结构组件是当整机中汽油机正常工作时，根据采摘小林果实的不同振动频率，调节小型汽油机7油门，带动使其转速范围控制在为3000—6000r/min之间，带动永磁智能发电机4旋转可发出稳定的26V±0.5V直流电源，打开开关，使其电控机构1连接直流电，此时直流电控制器中的直流无刷控制器1开始工作，根据小林果实的采摘振动频率，调节控制旋钮1-2开关，从而控制采摘直流无刷力矩电动机12-3的转速，调节转速范围为0—4000r/min。直流电控制器上有一液晶数字直流电压表1-1和一液晶数字速度转速表1-3，可直接观察，随时调整转速（见图8--9）。

本发明使用时，启动小型汽油机，控制油门到正常采果工作状态，由于输出轴与皮带主动轮联接，皮带被动轮与永磁智能发电机联接，因而带动永磁直流发电机发出稳定26V±0.5V直流电源，同时汽油机的输出轴与负压风机的叶轮联接，控制油门叶轮高速旋转，产生气吸负压。此时根据小林果实采收品种的不同，需要进行两个方面的步骤操作即第一，按动电控制器上的电源开关（见图8），在汽油机额定工况下永磁智能直流发电机工作，提供稳定的26V±0.5V直流电源，它不受汽油机转速的变化，汽油机转速在3000—6000r/min之间，始终能够提供稳定的直流电源。当进行小林果实采收工作头作业时，按动采摘工作头开关（见图2），调整直流电控制器上的旋转可控旋钮，旋钮盘上有8个刻度指示，每一个刻度代表500转/分，可改变直流无刷力矩电动机转速范围，变化区间为500—4000r/min（见图8）。根据小林果实果型的不同选择小林果实采摘工作转速，将直流电动机转速调整到采摘小林果实适合的采摘转速。对应将产生变频振动频率范围为8―67HZ之间。此时采收工作头组件12（见图2）开始工作，采收工作头组件12采摘功能主要由单自由度定轴轮系结构来完成（见图2，图5，图17--18），单自由度定轴轮系可选择2拨杆或3拨杆或5拨杆采摘结构，这里以3拨杆采摘结构为例，此结构由上壳体12-5、下壳体12-4、主动直齿轮12-1、被动直齿轮12-2、轴承12-6、采摘拨杆12-7、压片12-8、弹簧直杆12-9组成；壳体分为上下两个壳体，厚度为30mm，外形类似正三角形形状，上下壳体3个角圆弧过渡。壳体内安装有1个主动直齿轮和3个被动直齿轮，5盘标准深沟球轴承。下壳体内安装有4盘标准深沟球轴承，与主、被动直齿轮的轴下端配合，主、被动直齿轮与轴为一体，其中主动直齿轮轴下端穿过轴承有一内方孔，直流无刷力矩电机12-3的输出轴为方轴，穿过下壳体中心孔与主动直齿轮轴下端内方孔直接连接，直流无刷力矩电机输出轴端面与下壳体的底面平行配合，下壳体内有3个内通孔，内通孔之间夹角为60角的均匀分布，用螺栓从下壳体内通孔穿过与直流无刷力矩电机输出轴端面的螺纹孔连接固定，此时下壳体与直流无刷力矩电机成为一体（见图5）。上壳体内装有标准深沟球轴承与主动直齿轮的轴上端配合，标准深沟球轴承与3个被动直齿轮轴上端配合，上壳体与下壳体分别用螺杆固定成为一体；3个被动直齿齿轮上轴端的上端面穿过上壳体3个内孔，伸出上壳体上端平面约8mm，在3个被动直齿轮上轴端一侧与被动直齿轮中心偏心间距6.5-8mm，将3个振动采摘拨杆12-7插入3个被动直齿轮偏心孔中，用压片，螺栓固定连为一体，3个振动采摘拨杆随3个被动直齿轮同步旋转，3个振动采摘拨杆均匀分布，长度相同均为90mm。此时单自由度定轴轮系机构形成了一个整体，当直流无刷电动机工作带动主动直齿轮工作，同时再带动三个被动直齿轮工作，其对应的三个被动直齿轮上的三个采摘拨杆此时也同步旋转。此时拨杆旋转工作时，将形成三个独立的直径为21 mm的变频振动圆圈，三个采摘拨杆的三个工作点始终将不会处在一条直线上，这样就解决了在采摘拨杆变频振动工作接触果实枝条时缠绕枝条，使枝条扭断的现象发生，从而完成对不同小林果实的采摘。直流电控制器组件上有一液晶数字速度转速显示，可直接观察，随时调整转速（见图8）。根据需要改变工作电机的变频振动频率，针对不同小林果实采摘附着力的不同差异，选择合适对应的转速从而完成小林果实的采摘，然后将采摘后的果实经收集罩下端气吸软管收集到收集罐内（见图10--11）。小型汽油机油门操控杆有7个不同限位槽，可控制汽油机额定工况下转速变化范围为3000—6000r/min之间，而随着汽油机转速的不同，负压气吸量也随着不同，可控气量范围为10-46（cc）之间。根据小林果实采摘的需要，调整油门，从而控制负压气吸量，以能够将采摘后的果实被吸到收集罐为宜（见图1）。果实收集罐3其结构（见图10），在顶端主吸气管处3-1有过滤网3-2，在果实收集罐1/3处有左右对应且与水平夹角为8度，与垂直夹角为100度的两个直径50mm进气管3-4，它与气吸软管连接。进气管沿收集罐轴向进行上下15度的调节，起作用是根据收集得物料比重不同适当微调进气管的进料角度，使物料能够更顺利进入收集罐内并沿着导流槽3-3更好的分离。进气管结构：进气管和收集罐体连接采用配合连接，可自由转动，密封靠胶板，胶板和进气管连接用强力胶和铆钉，密封胶板和收集罐体连接相同，由于胶板具有一定的弹性，可使进气管在小范围内转动，从而实现其功能，进气管转动一个角度后有个进气管固定卡和收集罐体固定（见图10--11）。1/3以上部分为负压气吸储气过渡空间，2/3以下部分为果实收集空间，罐底为带密封橡胶圈的活动端盖3-5紧固，被采摘的小林果实装到收集罐的一半以上时，可将罐底端盖打开，将果实收集罐向一侧倾斜将罐内的小林果实流出。果实采收工作时，作业者一只手拿采摘工作头，另一只手那收集罩，相互配合采收所需果实，工作时2人同时采收，当变频振动工作头将小林果实采摘后经左右两个气吸软管吸入果实收集罐时，收集罐内气流将呈现对流状态，这与果实在气吸软管内状态不同，果实在自重作用下，在罐内产生沉降，逐渐连续地沉落到罐底（见图10--11）。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.小林果实采收装置，主要由机架（10）和在其上固定的小型汽油机（7）、皮带轮机构（8）、负压风机（5）、果实收集灌（2）、采摘工作头组成，其中，小型汽油机（7）通过皮带轮机构（8）联接负压风机（5），负压风机（5）通过主吸管（4）与果实收集灌（2）联接，果实收集灌（2）通过收集软吸管（3）连接采摘工作头，其特征是，所述的采摘工作头为变频振动采摘工作头组件（12），主要由直流无刷电动机、单自由度偏心定位轮系、振动采摘拨杆、固定架、减震橡胶操作把手、直流电源导线组成，其中单自由度定轴轮系机构包括1个主动轮（12-1）与2个或3个或5个被动轮（12-2）啮合，主动轮、被动轮通过轴承和上下两个壳体联接，同时采摘拨杆（12-7）与被动轮轴端紧固联接并形成偏心，使之将采摘拨杆与被动轮成为一体，单自由度偏心定位轮系壳体与固定架联接，减震橡胶操作把手也与固定架联接，小型汽油机（7）通过皮带轮机构（8）与智能永磁发电机联接，所述的智能永磁发电机可发出稳定的24—26V直流电源，该电源通过电控制器与采摘工作头上设置的直流无刷电动机连接，永磁无刷电动机直接驱动主动轮（12-1）。

2.根据权利要求1所述的小林果实采收装置，其特征在于，所述的单自由度定轴轮系机构由1个主动轮（12-1）和2个或3个或5个被动轮（12-2）啮合，其中2或3或5个被动轮（12-2）沿主动轮圆周方向均布。

3.根据权利要求1所述的小林果实采收装置，其特征在于，所述的采摘拨杆（12-7）与被动轮轴端紧固形成偏心，偏心间距为6.5-8mm，使得在动作时，采摘拨杆形成变频振动圈。

4.根据权利要求1所述的小林果实采收装置，其特征在于，所述的果实收集罐（2）在其顶端主吸气管处（3-1）有过滤网（3-2），在果实收集罐1/3处有左右对应且与水平夹角为8度，与垂直夹角为100度设置有两个进气管（3-4），其与气吸软管连接。

5.根据权利要求1所述的小林果实采收装置，其特征在于，所述的收集罐内设置有螺旋状的导流槽（3-3）。

 

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