CN106171297B - 一种手持式树枝振动果实采收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式树枝振动果实采收装置，包括驱动机构、传动机构、振动机构、减振手持机构、手动夹紧机构、树枝装夹头、棘轮锁紧机构；驱动机构、传动机构、振动机构、减振手持机构、手动夹紧机构依次相接；手动夹紧机构包括一个通过正向或反向转动控制树枝装夹头夹紧或松开动作的装夹手柄驱动的曲柄推杆机构；棘轮锁紧机构具有控制装夹手柄单正向转动的锁紧档位和控制装夹手柄正向或反向转动的解锁档位。本发明能快速夹紧果树树枝并调节振动幅度和频率进行果实的振动采收，提高果实采收效率、降低成本，减轻对果树树枝的损伤，同时采用减振手持机构以避免对操作人员的振动疲劳损害，属于果实采收装置技术领域。

Description

一种手持式树枝振动果实采收装置

技术领域

本发明涉及果实采收装置，具体的说，涉及一种手持式树枝振动果实采收装置。

背景技术

目前国内果实采收环节基本为人工采收，劳动力需求多、劳动强度大、采收成本高，特别是近年来农村劳动力缺乏，使得果实采收成为制约水果生产的瓶颈。为降低果实采收成本，近年来国内外对果实机械化采收进行了大量的研究。机械振动式果实采收由于其采收效率高受到广泛关注，特别是树干振动与树冠振动采收两种方式采收速度高达30-80株/小时。但这两类振动采收设备结构庞大、需要大马力的拖拉机驱动，因此仅适合平原地区果树间距大的果园。南方山坡地、果树行间无法行走大型机械的果园此类振动采收机并不适用。

针对南方丘陵山地果园的特点，国内已开发和研制了一些便携式果实振动采收装置。授权公告号为CN103229632B的发明专利公开了一种近果振动式荔枝采收机,利用振动梳插入果树树冠并使果实振动脱落，此发明适合荔枝、龙眼类型的串果果树的振动采收，但是振动梳的方式对非串果果树采收效率较低。授权公告号为CN202285603U的实用新型专利公开了一种便携式果实振动采收装置，利用扣勾振动单元勾住树枝进行振动并使果实振动脱落，该方案可适用于大部分果树，但由于使用扣勾勾住树枝，扣勾振动式容易脱落且对树枝冲击大，易损伤树枝。

现有技术存在如下缺点：1.没有考虑和解决不同果实采收时振动幅度和振动频率有所不同，对此，需要方便调节振动机构的振动幅度和振动频率；2.没有快速夹紧果树树枝的装置；3.没有考虑和解决高频振动下，对操作人员手臂产生的振动疲劳损害问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种便携式的能快速夹紧果树树枝进而实现果实的振落采收的手持式树枝振动果实采收装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种手持式树枝振动果实采收装置，包括驱动机构、传动机构、振动机构、手动夹紧机构、树枝装夹头、棘轮锁紧机构；驱动机构、传动机构、振动机构、手动夹紧机构依次相接；手动夹紧机构包括一个通过正向或反向转动控制树枝装夹头夹紧或松开动作的装夹手柄；棘轮锁紧机构具有控制装夹手柄单正向转动的锁紧档位和控制装夹手柄正向或反向转动的解锁档位。

作为一种优选，棘轮锁紧机构包括棘轮箱体、棘爪调节杆、棘爪拨块、锁紧棘爪、弹簧、棘轮；棘轮箱体与手动夹紧机构相接；棘轮在棘轮箱体内转动，装夹手柄与棘轮同步转动；棘爪调节杆带动棘爪拨块在棘轮箱体内转动；弹簧的一端固定在棘轮箱体内，另一端连接锁紧棘爪，锁紧棘爪的另一端与棘爪拨块紧贴；棘爪调节杆位于锁紧档位时，弹簧将锁紧棘爪压入棘轮的齿槽中，棘爪调节杆位于解锁档位时，棘爪拨块推动锁紧棘爪离开棘轮。

作为一种优选，手动夹紧机构包括装夹箱体、曲柄、连杆、装夹推杆；装夹箱体和振动机构相接，装夹手柄带动曲柄绕曲柄的一端转动，曲柄的另一端与连杆的一端转动式连接，连杆的另一端与装夹推杆的一端转动式连接；装夹手柄转动时，穿过装夹箱体的装夹推杆往复平移。

作为一种优选，树枝装夹头包括固定装夹座、活动装夹块、延伸杆；固定装夹座为U形，通过延伸杆与装夹箱体相接，活动装夹块位于固定装夹座内；装夹推杆穿过空心的延伸杆和固定装夹座，与活动装夹块的背面相接；装夹推杆轴向往复平移时，活动装夹块的正面与固定装夹座的某一内侧靠近或离开。

作为一种优选，活动装夹块的正面和固定装夹座的内侧均设有橡胶层。

作为一种优选，振动机构包括振动支撑箱体、偏心轮、偏心调节销、偏心调节机构、连杆、振动杆、支撑杆；传动机构驱动偏心轮在振动支撑箱体内转动；偏心轮上设有带刻度的偏心距调节槽，偏心调节销位于偏心距调节槽内，偏心调节销通过偏心调节机构安装在偏心轮上；偏心调节销与连杆的一端转动式连接，连杆的另一端与振动杆转动式连接；空心的支撑杆固定在振动支撑箱体的外侧，振动杆穿过振动支撑箱体和支撑杆，端部从支撑杆伸出；偏心轮转动时，振动杆轴向往复振动。

作为一种优选，偏心调节机构包括两个螺杆轴承座和一根调节螺杆；调节螺杆通过两个螺杆轴承座安装在偏心轮上，调节螺杆的轴向方向与偏心距调节槽的长度方向一致，调节螺杆的一端设有内六角孔；偏心调节销与调节螺杆螺纹连接；调节螺杆转动时，偏心调节销在偏心距调节槽内平移。

作为一种优选，一种手持式树枝振动果实采收装置还包括安装在支撑杆上的减震手持机构；减震手持机构包括沿着支撑杆的轴向依次设置的一个橡胶减震器、一个橡胶提手、一根减震杆、一个橡胶把手、另一个橡胶减震器，其中橡胶把手相对于橡胶提手更靠近振动支撑箱体。

作为一种优选，一种手持式树枝振动果实采收装置还包括发动机背负架；驱动机构为安装在发动机背负架上的汽油发动机；传动机构包括软轴和减速器；汽油发动机、软轴、减速器依次相接，减速器安装在振动支撑箱体上，减速器的输出轴驱动偏心轮转动。

作为一种优选，一种手持式树枝振动果实采收装置还包括安装在减震杆上的控制系统；控制系统包括发动机熄火按钮、发动机调速推杆、发动机转速显示表。

本发明的工作原理是：

设计了手动夹紧机构和棘轮锁紧机构，棘轮锁紧机构在锁紧档位时，手动夹紧机构的装夹手柄只可正向转动实现树枝装夹头的夹紧动作，由此实现手动快速夹紧，且节省人力。

使用背负式汽油发动机作为动力，利用发动机调速推杆和发动机转速显示表调节汽油发动机的转速，经减速器后减速至240-600r/min，利用偏心轮滑杆机构转换成振动杆的频率范围为4-10Hz直线往复振动，利用偏心调节机构调节偏心轮滑杆机构的曲柄长度而改变振动幅度，振动杆上安装有棘轮锁紧机构和曲柄滑块机构组合的快速装夹结构，树枝装夹头夹紧果树树枝，从而带动果树树枝随振动杆进行高频振动，使果实振动脱落，实现果实的采收。通过调节汽油发动机的转速调整振动频率，通过调节偏心调节销的位置调节振动幅度。

由于高频振动易使操作人员疲劳及损伤，在手持部位设计有减振手持机构，对操作人员进行保护。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.可广泛应用于柑橘、荔枝、龙眼、红枣、核桃、板栗、杏李等串果或非串果的振动采收，有效提高采收效率，降低采收成本。

2.整机重量轻，便携性强，适合坡地较多、大型机械无法行走的丘陵山地果园。

3.通过棘轮锁紧机构与手动夹紧机构的组合实现对树枝的快速夹紧，且用于夹紧的部位设置了橡胶层，避免了振动脱钩的问题及对树枝冲击损伤的问题。

4.通过偏心轮上偏心距调节槽和螺杆式的偏心调节机构可方便调节水果振动采收的振动幅度。

5.通过控制系统的发动机调速推杆和发动机转速显示表可实时调节水果振动采收的振动频率。

6.通过手持部位的减震手持机构进行减振，避免振动采收的高频振动对人体产生振动疲劳损害。

7.手持部分非关键部分均采用合金铝材料，可使手持部分装置重量低于5kg,且重心靠近两手中间位置，可减轻操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是振动机构的立体图。

图3是偏心调节机构的立体图。

图4是减震手持机构和控制系统的立体图。

图5是手动夹紧机构的立体图。

图6是棘轮锁紧机构的立体图。

图7是树枝装夹头的立体图。

其中，1为发动机背负架，2为汽油发动机，3为软轴，4为减速器，5为振动机构，6为控制系统，7为减振手持机构，8为手动夹紧机构，9为树枝装夹头。

50为振动支撑箱体，51为减速器的输出轴，52为偏心轮，53为偏心调节销，54为偏心调节机构，55为振动机构的连杆，56为振动杆，57为连接法兰，58为支撑杆。

541为调节螺杆，542和543为螺杆轴承座。

61为发动机熄火按钮，62为发动机调速推杆，63为发动机转速显示表。

71和75为橡胶减震器，72为橡胶把手，73为减振杆，74为橡胶提手，76为减振器固定座。

80为装夹箱体，81为装夹手柄，82为棘轮锁紧机构，83为轴承座，84为曲柄，85为手动夹紧机构的连杆，86为装夹推杆，87为延伸杆。

820为棘轮箱体，821为棘爪调节杆，822为棘爪拨块，823为锁紧棘爪，824为弹簧，825为棘轮。

91为安装法兰，92为固定装夹座，93为活动装夹块，94和95为橡胶层。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种手持式树枝振动果实采收装置，其结构如图1所示，包括发动机背负架、汽油发动机、传动机构、振动机构、手动夹紧机构、树枝装夹头、棘轮锁紧机构、减振手持机构、控制系统。

汽油发动机安装在发动机背负架上。汽油发动机的输出轴与传动机构的软轴连接，软轴另一端与蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与振动机构的偏心轮连接，振动机构的振动杆与手动夹紧机构连接，手动夹紧机构控制树枝装夹头夹紧树枝。控制系统控制汽油发动机的转速与启停及显示振动频率，减振手持机构通过橡胶减振器与振动支撑箱体的外壁和支撑杆连接。棘轮锁紧机构控制手动夹紧机构，实现树枝装夹头的单向夹紧动作。

如图2所示，振动机构包括振动支撑箱体50、减速器的输出轴51，偏心轮52，偏心调节销53，偏心调节机构54，振动机构的连杆55，振动杆56，连接法兰57，支撑杆58。振动支撑箱体50用螺钉安装在减速器4上，支撑杆58为中空杆，通过连接法兰57固定安装在振动支撑箱体50上，减速器的输出轴与偏心轮52连接，偏心轮52与振动机构的连杆55通过偏心调节销53连接，振动机构的连杆55与振动杆56通过销轴连接，振动杆56通过支撑杆58内部两端的滑动轴承支承。运行时，减速器带动偏心轮和偏心调节销转动，偏心调节销带动振动机构的连杆摇摆，实现振动杆在支撑杆内的轴向往复振动。

如图3所示，偏心调节机构54包括螺杆541、螺杆轴承座542、543。偏心轮上设置有带有刻度的长条形的偏心距调节槽，连杆的端部通过偏心调节销固定在偏心距调节槽中，偏心调节销在偏心距调节槽中选择的不同安装位置对应连杆的端部与偏心轮转动中心的不同距离，以改变振动机构的振动幅度。偏心调节销53中部安装在偏心距调节槽中，偏心调节销中部为轴肩结构，轴肩嵌入偏心距调节槽的沉槽中，偏心调节销一端有螺纹孔与调节螺杆配合，另一端为销轴与连杆55配合，调节螺杆541由左右两螺杆轴承座542、543支承，螺杆轴承座542、543固定安装在偏心距调节槽的两端，调节螺杆的端部有内六角孔，方便转动调节螺杆以调节偏心调节销在偏心距调节槽中的位置。

偏心距调节槽上有刻度，偏心调节销上有刻度指示线与偏心距调节槽上的刻度对应，方便调节和读取偏心距，振动机构振动幅度为2倍偏心距。

如图4所示，减振手持机构7包括橡胶减振器71、75，橡胶把手72、减振杆73、橡胶提手74、减振器固支座76。减振杆为中空铝合金杆，减振杆套在支撑杆58上，同时两端安装橡胶减振器，橡胶减振器通过减振器支座76与支撑杆58连接，橡胶把手72固定安装在减振杆后部，橡胶提手74固定安装在减振杆前部，橡胶把手与橡胶提手之间的距离约为肩宽。运行时，振动杆在支撑杆内往复振动，操作者一手握持橡胶把手，一手握持橡胶提手进行作业，振动机构对两手的高频振动可通过左、右两橡胶减振器及橡胶把手和橡胶提手进行消减，实现减振作用。

控制系统安装在减震手持机构上，如图4所示，包括：发动机熄火按钮61、发动机调速推杆62、发动机转速显示表63。发动机熄火按钮61、发动机调速推杆62安装在靠近橡胶把手72的位置，以便于操作，发动机转速显示表63安装在橡胶提手与橡胶把手的中间位置，以便于查看。控制系统还包括光栅编码器，安装在减速器的输出轴上，发动机转速显示表与光栅编码器连接，实时显示减速器的输出轴的转速。

手动夹紧机构如图5所示，包括：装夹箱体80、装夹手柄81、轴承座83、曲柄84、手动夹紧机构的连杆85、装夹推杆86、延伸杆87。装夹箱体通过连接法兰与振动杆56固定连接，棘轮锁紧机构通过螺钉固定安装在装夹箱体的箱壁上，棘轮轴一端与装夹手柄通过螺钉固定连接，另一端由轴承座83支撑并通过销钉与曲柄84连接，曲柄另一端通过销轴与连杆连接，连杆另一端通过销轴与装夹推杆86连接，延伸杆为中空杆，一端通过法兰与装夹箱体固定连接，另一端通过法兰与固定装夹座固定连接，延伸杆两端内部安装有滑动轴承，装夹推杆放置于延伸杆内部的滑动轴承内，装夹推杆可以在延伸杆内部轴向往复移动。运行时，正向拨动装夹手柄即可带动装夹推杆轴向平移实现夹紧(图5所示逆时针方向)，反向拨动装夹手柄即可带动装夹推杆轴向平移实现松开(图5所示顺时针方向)。

棘轮锁紧机构82安装在装夹箱体的侧壁上，如图6所示，包括：棘轮箱体820、棘爪调节杆821、棘爪拨块822、锁紧棘爪823、弹簧824、棘轮825。棘轮箱体通过螺钉固定安装在装夹箱体的箱壁上，棘爪调节杆和棘爪拨块通过螺钉固定连接在一起，锁紧棘爪一端为销轴结构并安装于棘轮箱体的销轴孔内，另一端有二或三个齿，弹簧一端顶在棘轮箱体内壁上，另一端顶在锁紧棘爪上，棘轮通过棘轮轴安装在棘轮箱体和棘轮箱盖的孔内。棘爪调节杆转到最左端位置可将锁紧棘爪顶起，锁紧棘爪与棘轮分离，棘轮可自由转动，从而实现松开夹紧的树枝。棘爪调节杆转到最右端位置时，锁紧棘爪在弹簧力作用下与棘轮啮合，棘轮可逆时针转动从而推动装夹推杆夹紧树枝，夹紧树枝后，由于棘爪的止动作用，棘轮不能顺时针旋转，从而实现树枝装夹的锁紧。

树枝装夹头如图7所示，包括：安装法兰91、固定装夹座92、活动装夹块93、橡胶层94、橡胶层95。固定装夹座通过安装法兰与延伸杆87固定连接，固定装夹座为U型结构，固定装夹座与法兰连接的中心部分有通孔，装夹推杆穿过该固定装夹座的通孔并与活动装夹块通过活动装夹块上的盲孔和螺钉固定连接。固定装夹座和活动装夹块夹持树枝部分粘贴有橡胶层，以保护果树树枝不被夹烂。运行时，拨动装夹手柄即可带动活动装夹块平移，实现夹紧或松开树枝。

本发明的操作方法如下：

发动机调速推杆先调至起始位置，启动发动机，操作人员背起发动机背负架和汽油发动机，手持橡胶提手和橡胶把手，通过棘爪调节杆将棘轮锁紧机构调至锁紧档位，待采摘树枝位于固定装夹座和活动装夹块之间，正向拨动装夹手柄，活动装夹块夹紧树枝，由于有棘轮锁紧机构，松开手活动装夹块也不会放松。启动发动机，调节发动机调速推杆使发动机转速提升至设置转速，树枝振动，林果抖落。

应对不同类型的果实，可预先通过内六角孔调节振动幅度，也可通过发动机调速推杆随时调节振动频率。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：包括驱动机构、传动机构、振动机构、手动夹紧机构、树枝装夹头、棘轮锁紧机构；驱动机构、传动机构、振动机构、手动夹紧机构依次相接；手动夹紧机构包括一个通过正向或反向转动控制树枝装夹头夹紧或松开动作的装夹手柄；棘轮锁紧机构具有控制装夹手柄单正向转动的锁紧档位和控制装夹手柄正向或反向转动的解锁档位；

所述棘轮锁紧机构包括棘轮箱体、棘爪调节杆、棘爪拨块、锁紧棘爪、弹簧、棘轮；棘轮箱体与手动夹紧机构相接；棘轮在棘轮箱体内转动，装夹手柄与棘轮同步转动；棘爪调节杆带动棘爪拨块在棘轮箱体内转动；弹簧的一端固定在棘轮箱体内，另一端连接锁紧棘爪，锁紧棘爪的另一端与棘爪拨块紧贴；棘爪调节杆位于锁紧档位时，弹簧将锁紧棘爪压入棘轮的齿槽中，棘爪调节杆位于解锁档位时，棘爪拨块推动锁紧棘爪离开棘轮；

所述手动夹紧机构包括装夹箱体、曲柄、连杆、装夹推杆；装夹箱体和振动机构相接，装夹手柄带动曲柄绕曲柄的一端转动，曲柄的另一端与连杆的一端转动式连接，连杆的另一端与装夹推杆的一端转动式连接；装夹手柄转动时，穿过装夹箱体的装夹推杆往复平移。

2.按照权利要求1所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：所述树枝装夹头包括固定装夹座、活动装夹块、延伸杆；固定装夹座为U形，通过延伸杆与装夹箱体相接，活动装夹块位于固定装夹座内；装夹推杆穿过空心的延伸杆和固定装夹座，与活动装夹块的背面相接；装夹推杆轴向往复平移时，活动装夹块的正面与固定装夹座的某一内侧靠近或离开。

3.按照权利要求2所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：所述活动装夹块的正面和固定装夹座的内侧均设有橡胶层。

4.按照权利要求1所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：所述振动机构包括振动支撑箱体、偏心轮、偏心调节销、偏心调节机构、连杆、振动杆、支撑杆；传动机构驱动偏心轮在振动支撑箱体内转动；偏心轮上设有带刻度的偏心距调节槽，偏心调节销位于偏心距调节槽内，偏心调节销通过偏心调节机构安装在偏心轮上；偏心调节销与连杆的一端转动式连接，连杆的另一端与振动杆转动式连接；空心的支撑杆固定在振动支撑箱体的外侧，振动杆穿过振动支撑箱体和支撑杆，端部从支撑杆伸出；偏心轮转动时，振动杆轴向往复振动。

5.按照权利要求4所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：所述偏心调节机构包括两个螺杆轴承座和一根调节螺杆；调节螺杆通过两个螺杆轴承座安装在偏心轮上，调节螺杆的轴向方向与偏心距调节槽的长度方向一致，调节螺杆的一端设有内六角孔；偏心调节销与调节螺杆螺纹连接；调节螺杆转动时，偏心调节销在偏心距调节槽内平移。

6.按照权利要求4所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：还包括安装在支撑杆上的减震手持机构；减震手持机构包括沿着支撑杆的轴向依次设置的一个橡胶减震器、一个橡胶提手、一根减震杆、一个橡胶把手、另一个橡胶减震器，其中橡胶把手相对于橡胶提手更靠近振动支撑箱体。

7.按照权利要求6所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：还包括发动机背负架；驱动机构为安装在发动机背负架上的汽油发动机；传动机构包括软轴和减速器；汽油发动机、软轴、减速器依次相接，减速器安装在振动支撑箱体上，减速器的输出轴驱动偏心轮转动。

8.按照权利要求7所述的一种手持式树枝振动果实采收装置，其特征在于：还包括安装在减震杆上的控制系统；控制系统包括发动机熄火按钮、发动机调速推杆、发动机转速显示表。