CN108243724A - 一种用于果实收获的自适应树冠振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于果实收获的自适应树冠振动装置，涉及果园采收机械技术领域，其主要包括振动系统、车架、承重轮、导向轮、机架、液压缸等；所述的振动系统由上、下两套振动机构组成；所述的振动机构包括液压马达、飞轮、连杆、摇杆、振动杆、回转板、链条、销轴、销钉等，振动机构安装于机架上，液压马达通过链条带动飞轮做圆周运动，振动机构的飞轮作为摇杆机构的曲柄带动前后两摇杆做差动往复摆动，摇杆则带动固联在回转板上的振动杆做往复摆动以振动树冠使果实脱落；本发明所采用的柔性振动杆交错布局增加了树枝的通过性，该树冠振动装置具有树冠损伤小、操作灵活、可维护性好等特点，通用性和适应性较好，适用于多种果实的规模化采收。

Description

一种用于果实收获的自适应树冠振动装置

技术领域

本发明属于果园采收机械技术领域，具体涉及一种用于果实收获的自适应树冠振动装置。

背景技术

现阶段，我国农、林业果实的收获基本上还是依靠人力进行采收，然而果实采收的劳动强度大而且季节性强，不可避免导致劳动力成本增加，特别是板栗、核桃、胡桃、大枣、枸杞等经济类作物以及用于制作果汁类水果的收获，因此果实的机械化采收是提高采收效率并降低作业成本的关键。随着农业机械化技术的不断发展，振动式采收作为果实规模化收获的有效方法已经被国内外学者进行了广泛研究并取得了一些成果。树冠振动和树干振动作为振动式采收的两种主要振动方式，树冠振动相对于树干振动在采收过程中可以不间断作业，因此树冠振动在高效率规模化生产中更有优势。

关于树干振动式采收装置，中国专利CN200820125040.9介绍了一种振动式果树采收机，由振摇装置、液压控制系统、油箱及配重组成，拖拉机动力输出轴PTO传递动力给钳式振动头，再由钳式振动头夹持树干，驱动振动头内置的偏心轮回转机构推摇果树，使果实振落。该设备操作简单，采收速度快，节省劳动力，但结构复杂，制造成本较高，无法实现对较大果树的振动采收。中国专利CN201410577353.8提出了一种自走式机械往复泡核桃收获机，由动力输出机构、配套动力升降机构、往复运动转换装置、导向装置和夹持装置组成，该收获机可在20秒内一次性完成单株胸径320mm以下的泡核桃果实脱落，采收效率较高但机械结构灵活性差，采收作业时需要用夹持装置对树干进行固定，从而这种间断性采收将极大影响果实采收效率。中国专利CN201410349314.2发明了一种自走式振动林果采收及其采收方法，包括行走底盘、采摘机械臂和振动采摘头，该装置中的采摘机械臂在底座上做回转运动，振动采摘头通过回转连杆机构绕立柱做一定角度的摆动以满足对果实的振动采摘需求，然而该装置的机械臂式结构过于复杂，采收过程中还需对采摘头进行定位，一定程度上也限制了采收效率的提高。美国专利US5595054A（1997）介绍了一种机械振动式果实收获机（Mechanical tree shaker for fruit harvesting），包括振动器、可调弹簧、导向系统以及夹持机构等，该装置的振动器通过导向系统与夹持装置相连，安装于导向系统上的可调弹簧在振动器作用下产生变形使得夹持装置夹持树干或者树枝时产生共振，以实现对果实振动采收的目的。

以上专利着重介绍了利用树干振动方式对果树进行振动采收，国内外研究学者对树冠振动采收也做了大量研究，尤其是对柑橘、橄榄、枸杞等小果实进行机械化采收。中国专利CN201621365984.4公开了一种枸杞采摘机振动采收装置，该装置采用拨杆排相反方向振动的技术消除挂果枝条避开振动杆的情况以提高采收效率，并且在垂直方向上所有拨杆可以绕立轴被动转动以减小激振力对枝条的损伤。美国专利US4860529（1989）介绍了一种用于果实收获的机械振动装置（Shaking mechanism for fruit harvesting），包括机架、摇臂、偏心轮机构、钉齿滚筒、棘轮机构和径向分布的柔性杆等，采收作业时，柔性杆在偏心轮机构作用下产生振动，当振动杆插入树冠后击打树冠以实现果实脱落，该装置机械结构简单，可靠性好。欧洲专利EP2617279A1（2012）公开了一种连续性水果收获设备（Fruitharvesting equipment），该设备由振动装置、收集装置、传送装置等组成，振动杆径向布置于振动柱上成纺锤体形状，振动柱与液压驱动的振动机构相连，采收作业时，振动柱上的振动杆插入树冠在振动机构的驱动下实现对树冠的振动，同时振动杆插入树冠的角度能随着树冠形状发生变化，该设备能够非常有效地对浓密的灌木果树进行连续振动采收，特别适用于橄榄的收获。由此可以看出，连续性树冠振动相对于间断性树干振动在提高果实采收效率上优势明显。

目前树冠振动对果树的损伤以及来年收成的影响是制约振动式采收规模化发展与应用推广的主要难题，要突破这一瓶颈，就必须提高振动杆对树冠的适应性以降低对树冠的损伤。因此，很有必要开发一种自适应树冠振动装置在保持较高采收效率的情况下尽可能降低对果树的损伤。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前用于果实收获的树冠振动系统存在功能单一、果树损伤较大的问题，提供了一种用于果实采收的自适应树冠振动装置，所使用的振动杆为弓形结构并采用柔性尼龙材料制成，在击打树冠时随着不同受力产生不同变形与树冠产生自适应振动，一定程度上减轻对树冠的损伤。所设计的振动装置前后两排振动杆交错布局，增加了振动杆之间的距离，提高了树冠振动采收过程中树枝的通过性，从而减少了对果树的损伤。除此之外，所设计的联动曲柄摇杆机构的前后两摇杆带动外伸振动杆做差动运动，从而保持较高振动效率以提高采收率。该树冠振动装置可根据不同果树树冠大小调整结构及操作参数以适用于多种果品的采收，通用性和适应性较好，并且具有操作灵活、可维护性好等特点，适用于果实的规模化采收。

根据上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种用于果实收获的自适应树冠振动装置，主要包括振动系统、车架、承重轮、导向轮、限位轮、机架、液压缸、万向轮等，所述的振动系统由机架、承重轮、限位轮、导向轮安装于车架上，由上、下两套振动机构组成；所述的液压缸两端分别与车架和机架铰接，在采收作业时将振动系统推出使得振动杆插入树冠；所述的振动机构包括液压马达、飞轮、连杆、摇杆、振动杆、回转板、链条、销轴、销钉等，液压马达通过链条带动飞轮做圆周运动，销轴固定于飞轮的偏心孔上与前后两连杆同时铰接，连杆另一端与前后两摇杆分别铰接；振动机构的飞轮作为摇杆机构的共用曲柄带动前后两摇杆做差动往复摆动，摇杆则带动固联在回转板上的振动杆做往复摆动以振动树冠使果实脱落；所述的振动系统的前后两排振动杆交错布置以增加树枝的通过性，振动杆为弓形结构并采用柔性尼龙材料制成，在击打树冠时随着不同受力产生变形与树冠产生自适应振动。该振动装置也可根据不同果树树冠大小调整结构及操作参数以适用于多种果品的采收。

本发明的工作原理及工作过程：

树冠振动装置作业前，启动收获机停放到树冠一侧，开启液压系统后利用车架上的液压缸将振动装置推出至适当位置，振动杆也随着伸出相应长度，控制液压操作杆启动液压马达转动，通过控制调速阀调节液压马达的转速到设定值，所述的液压马达通过链条带动飞轮转动，飞轮在该装置中作为曲柄摇杆机构的共用曲柄驱动前后两摇杆同时做差动往复摆动，摇杆的一端与振动杆同时固联在回转板上并绕着转轴做往复摆动，根据该机构的固有特性，前后两振动杆做差动运动，树冠在一个振动周期内能被击打四次，该机构能提高振动效率；该装置由上、下两套振动系统组成，能够根据相应作业参数分别独立控制，以适应树冠上、下分布密度不均的情况；该装置前后两排振动杆交错布局增加了振动杆之间的距离，提高了振动采收过程中树枝的通过性，从而减少了对果树的损伤并保持较高采收率。另外，采用的柔性振动杆在树冠的反作用力下产生变形以适应树冠密度分布不均，也一定程度上减轻振动过程中对树冠的损伤。在调试完振动系统各项参数后开动收获机的收集装置和传输装置沿着果树一侧进行振动采收，然后沿着果树另一侧完成整行果树的振动采收作业。

与现有技术相比本发明具有下述优点：

1) 该自适应树冠振动装置整体结构简单紧凑，容易加工和装配，维护方便；

2) 该自适应树冠振动装置所采用的联动曲柄摇杆机构振动效率高，能提高采收效率；

3) 该自适应树冠振动装置采用交错分布的柔性振动杆能较好适应不同树冠密度分布情况，从而对树冠进行自适应振动以达到减少树冠损伤并保持较高采收效率的目的；

4) 该自适应树冠振动装置可根据不同种类果实的采收特点调整结构及作业参数，适用于多种果实的规模化采收，通用性和适应性较好。

附图说明

图1是本发明用于果实收获的自适应树冠振动装置的立体结构图；

图2是本发明用于果实收获的自适应树冠振动装置的俯视图；

图3是本发明用于果实收获的自适应树冠振动装置的振动系统立体图；

图4是本发明用于果实收获的自适应树冠振动装置的振动系统右视图；

图5是本发明用于果实收获的自适应树冠振动装置的振动机构立体示意图；

图中各标号表示：1.车架，2.振动杆，3.回转板，4.防护栅，5.万向轮，6.液压缸，7.承重轮，8.导向轮，9.机架，10.飞轮，11.连杆，12.摇杆，13.限位轮，14.振动系统，15.液压马达，16.链条，17.销轴，18.销钉。

具体实施方式

本发明涉及一种用于果实收获的自适应树冠振动装置，下面结合附图1~5及具体实施例进一步详细说明：

参看图1~5所示，本实施方式所述的用于果实收获的自适应树冠振动装置，包括振动系统（14）、车架（1）、承重轮（7）、导向轮（8）、限位轮（13）、机架（9）、液压缸（6）、万向轮（5）、防护栅（4）等；其特征在于：所述的振动系统由上、下两套振动机构组成，振动机构安装与机架（9）上，振动系统的机架上装有承重轮（7）、限位轮（13）和导向轮（8），振动系统能够由液压缸（6）沿车架上的横梁推出至适当位置使得振动杆（2）插入树冠；防护栅（4）安装于机架（9）上防止树枝伸入振动机构对振动系统造成破坏；振动系统的万向轮（5）在采收作业过程中主要起支承和减震作用。

所述的振动系统的前后两排振动杆（2）交错布置以增加振动杆之间的距离，从而提高树枝在树冠振动过程中的通过性，一定程度上减轻树冠损伤；另外，振动系统（14）的机架（9）下方安装有限位轮（13）以限制振动系统在移动时发生侧移。

所述的振动机构包括液压马达（15）、飞轮（10）、连杆（11）、摇杆(12)、振动杆(2)、回转板(3)、链条(16)、销轴（17）、销钉（18）等，液压马达（15）通过链条（16）带动飞轮（10）做圆周运动，飞轮（10）作为摇杆机构的曲柄带动前后两摇杆（12）做差动往复摆动，回转板（3）两端通过轴承固定在机架（9）上，所述的振动杆（2）与摇杆（12）固联在回转板（3）上并绕着转轴做前后往复摆动以振动树冠使果实脱落；所述的振动杆（2）为弓形结构并采用柔性尼龙材料制成，在击打树冠时随着不同受力产生变形与树冠产生自适应振动，以减少振动对树冠的损伤。

以上实施方式中的机架（9）和车架（1）均采用方形钢材，各构件之间的联接主要采用焊接和螺栓连接。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构及工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于果实收获的自适应树冠振动装置，包括振动系统（14）、车架（1）、承重轮（7）、导向轮（8）、限位轮（13）、机架（9）、液压缸（6）、万向轮（5）等；所述的振动系统由机架（9）、承重轮（7）、限位轮（13）、导向轮（8）安装于车架（1）上，由上、下两套振动机构组成；所述的液压缸（6）两端分别与车架（1）和机架（9）铰接；所述的万向轮（5）安装于车架（1）一端起支承和减震作用；

所述的振动机构包括液压马达（15）、飞轮（10）、连杆（11）、摇杆（12）、振动杆（2）、回转板（3）、链条（16）、销轴（17）、销钉（18）等，振动机构安装于机架（9）上，液压马达（15）通过链条（16）带动飞轮（10）做圆周运动，销轴（17）固定于飞轮（10）的偏心孔上，前后两连杆（11）一端与销轴（17）同时铰接，连杆（11）另一端分别与前后两摇杆（12）一端由销钉（18）铰接，摇杆（12）另一端分别与前后两回转板（3）固联；回转板（3）两端通过轴承固定在机架（9）上，振动杆（2）则通过连接件与回转板（3）固联；

所述的连杆（11）为长度可调连杆；

所述的振动系统的前后两排振动杆（2）交错安装在回转板（3）上；

所述的振动杆（2）为弓形结构并采用柔性尼龙材料制成。