基本信息
- 项目名称：
- 矮化密植型红枣采收装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品适于收获树高2m左右的枣树，采用高频小振幅振动，在保证采收率的同时降低枣（树）损伤。偏心机构作为本作品核心，是对称布置的两个曲柄滑块机构。曲柄转动时，带动滑块往复运动，解决单曲柄作用时惯性力不平衡，提高了试验装置稳定性。试验表明：对含水率60%以下的红枣，当振幅在14mm，频率在15～18Hz（振动7～15s）时，采净率达93%以上，解决了人工收获时存在的问题。
- 详细介绍：
- 近年来新疆矮化密植型红枣的种植面积正在以30%左右的速度迅猛增长，但其仍完全依赖人工采收，劳动强度大，效率低，且收获期与棉花、其它林果重叠，出现劳动力极其短缺。因此，开展红枣机械化收获研究，能解决季节性劳动力紧缺、降低人工收获劳动强度，有利于红枣的适时收获，并提升红枣产业的品牌效益和经济效益，促进红枣产业健康快速发展。 本作品主要是针对实现矮化密植型红枣机械化收获进行的设计。设计过程中，通过对矮化密植型红枣种植模式的调研、物理力学特性分析，国内外相关资料的查阅，确定了装置的工作原理、整体结构及关键部件，最终完成了作品的制作且进行了田间试验。试验证明：对含水率在60%以下的红枣，当振幅在14mm，频率在15～18Hz（振动时间7～15s）时，采净率达93%以上，可有效解决人工收获时存在的问题。 关键技术及难点: 通过试验，寻找合适的振幅和频率，保证良好的收获率，同时降低红枣（树）损伤率。 根据红枣不同的收获时间，建立红枣收获装置的结构参数及工作参数的动力学数学模型，通过试验优化，得出合理参数。 创新点: （1）针对新疆矮化密植型红枣，基于振动（高频、小振幅的振动拨杆撞击树枝）收获的原理，实现矮化密植型红枣机械化收获。 （2）装置采用的是两个曲柄（偏心对置180°）滑块机构，解决了单曲柄机构作用时的惯性力不平衡的问题，提高了工作时装置的稳定性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明目的及基本思路 我们采摘红枣时发现：矮化密植型红枣完全依赖人工收获，效率低、劳动强度大，劳动力极其短缺。为解决矮化密植型红枣大面积种植后存在的收获问题，团队对矮化密植型红枣的收获问题进行了研究。通过实地调研：人工收获时主要采用木棒敲击枝干，树枝产生激振力，红枣在树枝激振力的作用下掉落，再由人工捡拾收集，完成收获。查阅国内外林果收获相关技术：林果收获多采用振动式方法进行收获。鉴于以上调查研究，确定作品采用振动采收方式。在进一步的设计过程中，团队对枣树和红枣基本物理特性分析得到：振动收获将会对（枣）树造成一定的损伤，为达到最佳的收获效果且降低损伤，本作品采用高频小振幅的振动方式，减小了对枣（树）的击打损伤，确保了树枝产生的激振力大于果柄拉断力，实现果实收获。 创新点： 1)针对新疆矮化密植红枣，基于振动（高频、小振幅的振动拨杆撞击树枝）收获的原理，实现矮化密植型红枣机械化收获。 2)装置采用两个曲柄（偏心对置180°）滑块机构，解决了单曲柄机构作用时惯性力不平衡问题，提高了工作时装置的稳定性。 关键技术 通过试验，寻找合适的振幅和频率，保证良好的收获率，同时降低红枣（树）损伤率。 技术指标 1)配套动力：≤0.55KW； 2)含水量60%以下的红枣（振动时间7～15s），其采净率在93%以上。
科学性、先进性
- (1)该作品是针对矮化密植林果采收而设计，不仅解决了矮化密植红枣收获过程中存在的问题，而且可适用于矮化密植型林果收获，且本作品在低能耗的同时保证收获效率，大大降低了成本投入，实用性较高； (2)本作品利用两个曲柄（偏心对置180°）滑块机构运转产生振动，解决了单曲柄机构作用时惯性力不平衡问题，提高了工作时装置的稳定性，通过简单的结构实现了较优的工作效果； (3)与采用偏心配重的方式相比，两个曲柄滑块机构，更有效的平衡了惯性力，且设计中计算过程更简单； (4)本作品与相同原理的其它林果收获装置相比，将高频小振幅振动原理运用到矮化密植红枣的采收装置上，且田间试验效果良好。
获奖情况及鉴定结果
- 无获奖情况
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 不转让
作品可展示的形式
- 模型 图纸 录像 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1. 技术特点和优势 (1)由于本作品采用两个曲柄（偏心对置180°）滑块机构，解决了单曲柄机构作用时惯性力不平衡问题，提高了工作时装置的稳定性； (2)结构简单，使用、调整、维护方便，故障少，效果好。 (3)用高频小振幅的振动模式，保证了对（枣）树的低损伤率。 2.适用范围： (1)本作品除能够收获矮化密植型红枣外，还适用于其它矮化密植型林果的收获。 (2) 适用于果皮较为坚硬且不易损伤的大多数干果、坚果和部分含水量在60%以下鲜食水果。 3.市场分析和经济效益预测： (1)枣树耐干旱、耐盐碱，可充分利用新疆大面积沙漠化、盐碱化严重的贫瘠土地；新疆得天独厚的光照资源及气候条件，是高品质红枣不可或缺的影响因素。红枣的大面积种植不仅可以改善新疆恶劣环境，而且推动了红枣产业的发展，带来了可观的经济效益。 (2) 作品研究成功后，可促进红枣产业的快速健康发展，实现机械化收获，降低劳动强度和劳动成本投入。保证红枣品质，提高新疆红枣的市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 1、国外现状 20世纪60年代，国外开始林果机械化收获研究，根据收获机械所用动力不同，主要有气力式和机械式。气力式分为：气吹和气吸式，振动式根据激振位置不同分为：树杆、树枝和树冠振动式。气力式振动收获：Whitney J D和Wheaton T A通过气力式振动采收机对喷洒落果剂的Valencia柑橘进行试验。研究发现：该方法的采收率很低，且气力式振动采收机相对于人工采摘，柑橘减产16%。 树杆振动式收获：Whitney and Wheaton 使用FMC-4000抱摇式振动收获机对喷洒落果剂的柑橘进行试验，振动时间3～7s，收获率在90%以上，经研究发现机采比人工采摘的柑橘减产10％。树枝振动式收获：Mateev L.M.et al.认为采收工作部件撞击樱桃树枝的冲击力为随机函数，在不同工作参数下建立了樱桃振动采收数学模型，在樱桃田间采收试验中，实验结果与该模型预测结果的相关系数约为0.99 。树冠振动式收获：韩国忠南国立大学S. W. Lee et al.对红枣的物理力学特性研究，研究基于树冠振动的采收装置，激振频率7.7Hz，试验时间3s，成熟红枣采收率达到95.8%。 2、国内现状 上世纪80年代我国开始林果机械化收获研究，张克孝教授先后采用梳刷和振动的原理对黑加仑进行机械采收的试验研究；王业成采用振动采收装置对黑加仑进行收获试验；宁夏固原地区农机所研制了手工沙棘采收器。宁夏农林科学院研制的枸杞采摘机，；内蒙古自治区园艺科学研究所研究了喷洒40%乙烯利溶剂的沙棘化学采收法；内蒙古林业研究院应用气吸式小林果采收装置进行气吸采收。这些方法可在一定程度上提高工效、改善采收条件，但采收效率低，果树损伤严重。2009年，新疆农垦科学院机械装备研究所研制4YS-24型红枣收获机，采用抱摇式收获方法，适于收获树高3m以上的枣树。采净率91.5%；2010年新疆农业科学院农业机械化研究所研制了手持式振动林果收获机，采用树枝振动式收获方法，采净率≥85%；时代沃林推出的果树振动采收机 ZTM-02，采用抱摇式收获方法，适用于各类坚果和表皮不易破损的鲜果进行收获。 综上所述，国外没有可以引进消化吸收的矮化密植红枣收获机，国内林果收获机研制也没有提供相应的技术和经验。为了应对矮化密植红枣种植面积迅猛增长带来的收获难题，国内自主研制其收获机械装备势在必行。
