基本信息
- 項目名稱：
- 矮化密植型紅棗采收裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品適于收獲樹高2m左右的棗樹，采用高頻小振幅振動，在保證采收率的同時降低棗（樹）損傷。偏心機構作為本作品核心，是對稱布置的兩個曲柄滑塊機構。曲柄轉動時，帶動滑塊往復運動，解決單曲柄作用時慣性力不平衡，提高了試驗裝置穩(wěn)定性。試驗表明：對含水率60%以下的紅棗，當振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動7～15s）時，采凈率達93%以上，解決了人工收獲時存在的問題。
- 詳細介紹：
- 近年來新疆矮化密植型紅棗的種植面積正在以30%左右的速度迅猛增長，但其仍完全依賴人工采收，勞動強度大，效率低，且收獲期與棉花、其它林果重疊，出現(xiàn)勞動力極其短缺。因此，開展紅棗機械化收獲研究，能解決季節(jié)性勞動力緊缺、降低人工收獲勞動強度，有利于紅棗的適時收獲，并提升紅棗產(chǎn)業(yè)的品牌效益和經(jīng)濟效益，促進紅棗產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。 本作品主要是針對實現(xiàn)矮化密植型紅棗機械化收獲進行的設計。設計過程中，通過對矮化密植型紅棗種植模式的調(diào)研、物理力學特性分析，國內(nèi)外相關資料的查閱，確定了裝置的工作原理、整體結構及關鍵部件，最終完成了作品的制作且進行了田間試驗。試驗證明：對含水率在60%以下的紅棗，當振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動時間7～15s）時，采凈率達93%以上，可有效解決人工收獲時存在的問題。 關鍵技術及難點: 通過試驗，尋找合適的振幅和頻率，保證良好的收獲率，同時降低紅棗（樹）損傷率。 根據(jù)紅棗不同的收獲時間，建立紅棗收獲裝置的結構參數(shù)及工作參數(shù)的動力學數(shù)學模型，通過試驗優(yōu)化，得出合理參數(shù)。 創(chuàng)新點: （1）針對新疆矮化密植型紅棗，基于振動（高頻、小振幅的振動撥桿撞擊樹枝）收獲的原理，實現(xiàn)矮化密植型紅棗機械化收獲。 （2）裝置采用的是兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機構，解決了單曲柄機構作用時的慣性力不平衡的問題，提高了工作時裝置的穩(wěn)定性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計、發(fā)明目的及基本思路 我們采摘紅棗時發(fā)現(xiàn)：矮化密植型紅棗完全依賴人工收獲，效率低、勞動強度大，勞動力極其短缺。為解決矮化密植型紅棗大面積種植后存在的收獲問題，團隊對矮化密植型紅棗的收獲問題進行了研究。通過實地調(diào)研：人工收獲時主要采用木棒敲擊枝干，樹枝產(chǎn)生激振力，紅棗在樹枝激振力的作用下掉落，再由人工撿拾收集，完成收獲。查閱國內(nèi)外林果收獲相關技術：林果收獲多采用振動式方法進行收獲。鑒于以上調(diào)查研究，確定作品采用振動采收方式。在進一步的設計過程中，團隊對棗樹和紅棗基本物理特性分析得到：振動收獲將會對（棗）樹造成一定的損傷，為達到最佳的收獲效果且降低損傷，本作品采用高頻小振幅的振動方式，減小了對棗（樹）的擊打損傷，確保了樹枝產(chǎn)生的激振力大于果柄拉斷力，實現(xiàn)果實收獲。 創(chuàng)新點： 1)針對新疆矮化密植紅棗，基于振動（高頻、小振幅的振動撥桿撞擊樹枝）收獲的原理，實現(xiàn)矮化密植型紅棗機械化收獲。 2)裝置采用兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機構，解決了單曲柄機構作用時慣性力不平衡問題，提高了工作時裝置的穩(wěn)定性。 關鍵技術 通過試驗，尋找合適的振幅和頻率，保證良好的收獲率，同時降低紅棗（樹）損傷率。 技術指標 1)配套動力：≤0.55KW； 2)含水量60%以下的紅棗（振動時間7～15s），其采凈率在93%以上。
科學性、先進性
- (1)該作品是針對矮化密植林果采收而設計，不僅解決了矮化密植紅棗收獲過程中存在的問題，而且可適用于矮化密植型林果收獲，且本作品在低能耗的同時保證收獲效率，大大降低了成本投入，實用性較高； (2)本作品利用兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機構運轉產(chǎn)生振動，解決了單曲柄機構作用時慣性力不平衡問題，提高了工作時裝置的穩(wěn)定性，通過簡單的結構實現(xiàn)了較優(yōu)的工作效果； (3)與采用偏心配重的方式相比，兩個曲柄滑塊機構，更有效的平衡了慣性力，且設計中計算過程更簡單； (4)本作品與相同原理的其它林果收獲裝置相比，將高頻小振幅振動原理運用到矮化密植紅棗的采收裝置上，且田間試驗效果良好。
獲獎情況及鑒定結果
- 無獲獎情況
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 不轉讓
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 錄像 圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1. 技術特點和優(yōu)勢 (1)由于本作品采用兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機構，解決了單曲柄機構作用時慣性力不平衡問題，提高了工作時裝置的穩(wěn)定性； (2)結構簡單，使用、調(diào)整、維護方便，故障少，效果好。 (3)用高頻小振幅的振動模式，保證了對（棗）樹的低損傷率。 2.適用范圍： (1)本作品除能夠收獲矮化密植型紅棗外，還適用于其它矮化密植型林果的收獲。 (2) 適用于果皮較為堅硬且不易損傷的大多數(shù)干果、堅果和部分含水量在60%以下鮮食水果。 3.市場分析和經(jīng)濟效益預測： (1)棗樹耐干旱、耐鹽堿，可充分利用新疆大面積沙漠化、鹽堿化嚴重的貧瘠土地；新疆得天獨厚的光照資源及氣候條件，是高品質(zhì)紅棗不可或缺的影響因素。紅棗的大面積種植不僅可以改善新疆惡劣環(huán)境，而且推動了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。 (2) 作品研究成功后，可促進紅棗產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，實現(xiàn)機械化收獲，降低勞動強度和勞動成本投入。保證紅棗品質(zhì)，提高新疆紅棗的市場競爭力。
同類課題研究水平概述
- 1、國外現(xiàn)狀 20世紀60年代，國外開始林果機械化收獲研究，根據(jù)收獲機械所用動力不同，主要有氣力式和機械式。氣力式分為：氣吹和氣吸式，振動式根據(jù)激振位置不同分為：樹桿、樹枝和樹冠振動式。氣力式振動收獲：Whitney J D和Wheaton T A通過氣力式振動采收機對噴灑落果劑的Valencia柑橘進行試驗。研究發(fā)現(xiàn)：該方法的采收率很低，且氣力式振動采收機相對于人工采摘，柑橘減產(chǎn)16%。 樹桿振動式收獲：Whitney and Wheaton 使用FMC-4000抱搖式振動收獲機對噴灑落果劑的柑橘進行試驗，振動時間3～7s，收獲率在90%以上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)機采比人工采摘的柑橘減產(chǎn)10％。樹枝振動式收獲：Mateev L.M.et al.認為采收工作部件撞擊櫻桃樹枝的沖擊力為隨機函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動采收數(shù)學模型，在櫻桃田間采收試驗中，實驗結果與該模型預測結果的相關系數(shù)約為0.99 。樹冠振動式收獲：韓國忠南國立大學S. W. Lee et al.對紅棗的物理力學特性研究，研究基于樹冠振動的采收裝置，激振頻率7.7Hz，試驗時間3s，成熟紅棗采收率達到95.8%。 2、國內(nèi)現(xiàn)狀 上世紀80年代我國開始林果機械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動的原理對黑加侖進行機械采收的試驗研究；王業(yè)成采用振動采收裝置對黑加侖進行收獲試驗；寧夏固原地區(qū)農(nóng)機所研制了手工沙棘采收器。寧夏農(nóng)林科學院研制的枸杞采摘機，；內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝科學研究所研究了噴灑40%乙烯利溶劑的沙棘化學采收法；內(nèi)蒙古林業(yè)研究院應用氣吸式小林果采收裝置進行氣吸采收。這些方法可在一定程度上提高工效、改善采收條件，但采收效率低，果樹損傷嚴重。2009年，新疆農(nóng)墾科學院機械裝備研究所研制4YS-24型紅棗收獲機，采用抱搖式收獲方法，適于收獲樹高3m以上的棗樹。采凈率91.5%；2010年新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所研制了手持式振動林果收獲機，采用樹枝振動式收獲方法，采凈率≥85%；時代沃林推出的果樹振動采收機 ZTM-02，采用抱搖式收獲方法，適用于各類堅果和表皮不易破損的鮮果進行收獲。 綜上所述，國外沒有可以引進消化吸收的矮化密植紅棗收獲機，國內(nèi)林果收獲機研制也沒有提供相應的技術和經(jīng)驗。為了應對矮化密植紅棗種植面積迅猛增長帶來的收獲難題，國內(nèi)自主研制其收獲機械裝備勢在必行。
