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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 矮化密植型紅棗采收裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品適于收獲樹(shù)高2m左右的棗樹(shù)，采用高頻小振幅振動(dòng)，在保證采收率的同時(shí)降低棗（樹(shù)）損傷。偏心機(jī)構(gòu)作為本作品核心，是對(duì)稱(chēng)布置的兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，解決單曲柄作用時(shí)慣性力不平衡，提高了試驗(yàn)裝置穩(wěn)定性。試驗(yàn)表明：對(duì)含水率60%以下的紅棗，當(dāng)振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動(dòng)7～15s）時(shí)，采凈率達(dá)93%以上，解決了人工收獲時(shí)存在的問(wèn)題。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來(lái)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(zhǎng)，但其仍完全依賴(lài)人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，且收獲期與棉花、其它林果重疊，出現(xiàn)勞動(dòng)力極其短缺。因此，開(kāi)展紅棗機(jī)械化收獲研究，能解決季節(jié)性勞動(dòng)力緊缺、降低人工收獲勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于紅棗的適時(shí)收獲，并提升紅棗產(chǎn)業(yè)的品牌效益和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)紅棗產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。 本作品主要是針對(duì)實(shí)現(xiàn)矮化密植型紅棗機(jī)械化收獲進(jìn)行的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)矮化密植型紅棗種植模式的調(diào)研、物理力學(xué)特性分析，國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的查閱，確定了裝置的工作原理、整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件，最終完成了作品的制作且進(jìn)行了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)證明：對(duì)含水率在60%以下的紅棗，當(dāng)振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動(dòng)時(shí)間7～15s）時(shí)，采凈率達(dá)93%以上，可有效解決人工收獲時(shí)存在的問(wèn)題。 關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn): 通過(guò)試驗(yàn)，尋找合適的振幅和頻率，保證良好的收獲率，同時(shí)降低紅棗（樹(shù)）損傷率。 根據(jù)紅棗不同的收獲時(shí)間，建立紅棗收獲裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作參數(shù)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化，得出合理參數(shù)。 創(chuàng)新點(diǎn): （1）針對(duì)新疆矮化密植型紅棗，基于振動(dòng)（高頻、小振幅的振動(dòng)撥桿撞擊樹(shù)枝）收獲的原理，實(shí)現(xiàn)矮化密植型紅棗機(jī)械化收獲。 （2）裝置采用的是兩個(gè)曲柄（偏心對(duì)置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)作用時(shí)的慣性力不平衡的問(wèn)題，提高了工作時(shí)裝置的穩(wěn)定性。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)、發(fā)明目的及基本思路 我們采摘紅棗時(shí)發(fā)現(xiàn)：矮化密植型紅棗完全依賴(lài)人工收獲，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)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(wèn)題，團(tuán)隊(duì)對(duì)矮化密植型紅棗的收獲問(wèn)題進(jìn)行了研究。通過(guò)實(shí)地調(diào)研：人工收獲時(shí)主要采用木棒敲擊枝干，樹(shù)枝產(chǎn)生激振力，紅棗在樹(shù)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(guó)內(nèi)外林果收獲相關(guān)技術(shù)：林果收獲多采用振動(dòng)式方法進(jìn)行收獲。鑒于以上調(diào)查研究，確定作品采用振動(dòng)采收方式。在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)對(duì)棗樹(shù)和紅棗基本物理特性分析得到：振動(dòng)收獲將會(huì)對(duì)（棗）樹(shù)造成一定的損傷，為達(dá)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(dòng)方式，減小了對(duì)棗（樹(shù)）的擊打損傷，確保了樹(shù)枝產(chǎn)生的激振力大于果柄拉斷力，實(shí)現(xiàn)果實(shí)收獲。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1)針對(duì)新疆矮化密植紅棗，基于振動(dòng)（高頻、小振幅的振動(dòng)撥桿撞擊樹(shù)枝）收獲的原理，實(shí)現(xiàn)矮化密植型紅棗機(jī)械化收獲。 2)裝置采用兩個(gè)曲柄（偏心對(duì)置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)作用時(shí)慣性力不平衡問(wèn)題，提高了工作時(shí)裝置的穩(wěn)定性。 關(guān)鍵技術(shù) 通過(guò)試驗(yàn)，尋找合適的振幅和頻率，保證良好的收獲率，同時(shí)降低紅棗（樹(shù)）損傷率。 技術(shù)指標(biāo) 1)配套動(dòng)力：≤0.55KW； 2)含水量60%以下的紅棗（振動(dòng)時(shí)間7～15s），其采凈率在93%以上。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- (1)該作品是針對(duì)矮化密植林果采收而設(shè)計(jì)，不僅解決了矮化密植紅棗收獲過(guò)程中存在的問(wèn)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(shí)保證收獲效率，大大降低了成本投入，實(shí)用性較高； (2)本作品利用兩個(gè)曲柄（偏心對(duì)置180°）滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)作用時(shí)慣性力不平衡問(wèn)題，提高了工作時(shí)裝置的穩(wěn)定性，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)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(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，更有效的平衡了慣性力，且設(shè)計(jì)中計(jì)算過(guò)程更簡(jiǎn)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(dòng)原理運(yùn)用到矮化密植紅棗的采收裝置上，且田間試驗(yàn)效果良好。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)獲獎(jiǎng)情況
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 不轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 錄像 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1. 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) (1)由于本作品采用兩個(gè)曲柄（偏心對(duì)置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)作用時(shí)慣性力不平衡問(wèn)題，提高了工作時(shí)裝置的穩(wěn)定性； (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、調(diào)整、維護(hù)方便，故障少，效果好。 (3)用高頻小振幅的振動(dòng)模式，保證了對(duì)（棗）樹(shù)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(jiān)硬且不易損傷的大多數(shù)干果、堅(jiān)果和部分含水量在60%以下鮮食水果。 3.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： (1)棗樹(shù)耐干旱、耐鹽堿，可充分利用新疆大面積沙漠化、鹽堿化嚴(yán)重的貧瘠土地；新疆得天獨(dú)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(dòng)了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。 (2) 作品研究成功后，可促進(jìn)紅棗產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)成本投入。保證紅棗品質(zhì)，提高新疆紅棗的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 1、國(guó)外現(xiàn)狀 20世紀(jì)60年代，國(guó)外開(kāi)始林果機(jī)械化收獲研究，根據(jù)收獲機(jī)械所用動(dòng)力不同，主要有氣力式和機(jī)械式。氣力式分為：氣吹和氣吸式，振動(dòng)式根據(jù)激振位置不同分為：樹(shù)桿、樹(shù)枝和樹(shù)冠振動(dòng)式。氣力式振動(dòng)收獲：Whitney J D和Wheaton T A通過(guò)氣力式振動(dòng)采收機(jī)對(duì)噴灑落果劑的Valencia柑橘進(jìn)行試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：該方法的采收率很低，且氣力式振動(dòng)采收機(jī)相對(duì)于人工采摘，柑橘減產(chǎn)16%。 樹(shù)桿振動(dòng)式收獲：Whitney and Wheaton 使用FMC-4000抱搖式振動(dòng)收獲機(jī)對(duì)噴灑落果劑的柑橘進(jìn)行試驗(yàn)，振動(dòng)時(shí)間3～7s，收獲率在90%以上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)機(jī)采比人工采摘的柑橘減產(chǎn)10％。樹(shù)枝振動(dòng)式收獲：Mateev L.M.et al.認(rèn)為采收工作部件撞擊櫻桃樹(shù)枝的沖擊力為隨機(jī)函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動(dòng)采收數(shù)學(xué)模型，在櫻桃田間采收試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該模型預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)約為0.99 。樹(shù)冠振動(dòng)式收獲：韓國(guó)忠南國(guó)立大學(xué)S. W. Lee et al.對(duì)紅棗的物理力學(xué)特性研究，研究基于樹(shù)冠振動(dòng)的采收裝置，激振頻率7.7Hz，試驗(yàn)時(shí)間3s，成熟紅棗采收率達(dá)到95.8%。 2、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 上世紀(jì)80年代我國(guó)開(kāi)始林果機(jī)械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動(dòng)的原理對(duì)黑加侖進(jìn)行機(jī)械采收的試驗(yàn)研究；王業(yè)成采用振動(dòng)采收裝置對(duì)黑加侖進(jìn)行收獲試驗(yàn)；寧夏固原地區(qū)農(nóng)機(jī)所研制了手工沙棘采收器。寧夏農(nóng)林科學(xué)院研制的枸杞采摘機(jī)，；內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝科學(xué)研究所研究了噴灑40%乙烯利溶劑的沙棘化學(xué)采收法；內(nèi)蒙古林業(yè)研究院應(yīng)用氣吸式小林果采收裝置進(jìn)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(shù)損傷嚴(yán)重。2009年，新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制4YS-24型紅棗收獲機(jī)，采用抱搖式收獲方法，適于收獲樹(shù)高3m以上的棗樹(shù)。采凈率91.5%；2010年新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了手持式振動(dòng)林果收獲機(jī)，采用樹(shù)枝振動(dòng)式收獲方法，采凈率≥85%；時(shí)代沃林推出的果樹(shù)振動(dòng)采收機(jī) ZTM-02，采用抱搖式收獲方法，適用于各類(lèi)堅(jiān)果和表皮不易破損的鮮果進(jìn)行收獲。 綜上所述，國(guó)外沒(méi)有可以引進(jìn)消化吸收的矮化密植紅棗收獲機(jī)，國(guó)內(nèi)林果收獲機(jī)研制也沒(méi)有提供相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。為了應(yīng)對(duì)矮化密植紅棗種植面積迅猛增長(zhǎng)帶來(lái)的收獲難題，國(guó)內(nèi)自主研制其收獲機(jī)械裝備勢(shì)在必行。
