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基本信息
- 項目名稱：
- 矮化密植型紅棗采收裝置
- 小類：
- 機(jī)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(jī)構(gòu)作為本作品核心，是對稱布置的兩個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄轉(zhuǎn)動時，帶動滑塊往復(fù)運(yùn)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(dāng)振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動7～15s）時，采凈率達(dá)93%以上，解決了人工收獲時存在的問題。
- 詳細(xì)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jì)效益，促進(jìn)紅棗產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。 本作品主要是針對實現(xiàn)矮化密植型紅棗機(jī)械化收獲進(jìn)行的設(shè)計。設(shè)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(xué)特性分析，國內(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。試驗證明：對含水率在60%以下的紅棗，當(dāng)振幅在14mm，頻率在15～18Hz（振動時間7～15s）時，采凈率達(dá)93%以上，可有效解決人工收獲時存在的問題。 關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn): 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(jié)構(gòu)參數(shù)及工作參數(shù)的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，通過試驗優(yōu)化，得出合理參數(shù)。 創(chuàng)新點(diǎn): （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(jī)械化收獲。 （2）裝置采用的是兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)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(shè)計、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、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(qiáng)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(tuán)隊對矮化密植型紅棗的收獲問題進(jìn)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(guān)技術(shù)：林果收獲多采用振動式方法進(jìn)行收獲。鑒于以上調(diào)查研究，確定作品采用振動采收方式。在進(jìn)一步的設(shè)計過程中，團(tuán)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(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(diǎn)： 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(jī)械化收獲。 2)裝置采用兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)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(guān)鍵技術(shù) 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(shù)指標(biāo) 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(xué)性、先進(jìn)性
- (1)該作品是針對矮化密植林果采收而設(shè)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(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)，更有效的平衡了慣性力，且設(shè)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(yùn)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(jié)果
- 無獲獎情況
作品所處階段
- 實驗室階段
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
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1. 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 (1)由于本作品采用兩個曲柄（偏心對置180°）滑塊機(jī)構(gòu)，解決了單曲柄機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，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(jì)效益預(yù)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(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，而且推動了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來了可觀的經(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，實現(xiàn)機(jī)械化收獲，降低勞動強(qiáng)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(jì)60年代，國外開始林果機(jī)械化收獲研究，根據(jù)收獲機(jī)械所用動力不同，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(jī)對噴灑落果劑的Valencia柑橘進(jìn)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(jī)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(jī)對噴灑落果劑的柑橘進(jìn)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(jī)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(rèn)為采收工作部件撞擊櫻桃樹枝的沖擊力為隨機(jī)函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動采收數(shù)學(xué)模型，在櫻桃田間采收試驗中，實驗結(jié)果與該模型預(yù)測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)約為0.99 。樹冠振動式收獲：韓國忠南國立大學(xué)S. W. Lee et al.對紅棗的物理力學(xué)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(dá)到95.8%。 2、國內(nèi)現(xiàn)狀 上世紀(jì)80年代我國開始林果機(jī)械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動的原理對黑加侖進(jìn)行機(jī)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(jìn)行收獲試驗；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，適于收獲樹高3m以上的棗樹。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林果收獲機(jī)，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(jī) 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(jìn)行收獲。 綜上所述，國外沒有可以引進(jìn)消化吸收的矮化密植紅棗收獲機(jī)，國內(nèi)林果收獲機(jī)研制也沒有提供相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)驗。為了應(yīng)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(jī)械裝備勢在必行。
