一种化橘红采收一体化装置和方法

1.本发明属于机械领域，具体涉及一种化橘红采收一体化装置和方法。


背景技术：

2.化橘红主要产自广东省化州市，地处丘陵地带，绝大部分的化橘红生产基地出于经济性的考虑，会将化橘红的种植地选择在山地。化橘红不同于水果，但其在外观、硬度等方面跟水果有一定程度的相似，目前国内还没有适用于采摘化橘红且受众度较高的机械。我国的水果机械采收方式主要分为以下四种：机械推摇式、机械撞击式、气力振摇式和切割式；但这些方式不仅会损伤化橘红果实，而且会对化橘红树产生一定的伤害，影响来年产量，并且在收集化橘红时也需投入一定的劳动力，效率不高。可见，参照水果采收的方式对化橘红实现机械采收，不能达到理想的效果。另外，丘陵山地不同于平原的地势是另一个突出的问题，化州市的化橘红基地大多分布在坡度大、地块小而散的丘陵山地,导致全机械化装置无法高效地进行化橘红采摘，机械的研发严重受制于地理环境。在这种现实情况下，使用机械辅助采收的方式实现化橘红的采收，是更为有效的方式。专利cn111670685a利用了虹膜机构，具有一定的夹持作用；但此结构导致果实的茎难以被切断，并且不能同时对果实进行收集，采摘效率低。专利cn108684311a、cn211531872u、cn214430265u、cn214430265u等有切割与收集装置，但是收集装置存在以下问题：(1)有些收集装置功能较为简单，只是水果空中采摘后的收集存储，防止水果从高空掉落受损，当要把采摘后水果放置到地面时，还需要操作采摘杆，降低采摘杆收集水果部位的高度，方便水果可以从收集装置中取出；(2)有些收集装置采用不可伸缩的网兜固定在采摘杆上来运送水果，但由于网兜不能随着采摘杆长度的调节而自动调节，在调节采摘杆长度后会出现严重形变影响到果实的运送效果，需要通过手工来调节网兜的位置。由于现有的水果采摘装置并没有进行采摘与收集放置一体化设计，空中采摘之后还要耗费时间操控装置去放置果实，导致采收效率偏低。因此，研发一种既容易切割化橘红果实的茎、又可以同时收集化橘红果实的采收装置是本领域迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种化橘红采收一体化装置和方法，容易切割化橘红果实的茎，操作杆可伸缩，果实收集开口可调节，带有柔性可伸缩网兜，操作方便，采摘效率高，特别适用于丘陵山地的化橘红采收。
4.本发明的目的通过下述技术方案实现：
5.一种化橘红采收一体化装置，第一切割杆1和第二切割杆22相铰接；第一切割杆1和第二切割杆22的侧边开有通槽，用于放置刀片2；第一切割杆1与第一支撑杆3相铰接，第二切割杆22与第二支撑杆4相铰接；第一支撑杆3和第二支撑杆4的中部开有通孔，分别用于第一支撑杆3与第一传动杆5的前端、第二支撑杆4与第二传动杆6的前端相铰接；第一支撑杆3的后端、第二支撑杆4的后端与主杆7的前端在主杆7的前通孔处通过销轴14相铰接；拉
伸弹簧16的一端与销轴14相连接，另一端与连接器17的前端相连接，用于实现能量的转换；第一传动杆5的后端、第二传动杆6的后端通过销轴18和主杆7、连接器17在主杆7的后通槽处形成滑槽结构；连接器17的后端通过圆柱销20与第一传动片21相连接，实现运动的同步。圆柱销15和销轴14相连接，圆柱销19和销轴18相连接，以保证铰链的安全可靠。
6.第二压板27、螺纹体29和扭转弹簧28通过圆柱销26组装在一起，扭转弹簧28分别与第二压板27、螺纹体29相接触，圆柱销26嵌套在扭转弹簧28里；螺纹体29与副杆31形成螺纹连接，以固定螺纹体29的位置；主杆7同时内套在螺纹体29和副杆31中，形成可伸缩结构；第二传动片33、第三传动片34在连杆器30的外部并通过圆柱销32和连杆器30形成一个整体，以同步运动；第一传动片21插入并穿过连杆器30；第一压板25通过两组相同的由圆柱销24和压缩弹簧23构成的结构限定在连杆器30固定的位置内，可以上下移动，第一压板25和第二压板27为接触/分离关系。操作时，当第一压板25被压下，第一传动片21被第一压板25卡住卡口后，第一传动片21也与连杆器30连接成为一个整体；若第一压板25未被压下，第一传动片21与连杆器30就未构成连接，第一传动片21可以前后移动，而连杆器30相对静止。
7.握把36和副杆31通过开口销35在副杆31开的通槽处形成滑槽结构，用于防止握把36从后端脱落，同时保证该结构不会影响握把36的运动；第二传动片33和第三传动片34通过圆柱销37和握把36连接成一个整体，用以传递运动。
8.所述化橘红采收一体化装置还包括柔性网兜38；柔性网兜38由两部分构成，其上部分采用钢丝波纹软管，下部分采用网眼纱布41；所述钢丝波纹软管包括不锈钢圈39和柔性透明材料40，比如pu材料，钢丝波纹软管的柔性透明材料40保证其伸缩性，不锈钢圈39能紧固结构不易变形，便于果实在兜内下落；所述网眼纱布41轻薄，可减轻网兜整体重量，便于携带和操作。在网眼纱布41的下端设有束口绳42，可根据需要收紧和打开；另外，在网眼纱布41的侧边设有开缝，也可以手动拉开取出果实，提升灵活性。所述钢丝波纹软管的上端固定在由第一切割杆1、第二切割杆22、第一支撑杆3和第二支撑杆4组成的四边形折叠收纳口上，钢丝波纹软管的下端固定在不可移动伸缩副杆31上，钢丝波纹软管中间用套环套在可移动伸缩的主杆7上，由此钢丝波纹软管会随着主杆长度的变化而相应自动伸缩，如图6所示。网眼纱布41绑在副杆31上固定其位置。柔性网兜38的状态变化如图7、图8所示。
9.一种化橘红采收一体化方法，包括下述步骤：
10.(1)按下第二压板27，对扭转弹簧28施加扭矩，使第二压板27绕嵌套在扭转弹簧28里的圆柱销26的轴心旋转，同时第二压板27与第一压板25分离，使得第一压板25在压缩弹簧23的作用下向上移动，与第一传动片21的卡口分离，使得第一传动片21可以随着主杆7向前运动，此时柔性网兜38从完全折叠状态变成展开状态；
11.(2)移动到采收位置后，松开第二压板27，在扭转弹簧28的作用下，使第二压板27绕圆柱销26的轴心反向旋转，第二压板27与第一压板25接触并施加压力，使第一压板25下移并卡住第一传动片21的卡口；第一传动片21、连杆器30、第二传动片33和第三传动片34就连接成为一个整体，具有相同的运动，此时第二传动片33和第三传动片34的运动就能控制第一传动片21的运动；由于握把36是可以运动的，操作者握住握把36并向后拉动握把36，从而拉动第二传动片33和第三传动片34同时向后移动，第二传动片33和第三传动片34的运动又经过连杆器30传至第一传动片21，第一传动片21向后运动，主杆7相对静止，第一传动片21带动连接器17移动，同时使拉伸弹簧16运动，部分机械能转化为弹性势能并储存；
12.(3)连接器17带动第一传动杆5和第二传动杆6也向后运动，同时绕销轴18的轴心线旋转，从而带动第一支撑杆3和第二支撑杆4绕销轴14的轴心线旋转，最后带动第一切割杆1和第二切割杆22向后运动的同时，使其绕销轴18旋转，由第一切割杆1、第二切割杆22、第一支撑杆3和第二支撑杆4组成的四边形折叠收纳口展开；
13.(4)操作者控制刀片2的刀口对准果实茎部，然后使握把36复位，第一传动片21向前运动，主杆7相对静止，拉伸弹簧16复位，储存的弹性势能转化为机构运动的机械能，上述部件在此能量的作用下复原，并回到初始位置，此时由第一切割杆1、第二切割杆22、第一支撑杆3和第二支撑杆4组成的四边形折叠收纳口折叠，使刀片2闭合的同时对果实茎进行切割，切割下的果实沿柔性网兜38落入末端，可以直接输送到水果收置箱内，也可以被拉紧的束口带42拦在网眼纱布41处，收集一定数量的果实后，再打开束口带42卸下果实，或从网眼纱布41的侧面开口处取出果实，操作方式灵活，实现采摘和收集一体化，提高整体作业效率。
14.本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
15.(1)本发明的化橘红采收一体化装置，其果实收集开口大小可通过第一切割杆1、第二切割杆22、第一支撑杆3和第二支撑杆4组成的四边形折叠收纳口来调节，起到了两个作用：一是可以根据单个果实大小或多个果实体积变化相应调节收集面积；二是在靠近果实过程中，开口收紧有利于装置快速避开树枝树叶的阻挡，在到达果实采摘位置时开口打开，即可对果实进行采摘；
16.(2)本发明的化橘红采收一体化装置，带有柔性可伸缩网兜，果实在重力作用下可以顺着网兜滑落至网兜底部，并且网兜可随着伸缩杆长度的变化而自动调节，简化了果实收置过程，提高了工作效率。
17.(3)本发明的化橘红采收一体化装置，不仅可以完成空中对水果进行采摘，在不用放低采摘杆前端的情况下，还利用柔性可伸缩网兜把采摘下来的水果直接运送到地面处指定位置，大大地简化了水果采摘后收集放置果实的操作，缩短了水果收集放置的时间，提高了水果采收的整体效率。
18.(4)本发明的化橘红采收一体化装置，操作杆可伸缩，轻简便于携带，操作灵活简便，结构简单，成本低，采收不损伤果实；柔性网兜可随主杆长度变化而相应做出伸缩性的变化，不会因为水果高度的变化，在调节主杆长度的同时，还要再去调节网兜，从而提高了效率。
附图说明
19.图1为化橘红采收一体化装置的结构示意图。
20.图2为螺纹体的内部结构示意图。
21.图3为握把的结构示意图。
22.图4为化橘红采收一体化装置状态一的结构示意图。
23.图5为化橘红采收一体化装置状态二的结构示意图。
24.图6为柔性网兜随伸缩杆的伸缩状态变化的示意图：(a)为收缩状态；(b)为伸开状态。
25.图7为柔性网兜的伸缩状态变化示意图(底部束口绳拉紧)：(a)为伸开状态；(b)为
收缩状态。
26.图8为柔性网兜的伸缩状态变化示意图(底部束口绳松开)：(a)为伸开状态；(b)为收缩状态。
27.其中，1、第一切割杆；2、刀片；3、第一支撑杆；4、第二支撑杆；5、第一传动杆；6、第二传动杆；7、主杆；8、销轴；9、螺栓；10、垫圈；11、螺母；12、销轴；13、销轴；14、销轴；15、圆柱销；16、拉伸弹簧；17、连接器；18、销轴；19、圆柱销；20、圆柱销；21、第一传动片；22、第二切割杆；23、压缩弹簧；24、圆柱销；25、第一压板；26、圆柱销；27、第二压板；28、扭转弹簧；29、螺纹体；30、连杆器；31、副杆；32、圆柱销；33、第二传动片；34、第三传动片；35、开口销；36、握把；37、圆柱销；38、柔性网兜；39、不锈钢圈；40、柔性透明材料；41、网眼纱布；42、束口绳。
具体实施方式
28.为了便于理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但是，不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
29.实施例1
30.一种化橘红采收一体化装置，如图1所示，第一切割杆1和第二切割杆22通过销轴8铰接；第一切割杆1和第二切割杆22的侧边均开有通槽，用以放置刀片2，第一切割杆1和第二切割杆22通过螺栓9固定刀片2，保证其切割的稳定性，更换刀片2只需松开螺母11，进行更换，然后再拧紧螺母11即可，垫圈10垫在螺母11上方，增加接触面积，降低压力的同时防止螺栓9松动。第一切割杆1和第一支撑杆3，第二切割杆22和第二支撑杆4，分别通过两个规格相同的销轴12铰接，从而实现运动。第一支撑杆3和第二支撑杆4的中部都开有通孔，用于分别与第一传动杆5、第二传动杆6，通过两个规格相同的销轴13铰接；第一支撑杆3和第二支撑杆4的后端通过销轴14和主杆7在主杆7前通孔处铰接。拉伸弹簧16的一端悬挂在销轴14上，另一端被连接器17的前段钩住，用于实现能量的转换。第一传动杆5和第二传动杆6的后端通过销轴18和主杆7及连接器17在主杆7后通槽处形成滑槽结构；连接器17的后端和第一传动片21通过圆柱销20连接，实现运动的同步。圆柱销15和销轴14相连接，圆柱销19和销轴18相连接，保证铰链的安全可靠。
31.如图2所示，第二压板27，螺纹体29和扭转弹簧28，通过圆柱销26组装在一起；扭转弹簧28分别与第二压板27、螺纹体29面接触；螺纹体29通过副杆31前端的螺纹形成螺纹连接，固定螺纹体29的位置；主杆7同时内套在螺纹体29和副杆31中，形成可伸缩结构。第二传动片33和第三传动片34，在连杆器30外部通过圆柱销32和连杆器30连接一个整体，使他们的运动同步，而第一传动片21插入并穿过连杆器30，当第一压板25被压下，第一传动片21被第一压板25卡住卡口后，第一传动片21也与连杆器30连接成为一个整体；若第一压板25未被压下，第一传动片21与连杆器30就未构成连接，第一传动片21可以前后移动，而连杆器30相对静止；第一压板25通过两组相同的由圆柱销24和压缩弹簧23构成的结构限定在连杆器30固定的位置内，可以上下移动。
32.如图3所示，握把36和副杆31通过开口销35，在副杆31开的通槽处形成滑槽结构，用于防止握把36从后端脱落，同时保证该结构不会影响握把36的运动；第二传动片33和第
三传动片34通过圆柱销37和握把36连接成一个整体，用以传递运动。
33.如图6所示，柔性网兜38两端固定在四边形折叠收纳口的四个铰接点和副杆31上，中间用套环套在主杆7上，随着主杆7的伸缩，柔性网兜38也随之伸长与收缩，从而达到自动伸缩的功能。
34.实施例2
35.一种化橘红采收一体化装置，采摘化橘红时，工人手握握把36，按下第二压板27，对扭转弹簧28施加扭矩，使第二压板27绕圆柱销26的轴心旋转，同时第二压板27与第一压板25分离，使第一压板25在压缩弹簧23的作用下向上移动，与第一传动片21的卡口分离，调节主杆7长度到需要采摘化橘红的高度，柔性网兜38也随之伸长(如图6、图7、图8所示)，同时第一传动片21跟随主杆7移动到采收位置，此时，松开第二压板27，在扭转弹簧28的作用下，使第二压板27绕圆柱销26的轴心反向旋转，第二压板27与第一压板25接触并施加压力，使第一压板25下移并卡住第一传动片21的卡口；第一压板25卡住第一传动片21的卡口，第一传动片21、连杆器30、第二传动片33、第三传动片34就连接成为一个整体，具有相同的运动，此时第二传动片33和第三传动片34的运动就能控制第一传动片21的运动；由于握把36是可以运动的，当采摘兜移动到目标附近时，操作者握住握把36并向后拉动握把36，从而拉动第二传动片33和第三传动片34同时向后移动(移动距离经计算约21mm，机构灵敏度较大)，第二传动片33和第三传动片34的运动又经过连杆器30传至第一传动片21，第一传动片21向后运动，主杆7相对静止，第一传动片21带动连接器17移动，同时使拉伸弹簧16运动，部分机械能转化为弹性势能并储存。连接器17带动第一传动杆5和第二传动杆6也向后运动，同时绕销轴18轴心线旋转，从而带动第一支撑杆3和第二支撑杆4绕销轴14轴心线旋转，最后带动第一切割杆1和第二切割杆22向后运动的同时，使其绕销轴18旋转，使其由图4的状态变为图5的状态；操作采摘网兜套住目标后，将握把36复位，第一传动片21向前运动，主杆7相对静止，拉伸弹簧16复位，储存的弹性势能转化为机构运动的机械能，上述部件在此能量的作用下复原，并回到初始位置，此时采摘网兜的面积由图5的状态变为图4的状态，之后向下拉扯整个装置，使刀片切割目标化橘红的枝干，切割下的果实沿柔性网兜38落入末端收集装置，收集一定数量的果实后，可以从柔性网兜38末端打开网兜并卸下果实，也可以将柔性网兜38末端放入水果收置箱中，实现采摘和收集放置一体化，提高整体作业效率。
36.实施例3
37.一种化橘红采收一体化装置，可以用于采摘其他水果，比如可以用于采摘柚子，使用时，工人手握握把36，按下第二压板27，对扭转弹簧28施加扭矩，使第二压板27绕圆柱销26的轴心旋转，同时第二压板27与第一压板25分离，使第一压板25在压缩弹簧23的作用下向上移动，与第一传动片21的卡口分离，然后调节伸缩杆主杆7长度到需要采摘柚子的高度，柔性网兜38也随之伸长(如图6、图7、图8所示)，同时第一传动片21跟随主杆7移动到规定位置，此时，松开第二压板27，在扭转弹簧28的作用下，使第二压板27绕圆柱销26的轴心反向旋转，第二压板27与第一压板25接触并施加压力，使第一压板25下移并卡住第一传动片21的卡口；第一压板25卡住第一传动片21的卡口，第一传动片21，连杆器30及第二传动片33，第三传动片34就连接成为一个整体，具有相同的运动，此时第一传动片21的运动被第二传动片33和第三传动片34的运动控制；由于握把36是可以运动的，当采摘兜移动到目标附近时，操作者握住握把36并向后拉动握把36，从而拉动第二传动片33和第三传动片34同时
向后移动，第二传动片33和第三传动片34的运动通过连杆器30传至第一传动片21，第一传动片21向后运动，主杆7相对静止，第一传动片21带动连接器17移动，同时使拉伸弹簧16运动，部分机械能转化为弹性势能并储存。第一传动杆5和第二传动杆6被连接器17带动也向后运动，同时绕销轴18轴心线旋转，从而带动第一支撑杆3和第二支撑杆4绕销轴14轴心线旋转，最后带动第一切割杆1和第二切割杆22向后运动的同时，使其绕销轴18旋转，使其由图4的状态变为图5的状态；操作采摘网兜套住目标后，将握把36复位，第一传动片21向前运动，主杆7相对静止，拉伸弹簧16复位，储存的弹性势能转化为机构运动的机械能，上述零件在此能量的作用复原，并回到初始位置，此时采摘网兜的面积由图5的状态变为图4的状态，之后向下拉扯整个装置，使刀片2切割柚子树的枝干，切割下的果实沿柔性网兜38落入末端收集装置，收集一定数量的果实后，可以从柔性网兜38末端打开网兜并卸下果实，也可以将柔性网兜38末端放入水果收置箱中，实现采摘和收集放置一体化，提高整体作业效率。
38.以上所述仅为本发明的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。