基于振动原理的酿酒葡萄采摘试验装置的设计

－——４０４．——　江苏农业科学２０１３年第４ｌ卷第ｌ１期　冯玉磊，坎　杂，李成松，等．基于振动原理的酿酒葡萄采摘试验装置的设计［Ｊ］．江苏农业科学，２０１３，４１（１１）：４０４—４０６　基于振动原理的酿酒葡萄采摘试验装置的设计　冯玉磊，坎杂，李成松，王丽红，袁盼盼　（石河子大学机械电气工程学院／新疆生产建设兵团农业机械重点实验室，新疆石河子８３２００３）　摘要：介绍了一种基于振动原理的新疆酿酒葡萄采摘试验装置，并对其结构特点、工作原理、试验调节方法进行了　阐述。田间试验表明，该装置可以满足试验的调节要求，可用于采摘新疆酿酒葡萄。　关键词：酿酒葡萄；收获机械；振动分离；试验装置　中图分类号：￥２２５．９９　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１３）１１—０４０４—０３　近年来，新疆依托优势资源，大力发展特色产业，葡萄产　业得到了快速发展，种植面积、产量、深加工能力大幅提　高　。２０１０年新疆酿酒葡萄种植面积为０．１３万ｈｍ　。２０１２　年已经超过０．２７万ｈｍ　。收获是酿酒葡萄生产过程中的一　个重要环节，目前新疆酿酒葡萄的采收完全依靠人工，劳动强　度大、生产效率低，更重要的是由于酿酒葡萄的收获季节与棉　花、番茄等经济作物收获期重叠，导致雇工极其困难，现已成　为制约新疆酿酒葡萄产业发展的重要因素之一。虽然世界发　达国家酿酒葡萄采收已基本实现了机械化，但其收获机械都　是在适应本地酿酒葡萄栽培管理技术要求的基础上研制的，　并不适应新疆酿酒葡萄的采收。本研究设计了一种基于振动　ｌ—牵引架；２一～１　作部件机架；３一Ｉ　作鄙件；４一』５６（动调　部件　图１　酿酒葡萄采摘试验装置结构　原理的酿酒葡萄采摘试验装置，旨在为酿酒葡萄采摘提供　指导。　１整机结构及工作原理　酿酒葡萄采摘试验装置结构如图１所示，由牵引架１、工　作部件机架２、工作部件３、驱动调节部件４组成。牵引架１　和工作部件机架２用螺栓连接，运输时方便拆卸。工作部件　３和驱动调节部件４安装于工作部件机架上。发电机带动电　机提供动力输人，发电机可置于牵引架１后方。该装置利用　振动分离原理，即振动通过葡萄藤传至葡萄，使葡萄发生多次　瞬时变速变向运动，克服葡萄与果梗的连接力，实现分　离　。工作时，整机由拖拉机牵引前进。工作部件３位于　图２　酿酒葡萄采摘试验装置运动　葡萄行两侧。驱动调节部件４驱动工作部件３进行有规律振　动。驱动调节部件４还可调节工作部件３的振动频率和振动　幅度，以满足试验所需。同时，两侧工作部件３之间的水平距　离可根据葡萄行宽进行调节以满足不同的试验要求。由图２　可知，Ｒ。、　、　以及机架组成ＲＳＳＲ空间四杆机构，其中Ｒ．、　Ｂ件的振动幅度（Ａ点绕Ｏ点旋转２个极限位置的直线　距离）、振动频率（Ｒ　的转速）、分布规律（在Ｃ件上的排布位　置以及两侧之间的相对位置）以及对葡萄行的压紧程度（主　Ｒ。同机架组成转动副，厶同　。和　组成球面副。曰件、Ｃ　要体现为　的大小）可能会影响葡萄的运动，从而影响葡萄　的分离率、损伤率等，为了试验时调节这几个影响因素，本试　验装置的相关结构均为可调设计。　２关键部件的设计　件、Ｒ　固结为一体，Ｂ件用于放大Ｒ：的摆动幅度，以满足采　摘葡萄所需。　收稿日期：２０１３—０４—２０　基金项目：新疆生产建设兵团博士资金专项（编号：２０１２ＢＢ０１１）。　２．１　作部件　作者简介：冯玉磊（１９７６一），男，河北张家口人，从事现代机械设计研　究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕｌｅｉ８７４９７７＠１６３．ｔｏｎｉ。　工作部件的结构如图３所示。　肋条３与中枢摆动梁４固结；肋条３与中枢摆动梁４之　通信作者：坎１６３．ｃｏｒｎ。　杂，教授，从事农业机械研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｚ—ｓｈｚ＠　间采用螺栓连接；中枢摆动梁４上下端均有摆动支撑件；支撑　件同水平间距调节部件之间采用螺栓连接，方便拆卸；支撑件　江苏农业科学２０１３年第４１卷第１１期　・－——４０５・－——　ｌ一下端摆动支撑件；２一下端水平间距调节部件；　３一肋条；４一中枢摆动梁；５—上端水平间距调节　部件；６一上端摆动支撑件　图３　酿酒葡萄采摘试验装置工作部件结构　的位置可以通过水平间距调节部件实现。工作时，肋条位于　葡萄行两侧，夹紧葡萄藤及其枝叶。中枢摆动梁在上下端摆　动支撑件的支撑下进行摆动，带动肋条实现振动，从而使葡萄　发生瞬时变速变向运动。　２．１．１肋条水平间距调节通过调节两侧肋条的水平间距　（即图２中￡：大小）调节两侧肋条对葡萄行的压紧程度，由于　肋条与中枢摆动梁固结，所以调节中枢摆动梁垂直距离即可　（图２中曰件和ｃ件之间的距离）。调节时先将图４中上端　滑动件４和上端固定件３的连接螺栓松掉，然后转动上端调　节螺杆２，使上端滑动件４沿着上端固定件３滑槽滑动，调节　中枢摆动梁上端位置，滑槽的长度即为其可调范围。　４　ｌ一中枢摆动梁；２－－ｔ端调　嫘杆；３－－　端嘲定件：　４－－上端滑动件　图４　酿酒葡萄采摘试验装置肋条间距调节上端结构　酿酒葡萄采摘试验装置肋条间距下端调节结构如图５所　示，中枢摆动梁绕Ｂ点摆动。调节时先将下端滑动件２和下　端固定件３的连接螺栓（插于下端固定件３前后方向的孔中，　图中未画出）以及位于下端固定件３上的２个锁紧螺栓（图　中未画出）松掉，然后将下端滑动件２沿着上端固定件３滑　动，调节中枢摆动梁下端位置，同样下端滑动件２上的滑槽长　度即为其可调范围。　ｌ一中枢摆动梁ｊ　２一下端滑动件；３一下端固定件　图５　酿酒葡萄采摘试验装置肋条间距调节下端结构　２．１．２肋条分布规律调节　肋条分布规律调节可以通过调　节肋条数量、上下位置以及两侧肋条相对位置实现。图６为　肋条与中枢摆动梁的连接结构图，肋条２为一整体（图７），通　过固定件１同中枢转摆动梁３固结为一体，为方便拆卸和安　装，通过螺栓连接３者。中枢摆动梁从下到上分布有安装孔。　ｌ一固定件；２一肋条；３一中枢摆动梁　图６　酿酒葡萄采摘试验装麓肋条与中枢摆动梁连接结构　图７　酿酒葡萄采摘试验装置肋条结构　２．２驱动调节部件　２．２．１结构及传动驱动调节部件主要由工作部件连接销　轴２、拉杆４、驱动轴５、偏心轮６、锁紧螺母７组成（图８）。中　枢摆动梁绕Ａ点摆动，工作部件摆动板３同中枢摆动梁固结；　拉杆４的两端为关节轴承，其一端（小端）通过工作部件连接　销轴２与工作部件铰接（铰接位置位于２个Ａ点内侧），另一　端（大端）与偏心轮６铰接；偏心轮在驱动轴５上，偏心轮两　侧均有锁紧螺母７；驱动轴５一端用于安装电机。　ｌ—摆动梁驱动半径凋整螺杆；２一工作部件连接销轴；　３～工作部件摆动板；４一拉杆；５一驱动轴；６—偏心轮；　７一锁紧螺母　图８　酿酒葡萄采摘试验装置驱动调节部件结构　工作时动力通过驱动轴传至偏心轮，偏心轮的旋转运动　通过拉杆转换为工作部件摆动板的摆动运动，从而带动工作　部件进行摆动。　２．２．２辅助肋条间距调节为了使两侧肋条进行间距调节以　．———４０６．－——　江苏农业科学２０１３年第４１卷第ｌ１期　后ｎ区域只沿着驱动轴轴线方向增加，必须调节２个拉杆大端间　的距离。因此，将驱动轴设计成花键加螺纹。偏心块内孔为花键　孔，这样偏心块既可以传递动力，又可以在驱动轴上滑动，同时　还可用螺母锁紧偏心块两端，防止工作过程中偏心块滑动。　２．２．３肋条振幅、频率调节调节肋条振幅时先将工作部件　摆动板１和工作部件连接销轴２的紧固螺栓松掉，然后旋转　摆动梁驱动半径调整螺杆３，使工作部件连接销轴２沿着工　作部件摆动板１的滑槽移动，从而调节Ｌ。调节Ｌ后，２个拉　杆大端间的距离也要调节（图９）。　３田间试验　１—小端；２—锁紧螺母；３～调节段；４一大端　图１０酿酒葡萄采摘试验装置拉杆结构　２０１２年ｌＯ月，采用该试验装置在新疆生产建设兵团十　总厂四分厂进行田间试验。试验对象为种植模式为２　ｍ×　３．２　ｍ（行高Ｘ行距）、树龄为２年的酿酒葡萄。试验表明：影　响葡萄采摘效果的主要因素包括肋条的振动频率、振幅、肋条　分布规律以及对葡萄行的压紧程度，该试验装置能够对这几　个影响因素进行调节，以满足试验要求。　４结论　本研究表明，影响葡萄采摘效果的主要因素包括肋条的振　动频率、振幅、肋条分布规律以及对葡萄行的压紧程度，该装置　ｌ一工作部件摆动板；２一工作部件连接销轴；　３—摆动梁驱动半径调整螺杆　图９　酿酒葡萄采摘试验装置振幅调节结构　能够对这几个影响因素进行调节，可以用于采摘酿酒葡萄。　参考文献：　［１］赵中华．新疆葡萄生产机械应用现状及发展方向［Ｊ］．农业技术　有时调节Ｌ以后，通过调节拉杆大端间的距离，并不能保　与装备，２００８（４）：３３—３４．　证图８中。区域不发生变化，此时可以调节拉杆的长度。图　ｌＯ为拉杆结构图，拉杆主要由３段组成，即小端１、调节段３、　大端４。调节段３通过螺纹连接小端１及大端４，而且两端的　螺纹为正负２种螺纹，以调整小端和大端间距，调整完成后，　［２］海力力・沙比提，扎克尔．４ＰＣＱ一１型葡萄采收器［Ｊ］．新疆农　机化，２００２（２）：５２—５３。　［３］王业成，陈海涛，林青．黑加仑采收装置参数的优化［Ｊ］．农业　工程学报，２００９，２５（３）：７９—８３．　［４］胡志超，田立佳，彭宝良，等．国内外葡萄生产机械化的研究与应　用［Ｊ］．新疆农机化，２０１０（４）：４８—４９．　锁紧螺母２用于锁紧调节段３。可以通过变频器控制电机的　转速以调节肋条振动频率。　（上接第３９７页）　面影响。　参考文献：　［１］黄昌勇．土壤学［Ｍ］．北京：中国农业出版社，２０００．　［２］Ｐｏｒｔｅｈ　Ｓ，Ｈｕｎｔｅｒ　Ａ．评价与改善土壤肥力的系统研究法［Ｍ］．杨　俐苹，译．北京：中国农业出版社，２００５．　［３］鲍士旦．土壤农化分析［Ｍ］．３版．北京：中国农业出版社，２００７．　３．２土壤有效磷水平显著提高　与第二次土壤普查时相比，盐城市土壤有效磷平均含量　上升幅度达到３０１％。盐城市过去耕地自身有效磷含量较　低，农田施用磷肥增产增收效果明显。在长期的农业生产过　程中，农民形成了施用磷肥的习惯，经过多年的积累，盐城市　耕地土壤有效磷含量显著提高。目前，农民仍然按照习惯用　量施用磷肥，导致有限磷肥资源分配不合理，不能充分发挥磷　肥的最大效益，增加了磷元素向环境流失的风险。　３．３沿海地区土壤需要补充钾肥　［４］江苏省土壤肥料技术指导站．江苏省２０１１年耕地质量监测报告　［Ｒ］．南京：江苏省土壤肥料技术指导站，２０１２．　［５］俞海，黄季煜，Ｓｅｏｔｔ　Ｒ，等．中国东部地区耕地土壤肥力变化趋　势研究［Ｊ］．地理研究，２００３，２２（３）：３８０—３８８．　土壤速效钾含量有逐年下降的趋势，目前盐城市里下河　农区的速效钾含量较为丰富，除局部地区外，不需要补钾；而　［６］王建革，陆建飞．华北平原土壤肥力的变化与影响因素分析［Ｊ］．　农村生态环境，１９９８，１４（３）：ｌ２—１６．　盐城市沿海农区、渠北农区土壤钾素含量不足，大部分地区均　需推广钾肥的使用。　３．４土壤物理性状、ｐＨ值呈现质量下降趋势　［７］江永红，宇振荣，马永良．秸秆还田对农田生态系统及作物生长　的影响［Ｊ］．土壤通报，２００１，３２（５）：２０９—２１３．　与第二次土壤普查结果相比，目前盐城市土壤耕作层变　［８］李新举，张志国，赵美兰，等．免耕对土壤养分的影响［Ｊ］．土壤　通报，２０００，３１（６）：２６７—２６９．　浅，土攘容重增加，使得土壤缓冲性能下降，土壤养分库容减　小，土壤养分保蓄能力降低；土攘ｐＨ值降低，存在酸化的趋　势，使得土壤养分容易流失，会对耕地的持续利用产生不利影　响。但土壤有机质含量提高，土壤阳离子交换量增加，增强了　土壤缓冲性能，可以部分抵消耕层变浅、土壤酸化所导致的负　［９］王志刚，赵永存，廖启林，等．近２Ｏ年来江苏省土壤ｐＨ值时空变　化及其驱动力［Ｊ］．生态学报，２００８，２８（２）：７２０—７２７．　［１Ｏ］仇荣亮，张云霓，莫大伦．南方土壤酸沉降敏感性研究１９９７，３６（５）：７８—８３．　１．酸敏　感性影响因子及其数学表征［Ｊ］．中山大学学报：自然科学版，