CN114451135B - 一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，包括采摘牵引车、液压摆动机构、采收机构、传输与储存机构、压叶机构；液压摆动机构包括第一液压杆、第二液压杆、第一连杆摆臂、第二连杆摆臂、固定臂、固定架；固定臂通过固定架与采摘牵引车的机架连接；第一连杆摆臂、固定臂、第一液压杆形成第一四杆机构；第二连杆摆臂、第一连杆摆臂、第二液压杆、固定臂形成第二四杆机构；采收机构与压叶机构安装在第二连杆摆臂上；传输与储存机构包括传送带上端可转动，下端与第一连杆摆臂的中部转动式连接；传送带从前下方往后上方倾斜。本发明通过折断的方式实现菠萝与植株分离，能有效防止水果损伤且采摘效率高，属于菠萝采收装置。

Description

一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器

技术领域

本发明涉及菠萝采收装置，具体涉及一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器。

背景技术

果蔬收获短期内需要大量劳动力，未及时收获会影响果实的储藏及销售；劳动力短缺将导致人工采摘成本上升，收获不及时将导致农业作物经济利益下滑。目前菠萝收获大部分都是人工采摘，采摘作业繁琐复杂，劳动强度大，且效率低下。果实采收的季节性强，若不及时采摘容易导致果实过熟，运输过程中容易损坏，错过最佳上市时间。此外，现有的菠萝采摘机械大部分只涉及单个采摘，成本高，采摘效率较慢，对于批量采收研究较少。

现有的大批量采收操作的菠萝采摘机，一般通过设置切刀采用切断杆茎的方式采收，这种方式难以准确定位茎秆位置，且容易对植株造成损伤。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种通过折断的方式实现菠萝与植株分离的可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，包括采摘牵引车、液压摆动机构、采收机构、传输与储存机构、压叶机构；液压摆动机构包括第一液压杆、第二液压杆、第一连杆摆臂、第二连杆摆臂、固定臂、固定架；固定臂通过固定架与采摘牵引车的机架连接；第一连杆摆臂的后端与固定臂的中部转动式连接，固定臂的下端与第一液压杆的后端转动式连接，第一液压杆的前端与第一连杆摆臂的前端转动式连接；第二连杆摆臂的后端与第一连杆摆臂的前端转动式连接，第二连杆摆臂的前端与第二液压杆的前端转动式连接，第二液压杆的后端与固定臂的上端转动式连接；采收机构与压叶机构安装在第二连杆摆臂上；传输与储存机构包括传送带、摇臂、摇臂固定板；摇臂固定板与采摘牵引车的机架连接，摇臂的一端与摇臂固定板转动式连接，摇臂的另一端与传送带的上端转动式连接，传送带的下端与第一连杆摆臂的中部转动式连接；传送带从前下方往后上方倾斜。

作为一种优选，采收机构包括设置在第二连杆摆臂前端的第二柔性杆滚筒、设置在第二连杆摆臂后端的第一柔性杆滚筒、设置在第二柔性杆滚筒上的排列成行的橡胶管套尼龙柔性杆、设置在第一柔性杆滚筒上的排列成行的第一圆截面橡胶柔性杆；第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒转向相反，从而第一圆截面橡胶柔性杆与橡胶管套尼龙柔性杆作用在菠萝两侧的不同高度位置将菠萝与茎连接处折断。

作为一种优选，橡胶管套尼龙柔性杆包括尼龙螺杆、空心圆截面硅橡胶棒，尼龙螺杆通过螺母与第二柔性杆滚筒连接，空心圆截面硅橡胶棒一部分套装在尼龙螺杆上。

作为一种优选，第一圆截面橡胶柔性杆的外壁设有多个环状凹槽。

作为一种优选，多个橡胶管套尼龙柔性杆沿着第二柔性杆滚筒的轴向排列成一行，橡胶管套尼龙柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第二柔性杆滚筒的外壁；多个第一圆截面橡胶柔性杆沿着第一柔性杆滚筒的轴向排列成一行，第一圆截面橡胶柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第一柔性杆滚筒的外壁。

作为一种优选，采收机构还包括电机、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮；第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴均通过轴承安装在第二连杆摆臂上，第一传动轴、第一柔性杆滚筒和第一齿轮同步转动，第二传动轴和第二齿轮同步转动，第三传动轴和第三齿轮同步转动，第四传动轴、第二柔性杆滚筒和第四齿轮同步转动，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮依次啮合传动，电机带动第一传动轴转动。

作为一种优选，压叶机构包括四根压叶弯杆，每两根压叶弯杆成一组；第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒的朝向待采收菠萝的一侧各设置一组压叶弯杆。

作为一种优选，每根压叶弯杆均包括一段水平段和两段连接段，水平段的端部通过两段连接段安装在第二连杆摆臂上，且水平段和连接段之间围成供橡胶管套尼龙柔性杆、第一圆截面橡胶柔性杆通过的空间。

作为一种优选，每组压叶弯杆中，两根压叶弯杆相互倾斜设置，呈“八”字形，大口面向待采收菠萝的一侧。

作为一种优选，传输与储存机构还包括储存箱和固定支架；储存箱通过固定支架安装在采摘牵引车的机架上，储存箱位于传送带的后方。

本发明具有如下优点：

1.通过设计了液压摆动机构，将柔性杆滚筒式采收机构与传送带融合，使得这种采收机构适用于大批量菠萝采摘，通用性强，采摘效率高，有效防止果实损伤。

2.通过第一连杆摆臂、第一液压杆、固定臂形成的第一四杆机构可以动态调整采收机构的高度适应不同高度菠萝植株，且由于传送带一端与第一连杆摆臂转动连接，可以保持采收机构和传送带连动和它们之间的相对位置不变，菠萝采收后由于第一柔性杆滚筒提供的离心力顺利进入传送带中。

3.通过第二连杆摆臂、第二液压杆、第一连杆摆臂、固定臂形成的第二四杆机构可以动态调整采收机构的倾斜角度以达到适应不同姿态的菠萝，且可以为菠萝和植株的分离提供折断弯矩而不是靠拉拔方式。

4.通过第二四杆机构将采收机构倾斜一定角度后，第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒相对旋转，带动第一圆截面橡胶柔性杆和橡胶管套尼龙柔性杆对转，在第一圆截面橡胶柔性杆和橡胶管套尼龙柔性杆向上的作用力和相对的作用力所形成的弯矩的共同作用下(在第一圆截面橡胶柔性杆和橡胶管套尼龙柔性杆回弹力以及柔性杆与菠萝之间摩擦力的共同作用下)，能将菠萝从植株上分离开来，实现菠萝的采摘。

5.通过第一圆截面橡胶柔性杆设有多个环状凹槽，能够增加第一圆截面橡胶柔性杆和菠萝之间摩擦力，便于将菠萝从植株上分离开来。

6.通过空心圆截面硅橡胶棒一部分套装在尼龙螺杆上形成橡胶管套尼龙柔性杆，空心圆截面硅橡胶棒另一部分与菠萝作用，与菠萝作用的空心圆截面变形后成为椭圆形截面，增大了与菠萝的接触面积，减少菠萝的损伤。

7.压叶机构由两根弯杆成组布置，一共两组，每组压叶弯杆相对倾斜布置，增大了压叶面积，将菠萝叶子从两侧往下压住，使菠萝果实露出，避免菠萝叶子卷入滚筒；结构简单且降低对植株的损伤。

附图说明

图1是一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器的立体图。

图2是液压摆动机构的示意图。

图3是采收机构的立体图。

图4是采收机构的另一视角的立体图。

图5是橡胶管套尼龙柔性杆的示意图。

图6是传输与储存机构的示意图。

图7是压叶机构的示意图。

图8是一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器的工作状态图。

1为采摘牵引车、2为液压摆动机构、3为采收机构、4为传输与储存机构、5为压叶机构。

201为固定臂、202为第一连杆摆臂、203为第二连杆摆臂、204为固定架、205为第一液压杆、206为第二液压杆。

301为电机、302为第一圆截面橡胶柔性杆、303为第二传动轴、304为第三传动轴、305为第四传动轴、306为第二柔性杆滚筒、307为橡胶管套尼龙柔性杆、308为第一柔性杆滚筒、309第一齿轮、310为第二齿轮、311为第三齿轮、312为第四齿轮、313为第一传动轴、314为尼龙螺杆、315为螺母。

401为储存箱、402为摇臂固定板、403为摇臂、404为固定支架、405为传送带、406为传送带轴。

501为压叶弯杆。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，包括采摘牵引车、液压摆动机构、采收机构、传输与储存机构、压叶机构。

采摘牵引车作为主要载体，包含机架。

液压摆动机构包括对称布置的第一液压杆、第二液压杆、第一连杆摆臂、第二连杆摆臂、固定臂、固定架。固定臂通过固定架与采摘牵引车的机架连接；第一连杆摆臂的后端与固定臂的中部转动式连接，固定臂的下端与第一液压杆的后端转动式连接，第一液压杆的前端与第一连杆摆臂的前端转动式连接，由此形成第一四杆机构。第二连杆摆臂的后端与第一连杆摆臂的前端转动式连接，第二连杆摆臂的前端与第二液压杆的前端转动式连接，第二液压杆的后端与固定臂的上端转动式连接，由此形成第二四杆机构。采收机构与压叶机构安装在第二连杆摆臂上；传输与储存机构包括传送带、摇臂、摇臂固定板；摇臂固定板与采摘牵引车的机架连接，摇臂的一端与摇臂固定板转动式连接，摇臂的另一端与传送带的上端转动式连接，传送带的下端与第一连杆摆臂的中部通过传送带轴转动式连接；传送带从前下方往后上方倾斜。

采收机构包括设置在第二连杆摆臂前端的第二柔性杆滚筒、设置在第二连杆摆臂后端的第一柔性杆滚筒、设置在第二柔性杆滚筒上的排列成行的橡胶管套尼龙柔性杆、设置在第一柔性杆滚筒上的排列成行的第一圆截面橡胶柔性杆；第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒转向相反，从而第一圆截面橡胶柔性杆与橡胶管套尼龙柔性杆将菠萝向上托起。

橡胶管套尼龙柔性杆包括尼龙螺杆、空心圆截面硅橡胶棒，尼龙螺杆通过螺母与第二柔性杆滚筒连接，空心圆截面硅橡胶棒一部分套装在尼龙螺杆上。

第一圆截面橡胶柔性杆为实心橡胶棒，外壁设有多个环状凹槽。第一圆截面橡胶柔性杆弯曲与菠萝接触类型为线接触，橡胶管套尼龙柔性杆弯曲空心圆截面变形成椭圆形截面后与菠萝接触类型为面接触。

多个橡胶管套尼龙柔性杆沿着第二柔性杆滚筒的轴向排列成一行，橡胶管套尼龙柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第二柔性杆滚筒的外壁。多个第一圆截面橡胶柔性杆沿着第一柔性杆滚筒的轴向排列成一行，第一圆截面橡胶柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第一柔性杆滚筒的外壁。

采收机构还包括电机、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮。第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴均通过轴承安装在第二连杆摆臂上，第一传动轴、第一柔性杆滚筒和第一齿轮同步转动，第二传动轴和第二齿轮同步转动，第三传动轴和第三齿轮同步转动，第四传动轴、第二柔性杆滚筒和第四齿轮同步转动，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮依次啮合传动，电机带动第一传动轴转动。

压叶机构包括四根压叶弯杆，每两根压叶弯杆成一组；第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒的朝向待采收菠萝的一侧各设置一组压叶弯杆。

每根压叶弯杆均包括一段水平段和两段连接段，水平段的端部通过两段连接段安装在第二连杆摆臂上，且水平段和连接段之间围成供橡胶管套尼龙柔性杆、第一圆截面橡胶柔性杆通过的空间。

每组压叶弯杆中，两根压叶弯杆相互倾斜设置，呈“八”字形，大口面向待采收菠萝的一侧。

传输与储存机构还包括储存箱和固定支架；储存箱通过固定支架安装在采摘牵引车的机架上，储存箱位于传送带的后方。

具体操作过程如下：

通过伸长液压摆动机构中第二液压杆，使第二液压杆、第一连杆摆臂、固定臂、第二连杆摆臂形成的第二四杆机构运动，使两滚筒处于与地面水平的状态(即保持第二连杆摆臂呈水平状态)。

启动采收机构电机，使所有的柔性杆垂直于地面，使两滚筒中间留有充足的间隙。

通过伸长液压摆动机构中第一液压杆，使第一连杆摆臂、固定臂、第一液压杆形成的第一四杆机构提升采收机构、压叶机构、第二四杆机构等，传送带由于一端与第一连杆摆臂转动式连接，一端与摇臂转动式连接，因此也会一起提升，保持传送带与第一柔性杆滚筒之间的相对距离；提升至地面一定高度后，采摘牵引车前行。

当采收机构开始靠近一排菠萝，且菠萝位置大概位于两滚筒中间时，通过缩短第一液压杆，使第一连杆摆臂、固定臂、第一液压杆形成的第一四杆机构降低采收机构、压叶机构、第二四杆机构、传送带等，此时压叶机构随着位置下降，压住大部分菠萝叶片。

通过缩短液压摆动机构中第二液压杆，使第二液压杆、第一连杆摆臂、固定臂、第二连杆摆臂形成的第二四杆机构运动，使两滚筒处于相对于地面倾斜状态(即保持第二连杆摆臂呈倾斜状态，以便于转动滚筒为采摘菠萝提供折断力矩)。

启动采收机构的电机，转动滚筒，第一圆截面橡胶柔性杆、橡胶管套尼龙柔性杆随着滚筒转动，转动一定角度后，第一圆截面橡胶柔性杆与菠萝接触，随后橡胶管套尼龙柔性杆与菠萝接触，两柔性杆与菠萝产生相互作用力，且由于两滚筒相对倾斜，两柔性杆与菠萝作用的位置具有相对的距离，因此两柔性杆对菠萝产生的作用力形成力矩，此力矩作为主要的折断力矩把菠萝从果梗处与植株分离。

菠萝与植株分离后，在两柔性杆转动作用下，掉落至传送带，传送带输送菠萝至储存箱。

菠萝进入储存箱后，进行下一个循环采收。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，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，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：包括采摘牵引车、液压摆动机构、采收机构、传输与储存机构、压叶机构；

液压摆动机构包括第一液压杆、第二液压杆、第一连杆摆臂、第二连杆摆臂、固定臂、固定架；固定臂通过固定架与采摘牵引车的机架连接；第一连杆摆臂的后端与固定臂的中部转动式连接，固定臂的下端与第一液压杆的后端转动式连接，第一液压杆的前端与第一连杆摆臂的前端转动式连接；第二连杆摆臂的后端与第一连杆摆臂的前端转动式连接，第二连杆摆臂的前端与第二液压杆的前端转动式连接，第二液压杆的后端与固定臂的上端转动式连接；

采收机构与压叶机构安装在第二连杆摆臂上；

传输与储存机构包括传送带、摇臂、摇臂固定板；摇臂固定板与采摘牵引车的机架连接，摇臂的一端与摇臂固定板转动式连接，摇臂的另一端与传送带的上端转动式连接，传送带的下端与第一连杆摆臂的中部转动式连接；传送带从前下方往后上方倾斜；

采收机构包括设置在第二连杆摆臂前端的第二柔性杆滚筒、设置在第二连杆摆臂后端的第一柔性杆滚筒、设置在第二柔性杆滚筒上的排列成行的橡胶管套尼龙柔性杆、设置在第一柔性杆滚筒上的排列成行的第一圆截面橡胶柔性杆；

压叶机构包括四根压叶弯杆，每两根压叶弯杆成一组。

2.按照权利要求1所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒转向相反，从而第一圆截面橡胶柔性杆与橡胶管套尼龙柔性杆作用在菠萝两侧的不同高度位置将菠萝与茎连接处折断。

3.按照权利要求2所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：橡胶管套尼龙柔性杆包括尼龙螺杆、空心圆截面硅橡胶棒，尼龙螺杆通过螺母与第二柔性杆滚筒连接，空心圆截面硅橡胶棒一部分套装在尼龙螺杆上。

4.按照权利要求2所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：第一圆截面橡胶柔性杆的外壁设有多个环状凹槽。

5.按照权利要求2所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：多个橡胶管套尼龙柔性杆沿着第二柔性杆滚筒的轴向排列成一行，橡胶管套尼龙柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第二柔性杆滚筒的外壁；多个第一圆截面橡胶柔性杆沿着第一柔性杆滚筒的轴向排列成一行，第一圆截面橡胶柔性杆总共排列成两行，两行相互呈180度排布在第一柔性杆滚筒的外壁。

6.按照权利要求2所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：采收机构还包括电机、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮；第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴均通过轴承安装在第二连杆摆臂上，第一传动轴、第一柔性杆滚筒和第一齿轮同步转动，第二传动轴和第二齿轮同步转动，第三传动轴和第三齿轮同步转动，第四传动轴、第二柔性杆滚筒和第四齿轮同步转动，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮依次啮合传动，电机带动第一传动轴转动。

7.按照权利要求2所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：第一柔性杆滚筒和第二柔性杆滚筒的朝向待采收菠萝的一侧各设置一组压叶弯杆。

8.按照权利要求7所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：液压摆动机构为左右对称布置；每根压叶弯杆均包括一段水平段和两段连接段，水平段的端部通过两段连接段安装在第二连杆摆臂上，且水平段和连接段之间围成供橡胶管套尼龙柔性杆、第一圆截面橡胶柔性杆通过的空间。

9.按照权利要求8所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：每组压叶弯杆中，两根压叶弯杆相互倾斜设置，呈“八”字形，大口面向待采收菠萝的一侧。

10.按照权利要求1所述的一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，其特征在于：传输与储存机构还包括储存箱和固定支架；储存箱通过固定支架安装在采摘牵引车的机架上，储存箱位于传送带的后方。

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