果类收获机械fruit harvesting machinery

从果类作物上采摘成熟果实并接载、运送、挑选分级的机械。包括人工操作的摘果器、果实采收机和果实分选机等。世界上对果类收获机械的研究始于20世纪40年代，至70年代达到较普遍的发展。
果类收获机械按果类收获方式分为半机械化和机械化两大类。典型的半机械化采收水果的设备为人工操作的摘果器。60年代美国研究制作了液压升降平台车，开始为单工位车，70年代发展成为多工位车，它代替梯子将单个或多个工人运载到必要的工位，配合使用摘果工具采摘离手较远的果实以减少台车移动工位的次数，使采果效率有较大提高。半机械化采收水果基本上没有脱离人工采收果实的范畴，工效低，主要用于采收易损伤、要求完好率高的鲜食用水果和贮藏用水果。
机械化收获水果包括水果的采收和分选两项作业。采收是利用果实采收机在短时间内使果实成批地掉落下来，可以比人工采收提高工效7～8倍。美国在40年代中期开始用机械式振摇而振落胡桃和杏，到50年代中期利用振摇果树收获水果的方法得到发展和普遍应用。60年代振摇采收机的结构也由定冲程推摇机发展到惯性式振摇机、气力振摇机，以及用橡胶棒冲撞果枝振落果实等。并且在接载装置上作了较多研究，使振落的果实至收集面的碰撞损伤减至最小，并设置输送器将收集的果实装入运输车车箱内；有的还在输送系统中设置分选部分将不合尺寸的小果实清理出去， 并用气流将杂物排除。从60年代后期开始， 欧美一些国家将水果采收机械与果树的培育和修剪结合起来研究， 使从树形上更适合于机械化作业， 如采取篱壁式栽植或矮化密植果树， 相应地用门式采收机进行收获。目前所用的各类采收机对水果的损伤率均较高， 如采收苹果， 损伤率一般高达40～60%, 而且对不同成熟度的水果采收无选择性。因而， 这类机械还局限于采收加工用果和非鲜食用或非贮藏用果。
果实分选是利用果实分选机对采收后的果实按规定标准进行挑选和分级， 使果实的品质一致， 便于包装和贮存。欧美各国果实分选机械化仅有一二十年的历史， 起初按果实的形状、大小， 以后按重量， 发展到按色泽分选。在果树生产发达国家， 已开始用按多种原理制成的组合式分选装置。果实分级工作集中在设备较完善的选果场进行， 选果、表面干燥、防腐处理、分级、包装、装箱、称重以及标记等工序全部由机械完成。
中国从70年代开始研制果实采收机和果实分选机， 先后研制出的有与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、滚筒式柑桔打蜡分级机、圆孔胶带式分级机等。
人工操作摘果器 有气囊式采果器和手持电动采果器。
气囊式采果器 一种手动采果工具。在铝合金管制的手柄一端装置杯形果托， 另一端设充气橡皮球。橡皮球与杯形果托内安放的摘果橡胶气囊之间用导管相通。作业时， 手持手柄将摘果囊托住果实， 再用手压紧充气橡皮球， 球内气体进入摘果囊， 囊内气压增高， 将果实抓紧， 下拉手柄摘下果实。采用这种工具， 不用移动工位就可采摘较高较远的果实， 并保护果实不受损伤。
手持电动采果器 一种手持的以微型电机为动力的采果器。有切割型和振摇与梳脱结合型两类。切割型采果器是在手柄上端装置果柄引导突片和切刀。作业时， 使引导突片从果实上方将果柄引向切刀， 微型电机通过传动件使切刀作往复运动， 把果柄切断。振摇与梳脱结合型采果器是在手柄上端装置多指拨叉。作业时， 使拨叉伸入果枝， 微型电机通过传动件使其左右摆动， 将果实振落或梳脱下来。
液压升降平台车是人工采果的辅助设备， 其用途是将采果者升运到必要的工位。在拖拉机或自走式动力底盘上可装置单个或多个作业平台， 人站在平台上通过液力系统操纵平台升降和左右摆动。多工位平台车可向两侧伸展， 沿树行移动时， 一次可采收果树一侧任何部位的水果。有的将平台制成组合式， 可深入到树冠里层或进入窄小树行中作业。在坡地作业时，可进行角度调整使作业平台仍保持水平。
果实采收机 基本工作原理是利用外力使树体或树枝发生振动或振摇， 从而使果实产生加速度， 当果实的惯性力大于果实和果枝的连结力时， 果实就在连结最弱处与果枝分离而掉落。果实采收机主要有振摇式、撞击式和气力式三种类型， 其中振摇式应用最多。
振摇式采收机 主要适用于采收乔木生水果， 而且多局限于收获加工用水果。其结构如图1。工作时， 将夹持器夹紧树干或大树枝， 接载装置铺设在树冠之下。接合动力， 振动器产生的振动通过夹持器传递给果树， 使果实振落， 掉在接载装置上， 顺倾斜面滚向中心， 由输送带送到运输车车箱中。在输送过程中， 轻杂物被输送带下的风机气流吹走， 起到初步清理作用。

图1 振摇式采收机结构示意图

振动器 有两种型式。一种是曲柄滑块式， 其产生惯性力的质量较小， 冲程较大， 树干振动时有较大的振幅，容易损伤果树。另一种是由两个质量相同， 相对旋转的偏心块构成。由于加了偏心重量，可使树体在较小冲程条件下获得较大惯性力，能消除因冲程大而造成果树损伤的缺点。振动器的工作频率为800～2 500次/分， 振幅为10～15毫米；振摇大树干时， 工作频率为400～1400次/分， 振幅为38～50毫米。为提高采果率和避免损伤果树， 尽可能采用高频率、小振幅的振动器。
夹持器 由活动夹头和固定夹头组成。为适应树干形状和避免损伤树皮， 在钳夹的内表面装有柔软的衬垫， 通常由液力系统控制夹持器的开闭。
接载装置 有倒置伞面和双收集面两种型式。双收集面式接载装置由一对平而浅的收集面组成， 作业时各处于果树的一侧， 通常是自走的。在接载面上装有一层或多层缓冲带， 果实经缓冲带减速后再落在收集面上， 可防止或减少果实撞伤。
撞击式采收机 用撞击部件直接冲撞果枝或敲打牵引果枝的棚架振落果实， 由输送带承接并输送到果箱。为自走式采收机。撞击部件由偏心式振动器驱动。接载输送部件主要是带式， 在承接面上装有带格的软垫， 以减少果实碰撞损伤。
图2是高架门式采收机。桨叶式撞击部件装在立轴上（灌木类果树采收机的桨叶多装在倾斜轴上）。作业时桨叶作轴向振动，同时绕心轴转动，其圆周速度与机器的前进速度相等，以免桨叶与果枝缠绕。

图2 高架门式采收机

梨采收机的棒式撞击部件，工作时斜向插入果枝中间并鞭打果枝，使果实振落。
撞击式采收机与振摇式比较，撞击频率低而振幅大，如采收葡萄时频率是300～780次/分，振幅是50～120毫米。这种采收机可以定位作业，也可连续作业。适用于篱壁式栽植和矮化密植的果树。
气力式采收机 有吹气式和吸气式两种。
吹气式采收机 利用高速脉冲气流产生的作用力曳动果枝，使果枝产生顺气流方向的位移，当气流曳力减小或变向时，果枝反弹，使果实振摇而脱离果枝。其主要工作部件是风机和气流控制器(图3)。气流控制器的作用是使风机产生的气流形成脉冲、调节脉冲频率和控制气流方向。它是具有4个排气口的转筒，转筒内的风机出风口对准果树。工作时转筒旋转，当排气口对准出风口时，气流通过排气口吹向果树；排气口越过出风口时，气流中断。改变转简的转速，气流吹出与停吹的变化频率随之改变，即调整了果枝的振动频率。采收葡萄时气流速度为100～150米/秒，频率为960～1 440次/分。吹气式采收机由于气流的阻尼作用，使果实的下落速度降低，可减轻果实的碰撞损伤。但风机所需功率较大，较强的气流易损伤小枝和树叶。

图3 吹气式采收机

1.风机； 2.转筒式气流控制器； 3.排气口； 4.风机出风口

吸气式采收机 利用气流的吸力将果实吸入采果装置。其结构如图4。果实被吸气流曳下经采吸口、吸风道入沉降室，落到输送带上。树叶等小杂物经风机出风口排出。用于采收葡萄的气流速度为100～120米/秒。由于气流增大了果实的移动速度，果实损伤率较高。

图4 吸气式采收机

果实分选机 根据不同的分级原理有按尺寸分级、按重量分级和按色泽分级等三种型式。但普遍应用的分选机尚不能剔除表皮有伤疤、果内有虫蚀的果实。
按尺寸分级的分选机 使果实沿着具有不同尺寸孔（间）隙的分级工作部件移动，从而分选出不同尺寸级别的果实。分级工作部件主要有输送带式、滚筒式和筛网式三种。
输送带式分级工作部件 有三种类型：❶由几层输送带组成的工作部件，输送带上分布许多圆孔，每层输送带的孔径不同，由小到大，果实经过各层输送带，不同尺寸的果实穿过输送带上圆孔落入各级接果槽中。
❷由并列两条圆形断面输送带组成的工作部件，输送带间的间隙由小到大，果实随输送带移动，不同尺寸的果实移动到相应尺寸的间隙时，便落入接果槽。该分选机可分选桃、苹果、梨、杏等果实，生产率较高，选苹果为1 500千克/小时，选杏为800千克/小时。
❸由辊、带结合的柑桔分级工作部件，其分级原理如图5所示。输送带装在倾斜安装的带轮上，由主动轮驱动回转，输送带的侧上方装有转动的长锥形辊，辊带间的间隙沿V向渐增。工作时，在锥形辊和输送带两种运动的作用下，使果实基本上处于以果蒂为轴心的旋转状态并沿间隙滚动。当果实滚到失去锥形辊的支持时，便落入接果槽中。该种分选机分选合格率在95%以上，生产率为1500～2000千克/小时。

122

图5 柑桔分选机分级原理

滚筒式分级工作部件 有水平轴锥形滚筒和倾斜轴圆柱形滚筒两种。在滚筒上按尺寸级别顺序分布圆孔。工作时果实随滚筒转动并沿轴向下移，依孔径尺寸被分级。
筛网式分级工作部件 一个具有数段不同网格尺寸的倾斜筛。工作时，利用倾斜筛的振动使果实沿筛面移动，最小果实先从最小网孔漏出。如此，按网格尺寸将果实分为相应等级。
按重量分级的分选机 利用杠杆平衡原理分级。杠杆的一端装有盛果器，另一端为平衡重或其它计量装置，下部有支撑导杆。工作时，杠杆处于水平状态。当盛果器中果实重量超过平衡重时，杠杆倾斜，盛果器翻倒抛出果实。不同重量的果实通过不同的平衡重，从而分为若干重量等级。由于果实随盛果器移动，果实损伤较少。分选等级容易调整，分级精度高，但生产率较低。
按色泽分级的分选机 利用反射光的不同波长进行分级。工作时，果实逐个从电子发光点前通过，果实的反射光被测定波长的光电管接收。果实的颜色不同，反射光的波长不同，电子系统根据波长进行分析，并按规定的色泽标准进行分级。按色泽分级的果实，其尺寸和重量差别较大，不利于包装。
组合式分选机 用两种或多种分选原理工作。如带有水槽的滚筒式选栗机，果实先经过水槽按重量不同剔除不成熟的、轻的果实，然后进入滚筒按尺寸分级；再如水果成熟度分选机是用传感器测出果实表面颜色、对特定光的透光率、形状和尺寸等数据，并将测得数据与先储在计算机中的标准数据对比，推算出该果实的成熟度及出厂价值。此机弥补了单一分选部件的不足，提高了分选质量，但有时也增加损伤率。