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华中农业大学本科毕业论文（设计）开题报告书题目柿果采摘后集中收集及传送装置设计姓名何必学号2012307200202专业机械设计制造及其自动化指导教师宗望远职称副教授学位学士课题来源纵向科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）1.1选题的科学意义根据种植栽培史研究，柿是人类最早学会栽培的植物种类之一。中国是柿的原产国，也是世界上柿树栽培面积最大和柿果产量最多的国家，栽培已有1000多年的历史。柿果的种类也极其丰富，品种有1000多个，又根据其在树上成熟前能否自然脱涩分为涩柿和甜柿两类。柿子是人们比较喜欢食用的果品，甜腻可口，营养丰富，除了具有丰富的营养价值之外，还具有较高的医用价值，具有润肺化痰，止咳止血之功。由柿果加工而成的柿饼、柿汁、柿酱、柿霜糖等多种产品也深受我国大陆、港澳地区及东南亚国家消费者的喜爱，市场需求量大。然而柿子产地多在山区，交通不便，运输比较困难，而且我国栽培的柿主要为涩柿,成熟时正是农忙季节,加之柿果成熟后皮薄质软,不耐贮运,采收销售不及时易造成经济损失。一般柿果的采收方法有折枝法(用手、夹竿、挠钩等将果连同果枝一起折下)和摘果法(传统上多用手或摘果器将果摘下。高处果实用采果袋采收,将柿套入袋中,再前推或扭转向下拉,柿果就落入袋内，这种方法可以减少对果枝的损伤,但由于柿果在采收时大多未完全成熟,果柄与着生处未产生离层，故采收起来十分困难)。柿子的用途不同，采收时期也不同。作硬柿鲜食或贮藏用的采收期：涩柿可在果皮变黄色而尚未转红、种子呈褐色时采收。若采收过早,则含糖量低,皮色绿,品质不佳;采收过晚,品质开始下降,柿果极易软化腐烂。甜柿类如罗田甜柿、富有、次郎等品种在树上脱涩,采下后即可食用,多作硬柿供应市场,生产上以果皮转红、肉质尚未软化时采收品质最佳。作软柿鲜食用的采收期：用作软柿的柿果,要求在完熟期采收,果实含糖量高,色红而味甘甜,以果皮黄色减退而完全转为红色时采收最为适宜。采收过早,色差而味淡,品质低劣。收获期短,季节性强和收获效率低，储藏不易等问题一定程度上限制了柿果业的发展，如何提高果实收获效率和降低人工劳动强度，提高生产效益已经成为备受关注的课题。在水果生产作业中，果实采摘约占整个作业量的30～50%，由于采摘作业环境和作业对象策复杂性，虽然陆续有采摘自动化的技术方案提出，但并未出现广泛应用的水果采收自动化技术。实际上，目前大多数的水果采收作业并未实现机械化。在水果采收的过程中，除了把水果摘下来，还要把水果收集并运输至储存处，这就要求采收作业的机械化除了采摘作业的机械化，还应包括收集和运输的机械化。随着我国经济的快速发展、城镇化的快速推进，农村劳动力将逐渐向社会其他产业转移，农业劳动力资源不足的问题将逐渐暴露出来。水果采摘、收集和运输工作的机械化能够降低果农的劳动强度、提高劳动生产率和产品质量，保证适时采收，具有很大的发展潜力。1.2柿果采摘后集中收集及传送装置的研究现状1.2.1国外柿果采摘后的集中收集及传送装置的研究现状世界上对果类收获机械的研究始于上世纪40年代，以德国、日本、美国、加拿大等国为首都进行过林果机械化采收问题的研究，40年代初一种由人工操作的简单采摘器在法国被研制出。至上世纪70年代达到较普遍的发展。按果类收获方式果类收获机械可以分为机械化和半机械化两大类。典型的半机械化采收水果的设备为人工操作的摘果器。美国在60年代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与手距离较远或由于太高不便采摘的果实以减少台车移动工位的次数，提高采摘效率。早期收获的作业平台是为了人们在采摘较高位置果实而开发的半自动化摘果台架。通过由拖拉机液压驱动的可升降及横向运动的机构，将人抬升到适宜的采摘位置进行人工采摘，采摘后的果实放入收集袋中或通过滑行管道滑入大果箱内。后来随着技术的不断成熟，摘果台架逐渐演变成为集人工采摘、果实输送、果实装箱等一体的林果收获作业平台。半机械化采收水果主要还是由人工劳作来实现水果的采摘运输，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。随着园艺学的发展，果树低矮化处理使得升降平台的使用逐渐减少，取而代之的是机械化程度越来越高的收获平台。William和Brian开发的自走式苹果收获作业平台。通过4条前置的果实传送槽将果实传到主运输装置上，然后果实被输送到机器后方自动装箱。最早利用真空系统对苹果进行收获的概念是由PhilBrown提出的，随后Schupp和Baugher其概念上研制出了具有真空辅助系统的牵引式苹果收获工作平台。该作业平台可以供四个人同时进行人工采摘收获，通过真空管道将采摘下的苹果运送到可旋转的螺旋胶盘，然后通过减速机构缓慢放入果箱中。试验表明，这种真空辅助收获工作平台与传统的手工采摘相比工作效率能够提高10%～24%。机械化收获水果包括水果的采收和分选两项作业。采收就是利用果实采收机使果实快速大量的掉落，可以极大的提高采收工率，大约是人工采摘的7～8倍。上世纪40年代中期美国开始用振摇式采摘机来采摘胡桃和杏，振摇式采摘机在50年代中期在欧美国家得到了发展和普遍应用，出现了拖拉机驱动的振摇采摘器。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，使振落的果实落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机械，将不合尺寸的小果实清理出去，并用气流将杂物排除。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40一60%，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。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。1.2.2国内柿果采摘后的集中收集及传送装置的研究现状中国从20世纪70年代开始研制果实采收机，当时研制出的是与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机。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。多工位平台牢可向两侧伸展，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，可深人到树冠里层或进人窄小树行中作业。20世纪90年代开始，市场的因素带动了果树种植的热潮，众多中小种植户的需求带动了简易采摘器的市场。其后气动剪枝机、辅助升降平台等机具相继进入了市场。国内气动剪著名厂商有台湾郁馨公司的ST－360型气动剪。气动低枝剪如图3所示。1992年，浙江金华农机所研究了由拖拉机操作的用于采摘水果的升降机，上升高度可达7m。2007年新疆机械研究院研制了我国第一台多功能果园作业机，即LG－1型多功能果园作业机。这是一种集采摘、修剪、喷药、运输、动力发电等功能的自走式作业机。该作业机的研制成功标志着我国果园单一的采摘机械进入到了多功能作业机械时代。由上文献可知由于我国在这方面由于起步比较晚，与其他水果生产发达国家还存在比较大的距离。果实的采摘是一个季节性较强和劳动密集型的工作，由于人口老龄化和农村劳动力越来越少，在单调、繁重、危险的果实采摘作业上急需高效、通用、低成本的采摘技术，因此，研究开发以多功能作业机械为代表的新一代果园采摘机械，对果业包括柿果业的发展更有现实意义。（文献综述部分应配相应的示意图，末尾应总结分析现有机型的优缺点，并阐述发展趋势）（引用文献应有标注）1.3主要参考文献［1］段志坤．柿果的采收、脱涩及贮藏技术[J]．柑桔与亚热带果树信息，2001(08)：41-42.［2］蓝峰，苏子昊，黎子明，谢舒．果园采摘机械的现状及发展趋势[J]．农机化研2010(11)：249-252．［3］付荣利．果园采摘机械的现状及发展趋势[J]．农业开发与装备，2011(05)：17-19.［4］佚名．果类收获机械［DB/OL］．，2010-01-01.［5］佚名．果园机械化技术发展现状［EB/OL］．http//，2009-02-12．［6］刘天湖．一种机械化水果采摘收集运输系统及方法[P]．中国专利：CN102912926，2012-08-01.［7］刘西宁，朱海涛，巴合提．牧神LG－1型多功能果园作业机的研制［J］．新疆农机化，2009(1):42-44．［8］王丽丽，郭艳玲，王迪，等．果蔬采摘机器人研究综述［J］．林业机械与木工设备，2009，37(1):5-8．［9］吐鲁洪，阿依木妮莎，杜英．国外果树振动采收机［J］．新疆农机化，2004(03):54-56．［10］CoppockGE，JutrasPJ．Aninvestigationofthemobilepicker’splatformapproachtopartialmechanizationofcitrusfruitpicking［J］．Floridastatehorticulturalsociety，1960，73:285－263．［11］BaugherTA，SchuppJ，WinzelerE，etal．PreliminaryResultswithaVacuumAssistedHarvestSystemforApples［J］．FruitNotes，2011，76:1－5．［12］SchuppJR，BaugherTA，HarshRM，etal．Mobileplatformsincreaseorchardlaborefficiency［J］．HortScience，2007，42:4．［13］BaugherTA，SchuppJ，WinzelerE，etal．MechanicallyAssistedHarvestofApples［C］．Proc．AmericanSocietyofAgriculturalandBiologicalEngineeringAnnualConvention，2011．［14］顾勤，王双进．新疆青河大果沙棘机械化采收初探[N]．阿勒泰日报，2012-06-11.［15］夏博，刘丽颖，E.Triquart，T.Rocksch．德国野生小果的机械化采收[J]．国际沙棘研究与开发，2008(04)．［16］佚名．意大利的果实采收机械化[J]．落叶果树，1980(01).［17］佚名．国外农业装备和农业机械化发展水平与趋势[J]．中国机电经贸月刊，2011(04).研究内容装置工作原理：由采摘装置完成柿果从柿树摘离作业后，柿果掉进靠近采摘装置附近端的软管，随后柿果顺着软管落入柿果集中收集箱，在柿果通过集中收集箱后一个个落入传送带，排成一列输送至装箱作业点。本课题研究目标：设计一种柿果集中收集及传送与摆放装置，提高果实收获效率和降低人工劳动强度。本课题主要研究内容：1.软管的工作方式及布局设计；2.集中收集箱的结构设计；3.传送带的结构设计；4.柿果掉落过程冲击力分析及缓冲结构布置；5.柿果运动分析。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析1.研究方法：文献研究法、理论联系实际的方法；搜集和整理国内外相关文献，对文献进行综述，从中获得相关资料，以全面地、正确地了解和掌握所要研究的内容。运用所学知识，联系待研究问题的研究现状，了解目前的研究水平、动态，以及待解决的问题和未来的发展趋势，提出自己的方案设想。2.技术路线：查阅国内外文献－确定柿果采摘后集中收集及传送装置技术原理－提出柿果采摘后集中收集及传送装置设计方案－关键部件设计与优化－参数设计－理论分析－图纸绘制－撰写设计说明书。3.可行性分析：作为农业机械设计制造及其自