1 研制背景及意义

水果是人类生存不可或缺的重要食物，菠萝是水果中的优品。菠萝因营养丰富、品质优异、香气诱人而深受人们 喜爱，其需求量在不断增大。 然而菠萝的采收却是一项繁重的工作。水果采摘是农产品生产链中最费力、最耗时的 环节之一，采摘作业季节性强、耗时费力、费用高，因此保 证果实适时采收、降低收获作业费用是果农增收的重要途径。由于水果采摘的复杂性，我国采摘自动化程度仍然很低，目前基本上都是人工进行，其费用约占成本的 50%~70%，并且采摘时间较为集中。

由于菠萝叶子上有锋利的锐齿，果皮坚硬有凸起而且带有芒刺，纯手工采摘很容易使人受伤，严重影响了菠萝的采摘效率，对采摘者来说也是一件头痛的事情。要解决这样的难题，必须从多方面进行考虑，然后进行结构设计，来满足实际要求。为此我们针对菠萝的自身结构特征，设计了一种全机械式的菠萝采摘机械装置。

2 设计方案

2.1 设计灵感

由于菠萝的向上生长的特殊生长方式，我们由三叶式雪茄剪以及相机快门结构激发灵感，在定位套筒下加装一个机械快门式旋转开合剪，菠萝在套筒中固定，果农在不直接接触菠萝本身的情况下可以通过截断装置将成熟菠萝与植株分离。该机构操作简单，安全快捷。工作时通过对菠萝蒂直接截断，然后套筒下方合拢提起，采摘人员方便取出。在正确使用该机构前提下，可以说整个过程不直接接触人身，也避免了菠萝果皮的尖锐易对人造成伤害，对人力输出也相应减少，这样我们就可以在最方便简易的方法顺利采摘菠萝。

2.2 旋转开合剪

快门机械原理

图2 虹膜光圈结构图

照相机的机械快门较为好理解：用弹簧或是电磁手段，控制几片叶片的开闭，或是两层帘幕像舞台“拉幕”一样左右或上下以一定宽度的缝隙“划过”成像像场窗口，让窗口获得指定时间长短的“见光机会”——这就使通常的机械快门概念。由图2可见，光圈上角上有固定点，可以绕点轴心旋转。另一侧有开口，开口内部是可以滑动一定行程的小柱子。这些柱子固定在一个底板上，底板旋转带动小柱子在光圈开口上运动从而拨开（关闭）光圈。

图3 旋转开合剪结构图

我们在这里将叶片的开闭模型抽象出来，建立了旋转开合剪机构，动力部分由人力作用在手柄提供。当旋转环转动时，叶片上的上的活动销在旋转环上的引导槽中移动，带动叶片转动，实现叶片的开合。由图3可知，当上盘转动时，上盘上对称分布的三个固定销带动刀片在下盘的引导槽内移动，实现叶片的开合。

2.3 复位弹簧压力杆

图4 复位弹簧压力杆

如图4所示，通过转销将下压手柄固定在手柄上，通过拉线固定销，将拉线固定在手柄上。在采摘菠萝时，对下压手柄施加一个乡下的力，使手柄绕转销转动，通过连接在下压手柄上的拉线给固定在上盘的复位弹簧一个拉力，使之拉伸伸长，同时带动上盘转动。上盘转动时，上盘上对称分布的三个

固定销带动刀片在下盘的引导槽内移动，实现叶片的开合。从而剪断菠萝根茎。

2.4 护网手柄

图5 护网手柄

采摘时，手持手柄上方，将菠萝套入护网内，可避免菠萝掉出，磨伤表皮，同时方便工人将菠萝从上方取出。

3 工作原理及性能分析

该装置采用三叶式旋转开合剪，利用弹簧装置的拉伸还原特性来控制旋转开合剪的张开与闭合，从而剪断菠萝柄。并采用轻质材料进行制作，减轻装置重量。

在使用该装置时，可采用多人配合制。采摘菠萝的工人只需手持该装置的套筒上方，根据菠萝向上生长的特性，将菠萝套入套筒内部。当刀片距离菠萝下方1~2厘米时，下压手柄，使手柄绕转销转动，通过连接在下压手柄上的拉线给固定在上盘的复位弹簧一个拉力，使之拉伸伸长，同时带动上盘转动。上盘转动时，上盘上对称分布的三个固定销带动刀片在下盘的引导槽内移动，实现叶片的开合。从而剪断菠萝根茎。当刀片闭合时，菠萝处于装置内部，此时，将菠萝移至空处，松开手柄，刀片张开，将菠萝放置在地上，或从上方将菠萝取出，放置一旁，等待拾取的工人将菠萝收捡入筐。分工合作，相互配合的模式，大大提高工作效率。

该装置摒弃了传统的人工砍断方式，全由纯物理机械间接人工操作，避免在农田里用电的危险和不方便。该装置与特制的采菠萝镰刀相比更加省力，加快了工作效率，同时避免工人在采菠萝时始终保持下蹲姿势，使得工作更加轻松快捷。