作品名稱：菠蘿快速采摘機械裝置
學校名稱：黃岡師范學院
參賽隊伍：超凡隊
參賽學生：鄧龍春 王浩瀾 雷航
指導老師：段瑞永 閆吉玲
1 研制背景及意義
水果是人類生存不可或缺的重要食物，菠蘿是水果中的優品。菠蘿因營養豐富、品質優異、香氣誘人而深受人們 喜愛，其需求量在不斷增大。 然而菠蘿的采收卻是一項繁重的工作。水果采摘是農產品生產鏈中最費力、最耗時的 環節之一，采摘作業季節性強、耗時費力、費用高，因此保 證果實適時采收、降低收獲作業費用是果農增收的重要途徑。由于水果采摘的復雜性，我國采摘自動化程度仍然很低，目前基本上都是人工進行，其費用約占成本的 50%~70%，并且采摘時間較為集中。
由于菠蘿葉子上有鋒利的銳齒，果皮堅硬有凸起而且帶有芒刺，純手工采摘很容易使人受傷，嚴重影響了菠蘿的采摘效率，對采摘者來說也是一件頭痛的事情。要解決這樣的難題，必須從多方面進行考慮，然后進行結構設計，來滿足實際要求。為此我們針對菠蘿的自身結構特征，設計了一種全機械式的菠蘿采摘機械裝置。
2 設計方案
2.1 設計靈感
由于菠蘿的向上生長的特殊生長方式，我們由三葉式雪茄剪以及相機快門結構激發靈感，在定位套筒下加裝一個機械快門式旋轉開合剪，菠蘿在套筒中固定，果農在不直接接觸菠蘿本身的情況下可以通過截斷裝置將成熟菠蘿與植株分離。該機構操作簡單，安全快捷。工作時通過對菠蘿蒂直接截斷，然后套筒下方合攏提起，采摘人員方便取出。在正確使用該機構前提下，可以說整個過程不直接接觸人身，也避免了菠蘿果皮的尖銳易對人造成傷害，對人力輸出也相應減少，這樣我們就可以在最方便簡易的方法順利采摘菠蘿。
2.2 旋轉開合剪
圖2 虹膜光圈結構圖
照相機的機械快門較為好理解：用彈簧或是電磁手段，控制幾片葉片的開閉，或是兩層簾幕像舞臺“拉幕”一樣左右或上下以一定寬度的縫隙“劃過”成像像場窗口，讓窗口獲得指定時間長短的“見光機會”——這就使通常的機械快門概念。由圖2可見，光圈上角上有固定點，可以繞點軸心旋轉。另一側有開口，開口內部是可以滑動一定行程的小柱子。這些柱子固定在一個底板上，底板旋轉帶動小柱子在光圈開口上運動從而撥開（關閉）光圈。
圖3 旋轉開合剪結構圖
我們在這里將葉片的開閉模型抽象出來，建立了旋轉開合剪機構，動力部分由人力作用在手柄提供。當旋轉環轉動時，葉片上的上的活動銷在旋轉環上的引導槽中移動，帶動葉片轉動，實現葉片的開合。由圖3可知，當上盤轉動時，上盤上對稱分布的三個固定銷帶動刀片在下盤的引導槽內移動，實現葉片的開合。
2.3 復位彈簧壓力桿
圖4 復位彈簧壓力桿
如圖4所示，通過轉銷將下壓手柄固定在手柄上，通過拉線固定銷，將拉線固定在手柄上。在采摘菠蘿時，對下壓手柄施加一個鄉下的力，使手柄繞轉銷轉動，通過連接在下壓手柄上的拉線給固定在上盤的復位彈簧一個拉力，使之拉伸伸長，同時帶動上盤轉動。上盤轉動時，上盤上對稱分布的三個
固定銷帶動刀片在下盤的引導槽內移動，實現葉片的開合。從而剪斷菠蘿根莖。
2.4 護網手柄
圖5 護網手柄
采摘時，手持手柄上方，將菠蘿套入護網內，可避免菠蘿掉出，磨傷表皮，同時方便工人將菠蘿從上方取出。
3 工作原理及性能分析
該裝置采用三葉式旋轉開合剪，利用彈簧裝置的拉伸還原特性來控制旋轉開合剪的張開與閉合，從而剪斷菠蘿柄。并采用輕質材料進行制作，減輕裝置重量。
在使用該裝置時，可采用多人配合制。采摘菠蘿的工人只需手持該裝置的套筒上方，根據菠蘿向上生長的特性，將菠蘿套入套筒內部。當刀片距離菠蘿下方1~2厘米時，下壓手柄，使手柄繞轉銷轉動，通過連接在下壓手柄上的拉線給固定在上盤的復位彈簧一個拉力，使之拉伸伸長，同時帶動上盤轉動。上盤轉動時，上盤上對稱分布的三個固定銷帶動刀片在下盤的引導槽內移動，實現葉片的開合。從而剪斷菠蘿根莖。當刀片閉合時，菠蘿處于裝置內部，此時，將菠蘿移至空處，松開手柄，刀片張開，將菠蘿放置在地上，或從上方將菠蘿取出，放置一旁，等待拾取的工人將菠蘿收撿入筐。分工合作，相互配合的模式，大大提高工作效率。
該裝置摒棄了傳統的人工砍斷方式，全由純物理機械間接人工操作，避免在農田里用電的危險和不方便。該裝置與特制的采菠蘿鐮刀相比更加省力，加快了工作效率，同時避免工人在采菠蘿時始終保持下蹲姿勢，使得工作更加輕松快捷。
