本实用新型涉及果树采摘设备技术领域，特别是涉及一种振动装置及果树采摘机。
背景技术：
果树采摘设备一般通过自身的机械振动摇晃果树树干，以使树上成熟的果实脱离树枝落下，从而达到机械化采摘果实的目的。经过对振动式果树采摘过程的研究发现：对于大多数果树，果树采摘机的振动频率控制在5赫兹-30赫兹之间有利于增强采摘效果。
目前大型果树采摘设备主要通过液压振动或曲柄连杆摇动以实现摇晃果树的目的。大型果树采摘设备一般由大马力动力车辆提供动力，技术已经相对成熟。但是对于山地果树，特别是在高山、陡坡上生长的果树，如山核桃树的采摘，大型果树采摘设备无法上山，不能对山地果树进行采摘。山地果树的主要采摘方式还是人工上树采摘。人工上树采摘不仅劳动强度大、效率低，而且因为树滑、树枝腐朽、树被虫蛀空及树生长在山的高坡上等原因，每年都发生山核桃采摘的人员伤亡事故。为了减少这类人员伤亡事故，急需发展先进的便携式果树采摘机。传统的便携式果树采摘设备多为离心式振动机械。离心式振动的果树采摘设备性能稳定，但受振动频率及可便携重量的限制，其单次振动输出的振动能量偏低。例如，当设备自身重量控制在20kg以内时，每次振动输出的振动能量超不过100J，无法满足大多数果树的采摘需求。若要增加这类果树采摘设备单次振动输出的能量值，当振动频率控制在5赫兹-30赫兹的情况下，只能增加设备的重量，无法做到便携。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的果树采摘设备不能满足山地果树采摘的问题，提供一种便携、单次振动输出能量高的振动装置及果树采摘机。
一种振动装置，包括：
振动机构，包括支撑结构、弹性件及冲击块，所述弹性件用于储存或释放能量，所述弹性件包括固定端及活动端，所述弹性件的所述活动端与所述冲击块连接，所述弹性件的所述固定端固定于所述支撑结构；
驱动机构，用于驱动所述弹性件储存能量，所述驱动机构包括动力输入部件、单向离合部件以及偏心部件，所述动力输入部件、所述单向离合部件以及所述偏心部件之间顺次传动连接，所述偏心部件的一端与所述冲击块抵接，所述动力输入部件包括动力输入轴及与所述动力输入轴传动连接的减速器，所述动力输入轴通过所述减速器与所述单向离合部件传动连接；
蓄能时，外加动力通过所述动力输入轴带动所述单向离合部件，所述单向离合部件处于结合状态，所述单向离合部件带动所述偏心部件转动，所述偏心部件驱动所述冲击块做直线运动，所述冲击块带动所述弹性件的所述活动端运动，所述弹性件发生弹性变形以储存能量；
释放能量时，所述单向离合部件处于分离状态，所述弹性件驱动所述冲击块做与蓄能时反向的快速直线运动，完成冲击动作，形成振动。
在其中一个实施例中，所述支撑结构还包括第一固定板、第二固定板及导向件；所述第一固定板及所述第二固定板相对间隔设置；所述弹性件的所述固定端固定设置于所述第一固定板靠近所述第二固定板的一侧；所述导向件设置于所述第一固定板及所述第二固定板之间，所述导向件的两端分别与所述第一固定板及所述第二固定板固定连接；所述冲击块上具有导向配合位，所述导向配合位与所述导向件滑动连接。
在其中一个实施例中，所述弹性件包括第一弹簧及第二弹簧，所述导向件包括第一导向柱及第二导向柱，所述第一导向柱及所述第二导向柱分别穿设于所述第一弹簧及所述第二弹簧，所述冲击块上开设有贯通所述冲击块的第一导向孔及第二导向孔，所述第一导向柱及所述第二导向柱分别穿设于所述第一导向孔及所述第二导向孔。
在其中一个实施例中，所述冲击块中部具有突出部，所述突出部与所述偏心部件抵接；所述第二固定板上开设有贯通所述第二固定板的通孔，所述突出部穿设于所述通孔。
在其中一个实施例中，所述偏心部件包括转轴及套设于所述转轴上的偏心轴承；所述偏心轴承与所述冲击块抵接，所述偏心轴承具有偏心距e；所述偏心部件转动时驱动所述冲击块压缩所述弹性件发生形变量为2e的弹性变形。
在其中一个实施例中，所述偏心部件包括偏心轴及套设于所述偏心轴上的轴承，所述偏心轴包括转轴和所述转轴上的偏心轮，所述偏心轮的轴线与所述转轴的轴线之间的距离为偏心距e，所述轴承套设在所述偏心轮上，且与所述冲击块抵接；所述偏心部件转动时驱动所述冲击块压缩所述弹性件发生形变量为 2e的弹性变形。
在其中一个实施例中，所述单向离合部件包括传动轴、设置在所述驱动轴上的主动拨块以及设置在所述偏心部件上的被动拨块；所述传动轴的两端分别设置有第一传动拨块和第二传动拨块；所述主动拨块与所述第一传动拨块转动连接且有大于90°的转角间隙；所述第二传动拨块与所述被动拨块转动连接且具有大于90°的转角间隙；
蓄能时，所述主动拨块与所述第一传动拨块及所述第二传动拨块与所述被动拨块之间均处于接触状态，所述动力输入部件通过所述单向离合部件驱动所述偏心部件转动，所述偏心部件驱动所述冲击块做直线运动，所述冲击块带动所述弹性件的所述活动端运动，所述弹性件发生弹性变形以储存能量；
释放能量时，所述主动拨块与所述第一传动拨块及所述第二传动拨块与所述被动拨块之间均处于分离状态，所述弹性件驱动所述冲击块做与蓄能时反向的快速直线运动，完成冲击动作，形成振动。
一种果树采摘机，包括固定装置、源动力装置及上述方案任一项所述的振动装置；所述源动力装置与所述动力输入轴传动连接，所述固定装置用于将所述支撑结构与果树固定连接。
在其中一个实施例中，所述源动力装置包括电动机或内燃机，当所述源动力装置与所述振动装置分开设置时，所述源动力装置的输出轴通过软轴与所述动力输入轴传动连接。
在其中一个实施例中，所述源动力装置与所述振动装置为一体设计，所述源动力装置包括电动机或内燃机。
上述振动装置及果树采摘机，利用弹性件蓄能的方式实现振动的功能。振动装置单次振动输出的能量大小由弹性件自身的物理参数及形变量决定，易于控制和调整。上述振动装置及果树采摘机能够使用高速动力源(如高速电机、高速内燃机等)配合减速器作为动力，最终输出低频大能量振动，从而容易制造出小型化、轻量化、便携的振动装置及果树采摘机。按本实用新型原理制成的实验装置，重量19kg，单次振动输出能量大于400焦耳，远高于一般离心式振动装置在这个重量下，在30赫兹范围内只有不到100焦耳的水平。本实用新型提供的振动装置及果树采摘机可避免人员上树采摘，进而避免人员伤亡。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的振动装置主视示意图；
图2为本实用新型一实施例提供的振动装置立体示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的驱动机构装配示意图；
图4为本实用新型一实施例提供的偏心轴结构主视示意图；
图5为本实用新型一实施例提供的偏心轴结构右视示意图；
图6为本实用新型一实施例提供的偏心轴结构立体示意图；
图7为图1中所示的剖面结构偏心部件与突出部一个运动周期的状态示意图。
其中：
100-振动机构
110-支撑结构
111-第一固定板
112-第二固定板
113-导向件
1131-第一导向柱
1132-第二导向柱
120-弹性件
121-第一弹簧
122-第二弹簧
130-冲击块
131-突出部
200-驱动机构
210-动力输入部件
211-动力输入轴
212-减速器
2121-驱动轴
220-单向离合部件
221-传动轴
2211-第一传动拨块
2212-第二传动拨块
222-主动拨块
223-被动拨块
230-偏心部件
231-偏心轴
2311-转轴
2312-偏心轮
232-轴承
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型的一种振动装置及果树采摘机进行进一步详细说明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。
振动式果树采摘机是通过对果树的树干施加机械振动，果树发生受迫振动。在受迫振动过程中，果树带动果实做加速运动。当果实与果树之间的结合力不足以带动果实以果树的加速度运动时，果实就会从果树上掉落。本实用新型提供一种通过弹性件120蓄能及释放能量实现振动的振动装置及果树采摘机。
如图1至图3所示，本实用新型提供一种振动装置，包括振动机构100及驱动机构200。振动机构100包括支撑结构110、弹性件120及冲击块130。弹性件120用于储存或释放能量，弹性件120包括固定端及活动端。弹性件120 的活动端与冲击块130连接，弹性件120的固定端固定于支撑结构110。驱动机构200用于驱动弹性件120储存能量。驱动机构200包括动力输入部件210、单向离合部件220以及偏心部件230。动力输入部件210、单向离合部件220以及偏心部件230之间顺次传动连接。偏心部件230与冲击块130抵接，动力输入部件210包括动力输入轴211及与动力输入轴211传动连接的减速器212，动力输入轴211通过减速器212与单向离合部件220传动连接。具体的，减速器212 的输出轴为驱动轴2121，驱动轴2121与单向离合部件220传动连接。
蓄能时，外加动力通过动力输入轴211带动单向离合部件220，单向离合部件220处于结合状态，单向离合部件220带动偏心部件230转动，偏心部件230 驱动冲击块130做直线运动，冲击块130带动弹性件120的活动端运动，弹性件120发生弹性变形以储存能量。释放能量时，单向离合部件220处于分离状态，弹性件120驱动冲击块130做与蓄能时反向的快速直线运动，完成冲击动作，形成振动。上述过程反复进行，便形成持续的振动。
上述振动装置及果树采摘机，利用弹性件120蓄能的方式实现振动的功能。振动装置单次振动输出的能量大小由弹性件120自身的物理参数及形变量决定，易于控制和调整。上述振动装置及果树采摘机能够使用高速动力源(如高速电机、高速内燃机等)配合减速器212作为动力，最终输出低频大能量振动，从而容易制造出小型化、轻量化、便携的振动装置及果树采摘机。控制本实用新型提供的振动装置的重量在19kg以内的条件下，能够获得大于400焦耳的单次振动能量输出，兼具便携和单次振动输出能量高的特点。本实用新型提供的振动装置及果树采摘机避免了人员上树采摘，进而避免了人员伤亡。弹性件120 的活动端在蓄能及释放能量的过程中与冲击块130同步运动。弹性件120的固定端在振动装置的工作过程中与果树保持相对固定。
如图2所示，在本实用新型一实施例中，支撑结构110还包括第一固定板 111、第二固定板112及导向件113。第一固定板111及第二固定板112相对间隔设置。弹性件120的固定端固定设置于第一固定板111靠近第二固定板112 的一侧。在振动装置的工作过程中，第一固定板111远离弹性件120的一侧与果树的树干相对，并且第一固定板111与果树的树干保持相对固定。导向件113 设置于第一固定板111及第二固定板112之间。导向件113的两端分别与第一固定板111及第二固定板112固定连接。冲击块130上具有导向配合位，导向配合位与导向件113滑动连接。在第一固定板111和第二固定板112之间设置导向件 113，有利于冲击块130在弹性件120的蓄能及释放能量的过程中稳定的运动，增加了振动装置的运行稳定性。
弹性件120的作用是以自身的弹性变形实现能量的储存及释放的过程。如图1及图2所示，作为一种可实现的方式，弹性件120选用弹簧。进一步，本实施例中使用的弹簧是螺旋弹簧。导向件113在冲击块130的直线运动过程中起到导向的作用。可选的，导向件113包括开设有导向槽的导向件、导向柱及其他能够实现导向功能的结构。在本实用新型一实施例中，弹性件120包括第一弹簧121及第二弹簧122。导向件113包括第一导向柱1131及第二导向柱1132。第一导向柱1131及第二导向柱1132分别穿设于第一弹簧121及第二弹簧122。冲击块130上开设有贯通冲击块130的第一导向孔及第二导向孔，第一导向柱 1131及第二导向柱1132分别穿设于第一导向孔及第二导向孔。在本实施例中，第一导向柱1131的两端及第二导向柱1132的两端分别与第一固定板111及第二固定板112固定连接。
第一弹簧121和第二弹簧122共同完成能量的储存及释放的过程，在相同形变量下能够储存及释放更多的振动能量。第一导向柱1131及第二导向柱1132 同时对冲击块130进行导向，增加了冲击块130的滑动稳定性。更进一步的，第一弹簧121和第二弹簧122间隔设置，从而第一导向柱1131和第二导向柱1132 也间隔设置。进一步保证了冲击块130的滑动稳定性。在本实施例中，第一导向柱1131及第二导向柱1132均为圆柱状。相对应的，第一导向孔及第二导向孔均是圆孔。
蓄能时，动力输入部件210通过动力输入轴211带动单向离合部件220，单向离合部件220处于结合状态，单向离合部件220带动偏心部件230转动，偏心部件230驱动冲击块130做直线运动，冲击块130靠近弹性件120的固定端做直线运动并压缩第一弹簧121及第二弹簧122以储存能量。释放能量时，单向离合部件220处于分离状态，第一弹簧121和第二弹簧122共同驱动冲击块 130做与蓄能时反向的快速直线运动，完成冲击动作，形成振动。上述过程反复进行，便形成持续的振动。
如图1及图2所示，在本实用新型一实施例中，弹性件120的固定端远离偏心部件230，弹性件120的活动端靠近偏心部件230。冲击块130靠近弹性件 120的固定端做直线运动并压缩弹性件120以储存能量。在本实用新型其他的实施例中，还可以是弹性件120的固定端靠近偏心部件230，弹性件120的活动端远离偏心部件230。冲击块130远离弹性件120的固定端做直线运动并拉伸弹性件120以储存能量。在本实施例中，冲击块130中部具有突出部131，突出部 131与偏心部件230抵接。第二固定板112上开设有贯通第二固定板112的通孔 (图中未示出)，突出部131穿设于通孔。在本实用新型其他的实施例中，冲击块130的一侧与弹性件120的活动端连接，冲击块130的另一侧直接与偏心部件230抵接。
如图4至图6所示，在本实用新型一实施例中，偏心部件230包括偏心轴 231及套设于偏心轴231上的轴承232，偏心轴231包括转轴2311和转轴2311 上的偏心轮2312。偏心轮2312的轴线与转轴2311的轴线之间的距离为偏心距 e，轴承232套设在偏心轮2312上，且与冲击块130抵接。偏心部件230转动时驱动冲击块130压缩弹性件120发生形变量为2e的弹性变形。进一步，套设在偏心轴231上的轴承232是滚动轴承。滚动轴承能够降低在偏心部件230的转动过程中，偏心部件230与冲击块130之间的摩擦，使得冲击块130做无侧向摩擦力直线运动。在本实用新型另一实施例中，偏心部件230包括转轴2311 及套设于转轴2311上的偏心轴承。偏心轴承与冲击块130抵接，偏心轴承具有偏心距e。偏心部件230转动时驱动冲击块130压缩弹性件120发生形变量为 2e的弹性变形。
在本实用新型一实施例中，偏心部件230包括偏心轴231及套设于偏心轴 231上的轴承232。单向离合部件220包括传动轴221、设置在驱动轴2121上的主动拨块222以及设置在偏心部件230上的被动拨块223。传动轴221的两端分别设置有第一传动拨块2211和第二传动拨块2212。主动拨块222与第一传动拨块2211转动连接且有大于90°的转角间隙。第二传动拨块2212与被动拨块223 转动连接且具有大于90°的转角间隙。蓄能时，主动拨块222与第一传动拨块 2211及第二传动拨块2212与被动拨块223之间均处于接触状态，动力输入部件 210通过单向离合部件220驱动偏心部件230转动，偏心部件230驱动冲击块 130做直线运动，冲击块130压缩弹性件120以储存能量。释放能量时，主动拨块222与第一传动拨块2211及第二传动拨块2212与被动拨块223之间均处于分离状态，弹性件120驱动冲击块130做与蓄能时反向的快速直线运动，完成冲击动作，形成振动。
作为一种可实现的方式，如图3及图6所示，主动拨块222设置在驱动轴 2121靠近偏心轴231的一端的端面，且主动拨块222的数量是两个，两个主动拨块222在驱动轴2121的端面外缘相对设置。第一传动拨块2211设置在传动轴221靠近驱动轴2121的一端的端面，且第一传动拨块2211的数量是两个，两个第一传动拨块2211在传动轴221的端面外缘相对设置。第二传动拨块2212 设置在传动轴221靠近偏心轴231的一端的端面，且第二传动拨块2212的数量是两个，两个第二传动拨块2212在传动轴221的端面外缘相对设置。被动拨块 223设置在偏心轴231靠近驱动轴2121的一端的端面，且被动拨块223的数量是两个，两个被动拨块223在偏心轴231的端面外缘相对设置。
进一步，驱动轴2121、传动轴221及偏心轴231的轴线重合。主动拨块222、第一传动拨块2211、第二传动拨块2212及被动拨块223在与传动轴221的轴线垂直的平面内的截面形状均为扇环形。在本实施例中，主动拨块222的扇环形截面的圆心角与第一传动拨块2211的扇环形截面的圆心角之和小于90°，进而保证主动拨块222与第一传动拨块2211转动连接时具有大于90°的转角间隙。被动拨块223的扇环形截面的圆心角与第二传动拨块2212的扇环形截面的圆心角之和小于90°，进而保证被动拨块223与第二传动拨块2212转动连接时具有大于90°的转角间隙。
更进一步的，主动拨块222的扇环形截面的圆心角、第一传动拨块2211的扇环形截面的圆心角、第二传动拨块2212的扇环形截面的圆心角、被动拨块223 的扇环形截面的圆心角均为30°。此时，主动拨块222与第一传动拨块2211转动连接时具有120°的转角间隙，被动拨块223与第二传动拨块2212转动连接时具有120°的转角间隙。
如图7中(1)所示，在蓄能过程中，偏心部件230通过突出部131驱动冲击块130向靠近弹性件120的固定端的方向运动，弹性件120受压产生弹性变形而储存能量。当冲击块130运动至距离弹性件120的固定端最近的位置时，偏心部件230处于蓄能死点位置，如图7中(2)所示。在驱动轴2121的驱动下偏心部件230继续转动越过蓄能死点位置后，振动装置进入能量释放阶段，弹性件120通过冲击块130驱动偏心部件230快速转动，如图7中(3)所示。由于单向离合部件220处于分离状态，冲击块130通过突出部131仅带动偏心部件230转动。减速器212的驱动轴2121仍然按照原来的速度转动，既保护了减速器212，同时将弹性件120释放的能量尽可能多的用于产生振动，提高了振动装置的效率。当偏心部件230自蓄能死点位置转动180°后，冲击块130运动至距离弹性件120的固定端最远的位置，弹性件120释放能量完毕，偏心部件 230处于释放死点位置，如图7中(4)所示。如图7中(5)所示，在驱动轴 2121的驱动下偏心部件230继续转动越过释放死点位置，如此循环。主动拨块 222与第一传动拨块2211及第二传动拨块2212与被动拨块223之间均具有大于 90°的转角间隙，保证了当偏心部件230转过180°时仍然不会与驱动轴2121 产生转动干涉。
本实用新型还提供一种果树采摘机，包括固定装置、源动力装置及上述方案任一项所述的振动装置。源动力装置与动力输入轴211传动连接，固定装置用于将支撑结构与果树固定连接。包括本实用新型提供的振动装置的果树采摘机具有与本实用新型提供的振动装置相同的优势。进一步，源动力装置包括电动机或内燃机，当源动力装置与振动装置分开设置时，源动力装置的输出轴通过软轴与动力输入轴211传动连接。外置动力源有利于减轻果树采摘机的重量且便于携带。或者，源动力装置与振动装置为一体设计，源动力装置包括电动机或内燃机。在本实用新型一实施例中，第一固定板111上开设有两条固定槽，固定装置包括软质的尼龙绑带及保护垫，尼龙绑带的两端具有锁扣和锁紧机构。固定时，将保护垫设置于果树的树干与第一固定板111之间及树干与尼龙绑带之间。然后用锁扣和锁紧机构锁紧尼龙绑带。软质的尼龙绑带及保护垫能够在振动过程中有效保护树干，防止树皮损伤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。