發布時間：2019-02-18所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：林果經濟不斷發展，傳統人工采摘方式逐漸被淘汰，背負式采摘機漸漸進入人們的視野。對背負式林果采摘機采摘時的手臂疲勞特性進行分析研究，通過相關林果采集實驗，了解采摘機的人機工程學特性，實現為背負式林果采摘機的人機工程學評價。 關鍵詞：背負
摘要：林果經濟不斷發展，傳統人工采摘方式逐漸被淘汰，背負式采摘機漸漸進入人們的視野。對背負式林果采摘機采摘時的手臂疲勞特性進行分析研究，通過相關林果采集實驗，了解采摘機的人機工程學特性，實現為背負式林果采摘機的人機工程學評價。
關鍵詞：背負式,手持式,林果采摘機,人機工程學
由于我國核桃、板栗等林果大部分分布在山地、丘陵地帶，這種地形限制了大型采摘設備的進入，并且人工采摘效率低且工作量大，所以應當使用小型便攜式采摘設備進行工作。目前在以上地形使用的采摘設備多為手持式采摘工具，長時間使用會造成使用者手臂肌肉疲勞，大大降低工作效率，使用者操作不當還可能會出現安全事故。但是如果使用背負式林果采摘機就不會出現這些問題，由于采摘機為背負式，所以其重量被分解，分擔給手臂和肩部，大大降低里使用者承擔的負荷，提高工作效率。
1背負式林果采摘機構成和工作原理
背負式林果采摘機主要包含兩個部分，背負部分和伸縮采摘部分。背負部分由背架、背部彎管、伸縮調節桿和懸掛彈簧組成，采摘部分則由采摘頭部、伸縮桿和連接管組成[1]。背負式采摘機使用方法是將裝置背在背上，使用伸縮調節桿進行懸掛調節。通過調節懸掛點，使操作力矩變化，懸架彈簧連接伸縮采摘部分，使得手臂承受的力分解到后部，這樣柔性和靈活性大大增加，工作范圍變寬。
不使用時，可以用彈簧懸掛杠桿，以減少的手臂的受力，減輕手臂的疲勞。對于不同高度的果樹，可以調節伸縮桿進行采摘，以實現不同高度的揀選操作。在選擇好水果后，握住手柄，控制采摘抓，轉動水果完成收集。收獲完成后，手柄松開，水果落入收料網完成收割[2]。由于背負式采摘機結構簡單，攜帶方便，且輕便，可有效地用于山地丘陵地區的林果采摘，并且能很大程度的避免引疲勞引起的肌肉酸疼，提高工作效率。
2采摘機對比實驗研究
為了分析背負式采摘機和手持式采摘機對使用人員的影響，需要進行兩個采摘機的對比實驗。背包式水果采摘機可用于采摘不同類型的水果。在采集高度方面有著較為靈活的調節，而手持式水果采摘機只能手持操作，并通過拉伸采摘桿從不同高度采摘水果。對于選擇的實驗對象要求為體型區別不大，并且在測試之前無劇烈運動無疲勞積累。
分為手持式采摘機和背負式采摘機兩組進行實驗。使用背負式采摘機進行模擬采摘實驗，實驗過程中需要采集上肢肱二頭肌表面肌肉電信號，通過公式進行相關的疲勞能量計算，將計算出的疲勞能量與borg主觀評價表進行結合分析，綜合對比背負式采摘機和手持式采摘機對工作人員的區別。對于選擇的實驗對象要求為體型區別不大，并且在測試之前無劇烈運動無疲勞積累。分為手持式采摘機和背負式采摘機兩組進行實驗。
通過一系列的模擬采摘實驗，根據表面肌電信號，可以計算出相應的疲勞能量，然后將疲勞能量代入相關公式計算，可以得到實驗人員的borg主觀值，以此分析得出，手持狀態下的主觀價值明顯大于背負狀態。在手持狀態下，采摘機的所有重量都需要由手臂承載;在后面狀態下，采摘機的一部分重量可以由雙肩承擔[3]。
由于兩個采摘機在手臂的作用力不一樣，手臂肌肉收縮和疲勞能量值也就不一樣，最后的結果是手持式的borg主觀值高于背負式采摘機，也就是使用手持式采摘機比使用背負式采摘機更勞累。在人體工程學研究中，心率可以反映操作者的生理和心理負擔，并且身體心率的變化與勞動強度和身體疲勞成正比。在實際工作中，工作疲勞越大，身體的心率變化就越大。在測量操作結束之后基于操作心率計算心率相對于穩定狀態的增加率，可以獲得疲勞程度。
在對實驗人員測試中可以看出，雖然兩組實驗人員心率都呈現上升趨勢，但是使用手持式采摘機實驗人員的心率變化要大于背負式采摘機實驗人員的心率變化，這是由于手持式采摘機使用時，要求實驗人員必須長時間進行抬舉工作，而背負式只需要背在背上即可。這就是心率加比不同的原因。表面肌肉電信號是肌肉收縮期間伴隨的電信號。當肌肉開始運動時，運動單位電位的放電頻率開始增加，力量增大，募集的運動單位數量就會增多，導致肌電信號增加。如果實施力量繼續增大，運動單元電位將出現重疊，這進一步導致信號幅度增加，因此信號幅度越大，就越費力[4]。
3結果與分析
通過上述的手持式采摘機和背負式采摘機的對比實驗可以得出以下結論：通過果實采收臂疲勞試驗計算疲勞能量值，并結合Borg量表問卷值建立二次函數模型。該模型可以通過Borg主觀值直觀判斷果實采摘過程中的上肢和二頭肌的疲勞程度，不僅可用于手持式采摘機手臂疲勞特征分析。也用于分析背負式采摘機的疲勞特性。手持式采摘機使用者的Borg主觀價值和心率增加率均大于背負型采摘機使用者。所以看來背負式采摘機要優于手持式采摘機，更容易減少人體產生的疲勞。
參考文獻
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[2]鄧享，闞江明，李文彬.背負式林果采摘機的人機工程學評價[J].北京林業大學學報，2017(6)：131-136.
[3]何海龍.便攜式棗果采摘機的研制[D].北京：中國林業科學研究院，2017.
[4]劉夢飛.核桃采摘機的設計與試驗[D].西安：陜西科技大學，2015.
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