發(fā)布時(shí)間：2019-02-18所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：林果經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)人工采摘方式逐漸被淘汰，背負(fù)式采摘機(jī)漸漸進(jìn)入人們的視野。對(duì)背負(fù)式林果采摘機(jī)采摘時(shí)的手臂疲勞特性進(jìn)行分析研究，通過(guò)相關(guān)林果采集實(shí)驗(yàn)，了解采摘機(jī)的人機(jī)工程學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)為背負(fù)式林果采摘機(jī)的人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞：背負(fù)
摘要：林果經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)人工采摘方式逐漸被淘汰，背負(fù)式采摘機(jī)漸漸進(jìn)入人們的視野。對(duì)背負(fù)式林果采摘機(jī)采摘時(shí)的手臂疲勞特性進(jìn)行分析研究，通過(guò)相關(guān)林果采集實(shí)驗(yàn)，了解采摘機(jī)的人機(jī)工程學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)為背負(fù)式林果采摘機(jī)的人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：背負(fù)式,手持式,林果采摘機(jī),人機(jī)工程學(xué)
由于我國(guó)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(shè)備的進(jìn)入，并且人工采摘效率低且工作量大，所以應(yīng)當(dāng)使用小型便攜式采摘設(shè)備進(jìn)行工作。目前在以上地形使用的采摘設(shè)備多為手持式采摘工具，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)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(dāng)還可能會(huì)出現(xiàn)安全事故。但是如果使用背負(fù)式林果采摘機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題，由于采摘機(jī)為背負(fù)式，所以其重量被分解，分擔(dān)給手臂和肩部，大大降低里使用者承擔(dān)的負(fù)荷，提高工作效率。
1背負(fù)式林果采摘機(jī)構(gòu)成和工作原理
背負(fù)式林果采摘機(jī)主要包含兩個(gè)部分，背負(fù)部分和伸縮采摘部分。背負(fù)部分由背架、背部彎管、伸縮調(diào)節(jié)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(fù)式采摘機(jī)使用方法是將裝置背在背上，使用伸縮調(diào)節(jié)桿進(jìn)行懸掛調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)懸掛點(diǎn)，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(shí)，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(duì)于不同高度的果樹，可以調(diào)節(jié)伸縮桿進(jìn)行采摘，以實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)動(dòng)水果完成收集。收獲完成后，手柄松開，水果落入收料網(wǎng)完成收割[2]。由于背負(fù)式采摘機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，且輕便，可有效地用于山地丘陵地區(qū)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(jī)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究
為了分析背負(fù)式采摘機(jī)和手持式采摘機(jī)對(duì)使用人員的影響，需要進(jìn)行兩個(gè)采摘機(jī)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。背包式水果采摘機(jī)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(diào)節(jié)，而手持式水果采摘機(jī)只能手持操作，并通過(guò)拉伸采摘桿從不同高度采摘水果。對(duì)于選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象要求為體型區(qū)別不大，并且在測(cè)試之前無(wú)劇烈運(yùn)動(dòng)無(wú)疲勞積累。
分為手持式采摘機(jī)和背負(fù)式采摘機(jī)兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用背負(fù)式采摘機(jī)進(jìn)行模擬采摘實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要采集上肢肱二頭肌表面肌肉電信號(hào)，通過(guò)公式進(jìn)行相關(guān)的疲勞能量計(jì)算，將計(jì)算出的疲勞能量與borg主觀評(píng)價(jià)表進(jìn)行結(jié)合分析，綜合對(duì)比背負(fù)式采摘機(jī)和手持式采摘機(jī)對(duì)工作人員的區(qū)別。對(duì)于選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象要求為體型區(qū)別不大，并且在測(cè)試之前無(wú)劇烈運(yùn)動(dòng)無(wú)疲勞積累。分為手持式采摘機(jī)和背負(fù)式采摘機(jī)兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
通過(guò)一系列的模擬采摘實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表面肌電信號(hào)，可以計(jì)算出相應(yīng)的疲勞能量，然后將疲勞能量代入相關(guān)公式計(jì)算，可以得到實(shí)驗(yàn)人員的borg主觀值，以此分析得出，手持狀態(tài)下的主觀價(jià)值明顯大于背負(fù)狀態(tài)。在手持狀態(tài)下，采摘機(jī)的所有重量都需要由手臂承載;在后面狀態(tài)下，采摘機(jī)的一部分重量可以由雙肩承擔(dān)[3]。
由于兩個(gè)采摘機(jī)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(jié)果是手持式的borg主觀值高于背負(fù)式采摘機(jī)，也就是使用手持式采摘機(jī)比使用背負(fù)式采摘機(jī)更勞累。在人體工程學(xué)研究中，心率可以反映操作者的生理和心理負(fù)擔(dān)，并且身體心率的變化與勞動(dòng)強(qiáng)度和身體疲勞成正比。在實(shí)際工作中，工作疲勞越大，身體的心率變化就越大。在測(cè)量操作結(jié)束之后基于操作心率計(jì)算心率相對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)的增加率，可以獲得疲勞程度。
在對(duì)實(shí)驗(yàn)人員測(cè)試中可以看出，雖然兩組實(shí)驗(yàn)人員心率都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但是使用手持式采摘機(jī)實(shí)驗(yàn)人員的心率變化要大于背負(fù)式采摘機(jī)實(shí)驗(yàn)人員的心率變化，這是由于手持式采摘機(jī)使用時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)人員必須長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行抬舉工作，而背負(fù)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(hào)是肌肉收縮期間伴隨的電信號(hào)。當(dāng)肌肉開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)單位電位的放電頻率開始增加，力量增大，募集的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量就會(huì)增多，導(dǎo)致肌電信號(hào)增加。如果實(shí)施力量繼續(xù)增大，運(yùn)動(dòng)單元電位將出現(xiàn)重疊，這進(jìn)一步導(dǎo)致信號(hào)幅度增加，因此信號(hào)幅度越大，就越費(fèi)力[4]。
3結(jié)果與分析
通過(guò)上述的手持式采摘機(jī)和背負(fù)式采摘機(jī)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：通過(guò)果實(shí)采收臂疲勞試驗(yàn)計(jì)算疲勞能量值，并結(jié)合Borg量表問(wèn)卷值建立二次函數(shù)模型。該模型可以通過(guò)Borg主觀值直觀判斷果實(shí)采摘過(guò)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(jī)手臂疲勞特征分析。也用于分析背負(fù)式采摘機(jī)的疲勞特性。手持式采摘機(jī)使用者的Borg主觀價(jià)值和心率增加率均大于背負(fù)型采摘機(jī)使用者。所以看來(lái)背負(fù)式采摘機(jī)要優(yōu)于手持式采摘機(jī)，更容易減少人體產(chǎn)生的疲勞。
參考文獻(xiàn)
[1]宋月鵬，耿曉陽(yáng)，辛力，等.山東省果園機(jī)械化作業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].落葉果樹，2018(2)：27-33.
[2]鄧享，闞江明，李文彬.背負(fù)式林果采摘機(jī)的人機(jī)工程學(xué)評(píng)價(jià)[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017(6)：131-136.
[3]何海龍.便攜式棗果采摘機(jī)的研制[D].北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，2017.
[4]劉夢(mèng)飛.核桃采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D].西安：陜西科技大學(xué)，2015.
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