花椒采摘機的設計與試驗

摘要針對目前花椒收獲機械化程度低，損失率高的缺點，設計了一種機械式花椒采摘機。該機利用撥椒輪高速旋轉時產生的梳刷作用和撥椒輪與弧形凹板間相對運動所產生的搓擦作用收獲花椒。通過花椒采收試驗，利用正交試驗設計，探討了不同工藝參數對采收效果的影響。試驗數據分析顯示，3個工藝參數對采收率影響大小順序為為撥椒輪轉速、凹板間隙和撥椒輪橫桿數。該機的最優工作參數組合為，撥椒輪轉速250 r/min、凹板間隙3 mm、撥椒輪橫桿數4個，該機具采收率高，花椒及其枝葉損傷小。

關鍵詞花椒采摘機；設計；正交試驗；參數優化

中圖分類號S225文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01229-02

基金項目甘肅農業大學創新基金項目（GAUCX1010）。

作者簡介萬芳新（1976- ），女，甘肅平涼人，副教授，碩士生導師，從事農業機械裝備與材料摩擦磨損的研究。

花椒為我國廣泛種植的一種經濟作物，一般種植在山坡、丘陵、地頭或岸邊，因樹枝生展長、帶刺、果實小。在我國，它作為特色辛香料和中藥材，有著悠久的歷史淵源，全國有20多個省區都有花椒栽培的歷史。其中，四川漢源、重慶江津、陜西韓城、鳳縣、山西芮城、甘肅武都、秦安、貴州、山東萊蕪、河北涉縣等地區為我國主要花椒主要集中產區，其中陜西韓城、山東萊蕪和甘肅隴南地區產量為大，其總產量超全國的1/2以上。近年來，隨著農業結構調整，各地區花椒產業均有較大的發展[1]。

我國花椒種植面積175×104hm2，年產花椒25×104～45×104t，年產值32億元。目前，種植面積每年正以20%～30%的速度增加，花椒產業已成為特殊區域農民致富的新經濟增長點。花椒因樹枝伸展長、帶刺以及果實小而致使采摘十分困難。同時，花椒收獲的農藝要求很高，既要不傷葉、不傷芽、不傷枝，又要適時收獲[2]，并且針對目前使用化學藥劑噴灑、高枝剪切、機械振動、負壓吸收等采收方法都不同程度地存在一些問題，因此人工采摘仍是當前采收的主要方法[3]。目前研制的機械式花椒采摘器，主要集中在手動采摘機和半自動收獲機的采摘頭上，采摘原理基本上采用的是切割辦法。此類機械生產率較低、采收率不高，且對花椒枝葉的損傷較大。因此，花椒的機械化收獲仍是亟待解決的一個技術難題。

1總體結構與工作原理

1.1總體結構設計的花椒采摘機，主要由外殼、弧形凹板、撥椒輪、彈性聯軸器、電機、伸縮手柄、出料斗、軟管、集料箱、凹板彈簧等組成，整機結構如圖1所示。

外殼為組焊件，頂部中央開有圓錐狀進料口?；⌒伟及逋ㄟ^螺栓安裝在外殼內部，弧形凹板下部均勻分布有數行凸齒，弧形凹板末端通過凹板彈簧與外殼連接，通過調節凹板彈簧的預緊力可以調節撥椒輪與弧形凹板之間的間隙。撥椒輪兩端為圓環，兩圓環外緣通過焊接數根橫桿相連，兩圓環徑向通過數根橫桿焊接在撥椒輪轉軸上，撥椒輪轉軸通過滾動軸承安裝在外殼上。電機通過螺栓安裝在外殼上，電機軸通過彈性聯軸器與撥椒輪轉軸相連。出料斗為倒錐狀，通過螺栓安裝在外殼底部。軟管一端通過卡箍與出料斗相連，另一端通過卡箍與集料箱的入口相連，集料箱頂部安裝有集料箱蓋。伸縮手柄焊接在外殼上。

2試驗研究

2.1試驗方案在花椒采摘機的工作過程中，影響采收效果的因素很多，主要包括結構參數、工作參數以及花椒自身的物理機械特性3類。其中結構參數包括凹板間隙、撥椒輪橫桿數、凹板包角等，工作參數主要是撥椒輪轉速，花椒自身的物理機械特性包括果實成熟度、含水率、抗拉強度等。對于花椒采摘機而言，花椒自身的物理機械特性基本確定，因此影響因素主要取決于結構參數和工作參數。根據前期單因素試驗分析，對采收效果有較為顯著地參數為撥椒輪轉速、凹板間隙和撥椒輪橫桿數，而其他因素的影響基本可以忽略。

試驗目的是掌握撥椒輪轉速、凹板間隙和撥椒輪橫桿數對花椒采摘效果的影響，尋找主控因素，進而優化花椒采摘機的參數。試驗指標為采收率（%）。通過前期所進行的大量單因素試驗，確定了每個因素的水平變化范圍，試驗設計的因素水平如表1所示。

2.2試驗結果由表2中極差分析可知，R=Kmax-Kmin，對于采收率，由試驗結果分析因素影響大小的主次順序依次為A>B>C。由于采收率是越大越好，因此根據表中數據初步得出較優水平組合為A3B2C1，即撥椒輪轉速為250 r/min、凹板間隙為3 mm、撥椒輪橫桿數為4個。正交表中第4列為空白列，計算其極差為0.333，遠小于A、B、C 3個影響因素的極差，可知沒有其他因素對試驗結果產生明顯影響，以上3個因素的交互作用對試驗結果的影響也不顯著，故可設其為誤差限。為了進一步分析不同因素對試驗指標影響的顯著性程度，得到最優的因素水平組合，對所得試驗數據進行方差

3結論

（1）設計的機械式花椒采摘機，利用撥椒輪高速旋轉時產生的梳刷作用和撥椒輪與弧形凹板間相對運動所產生的搓擦作用收獲花椒，采收率高，花椒及其枝葉損傷小，利用伸縮手柄，可以滿足不同高度花椒的收獲。

（2）通過正交試驗，得到花椒采摘機最優工作參數組合為撥椒輪轉速250 r/min、凹板間隙3 mm、撥椒輪橫桿數4個，3個因素對采收率影響大小的順序依次為撥椒輪轉速、凹板間隙和撥椒輪橫桿數。