一種可顯著提高工效的手持式電動(dòng)花椒采摘器

毋萬(wàn)來(lái) 趙保平 張文超 要?jiǎng)P 郭曉晨

花椒是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)樹種，面積產(chǎn)量均居世界首位，是一些主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入主要來(lái)源。花椒人工采摘效率低，成本高，集中成熟期需要大量人工和農(nóng)村勞動(dòng)力短缺的現(xiàn)實(shí)矛盾影響花椒生產(chǎn)效益提升。由陜西省寶雞市農(nóng)科院研發(fā)的花椒電動(dòng)采摘器，利用高速旋轉(zhuǎn)的刀片快速切削花椒果柄，可大大提高采摘效率，降低采摘成本。

1? ?電動(dòng)采摘器研發(fā)背景

1.1? ?花椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景好? ?花椒是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)樹種，其植株根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤環(huán)境要求不高，耐干旱瘠薄，我國(guó)各地均有種植，是世界排名首位的花椒生產(chǎn)大國(guó)。目前全國(guó)共有167萬(wàn)hm2左右的花椒園，年產(chǎn)量28萬(wàn)t左右，年產(chǎn)值140億元左右。

花椒生產(chǎn)大省四川，花椒種植面積29.33萬(wàn)hm2，包括紅花椒8.39萬(wàn)hm2、青花椒18.75萬(wàn)hm2、藤椒2.14萬(wàn)hm2，其他0.05萬(wàn)hm2;甘肅花椒種植面積27.04萬(wàn)hm2，主要有大紅袍、綿椒、刺椒、油椒、秦安1號(hào)。

陜西花椒種植面積18.3萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量6.2萬(wàn)t，其中韓城和鳳縣是馳名全國(guó)的花椒生產(chǎn)基地，被譽(yù)為“中國(guó)花椒之鄉(xiāng)”，并被列為國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品。韓城現(xiàn)有花椒面積55萬(wàn)畝，年產(chǎn)量2 700萬(wàn)kg，銷售價(jià)格120元/kg，一產(chǎn)產(chǎn)值27億元，三產(chǎn)總值35億元，占全市農(nóng)業(yè)收入的70%，全市農(nóng)民人均花椒收入1萬(wàn)余元，韓城大紅袍花椒品牌價(jià)值213.16億元。

1.2? ?花椒采摘效率低下? ?我國(guó)花椒栽植品種以多刺的青花椒、紅花椒為主，近年來(lái)各地陸續(xù)開展花椒選擇育種、誘變育種（物理與化學(xué)誘變）、倍性育種（多倍體與單倍體育種）、雜交育種，以及以生物技術(shù)為基礎(chǔ)的細(xì)胞工程育種和分子育種，選育出一批無(wú)刺花椒新品種，代表了花椒品種發(fā)展方向。但是，由于苗木成本等諸多因素限制，無(wú)刺花椒品種推廣較慢，總體占比不到5%，目前生產(chǎn)中九成以上是有刺品種。

花椒采摘主要依靠人工，由于樹體刺較多，加大了采摘難度，使得采摘效率低下。而且，因?yàn)槿狈ψ銐虻膭趧?dòng)力和成熟的采摘技術(shù)，花椒采摘成本日益升高，降低了椒農(nóng)種植花椒的熱情。

據(jù)在全國(guó)多個(gè)花椒產(chǎn)區(qū)調(diào)查，現(xiàn)在鮮椒采摘成本已高達(dá)4～5元/kg，而近幾年鮮椒的收購(gòu)價(jià)為10～12元/kg，采摘成本占比高達(dá)40%以上，極大地影響了花椒種植效益，也制約了花椒產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

如何提高花椒采摘效率，降低花椒采摘人工成本，成為廣大椒農(nóng)及相關(guān)科技工作者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

近年來(lái)，不少研究單位和科技人員在采摘器研發(fā)方面做了大量工作，也試制出一批花椒采摘工具。現(xiàn)有的采摘工具大體可分為手動(dòng)和電動(dòng)兩類。

手動(dòng)工具比如拇指刀，其結(jié)構(gòu)為一段乳膠套，頂端裝有不銹鋼刀片，將乳膠套套于大拇指上，采摘時(shí)利用頂端的刀片與食指結(jié)合，將花椒果柄切斷，從而避免了長(zhǎng)期用指甲掐果柄的痛苦，一定程度上緩解了花椒采摘之苦。

另一類為手持式電動(dòng)工具，即將修剪用電動(dòng)剪刀微型化處理，將剪切刀片微縮為寬度5 mm左右、長(zhǎng)度30 mm左右，進(jìn)行電動(dòng)采摘，對(duì)提高采摘效率也起到了一定作用，但效果不理想。原因：一是剪口張合1次才能剪切1次，耗費(fèi)時(shí)間;二是剪切掉的花椒果實(shí)簇靠重力自由下落，下落速度慢，很容易掛在樹枝上，難以掉落在地面鋪設(shè)的花椒收集袋上，需重新?lián)焓埃M(fèi)工。

生產(chǎn)上急需一種能大幅度提高采摘效率的簡(jiǎn)便、安全、高效的采摘工具。

2? ?電動(dòng)采摘器研發(fā)思路

在充分掌握了解采摘環(huán)節(jié)技術(shù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，寶雞市農(nóng)科院的科研人員開展了花椒電動(dòng)采摘器研制工作。針對(duì)現(xiàn)有微型電動(dòng)剪刀采摘器存在的缺陷，采取了全新思路，從加快剪切速度和促使分離后花椒果實(shí)順利下落兩方面著手，對(duì)電動(dòng)采摘器進(jìn)行了改進(jìn)升級(jí)。經(jīng)過(guò)不懈努力，在我院已取得的“一種精準(zhǔn)型電動(dòng)疏花疏果裝置”（專利號(hào)ZL2017 2 1694575.3）基礎(chǔ)上，試制出電動(dòng)花椒采摘器。

這一款采摘器用高速旋轉(zhuǎn)的S形刀片取代了微型剪刀，達(dá)到了比較滿意的采摘效果，研制工作取得初步成功。

3? ?電動(dòng)采摘器工作原理

電動(dòng)花椒采摘器構(gòu)造如圖1所示。

其工作原理為：外接背負(fù)式直流電源（8）驅(qū)動(dòng)置于手柄（2）內(nèi)的直流電機(jī)（3），電機(jī)轉(zhuǎn)速為19 800轉(zhuǎn)/分鐘，帶動(dòng)安裝于電機(jī)軸（5）頂端的S形高強(qiáng)度碳鋼刀片（6）高速旋轉(zhuǎn)。采摘作業(yè)時(shí)，首先打開電源開關(guān)（1），將高速旋轉(zhuǎn)的刀片對(duì)準(zhǔn)要采摘的花椒簇的果柄，輕輕一碰，即可在一瞬間將果柄切斷。由于有離心力作用，花椒簇沿刀片旋轉(zhuǎn)的切線方向彈出，帶有一定初速度，然后快速向地面掉落在下方鋪設(shè)的花椒收集袋里，一次采摘過(guò)程即告結(jié)束，隨后即可開始下一次采摘。本機(jī)配備的外接直流電源體積小、重量輕、儲(chǔ)電足、充電快，沖滿電可連續(xù)工作8小時(shí)以上，午飯時(shí)間適當(dāng)補(bǔ)充電量，可滿足14小時(shí)以上采摘需要。

4? ?采摘效果比對(duì)

為驗(yàn)證電動(dòng)花椒采摘器的采摘效果，2021年秋研究人員在陜西省岐山縣、扶風(fēng)縣花椒產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

兩地多田塊、多次采摘實(shí)踐顯示，電動(dòng)花椒采摘器的采摘效率是人工采摘的1倍以上。使用電動(dòng)采摘器，兩名采摘工人的采摘量與4名工人純手工采摘量在同一水平;兩名采摘工人的采摘量與3名使用老式采摘剪的工人的采摘量相當(dāng)，采摘效率有了明顯提高。

由于該機(jī)試制成功時(shí)寶雞花椒產(chǎn)區(qū)采摘已進(jìn)入尾聲，因此沒(méi)來(lái)得及做進(jìn)一步的采摘試驗(yàn)，像采摘一朵花椒簇所用時(shí)間、花椒簇掉落到地面所需時(shí)間、1個(gè)工人每天平均采摘花椒的數(shù)量（鮮椒）、旋轉(zhuǎn)刀片使用壽命、電瓶耐力及壽命、電機(jī)使用壽命等指標(biāo)尚需進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)試。但從目前初步使用的情況來(lái)看，取得了較為滿意的效果。

毋萬(wàn)來(lái)，趙保平，張文超，要?jiǎng)P，郭曉晨，陜西省寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，郵編721004（岐山）。

收稿日期：2022-01-16