輕便型電動(dòng)采茶機(jī)的開發(fā)研究

□張　艷　王　鵬　曾祥平/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

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輕便型電動(dòng)采茶機(jī)的開發(fā)研究

□張艷王鵬曾祥平/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

1　國內(nèi)外采茶機(jī)具研究開發(fā)現(xiàn)狀

國外研究采茶機(jī)具的國家主要是日本。日本早在1910年就開始采茶機(jī)的研究，以單人采茶機(jī)和雙人采茶機(jī)的研制為主。近年，高地隙乘用型采茶機(jī)開始投入使用，動(dòng)力以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，特點(diǎn)是體積大、作業(yè)效率高。

我國對(duì)采茶機(jī)具的研究始于20紀(jì)70年代，前期以引進(jìn)消化日本等國的機(jī)具為主。近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策的實(shí)施，一些小型采茶機(jī)開始在茶區(qū)使用，但由于我國飲茶習(xí)慣及丘區(qū)種植茶園現(xiàn)狀的制約，采茶機(jī)具的研制和使用存在諸多問題。

2　目前存在的主要問題

1）國外機(jī)具作業(yè)性能好，但是價(jià)格昂貴；國內(nèi)機(jī)型價(jià)格較低，但性能差、使用壽命短、使用成本高，均未得到大量推廣應(yīng)用。

2）現(xiàn)有單人、雙人采茶機(jī)采摘幅面寬，作業(yè)效率高，但是國內(nèi)茶園多在丘陵山區(qū)，依山而建的不規(guī)則茶園園貌各異，茶樹品種混雜，不適宜機(jī)采。

3）現(xiàn)有機(jī)具在茶園嫩芽率達(dá)到70%以上時(shí)進(jìn)行采摘，是一次性非選擇性采摘，無法滿足中國特有的分等級(jí)采茶方式，名優(yōu)茶的采摘更無法使用機(jī)具進(jìn)行，機(jī)具適應(yīng)性不強(qiáng)。

4）現(xiàn)有機(jī)具基本使用汽油作為動(dòng)力，在采摘過程中，汽油燃燒不盡，容易造成重金屬殘留，影響成品茶的品質(zhì)。

3　輕便型電動(dòng)采茶機(jī)的設(shè)計(jì)制造

3.1設(shè)計(jì)原理

目前，由于我國茶樹品種混雜、特性各異，氣候、土壤等外界自然環(huán)境千差萬別，以及栽培管理措施不同，致使茶樹長(zhǎng)勢(shì)不一，園貌各異，很難形成平整勻齊的采摘面，不適于機(jī)采。本項(xiàng)目充分考慮了我國茶園的上述情況，研制了一種采幅小、重量輕、以蓄電池為能源的輕便型電動(dòng)采茶機(jī)。

該機(jī)采幅窄，工作范圍僅100 mm，大大降低了對(duì)茶園樹冠平整度的要求，適用于我國廣大茶園；結(jié)構(gòu)小、重量輕，單人可輕松長(zhǎng)時(shí)間操作；使用蓄電池作為能源，代替常用的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，避免了汽油燃燒引起的二次污染。

3.1.1設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

輕便型電動(dòng)采茶機(jī)由布袋、蓄電池、手把、電線、開關(guān)、機(jī)殼、電機(jī)、聯(lián)軸器、偏心輪、連桿、割刀座、動(dòng)割刀、定割刀組成。該機(jī)已獲得國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)ZL 201520348363.4，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖 1　輕便型電動(dòng)采茶機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.2工作原理

打開開關(guān)，接通電源，電機(jī)通過連軸器帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪帶動(dòng)割刀座和動(dòng)割刀作往復(fù)平移運(yùn)動(dòng)，動(dòng)割刀和定割刀的齒對(duì)茶葉的嫩芽進(jìn)行切割，在偏心輪上安裝有弧形葉片，由偏心輪和連桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力和風(fēng)力將茶葉嫩芽吹進(jìn)布袋內(nèi)儲(chǔ)存，完成采茶作業(yè)。該機(jī)采用直流電機(jī)作為動(dòng)力，具有不污染環(huán)境、操作簡(jiǎn)單、能耗低、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，適合丘陵山區(qū)茶園（特別是有機(jī)茶園）收獲嫩芽使用。

3.1.3關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

定割刀和動(dòng)割刀采用三角形齒，齒形間距3～5 mm，使用工具鋼加工后淬火處理，定割刀安裝在機(jī)殼的座子上，動(dòng)割刀安裝在割刀座的刀槽內(nèi)，定割刀和動(dòng)割刀之間保持0.5 mm的間隙。

連桿的一端安裝在偏心輪上，另一端安裝在動(dòng)割刀上，連桿設(shè)計(jì)成圓條形，對(duì)采下來的嫩芽阻力小，利于將嫩芽送到布袋中。

偏心輪設(shè)計(jì)有弧形葉片，在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生風(fēng)力，推動(dòng)嫩芽進(jìn)入布袋，風(fēng)送方式相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)方式，對(duì)嫩芽的損傷小、完整性好，利于茶葉保持形狀和顏色。

3.2主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)

輕便型電動(dòng)采茶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)詳見表1、表2。

表 1　主要技術(shù)參數(shù)

4　試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1主要性能試驗(yàn)分析

樣機(jī)委托法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)在洪雅縣止戈鎮(zhèn)青杠坪村茶園進(jìn)行了作業(yè)性能試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試時(shí)間在4月中下旬；茶園是適于機(jī)械化操作的標(biāo)準(zhǔn)成齡茶園，樹齡6年，品種為名山早，茶棚高約80 cm，茶隴蓬面呈微圓弧形，蓬面幅寬110 cm，條播茶隴長(zhǎng)約30 m，行間作業(yè)道寬30 cm，茶樹長(zhǎng)勢(shì)良好，頂部無雞爪枝，秋季進(jìn)行輕修剪培養(yǎng)茶蓬機(jī)械采摘面。試驗(yàn)主要測(cè)試輕便型電動(dòng)采茶機(jī)的生產(chǎn)性能，實(shí)測(cè)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，該機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求，具有結(jié)構(gòu)合理、耗能低、噪音小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

4.2工效試驗(yàn)分析

表 2　主要性能指標(biāo)表

表 3　主要作業(yè)性能指標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，手工采摘工效為每人3 kg/h，輕便型電動(dòng)采茶機(jī)采摘工效為10.5 kg/h；與同類采茶機(jī)相比，輕便型電動(dòng)采茶機(jī)割幅小，產(chǎn)量較低，但與手工采摘相比，工效是手工采摘的3.5倍左右。

5　結(jié)論

輕便型電動(dòng)采茶機(jī)是采用直流電作能源、采幅小的微型采茶機(jī)，不污染環(huán)境，不對(duì)茶園、茶葉產(chǎn)生二次污染，靈活性好、操作簡(jiǎn)單、能耗低，適合丘陵山區(qū)不規(guī)則茶園（特別是有機(jī)茶園）收獲嫩芽使用。經(jīng)洪雅等名優(yōu)茶產(chǎn)區(qū)茶農(nóng)使用表明，該機(jī)適于采摘一芽二、三葉的原料，工效是傳統(tǒng)采摘的3.5倍左右，在較好的茶園肥培管理和樹冠留養(yǎng)的條件下，取得的采摘效果更為理想，適用于家庭式小規(guī)模茶場(chǎng)。