一種可顯著提高工效的手持式電動花椒采摘器

毋萬來 趙保平 張文超 要凱 郭曉晨

花椒是我國重要的經(jīng)濟樹種，面積產(chǎn)量均居世界首位，是一些主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入主要來源?；ń啡斯げ烧实?，成本高，集中成熟期需要大量人工和農(nóng)村勞動力短缺的現(xiàn)實矛盾影響花椒生產(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? ?花椒是我國重要的經(jīng)濟樹種，其植株根系發(fā)達，對土壤環(huán)境要求不高，耐干旱瘠薄，我國各地均有種植，是世界排名首位的花椒生產(chǎn)大國。目前全國共有167萬hm2左右的花椒園，年產(chǎn)量28萬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hm2，包括紅花椒8.39萬hm2、青花椒18.75萬hm2、藤椒2.14萬hm2，其他0.05萬hm2;甘肅花椒種植面積27.04萬hm2，主要有大紅袍、綿椒、刺椒、油椒、秦安1號。

陜西花椒種植面積18.3萬hm2，年產(chǎn)量6.2萬t，其中韓城和鳳縣是馳名全國的花椒生產(chǎn)基地，被譽為“中國花椒之鄉(xiāng)”，并被列為國家地理標(biāo)志保護產(chǎn)品。韓城現(xiàn)有花椒面積55萬畝，年產(chǎn)量2 700萬kg，銷售價格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1萬余元，韓城大紅袍花椒品牌價值213.16億元。

1.2? ?花椒采摘效率低下? ?我國花椒栽植品種以多刺的青花椒、紅花椒為主，近年來各地陸續(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，因為缺乏足夠的勞動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)在全國多個花椒產(chǎn)區(qū)調(diào)查，現(xiàn)在鮮椒采摘成本已高達4～5元/kg，而近幾年鮮椒的收購價為10～12元/kg，采摘成本占比高達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。

近年來，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和電動兩類。

手動工具比如拇指刀，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工具，即將修剪用電動剪刀微型化處理，將剪切刀片微縮為寬度5 mm左右、長度30 mm左右，進行電動采摘，對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，耗費時間;二是剪切掉的花椒果實簇靠重力自由下落，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?，費工。

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

2? ?電動采摘器研發(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采摘器研制工作。針對現(xiàn)有微型電動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順利下落兩方面著手，對電動采摘器進行了改進升級。經(jīng)過不懈努力，在我院已取得的“一種精準(zhǔn)型電動疏花疏果裝置”（專利號ZL2017 2 1694575.3）基礎(chǔ)上，試制出電動花椒采摘器。

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

3? ?電動采摘器工作原理

電動花椒采摘器構(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)動置于手柄（2）內(nèi)的直流電機（3），電機轉(zhuǎn)速為19 800轉(zhuǎn)/分鐘，帶動安裝于電機軸（5）頂端的S形高強度碳鋼刀片（6）高速旋轉(zhuǎn)。采摘作業(yè)時，首先打開電源開關(guān)（1），將高速旋轉(zhuǎn)的刀片對準(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，一次采摘過程即告結(jié)束，隨后即可開始下一次采摘。本機配備的外接直流電源體積小、重量輕、儲電足、充電快，沖滿電可連續(xù)工作8小時以上，午飯時間適當(dāng)補充電量，可滿足14小時以上采摘需要。

4? ?采摘效果比對

為驗證電動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)進行了對比試驗。

兩地多田塊、多次采摘實踐顯示，電動花椒采摘器的采摘效率是人工采摘的1倍以上。使用電動采摘器，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。

由于該機試制成功時寶雞花椒產(chǎn)區(qū)采摘已進入尾聲，因此沒來得及做進一步的采摘試驗，像采摘一朵花椒簇所用時間、花椒簇掉落到地面所需時間、1個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、電機使用壽命等指標(biāo)尚需進一步驗證測試。但從目前初步使用的情況來看，取得了較為滿意的效果。

毋萬來，趙保平，張文超，要凱，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