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

毋萬來，趙保平，張文超，要凱，郭曉晨，陜西省寶雞市農業(yè)科學研究院，郵編721004（岐山）。

花椒是我國重要的經濟樹種，面積產量均居世界首位，是一些主產區(qū)農民收入主要來源。 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村勞動力短缺的現(xiàn)實矛盾影響花椒生產效益提升。 由陜西省寶雞市農科院研發(fā)的花椒電動采摘器，利用高速旋轉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 花椒產業(yè)發(fā)展前景好 花椒是我國重要的經濟樹種，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大國。 目前全國共有167萬hm2左右的花椒園， 年產量28 萬t 左右，年產值140 億元左右。

花椒生產大省四川， 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，年產量6.2萬t，其中韓城和鳳縣是馳名全國的花椒生產基地，被譽為“中國花椒之鄉(xiāng)”，并被列為國家地理標志保護產品。 韓城現(xiàn)有花椒面積55 萬畝，年產量2 700 萬kg，銷售價格120 元/kg，一產產值27 億元，三產總值35 億元，占全市農業(yè)收入的70%，全市農民人均花椒收入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， 以及以生物技術為基礎的細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，花椒采摘成本日益升高，降低了椒農種植花椒的熱情。

據在全國多個花椒產區(qū)調查， 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， 成為廣大椒農及相關科技工作者共同關注的焦點。

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， 其結構為一段乳膠套，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的花椒收集袋上，需重新?lián)焓?，費工。

生產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)技術現(xiàn)狀基礎上， 寶雞市農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。 經過不懈努力，在我院已取得的“一種精準型電動疏花疏果裝置”（專利號ZL2017 2 1694575.3）基礎上，試制出電動花椒采摘器。

這一款采摘器用高速旋轉的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

電動花椒采摘器構造如圖1 所示。

圖1 電動花椒采摘器外觀示意圖

其工作原理為：外接背負式直流電源（8）驅動置于手柄（2）內的直流電機（3），電機轉速為19 800 轉/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。 采摘作業(yè)時，首先打開電源開關（1），將高速旋轉的刀片對準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的花椒收集袋里，一次采摘過程即告結束，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、 扶風縣花椒產區(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，采摘效率有了明顯提高。

由于該機試制成功時寶雞花椒產區(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量（鮮椒）、旋轉刀片使用壽命、電瓶耐力及壽命、電機使用壽命等指標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。