花椒采摘收獲設備的試驗研究

蘇安晉，杜 嬋，蘇昱庭，杜 娟

（1. 山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030002；2. 山西中醫(yī)藥大學，山西 太原 030024；3. 太原科技大學，山西 太原 030024）

花椒隸屬于蕓香科異葉花椒屬，全球總共有花椒品種250 種[1]，中國有39 種花椒品種，而其他變種花椒還有14 種?；ń窞橹袊鴤鹘y(tǒng)文化社會經(jīng)濟植物樹種[2-3]，其果皮也被譽為八大調(diào)味品之中，在我國已有2 600 多年的歷史，花椒葉也可作為調(diào)味佳品。

花椒渾身是寶，除了作為人們生活中必不可少的調(diào)味品之外，花椒還是一味中藥，藥用價值也很高：花椒籽屬苦、寒性狀，無毒，利排尿，主要用于治療水腹脹滿、腎虧、耳鳴、耳聾、膀胱癥、氣喘等；花椒的果皮具有辛辣味道，性屬于溫熱，可用在治療入脾、胃、腎經(jīng)等方面，《神農(nóng)本草經(jīng)》中這樣記載：“主邪氣咳逆，溫中，逐骨節(jié)皮膚死肌，寒濕痹通，下氣”；花椒根屬辛、溫熱之性、有微毒。臨床上可以用在治療腎、膀胱等的虛冷癥，血淋色瘀的患者可以用花椒根煎湯飲用。此外，花椒的葉子屬辛熱、且無毒，可以用于治療奔豚、伏梁氣、內(nèi)外腎鉤，以及腳氣、漆瘡、霍亂等，還有驅(qū)蟲的功效，日常生活中，百姓就有用花椒葉熬水洗浴的辦法治療腳氣和一些瘙癢的癥狀。

全國共有13 個產(chǎn)地榮獲“全國花椒之鄉(xiāng)稱號”，為世界花椒第一生產(chǎn)大國[4]。花椒生產(chǎn)基本集中在全國11 個省市，重點分布在四川、山西、河南、河北、湖南、貴州、云南等省，其中在山西、河北等地產(chǎn)量最高，四川省生產(chǎn)的花椒質(zhì)量好。由于花椒在國內(nèi)社會產(chǎn)品市場供應量很大，因此花椒精深加工生產(chǎn)有著不可限量的發(fā)展空間，是中國農(nóng)業(yè)中收益比較穩(wěn)定、取得實效較快的一種行業(yè)，但同時也存在一定的自然風險和市場風險，政府部門需要不斷加強對該行業(yè)的政策扶持和技術研發(fā)。

1 國內(nèi)外花椒采摘機具的現(xiàn)狀

日前在國外[5]，對花椒研究較多的是韓國和日本，這些國家主要是研究花椒的食用和藥用2 個方面的價值，開發(fā)培育出了許多優(yōu)良品種，這些品種具有大果穗、大果粒、無刺的特征。不僅如此，在花椒的品質(zhì)鑒定和成分鑒定上處于世界領先水平，但是在花椒的采摘方面，對采摘機具這一關鍵環(huán)節(jié)的研究依然較少，花椒采摘依舊是目前的薄弱環(huán)節(jié)，只有在韓國采用大型力學振動方法進行采摘，工作原理是使用大型的機械手將花椒枝夾緊，然后進行搖擺和振動，利用共振原理將花椒顆粒從花椒樹的枝條上振落下來；還有的是采用負壓吸法，用塑料吸管對準熟透的花椒，工作原理是利用大型的機械動力而產(chǎn)生的強負壓氣流將成熟的花椒吸入收集箱中。大型機械對花椒園的條件要求很高，在中國的花椒園條件根本達不到要求，同時很難做到保證質(zhì)量、不傷樹體，但可以借助其思路。

我國自1980 年開始[6-7]，國內(nèi)花椒工業(yè)發(fā)展得很快，不少椒農(nóng)和一些科學工作者設計并生產(chǎn)了一批花椒采集用具，從而取代了純手工采摘，減輕了勞動強度，但普及率不高，現(xiàn)在絕大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的手工掐摘?！渡轿鬓r(nóng)業(yè)大學學報》發(fā)表了葉全民的題為《頂生小果實采集機的設計》 的論文。2003 年第一款花椒采摘機，是由陜西省韓城啟明花椒研究所研制，制造226 臺，并投入商業(yè)使用，標志著我國采摘機具向前邁進了一個新臺階。2007 年，手槍式鋸齒手動花椒摘取設備研制成功，是現(xiàn)在中國市面上使用最好的摘取設備。另外，大量的科學技術人員也開始對花椒采摘設備展開研制。M 環(huán)齒花椒采摘是由林州的楊德文設計，還有一些科研人員發(fā)明了花椒采摘器，比如陜西的閆啟全發(fā)明的手套式花椒采摘器，劉筠設計的長臂剪式花椒采摘器等。近年來，隨著花椒行業(yè)的蓬勃發(fā)展，花椒采摘機具的研發(fā)也正在蓬勃發(fā)展。相繼研發(fā)出了全自動花椒采摘機，機械式花椒采摘機，負壓吸收式花椒采摘機，4HJ-8 型便攜式花椒采摘機，雙盤平板式電磁花椒采摘器（鄭天云設計）。市面上的花椒采摘機械款式很多，性能也得到不少改進。

現(xiàn)在采摘設備[8]雖然在市面上已經(jīng)不少，但在花椒收獲季節(jié)的應用并不普遍，主要在動力使用和采摘原理等很多方面出現(xiàn)不足，尤其是對各種收獲時期和栽培環(huán)境要求下，缺乏針對性的專用采集工具的開發(fā)。因此，還需要進行適應性的改造。

2 花椒采摘機具的組成原理工作過程改裝后的優(yōu)點

2.1 花椒采摘機具的組成

該機具[9-10]主要包括花椒采集裝置、支撐裝置、電源、軟管、主吸管、負壓裝置、收集裝置。

花椒采摘機具組成見圖1。

圖1 花椒采摘機具組成

（1） 花椒采集裝置，該裝置是花椒采集裝置的關鍵部件、核心部件，花椒采集裝置一般由外殼、剪刀片、連桿、減速裝置、電機共同組成，外殼起保護刀片的作用，刀片分為固定刀片和活動刀片，采集裝置固定在支撐裝置上并與電機連接，在接通電源后，活動刀片做往復直線擺動運動與固定刀片共同完成剪斷花椒顆粒柄，完成花椒的采摘。同時，花椒采集裝置通過相配合的花椒輸出軟管、吸管與花椒收集箱連通，使得采摘下來的花椒收集到收集裝置中。

（2） 支撐裝置主要是連接采集裝置和收集裝置，電源也安裝在其上面，是花椒收獲機具的操作部位。支撐裝置上還裝有調(diào)節(jié)支撐裝置，調(diào)節(jié)支撐裝置包括萬向調(diào)節(jié)桿，其上套裝高度調(diào)節(jié)支撐桿，可以根據(jù)花椒顆粒在花椒樹上的不同高度，來選擇調(diào)節(jié)桿的伸出長度，方便采摘工人站在花椒樹下直接進行采摘，而不需要爬花椒樹，既方便花椒采摘，也比較安全。

（3） 電源分2 個部分，一個是固定在支撐裝置上的小型太陽能電池，主要是為完成花椒采摘提供動力，完成花椒的采摘；另一個電源安裝在負壓裝置上，電池型號稍大，主要是為負壓裝置提供動力，確保采摘下來的花椒顆粒能夠在負壓裝置的作用，通過吸管順利進入收集裝置，完成花椒的收集工作。

（4） 軟管是直徑為7 cm 的塑料軟管，固定在采集裝置的出口和收集裝置的入口處，主要是對負壓裝置上的吸管起到保護作用，由于是塑料軟管，自由度比較好，在采摘時可隨便活動，操作靈活方便。

（5） 吸管連接在采集裝置出口和負壓裝置上，外面還有軟管保護，主要作用是通過負壓裝置使花椒順利被負壓裝置吸到收集裝置中，完成花椒顆粒的收集工作。

（6） 負壓裝置固定在收集裝置的內(nèi)部，是收集裝置的核心部分，主要是產(chǎn)生負壓氣流的部件。負壓裝置通過轉(zhuǎn)向閥連接電動泵的輸出端，花椒顆粒通過軟管、主吸管進入花椒收集箱收集裝置，花椒被留在收集箱內(nèi)，過濾后的空氣再經(jīng)過一層過濾片進入電機，這層過濾片是防止花椒吸入電機的一道保護屏障，進入電機的空氣經(jīng)電機流出，由于電機運行中碳刷不斷的磨損，因此流出負壓吸塵器前又加了一道過濾。

（7） 收集裝置主要作用是為采摘下來的花椒顆粒提供收集的場所，是一個大約15 L 的塑料密閉容器。通過軟管和采集裝置相連，并且上面固定有負壓裝置，也起到固定負壓裝置的作用。

2.2 花椒收獲機具的工作原理

通過電池把動力傳到花椒采集裝置上，活動的刀片擺動與定刀片共同完成剪斷花椒果實的柄，使花椒果實從花椒樹上采摘下來；通過電源把動力作用在花椒采摘機具的負壓裝置上，在負壓系統(tǒng)的作用下，使花椒顆粒通過吸管進入花椒收集裝置，完成花椒的收集。

2.3 花椒收獲機具的工作過程

同時開啟支撐裝置上電源開關和負壓裝置上的電源開關，采摘裝置在太陽能電池提供的動力作用下，采摘裝置上的活動的刀片開始作往復直線擺動與定刀片共同完成剪斷花椒果實的柄，采摘下來的花椒果實在重力作用下進入軟管；同時負壓裝置在電源動力的作用下，對吸管里的花椒進行過濾，花椒留在收集裝置里，過濾后的空氣在經(jīng)過一層過濾進入負壓電機流出，完成花椒的采摘收集；并且通過支撐裝置上的調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)采摘裝置的伸出長度，來適應花椒樹上不同高度和位置花椒的采摘。

2.4 花椒采摘機具關鍵部位的改進

（1） 動力裝置。由原來的普通充電電池改成先進的太陽能電池，工作時不受充電電池大小的影響，工作時間由原來的3～4 h 就需要充電改變?yōu)椴恍枰潆?，只要有太陽就能一直穩(wěn)定工作。

（2） 收集裝置。以前的花椒收獲機具都是在收集裝置出口按裝一個1.5 L 左右的塑料桶，需要經(jīng)常拆卸，比較浪費時間，改裝后的收集裝置為背負式的15 L 左右的塑料桶，通過軟管、吸管與采集裝置相連，通過負壓方式進入收集裝置，基本上能保證一上午的采摘。

（3） 收集方式。以前大部分收集裝置都采用花椒在重力作用下直接掉落在收集箱里，而且收集箱容量較小，采用負壓式收集裝置后，收集箱背在采摘工作人員的背部，通過負壓電機的動力，把花椒吸入收集箱，收集箱的容量也大大增加，減少了由于收集裝置過小而來回裝卸收集裝置，減少采摘工作時間。

3 創(chuàng)新點

（1） 通過普通充電電池改為太陽能電池，使工作時間更長，效率更高。

（2） 通過改進收集裝置為背負式負壓收集裝置，既減輕了采摘裝置的質(zhì)量，更方便操作，又增加了收集裝置的容積，使工作時間加長、效率提高。

4 結語

（1） 改裝后的花椒采摘機具連續(xù)工作時間更長。

（2） 改裝后的花椒采摘機具采摘裝置更輕巧，操作更方便。

（3） 改裝后的花椒采摘機具工作時間更長、效率更高。