花椒采摘收獲設(shè)備的試驗(yàn)研究

蘇安晉，杜 嬋，蘇昱庭，杜 娟

（1. 山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030002；2. 山西中醫(yī)藥大學(xué)，山西 太原 030024；3. 太原科技大學(xué)，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(guó)有39 種花椒品種，而其他變種花椒還有14 種?；ń窞橹袊?guó)傳統(tǒng)文化社會(huì)經(jīng)濟(jì)植物樹(shù)種[2-3]，其果皮也被譽(yù)為八大調(diào)味品之中，在我國(guó)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(jià)值也很高：花椒籽屬苦、寒性狀，無(wú)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?zé)?，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?zé)嶂?、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(wú)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(chóng)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(guó)共有13 個(gè)產(chǎn)地榮獲“全國(guó)花椒之鄉(xiāng)稱號(hào)”，為世界花椒第一生產(chǎn)大國(guó)[4]?；ń飞a(chǎn)基本集中在全國(guó)11 個(gè)省市，重點(diǎn)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(guó)內(nèi)社會(huì)產(chǎn)品市場(chǎng)供應(yīng)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(guó)農(nóng)業(yè)中收益比較穩(wěn)定、取得實(shí)效較快的一種行業(yè)，但同時(shí)也存在一定的自然風(fēng)險(xiǎn)和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，政府部門需要不斷加強(qiáng)對(duì)該行業(yè)的政策扶持和技術(shù)研發(fā)。

1 國(guó)內(nèi)外花椒采摘機(jī)具的現(xiàn)狀

日前在國(guó)外[5]，對(duì)花椒研究較多的是韓國(guó)和日本，這些國(guó)家主要是研究花椒的食用和藥用2 個(gè)方面的價(jià)值，開(kāi)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(wú)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(lǐng)先水平，但是在花椒的采摘方面，對(duì)采摘機(jī)具這一關(guān)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(guó)采用大型力學(xué)振動(dòng)方法進(jìn)行采摘，工作原理是使用大型的機(jī)械手將花椒枝夾緊，然后進(jìn)行搖擺和振動(dòng)，利用共振原理將花椒顆粒從花椒樹(shù)的枝條上振落下來(lái)；還有的是采用負(fù)壓吸法，用塑料吸管對(duì)準(zhǔn)熟透的花椒，工作原理是利用大型的機(jī)械動(dòng)力而產(chǎn)生的強(qiáng)負(fù)壓氣流將成熟的花椒吸入收集箱中。大型機(jī)械對(duì)花椒園的條件要求很高，在中國(guó)的花椒園條件根本達(dá)不到要求，同時(shí)很難做到保證質(zhì)量、不傷樹(shù)體，但可以借助其思路。

我國(guó)自1980 年開(kāi)始[6-7]，國(guó)內(nèi)花椒工業(yè)發(fā)展得很快，不少椒農(nóng)和一些科學(xué)工作者設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)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(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了葉全民的題為《頂生小果實(shí)采集機(jī)的設(shè)計(jì)》 的論文。2003 年第一款花椒采摘機(jī)，是由陜西省韓城啟明花椒研究所研制，制造226 臺(tái)，并投入商業(yè)使用，標(biāo)志著我國(guó)采摘機(jī)具向前邁進(jìn)了一個(gè)新臺(tái)階。2007 年，手槍式鋸齒手動(dòng)花椒摘取設(shè)備研制成功，是現(xiàn)在中國(guó)市面上使用最好的摘取設(shè)備。另外，大量的科學(xué)技術(shù)人員也開(kāi)始對(duì)花椒采摘設(shè)備展開(kāi)研制。M 環(huán)齒花椒采摘是由林州的楊德文設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的長(zhǎng)臂剪式花椒采摘器等。近年來(lái)，隨著花椒行業(yè)的蓬勃發(fā)展，花椒采摘機(jī)具的研發(fā)也正在蓬勃發(fā)展。相繼研發(fā)出了全自動(dòng)花椒采摘機(jī)，機(jī)械式花椒采摘機(jī)，負(fù)壓吸收式花椒采摘機(jī)，4HJ-8 型便攜式花椒采摘機(jī)，雙盤平板式電磁花椒采摘器（鄭天云設(shè)計(jì)）。市面上的花椒采摘機(jī)械款式很多，性能也得到不少改進(jìn)。

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

2 花椒采摘機(jī)具的組成原理工作過(guò)程改裝后的優(yōu)點(diǎn)

2.1 花椒采摘機(jī)具的組成

該機(jī)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(fù)壓裝置、收集裝置。

花椒采摘機(jī)具組成見(jiàn)圖1。

圖1 花椒采摘機(jī)具組成

（1） 花椒采集裝置，該裝置是花椒采集裝置的關(guān)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(jī)共同組成，外殼起保護(hù)刀片的作用，刀片分為固定刀片和活動(dòng)刀片，采集裝置固定在支撐裝置上并與電機(jī)連接，在接通電源后，活動(dòng)刀片做往復(fù)直線擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(shí)，花椒采集裝置通過(guò)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(lái)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(jī)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(wàn)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(shù)上的不同高度，來(lái)選擇調(diào)節(jié)桿的伸出長(zhǎng)度，方便采摘工人站在花椒樹(shù)下直接進(jìn)行采摘，而不需要爬花椒樹(shù)，既方便花椒采摘，也比較安全。

（3） 電源分2 個(gè)部分，一個(gè)是固定在支撐裝置上的小型太陽(yáng)能電池，主要是為完成花椒采摘提供動(dòng)力，完成花椒的采摘；另一個(gè)電源安裝在負(fù)壓裝置上，電池型號(hào)稍大，主要是為負(fù)壓裝置提供動(dòng)力，確保采摘下來(lái)的花椒顆粒能夠在負(fù)壓裝置的作用，通過(guò)吸管順利進(jìn)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(duì)負(fù)壓裝置上的吸管起到保護(hù)作用，由于是塑料軟管，自由度比較好，在采摘時(shí)可隨便活動(dòng)，操作靈活方便。

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

（6） 負(fù)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(fù)壓氣流的部件。負(fù)壓裝置通過(guò)轉(zhuǎn)向閥連接電動(dòng)泵的輸出端，花椒顆粒通過(guò)軟管、主吸管進(jìn)入花椒收集箱收集裝置，花椒被留在收集箱內(nèi)，過(guò)濾后的空氣再經(jīng)過(guò)一層過(guò)濾片進(jìn)入電機(jī)，這層過(guò)濾片是防止花椒吸入電機(jī)的一道保護(hù)屏障，進(jìn)入電機(jī)的空氣經(jīng)電機(jī)流出，由于電機(jī)運(yùn)行中碳刷不斷的磨損，因此流出負(fù)壓吸塵器前又加了一道過(guò)濾。

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

2.2 花椒收獲機(jī)具的工作原理

通過(guò)電池把動(dòng)力傳到花椒采集裝置上，活動(dòng)的刀片擺動(dòng)與定刀片共同完成剪斷花椒果實(shí)的柄，使花椒果實(shí)從花椒樹(shù)上采摘下來(lái)；通過(guò)電源把動(dòng)力作用在花椒采摘機(jī)具的負(fù)壓裝置上，在負(fù)壓系統(tǒng)的作用下，使花椒顆粒通過(guò)吸管進(jìn)入花椒收集裝置，完成花椒的收集。

2.3 花椒收獲機(jī)具的工作過(guò)程

同時(shí)開(kāi)啟支撐裝置上電源開(kāi)關(guān)和負(fù)壓裝置上的電源開(kāi)關(guān)，采摘裝置在太陽(yáng)能電池提供的動(dòng)力作用下，采摘裝置上的活動(dòng)的刀片開(kāi)始作往復(fù)直線擺動(dòng)與定刀片共同完成剪斷花椒果實(shí)的柄，采摘下來(lái)的花椒果實(shí)在重力作用下進(jìn)入軟管；同時(shí)負(fù)壓裝置在電源動(dòng)力的作用下，對(duì)吸管里的花椒進(jìn)行過(guò)濾，花椒留在收集裝置里，過(guò)濾后的空氣在經(jīng)過(guò)一層過(guò)濾進(jìn)入負(fù)壓電機(jī)流出，完成花椒的采摘收集；并且通過(guò)支撐裝置上的調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)采摘裝置的伸出長(zhǎng)度，來(lái)適應(yīng)花椒樹(shù)上不同高度和位置花椒的采摘。

2.4 花椒采摘機(jī)具關(guān)鍵部位的改進(jìn)

（1） 動(dòng)力裝置。由原來(lái)的普通充電電池改成先進(jìn)的太陽(yáng)能電池，工作時(shí)不受充電電池大小的影響，工作時(shí)間由原來(lái)的3～4 h 就需要充電改變?yōu)椴恍枰潆姡灰刑?yáng)就能一直穩(wěn)定工作。

（2） 收集裝置。以前的花椒收獲機(jī)具都是在收集裝置出口按裝一個(gè)1.5 L 左右的塑料桶，需要經(jīng)常拆卸，比較浪費(fèi)時(shí)間，改裝后的收集裝置為背負(fù)式的15 L 左右的塑料桶，通過(guò)軟管、吸管與采集裝置相連，通過(guò)負(fù)壓方式進(jìn)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(fù)壓式收集裝置后，收集箱背在采摘工作人員的背部，通過(guò)負(fù)壓電機(jī)的動(dòng)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(guò)小而來(lái)回裝卸收集裝置，減少采摘工作時(shí)間。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1） 通過(guò)普通充電電池改為太陽(yáng)能電池，使工作時(shí)間更長(zhǎng)，效率更高。

（2） 通過(guò)改進(jìn)收集裝置為背負(fù)式負(fù)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(shí)間加長(zhǎng)、效率提高。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 改裝后的花椒采摘機(jī)具連續(xù)工作時(shí)間更長(zhǎng)。

（2） 改裝后的花椒采摘機(jī)具采摘裝置更輕巧，操作更方便。

（3） 改裝后的花椒采摘機(jī)具工作時(shí)間更長(zhǎng)、效率更高。