6 CDW-220型微型采茶机的设计

钱争光，茹利军

（1.嵊州市嵊慈茶机有限公司，浙江嵊州 312400；2.嵊州市越圣名茶专业合作社，浙江嵊州 312400）

6CDW-220型微型采茶机是嵊州市嵊慈茶机有限公司（原嵊州市争光茶机厂）研制生产的一种电动式新型采茶机。产品获得了国家实用新型专利（ZL200920119120.8）、外观专利（ZL200930138203.7）和浙江省农业机械推广产品证书（ZJ2009028），本文对其工作原理、主要结构、使用操作和主要技术性能等研制情况进行分析和介绍。

1 整机结构、工作原理、操作方式、主要技术参数及性能指标

1.1 整机结构及工作原理

微型采茶机主要由机壳、往复式切割器、拨叶轮装置、减速传动机构、安装支架、手柄、蓄电瓶和集叶袋等组成，产品外观图见图1，结构示意见图2所示。

采茶机机壳两端分别是手柄和切割器刀板。机壳内置有切割器驱动电机和减速传动组件。手柄上设有启动开关和电源线，手柄顶面还设有一带有倾斜支撑面的托腕架。切割器主要由上、下刀板组成，刀板上沿长度方向开有导向槽，槽内通过螺栓拧接固定在一个与安装支架固接的压板上。安装支架顶部两端设有凸柱用于套集叶袋，内部架设拨叶轮，支架一侧固接有一个与手柄上的启动开关导线连接的拨叶轮驱动电机和转轴带轮，并设有保护带轮传动的保护罩。保护罩可以防止采茶机在茶树上移动作业时碰到的密布茶枝打到传动皮带上，避免影响拨叶轮的正常工作和对传动部件的意外损伤。

图1 6CDW-220型微型采茶机外观图Fig.1 6CDW-220 miniature tea plucking machine

图2 6CDW-220型微型采茶机结构示意图Fig.2 Schematic diagram of 6CDW-220 type miniature tea plucking machine structure

微型采茶机采用往复切割式原理和拨叶轮集叶方式设计，以蓄电瓶为动力。采摘时，切割器电机及拨叶轮电机运转动，拨叶轮拨杆将茶树顶部的芽叶推向切割器一侧，切割器上、下刀板作反向往复运动，当相邻的两个刀齿之间遇到茶树芽叶时，即会将其快速、利落剪下，而剪下的芽叶又通过旋转的拨叶轮顺势推入集叶袋内，完成对茶树鲜叶的采摘。

1.2 操作方式及使用注意事项

使用时，首先将集叶袋套置在安装支架上，然后将充满电的蓄电瓶用背带背在身上，将采茶机的连接线插头插入电池的插口。单手握住手柄顺势压住弹性按压开关，即启动拨叶轮驱动电机和刀头驱动电机，采茶机在茶树上平推，此时，拨叶轮拨杆将茶树顶部的芽尖推向切割器一侧，刀板实现对茶树芽尖的采摘，切下的茶叶顺势推入了集叶袋中。集叶袋中装满茶叶以后，解开集叶袋下端的绳子，将茶叶倒出。休息时，采茶工人放下采茶机松开弹性按压开关，电机即时关闭。

操作过程注意事项：该机作为新型采茶设备，在使用过程中，刀具必须时常保持锐利的状态，才能达到良好的工作效能，刀板间隙不宜过大，但也不能过小。间隙过大产生难以切断芽叶；过小机器负荷太大，不能运转。使用中碰到剪切过硬什物，要及时检查刀板，及时修磨刀刃。对采剪的茶树顶面尽量要求平整，这样才能有效提高产量，保证质量。本机功率能剪切直径3 mm 以下嫩芽茶梗，使用尽量避免剪切直径3 mm 以上老梗，铁丝等坚硬之物。在操作行走时注意电源线切勿硬拉线，防止电线拉断。在作业、存放、运输中要保住电瓶垂直向上，严禁电瓶倒向或横放。

1.3 主要技术参数和性能指标

详见表1、表2。

2 主要部件结构设计

2.1 小采幅往复式切割器

切割器由上、下两片多齿平行刀板组成，刀齿呈三角形，刀齿的切割角38 °，刃角35 °。刀齿间距3 mm，刀齿高度30 mm，刀板间隙为0.3 mm左右，切割工作幅度为150 mm，刀齿频率为800次/min。切割器的刀板主要采用优质碳素钢材，通过冲剪、热处理成型、刀齿角度加工等工艺制作。

表1 6CDW-220型微型采茶机主要技术参数Table 1 Main technical parameters of 6CDW-220

表2 6CDW-220型微型采茶机主要性能指标Table 2 Main performance index

2.2 拨叶轮装置

拨叶轮主要由两个正对的圆盘和沿圆盘周缘均布的若干平行拨杆对接组成，其通过穿设于圆盘中心的转轴架设在安装支架上，转轴两端有限位套顶在圆盘和同侧转动支架之间。转轴为直径3 mm 的圆钢（经调直处理）表面镀锌。叶轮直径81 mm，长度143 mm，转速456 r/min。拨叶轮装置位于切割器刀板的上方，当拨叶轮转动时拨杆将茶树顶部的芽叶部份推向切割器刀板一侧，此时老叶位置低于刀板的高度，避免现有采茶机作业时易同时采剪芽尖和老叶的的缺陷，采摘得到的茶叶碎叶少，也使茶树的损失率大大降低。此外，拨叶轮上的拨杆数量以4～6 根为宜。

2.3 减速传动机构

切割器减速传动机构主要采用齿轮减速传动，减速比1∶3.1。其组件包括切割器驱动电机主轴垂直并通过齿轮传动连接传动轴，传动轴下部装有分别与上、下刀板连接传动的上偏心轮和下偏心轮，两个偏心轮的轮体上延伸出一体的连接臂并通过连接销分别与上、下刀板一端对接。传动轴和驱动电机主轴的转向传动通过常规技术的锥齿轮传动实现。

拨叶轮减速传动主要采用带轮减速。拨叶轮驱动电机和转轴之间通过安装带轮和传动皮带构成带轮连接传动并实现减速。切割器驱动电机和拨叶轮驱动电机均为直流电机，选择直流电机便于搭配随身携带的外置电源，提高采茶机的便捷性能。

2.4 安装支架部件

安装支架呈长方形框状，固接在机壳上，其顶部两端还设有凸柱用于套集叶袋，一侧设有保护带轮传动副的保护罩。

2.5 托腕架

设计了一种U型托腕架，其分叉两端活动插接在设于机壳上的安装座内，其公共连接端位于手柄上方并向上弯析形成倾斜支撑面。使用者可以根据实际握持需要抽拉调节U 形支架插入安装座的长度，以便调整到最佳的使用位置。托腕支架可以在采茶工人握住手柄作业时承托住手腕部分，便于向手臂借力，大大提高了作业时手腕的舒适性和握持的可靠性。

3 试验结果及分析

3.1 采茶机主要作业性能试验分析

样机委托浙江省农业机械鉴定站在嵊州市长乐镇进行作业性能试验检测。试验采摘茶园试验条件：鸠坑种茶树品种，树龄7年，茶树高50 cm，茶树蓬面呈平行形状，蓬面幅宽平均121 cm，茶树势良好，茶园亩基础产量约60 kg 干茶/季，条播茶行长64 m，行间作业道宽25 cm，茶园坡度 3 °,新稍平均密度660个/m2，新梢平均长度为8.5 cm，新梢百叶重50 g。试验主要测试微型采茶机生产性能，实测结果如表3所示。从表3 结果可以看出，该机各项技术指标都符合设计要求，具有结构紧凑，单位能耗低，噪声小，操作方便等优点。

表3 6CDW-220型微型采茶机主要作业性能指标检测结果Table 3 Test results of main operating performance index

3.2 微型采茶机的工效试验分析

从调查与试验结果来看，手工采摘的工效为每人3.5 kg/h，因微型采茶机割幅较小，与同类采茶机相比机采产量比较低，但与传统手工采摘也要提高3倍以上，为单人12 kg/h。

4 结论

6CDW-220 微型采茶机适用于采摘以一芽二、三叶为主要原料的中、低档名优茶的采摘，特别是在较好的茶园肥培管理和茶园树冠培育的条件下，取得的采摘效果更为理想。其采用拨叶轮推入集叶，解决了采摘过程不能自动分离茶树顶部的芽尖和老叶问题，采摘得到的茶叶损伤少，完整性好；设计的一种小型采幅切割刀板，机型紧凑轻巧，灵活性好；采用电动式，采摘过程环保，不对茶叶产生再次污染。经嵊州等名优茶产区茶农使用试验表明，工效比传统采摘3倍以上，较适用于家庭式小规模茶场使用。