一种可显著提高工效的手持式电动花椒采摘器

毋万来 赵保平 张文超 要 凯 郭晓晨

毋万来，赵保平，张文超，要凯，郭晓晨，陕西省宝鸡市农业科学研究院，邮编721004（岐山）。

花椒是我国重要的经济树种，面积产量均居世界首位，是一些主产区农民收入主要来源。 花椒人工采摘效率低，成本高，集中成熟期需要大量人工和农村劳动力短缺的现实矛盾影响花椒生产效益提升。 由陕西省宝鸡市农科院研发的花椒电动采摘器，利用高速旋转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 电动采摘器研发背景

1.1 花椒产业发展前景好 花椒是我国重要的经济树种，其植株根系发达，对土壤环境要求不高，耐干旱瘠薄，我国各地均有种植，是世界排名首位的花椒生产大国。 目前全国共有167万hm2左右的花椒园， 年产量28 万t 左右，年产值140 亿元左右。

花椒生产大省四川， 花椒种植面积29.33万hm2，包括红花椒8.39 万hm2、青花椒18.75万hm2、藤 椒2.14 万hm2，其 他0.05 万hm2；甘肃花椒种植面积27.04 万hm2， 主要有大红袍、绵椒、刺椒、油椒、秦安1 号。

陕西花椒种植面积18.3 万hm2，年产量6.2万t，其中韩城和凤县是驰名全国的花椒生产基地，被誉为“中国花椒之乡”，并被列为国家地理标志保护产品。 韩城现有花椒面积55 万亩，年产量2 700 万kg，销售价格120 元/kg，一产产值27 亿元，三产总值35 亿元，占全市农业收入的70%，全市农民人均花椒收入1 万余元，韩城大红袍花椒品牌价值213.16 亿元。

1.2 花椒采摘效率低下 我国花椒栽植品种以多刺的青花椒、红花椒为主，近年来各地陆续开展花椒选择育种、 诱变育种（物理与化学诱变）、倍性育种（多倍体与单倍体育种）、杂交育种， 以及以生物技术为基础的细胞工程育种和分子育种，选育出一批无刺花椒新品种，代表了花椒品种发展方向。但是，由于苗木成本等诸多因素限制，无刺花椒品种推广较慢，总体占比不到5%，目前生产中九成以上是有刺品种。

花椒采摘主要依靠人工， 由于树体刺较多，加大了采摘难度，使得采摘效率低下。 而且，因为缺乏足够的劳动力和成熟的采摘技术，花椒采摘成本日益升高，降低了椒农种植花椒的热情。

据在全国多个花椒产区调查， 现在鲜椒采摘成本已高达4~5 元/kg，而近几年鲜椒的收购价为10~12 元/kg， 采摘成本占比高达40%以上，极大地影响了花椒种植效益，也制约了花椒产业健康发展。

如何提高花椒采摘效率， 降低花椒采摘人工成本， 成为广大椒农及相关科技工作者共同关注的焦点。

近年来， 不少研究单位和科技人员在采摘器研发方面做了大量工作， 也试制出一批花椒采摘工具。 现有的采摘工具大体可分为手动和电动两类。

手动工具比如拇指刀， 其结构为一段乳胶套，顶端装有不锈钢刀片，将乳胶套套于大拇指上，采摘时利用顶端的刀片与食指结合，将花椒果柄切断， 从而避免了长期用指甲掐果柄的痛苦，一定程度上缓解了花椒采摘之苦。

另一类为手持式电动工具，即将修剪用电动剪刀微型化处理， 将剪切刀片微缩为宽度5 mm左右、长度30 mm 左右，进行电动采摘，对提高采摘效率也起到了一定作用，但效果不理想。原因：一是剪口张合1 次才能剪切1 次， 耗费时间；二是剪切掉的花椒果实簇靠重力自由下落，下落速度慢，很容易挂在树枝上，难以掉落在地面铺设的花椒收集袋上，需重新捡拾，费工。

生产上急需一种能大幅度提高采摘效率的简便、安全、高效的采摘工具。

2 电动采摘器研发思路

在充分掌握了解采摘环节技术现状基础上， 宝鸡市农科院的科研人员开展了花椒电动采摘器研制工作。 针对现有微型电动剪刀采摘器存在的缺陷，采取了全新思路，从加快剪切速度和促使分离后花椒果实顺利下落两方面着手， 对电动采摘器进行了改进升级。 经过不懈努力，在我院已取得的“一种精准型电动疏花疏果装置”（专利号ZL2017 2 1694575.3）基础上，试制出电动花椒采摘器。

这一款采摘器用高速旋转的S 形刀片取代了微型剪刀，达到了比较满意的采摘效果，研制工作取得初步成功。

3 电动采摘器工作原理

电动花椒采摘器构造如图1 所示。

图1 电动花椒采摘器外观示意图

其工作原理为：外接背负式直流电源（8）驱动置于手柄（2）内的直流电机（3），电机转速为19 800 转/分钟，带动安装于电机轴（5）顶端的S 形高强度碳钢刀片（6）高速旋转。 采摘作业时，首先打开电源开关（1），将高速旋转的刀片对准要采摘的花椒簇的果柄，轻轻一碰，即可在一瞬间将果柄切断。由于有离心力作用，花椒簇沿刀片旋转的切线方向弹出，带有一定初速度，然后快速向地面掉落在下方铺设的花椒收集袋里，一次采摘过程即告结束，随后即可开始下一次采摘。本机配备的外接直流电源体积小、重量轻、储电足、充电快，冲满电可连续工作8 小时以上，午饭时间适当补充电量，可满足14 小时以上采摘需要。

4 采摘效果比对

为验证电动花椒采摘器的采摘效果，2021年秋研究人员在陕西省岐山县、 扶风县花椒产区进行了对比试验。

两地多田块、多次采摘实践显示，电动花椒采摘器的采摘效率是人工采摘的1 倍以上。 使用电动采摘器， 两名采摘工人的采摘量与4 名工人纯手工采摘量在同一水平； 两名采摘工人的采摘量与3 名使用老式采摘剪的工人的采摘量相当，采摘效率有了明显提高。

由于该机试制成功时宝鸡花椒产区采摘已进入尾声，因此没来得及做进一步的采摘试验，像采摘一朵花椒簇所用时间、 花椒簇掉落到地面所需时间、1 个工人每天平均采摘花椒的数量（鲜椒）、旋转刀片使用寿命、电瓶耐力及寿命、电机使用寿命等指标尚需进一步验证测试。但从目前初步使用的情况来看， 取得了较为满意的效果。