輕便型電動采茶機的開發研究

□張　艷　王　鵬　曾祥平/四川省農業機械研究設計院

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輕便型電動采茶機的開發研究

□張艷王鵬曾祥平/四川省農業機械研究設計院

1　國內外采茶機具研究開發現狀

國外研究采茶機具的國家主要是日本。日本早在1910年就開始采茶機的研究，以單人采茶機和雙人采茶機的研制為主。近年，高地隙乘用型采茶機開始投入使用，動力以汽油發動機為主，特點是體積大、作業效率高。

我國對采茶機具的研究始于20紀70年代，前期以引進消化日本等國的機具為主。近年來，隨著現代農業的發展和國家農機購置補貼政策的實施，一些小型采茶機開始在茶區使用，但由于我國飲茶習慣及丘區種植茶園現狀的制約，采茶機具的研制和使用存在諸多問題。

2　目前存在的主要問題

1）國外機具作業性能好，但是價格昂貴；國內機型價格較低，但性能差、使用壽命短、使用成本高，均未得到大量推廣應用。

2）現有單人、雙人采茶機采摘幅面寬，作業效率高，但是國內茶園多在丘陵山區，依山而建的不規則茶園園貌各異，茶樹品種混雜，不適宜機采。

3）現有機具在茶園嫩芽率達到70%以上時進行采摘，是一次性非選擇性采摘，無法滿足中國特有的分等級采茶方式，名優茶的采摘更無法使用機具進行，機具適應性不強。

4）現有機具基本使用汽油作為動力，在采摘過程中，汽油燃燒不盡，容易造成重金屬殘留，影響成品茶的品質。

3　輕便型電動采茶機的設計制造

3.1設計原理

目前，由于我國茶樹品種混雜、特性各異，氣候、土壤等外界自然環境千差萬別，以及栽培管理措施不同，致使茶樹長勢不一，園貌各異，很難形成平整勻齊的采摘面，不適于機采。本項目充分考慮了我國茶園的上述情況，研制了一種采幅小、重量輕、以蓄電池為能源的輕便型電動采茶機。

該機采幅窄，工作范圍僅100 mm，大大降低了對茶園樹冠平整度的要求，適用于我國廣大茶園；結構小、重量輕，單人可輕松長時間操作；使用蓄電池作為能源，代替常用的汽油發動機，避免了汽油燃燒引起的二次污染。

3.1.1設備主要結構

輕便型電動采茶機由布袋、蓄電池、手把、電線、開關、機殼、電機、聯軸器、偏心輪、連桿、割刀座、動割刀、定割刀組成。該機已獲得國家實用新型專利，專利號ZL 201520348363.4，結構示意如圖1所示。

圖 1　輕便型電動采茶機結構示意圖

3.1.2工作原理

打開開關，接通電源，電機通過連軸器帶動偏心輪轉動，偏心輪帶動割刀座和動割刀作往復平移運動，動割刀和定割刀的齒對茶葉的嫩芽進行切割，在偏心輪上安裝有弧形葉片，由偏心輪和連桿旋轉產生的推力和風力將茶葉嫩芽吹進布袋內儲存，完成采茶作業。該機采用直流電機作為動力，具有不污染環境、操作簡單、能耗低、生產效率高的特點，適合丘陵山區茶園（特別是有機茶園）收獲嫩芽使用。

3.1.3關鍵零部件設計

定割刀和動割刀采用三角形齒，齒形間距3～5 mm，使用工具鋼加工后淬火處理，定割刀安裝在機殼的座子上，動割刀安裝在割刀座的刀槽內，定割刀和動割刀之間保持0.5 mm的間隙。

連桿的一端安裝在偏心輪上，另一端安裝在動割刀上，連桿設計成圓條形，對采下來的嫩芽阻力小，利于將嫩芽送到布袋中。

偏心輪設計有弧形葉片，在旋轉時產生風力，推動嫩芽進入布袋，風送方式相對于傳統的機械推進方式，對嫩芽的損傷小、完整性好，利于茶葉保持形狀和顏色。

3.2主要技術參數和性能指標

輕便型電動采茶機主要技術參數和性能指標詳見表1、表2。

表 1　主要技術參數

4　試驗結果及分析

4.1主要性能試驗分析

樣機委托法定檢測機構在洪雅縣止戈鎮青杠坪村茶園進行了作業性能試驗測試。測試時間在4月中下旬；茶園是適于機械化操作的標準成齡茶園，樹齡6年，品種為名山早，茶棚高約80 cm，茶隴蓬面呈微圓弧形，蓬面幅寬110 cm，條播茶隴長約30 m，行間作業道寬30 cm，茶樹長勢良好，頂部無雞爪枝，秋季進行輕修剪培養茶蓬機械采摘面。試驗主要測試輕便型電動采茶機的生產性能，實測結果如表3所示。從表3可以看出，該機各項技術指標都符合設計要求，具有結構合理、耗能低、噪音小、操作方便等優點。

4.2工效試驗分析

表 2　主要性能指標表

表 3　主要作業性能指標

根據現場試驗結果，手工采摘工效為每人3 kg/h，輕便型電動采茶機采摘工效為10.5 kg/h；與同類采茶機相比，輕便型電動采茶機割幅小，產量較低，但與手工采摘相比，工效是手工采摘的3.5倍左右。

5　結論

輕便型電動采茶機是采用直流電作能源、采幅小的微型采茶機，不污染環境，不對茶園、茶葉產生二次污染，靈活性好、操作簡單、能耗低，適合丘陵山區不規則茶園（特別是有機茶園）收獲嫩芽使用。經洪雅等名優茶產區茶農使用表明，該機適于采摘一芽二、三葉的原料，工效是傳統采摘的3.5倍左右，在較好的茶園肥培管理和樹冠留養的條件下，取得的采摘效果更為理想，適用于家庭式小規模茶場。