轻便型电动采茶机的开发研究

□张　艳　王　鹏　曾祥平/四川省农业机械研究设计院



轻便型电动采茶机的开发研究

□张艳王鹏曾祥平/四川省农业机械研究设计院

1　国内外采茶机具研究开发现状

国外研究采茶机具的国家主要是日本。日本早在1910年就开始采茶机的研究，以单人采茶机和双人采茶机的研制为主。近年，高地隙乘用型采茶机开始投入使用，动力以汽油发动机为主，特点是体积大、作业效率高。

我国对采茶机具的研究始于20纪70年代，前期以引进消化日本等国的机具为主。近年来，随着现代农业的发展和国家农机购置补贴政策的实施，一些小型采茶机开始在茶区使用，但由于我国饮茶习惯及丘区种植茶园现状的制约，采茶机具的研制和使用存在诸多问题。

2　目前存在的主要问题

1）国外机具作业性能好，但是价格昂贵；国内机型价格较低，但性能差、使用寿命短、使用成本高，均未得到大量推广应用。

2）现有单人、双人采茶机采摘幅面宽，作业效率高，但是国内茶园多在丘陵山区，依山而建的不规则茶园园貌各异，茶树品种混杂，不适宜机采。

3）现有机具在茶园嫩芽率达到70%以上时进行采摘，是一次性非选择性采摘，无法满足中国特有的分等级采茶方式，名优茶的采摘更无法使用机具进行，机具适应性不强。

4）现有机具基本使用汽油作为动力，在采摘过程中，汽油燃烧不尽，容易造成重金属残留，影响成品茶的品质。

3　轻便型电动采茶机的设计制造

3.1设计原理

目前，由于我国茶树品种混杂、特性各异，气候、土壤等外界自然环境千差万别，以及栽培管理措施不同，致使茶树长势不一，园貌各异，很难形成平整匀齐的采摘面，不适于机采。本项目充分考虑了我国茶园的上述情况，研制了一种采幅小、重量轻、以蓄电池为能源的轻便型电动采茶机。

该机采幅窄，工作范围仅100 mm，大大降低了对茶园树冠平整度的要求，适用于我国广大茶园；结构小、重量轻，单人可轻松长时间操作；使用蓄电池作为能源，代替常用的汽油发动机，避免了汽油燃烧引起的二次污染。

3.1.1设备主要结构

轻便型电动采茶机由布袋、蓄电池、手把、电线、开关、机壳、电机、联轴器、偏心轮、连杆、割刀座、动割刀、定割刀组成。该机已获得国家实用新型专利，专利号ZL 201520348363.4，结构示意如图1所示。

图 1　轻便型电动采茶机结构示意图

3.1.2工作原理

打开开关，接通电源，电机通过连轴器带动偏心轮转动，偏心轮带动割刀座和动割刀作往复平移运动，动割刀和定割刀的齿对茶叶的嫩芽进行切割，在偏心轮上安装有弧形叶片，由偏心轮和连杆旋转产生的推力和风力将茶叶嫩芽吹进布袋内储存，完成采茶作业。该机采用直流电机作为动力，具有不污染环境、操作简单、能耗低、生产效率高的特点，适合丘陵山区茶园（特别是有机茶园）收获嫩芽使用。

3.1.3关键零部件设计

定割刀和动割刀采用三角形齿，齿形间距3～5 mm，使用工具钢加工后淬火处理，定割刀安装在机壳的座子上，动割刀安装在割刀座的刀槽内，定割刀和动割刀之间保持0.5 mm的间隙。

连杆的一端安装在偏心轮上，另一端安装在动割刀上，连杆设计成圆条形，对采下来的嫩芽阻力小，利于将嫩芽送到布袋中。

偏心轮设计有弧形叶片，在旋转时产生风力，推动嫩芽进入布袋，风送方式相对于传统的机械推进方式，对嫩芽的损伤小、完整性好，利于茶叶保持形状和颜色。

3.2主要技术参数和性能指标

轻便型电动采茶机主要技术参数和性能指标详见表1、表2。

表 1　主要技术参数

4　试验结果及分析

4.1主要性能试验分析

样机委托法定检测机构在洪雅县止戈镇青杠坪村茶园进行了作业性能试验测试。测试时间在4月中下旬；茶园是适于机械化操作的标准成龄茶园，树龄6年，品种为名山早，茶棚高约80 cm，茶陇蓬面呈微圆弧形，蓬面幅宽110 cm，条播茶陇长约30 m，行间作业道宽30 cm，茶树长势良好，顶部无鸡爪枝，秋季进行轻修剪培养茶蓬机械采摘面。试验主要测试轻便型电动采茶机的生产性能，实测结果如表3所示。从表3可以看出，该机各项技术指标都符合设计要求，具有结构合理、耗能低、噪音小、操作方便等优点。

4.2工效试验分析

表 2　主要性能指标表

表 3　主要作业性能指标

根据现场试验结果，手工采摘工效为每人3 kg/h，轻便型电动采茶机采摘工效为10.5 kg/h；与同类采茶机相比，轻便型电动采茶机割幅小，产量较低，但与手工采摘相比，工效是手工采摘的3.5倍左右。

5　结论

轻便型电动采茶机是采用直流电作能源、采幅小的微型采茶机，不污染环境，不对茶园、茶叶产生二次污染，灵活性好、操作简单、能耗低，适合丘陵山区不规则茶园（特别是有机茶园）收获嫩芽使用。经洪雅等名优茶产区茶农使用表明，该机适于采摘一芽二、三叶的原料，工效是传统采摘的3.5倍左右，在较好的茶园肥培管理和树冠留养的条件下，取得的采摘效果更为理想，适用于家庭式小规模茶场。