郭文杰 李彥榮 安建軍

摘 要：花椒用途廣泛，需求量大，市場(chǎng)前景廣闊?，F(xiàn)以“花椒產(chǎn)業(yè)省力化栽培技術(shù)研究”課題為依托，通過(guò)各種花椒采摘機(jī)械的動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性、安全防護(hù)、過(guò)載保護(hù)、殼體尺寸、生產(chǎn)成本等進(jìn)行比較分析，提出改進(jìn)優(yōu)化措施，以期實(shí)現(xiàn)高效、省力、節(jié)能、便攜的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：花椒采摘機(jī)；動(dòng)力性能；機(jī)構(gòu)特點(diǎn)；節(jié)能高效

中圖分類號(hào)：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.003

0 引言

花椒既可做調(diào)味料，亦可提取芳香油，又可入藥。花椒因其耐干旱、對(duì)土壤條件要求不高，病蟲害少，無(wú)需精心管理，且收益可觀，花椒在我國(guó)諸多地域廣為栽植，且其主產(chǎn)區(qū)不斷擴(kuò)大，呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。2016年，僅甘、陜、川三省栽植面積已逾800萬(wàn)畝。2017年，全國(guó)花椒需求量為70萬(wàn)t左右，增幅連年攀升，隨著市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，花椒栽培逐漸向規(guī)?；I(yè)化方向迅猛發(fā)展。

1 花椒配套機(jī)械

市場(chǎng)所需的花椒產(chǎn)品不但要求品相好、色澤鮮、純度高，麻香適中，而且對(duì)應(yīng)季采摘、上市效率及整體品質(zhì)的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。隨著科技的不斷進(jìn)步，與花椒產(chǎn)業(yè)配套的機(jī)械化采摘設(shè)備代替了人工手摘，干燥設(shè)備取代了傳統(tǒng)的晾曬方式。移栽機(jī)械、分選設(shè)備、包裝設(shè)備等也應(yīng)運(yùn)而生。

2 花椒采摘機(jī)械

花椒枝干高，莖干、小枝生有短刺，果實(shí)嬌小，傳統(tǒng)的采摘方式為人工單手采摘，操作難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，采摘效率低。目前市場(chǎng)推出了機(jī)械式、負(fù)壓吸收式、電磁采摘等不同款式、性能各異的花椒采摘機(jī)。雖然相對(duì)于人工單手采摘效率有所提升，但仍存在諸多缺憾與不足，亟待改進(jìn)。手持單機(jī)式花椒采摘機(jī)是目前廣為使用的采摘機(jī)械，并且向輕盈高效、智能化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化方向逐漸邁進(jìn)。提升花椒采摘機(jī)械化水平已成為花椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。

3 比較分析

現(xiàn)以金手指牌電動(dòng)花椒采摘機(jī)與孫老師牌花椒采摘機(jī)兩個(gè)品牌五種機(jī)型為例，進(jìn)行比較分析，并提出改進(jìn)措施。

3.1 動(dòng)力性能

直流電源和直流電機(jī)是花椒采摘機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源。兩種手持機(jī)械式花椒采摘機(jī)普遍采用的原動(dòng)機(jī)為直流電機(jī)?；ń穼?shí)際采摘中，直流電源要求充電快，體積小，容量大，工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，更換便捷。電機(jī)力求體積小、能耗低、轉(zhuǎn)速慢（電源與原動(dòng)機(jī)參數(shù)配置見(jiàn)下表），二者動(dòng)力性能相差不大，相較之下，金手指牌電動(dòng)花椒采摘機(jī)整個(gè)機(jī)械渾然一體，具有質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，但電池難以更換，且動(dòng)力不足，采摘速度慢。孫老師牌花椒采摘機(jī)電源與機(jī)械各自分離，雖不便攜帶，但電源易于更替，動(dòng)力強(qiáng)勁，持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，采摘速度較高。

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性

3.2.1 金手指牌手持電動(dòng)花椒采摘機(jī)

金手指牌三種類型手持電動(dòng)花椒采摘機(jī)均采用蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行減速增扭，結(jié)構(gòu)緊湊。且為單頭蝸桿，傳動(dòng)比為45，傳動(dòng)平穩(wěn)，且自鎖性良好。渦輪與蝸桿間為滑動(dòng)摩擦，發(fā)熱量大，磨損嚴(yán)重，且減速機(jī)構(gòu)材質(zhì)采用工程塑料，潤(rùn)滑脂加注不便，極大地降低了其使用壽命。三種類型的刀具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都由蝸輪、連桿、刀具動(dòng)刀片組成。單面剪刀形采摘機(jī)的刀具運(yùn)動(dòng)采用曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，且動(dòng)力臂長(zhǎng)于阻力臂，增大了剪切效果。雙面固定剪刀形工作原理與單面剪刀形相同（見(jiàn)圖1），只是增加了一個(gè)定刀片，起到安全保護(hù)作用。鋸齒形雙面四刀口采摘機(jī)由蝸輪、連桿、刀具動(dòng)刀片組成以定刀片為移動(dòng)導(dǎo)路的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖2），刀具行程13 mm，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在極限位置存在死點(diǎn)，且塑料蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，無(wú)法利用慣性越過(guò)死點(diǎn)，必然要消耗一定電能，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)越過(guò)死點(diǎn)位置，能耗增大。材質(zhì)改成鋼制蝸桿和有色金屬的蝸輪配對(duì)組成減摩性良好的滑動(dòng)摩擦副，既利于散熱，又使曲柄越過(guò)死點(diǎn)位置，并能延長(zhǎng)使用壽命。若三種類型的采摘機(jī)在殼體設(shè)置油脂加注孔及螺塞，則結(jié)構(gòu)更顯合理。

3.2.2 孫老師牌花椒采摘機(jī)

雙刀口（剪刀形）手槍形花椒采摘機(jī)直接利用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由動(dòng)刀片、連桿、偏心輪組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)定刀片間運(yùn)用力矩原理（剪刀工作原理）進(jìn)行切割，接觸利用鋼珠壓緊動(dòng)定刀片，并與殼體間構(gòu)成滾動(dòng)摩擦。但動(dòng)定刀片之間間隙過(guò)小，摩擦阻力大，動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重。連桿與動(dòng)刀片的連接為剛性連接，配合性質(zhì)為大間隙配合，沖擊力大，噪音大，摩擦阻力大，且裝配不便。電機(jī)動(dòng)力輸出軸與塑制偏心輪間的緊定螺釘位置設(shè)置不合理，在動(dòng)載荷作用下易產(chǎn)生裂紋。刀具處殼體均為斜面，且動(dòng)定刀片用螺栓進(jìn)行鉸接，螺栓端面受力不均，安裝不便，應(yīng)合理設(shè)置凸臺(tái)。建議連桿與動(dòng)刀片利用鉸鏈連接以減少磨損，緊定螺釘遠(yuǎn)離偏心輪端面，既能保證偏心輪與電機(jī)動(dòng)力輸出軸的同軸度，又不易使偏心輪開(kāi)裂變形，且降噪節(jié)能。

鋸齒形神鋒六刀花椒采摘機(jī)則綜合運(yùn)用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖3），動(dòng)力的傳遞與速度、方向的變換運(yùn)用了直齒錐齒輪傳動(dòng)、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，且由錐齒輪、圓柱齒輪構(gòu)成空間定軸輪系。各輪軸分別用滾動(dòng)軸承支承，摩擦阻力小，啟動(dòng)靈敏，效率高，潤(rùn)滑簡(jiǎn)便，易于互換。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)往復(fù)切割，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)剪切，不但擴(kuò)大了切割范圍，而且極大地提升了采摘效率。鋸齒形刀刃自勵(lì)特性明顯，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也更趨于合理，美中不足的是刀具接觸處摩擦阻力較大，殼體安裝刀具處斜面仍采用螺栓鉸接，未增設(shè)凸臺(tái)。

4 安全防護(hù)及輔助設(shè)備

花椒的采摘既要效率高，又要純凈度高，對(duì)枝條葉片的損傷小。就純凈度而言，機(jī)械顯然遜色于手工采摘，但機(jī)械采摘的效率卻是手工無(wú)法比擬的，加之農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，且采椒工雇用成本高，因而對(duì)花椒采摘機(jī)的安全性提出了更高的要求，既要有過(guò)載保護(hù)裝置，又要具備安全防護(hù)措施。輔助設(shè)備包括果實(shí)收集裝置等。

5 結(jié)語(yǔ)

花椒采摘機(jī)較之于手工采摘優(yōu)勢(shì)明顯，既不傷手，亦不費(fèi)力；提升了采摘速度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；使用輕便安全，操作方便靈活；技術(shù)基本成熟，經(jīng)濟(jì)適用。但仍存在刀具材料易銹蝕，動(dòng)力性不足，持續(xù)時(shí)間較短，動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等諸多不足，需集中優(yōu)勢(shì)技術(shù)，研發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、智能多用的一體化花椒采摘機(jī)械。

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