蘇安晉,杜 嬋,蘇昱庭,杜 娟
(1. 山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心,山西 太原 030002;2. 山西中醫(yī)藥大學(xué),山西 太原 030024;3. 太原科技大學(xué),山西 太原 030024)
花椒隸屬于蕓香科異葉花椒屬,全球總共有花椒品種250 種[1],中國有39 種花椒品種,而其他變種花椒還有14 種。花椒為中國傳統(tǒng)文化社會經(jīng)濟植物樹種[2-3],其果皮也被譽為八大調(diào)味品之中,在我國已有2 600 多年的歷史,花椒葉也可作為調(diào)味佳品。
花椒渾身是寶,除了作為人們生活中必不可少的調(diào)味品之外,花椒還是一味中藥,藥用價值也很高:花椒籽屬苦、寒性狀,無毒,利排尿,主要用于治療水腹脹滿、腎虧、耳鳴、耳聾、膀胱癥、氣喘等;花椒的果皮具有辛辣味道,性屬于溫?zé)?,可用在治療入脾、胃、腎經(jīng)等方面,《神農(nóng)本草經(jīng)》中這樣記載:“主邪氣咳逆,溫中,逐骨節(jié)皮膚死肌,寒濕痹通,下氣”;花椒根屬辛、溫?zé)嶂?、有微毒。臨床上可以用在治療腎、膀胱等的虛冷癥,血淋色瘀的患者可以用花椒根煎湯飲用。此外,花椒的葉子屬辛熱、且無毒,可以用于治療奔豚、伏梁氣、內(nèi)外腎鉤,以及腳氣、漆瘡、霍亂等,還有驅(qū)蟲的功效,日常生活中,百姓就有用花椒葉熬水洗浴的辦法治療腳氣和一些瘙癢的癥狀。
全國共有13 個產(chǎn)地榮獲“全國花椒之鄉(xiāng)稱號”,為世界花椒第一生產(chǎn)大國[4]?;ń飞a(chǎn)基本集中在全國11 個省市,重點分布在四川、山西、河南、河北、湖南、貴州、云南等省,其中在山西、河北等地產(chǎn)量最高,四川省生產(chǎn)的花椒質(zhì)量好。由于花椒在國內(nèi)社會產(chǎn)品市場供應(yīng)量很大,因此花椒精深加工生產(chǎn)有著不可限量的發(fā)展空間,是中國農(nóng)業(yè)中收益比較穩(wěn)定、取得實效較快的一種行業(yè),但同時也存在一定的自然風(fēng)險和市場風(fēng)險,政府部門需要不斷加強對該行業(yè)的政策扶持和技術(shù)研發(fā)。
日前在國外[5],對花椒研究較多的是韓國和日本,這些國家主要是研究花椒的食用和藥用2 個方面的價值,開發(fā)培育出了許多優(yōu)良品種,這些品種具有大果穗、大果粒、無刺的特征。不僅如此,在花椒的品質(zhì)鑒定和成分鑒定上處于世界領(lǐng)先水平,但是在花椒的采摘方面,對采摘機具這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究依然較少,花椒采摘依舊是目前的薄弱環(huán)節(jié),只有在韓國采用大型力學(xué)振動方法進行采摘,工作原理是使用大型的機械手將花椒枝夾緊,然后進行搖擺和振動,利用共振原理將花椒顆粒從花椒樹的枝條上振落下來;還有的是采用負壓吸法,用塑料吸管對準熟透的花椒,工作原理是利用大型的機械動力而產(chǎn)生的強負壓氣流將成熟的花椒吸入收集箱中。大型機械對花椒園的條件要求很高,在中國的花椒園條件根本達不到要求,同時很難做到保證質(zhì)量、不傷樹體,但可以借助其思路。
我國自1980 年開始[6-7],國內(nèi)花椒工業(yè)發(fā)展得很快,不少椒農(nóng)和一些科學(xué)工作者設(shè)計并生產(chǎn)了一批花椒采集用具,從而取代了純手工采摘,減輕了勞動強度,但普及率不高,現(xiàn)在絕大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的手工掐摘?!渡轿鬓r(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》發(fā)表了葉全民的題為《頂生小果實采集機的設(shè)計》 的論文。2003 年第一款花椒采摘機,是由陜西省韓城啟明花椒研究所研制,制造226 臺,并投入商業(yè)使用,標志著我國采摘機具向前邁進了一個新臺階。2007 年,手槍式鋸齒手動花椒摘取設(shè)備研制成功,是現(xiàn)在中國市面上使用最好的摘取設(shè)備。另外,大量的科學(xué)技術(shù)人員也開始對花椒采摘設(shè)備展開研制。M 環(huán)齒花椒采摘是由林州的楊德文設(shè)計,還有一些科研人員發(fā)明了花椒采摘器,比如陜西的閆啟全發(fā)明的手套式花椒采摘器,劉筠設(shè)計的長臂剪式花椒采摘器等。近年來,隨著花椒行業(yè)的蓬勃發(fā)展,花椒采摘機具的研發(fā)也正在蓬勃發(fā)展。相繼研發(fā)出了全自動花椒采摘機,機械式花椒采摘機,負壓吸收式花椒采摘機,4HJ-8 型便攜式花椒采摘機,雙盤平板式電磁花椒采摘器(鄭天云設(shè)計)。市面上的花椒采摘機械款式很多,性能也得到不少改進。
現(xiàn)在采摘設(shè)備[8]雖然在市面上已經(jīng)不少,但在花椒收獲季節(jié)的應(yīng)用并不普遍,主要在動力使用和采摘原理等很多方面出現(xiàn)不足,尤其是對各種收獲時期和栽培環(huán)境要求下,缺乏針對性的專用采集工具的開發(fā)。因此,還需要進行適應(yīng)性的改造。
該機具[9-10]主要包括花椒采集裝置、支撐裝置、電源、軟管、主吸管、負壓裝置、收集裝置。
花椒采摘機具組成見圖1。
圖1 花椒采摘機具組成
(1) 花椒采集裝置,該裝置是花椒采集裝置的關(guān)鍵部件、核心部件,花椒采集裝置一般由外殼、剪刀片、連桿、減速裝置、電機共同組成,外殼起保護刀片的作用,刀片分為固定刀片和活動刀片,采集裝置固定在支撐裝置上并與電機連接,在接通電源后,活動刀片做往復(fù)直線擺動運動與固定刀片共同完成剪斷花椒顆粒柄,完成花椒的采摘。同時,花椒采集裝置通過相配合的花椒輸出軟管、吸管與花椒收集箱連通,使得采摘下來的花椒收集到收集裝置中。
(2) 支撐裝置主要是連接采集裝置和收集裝置,電源也安裝在其上面,是花椒收獲機具的操作部位。支撐裝置上還裝有調(diào)節(jié)支撐裝置,調(diào)節(jié)支撐裝置包括萬向調(diào)節(jié)桿,其上套裝高度調(diào)節(jié)支撐桿,可以根據(jù)花椒顆粒在花椒樹上的不同高度,來選擇調(diào)節(jié)桿的伸出長度,方便采摘工人站在花椒樹下直接進行采摘,而不需要爬花椒樹,既方便花椒采摘,也比較安全。
(3) 電源分2 個部分,一個是固定在支撐裝置上的小型太陽能電池,主要是為完成花椒采摘提供動力,完成花椒的采摘;另一個電源安裝在負壓裝置上,電池型號稍大,主要是為負壓裝置提供動力,確保采摘下來的花椒顆粒能夠在負壓裝置的作用,通過吸管順利進入收集裝置,完成花椒的收集工作。
(4) 軟管是直徑為7 cm 的塑料軟管,固定在采集裝置的出口和收集裝置的入口處,主要是對負壓裝置上的吸管起到保護作用,由于是塑料軟管,自由度比較好,在采摘時可隨便活動,操作靈活方便。
(5) 吸管連接在采集裝置出口和負壓裝置上,外面還有軟管保護,主要作用是通過負壓裝置使花椒順利被負壓裝置吸到收集裝置中,完成花椒顆粒的收集工作。
(6) 負壓裝置固定在收集裝置的內(nèi)部,是收集裝置的核心部分,主要是產(chǎn)生負壓氣流的部件。負壓裝置通過轉(zhuǎn)向閥連接電動泵的輸出端,花椒顆粒通過軟管、主吸管進入花椒收集箱收集裝置,花椒被留在收集箱內(nèi),過濾后的空氣再經(jīng)過一層過濾片進入電機,這層過濾片是防止花椒吸入電機的一道保護屏障,進入電機的空氣經(jīng)電機流出,由于電機運行中碳刷不斷的磨損,因此流出負壓吸塵器前又加了一道過濾。
(7) 收集裝置主要作用是為采摘下來的花椒顆粒提供收集的場所,是一個大約15 L 的塑料密閉容器。通過軟管和采集裝置相連,并且上面固定有負壓裝置,也起到固定負壓裝置的作用。
通過電池把動力傳到花椒采集裝置上,活動的刀片擺動與定刀片共同完成剪斷花椒果實的柄,使花椒果實從花椒樹上采摘下來;通過電源把動力作用在花椒采摘機具的負壓裝置上,在負壓系統(tǒng)的作用下,使花椒顆粒通過吸管進入花椒收集裝置,完成花椒的收集。
同時開啟支撐裝置上電源開關(guān)和負壓裝置上的電源開關(guān),采摘裝置在太陽能電池提供的動力作用下,采摘裝置上的活動的刀片開始作往復(fù)直線擺動與定刀片共同完成剪斷花椒果實的柄,采摘下來的花椒果實在重力作用下進入軟管;同時負壓裝置在電源動力的作用下,對吸管里的花椒進行過濾,花椒留在收集裝置里,過濾后的空氣在經(jīng)過一層過濾進入負壓電機流出,完成花椒的采摘收集;并且通過支撐裝置上的調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)采摘裝置的伸出長度,來適應(yīng)花椒樹上不同高度和位置花椒的采摘。
(1) 動力裝置。由原來的普通充電電池改成先進的太陽能電池,工作時不受充電電池大小的影響,工作時間由原來的3~4 h 就需要充電改變?yōu)椴恍枰潆姡灰刑柧湍芤恢狈€(wěn)定工作。
(2) 收集裝置。以前的花椒收獲機具都是在收集裝置出口按裝一個1.5 L 左右的塑料桶,需要經(jīng)常拆卸,比較浪費時間,改裝后的收集裝置為背負式的15 L 左右的塑料桶,通過軟管、吸管與采集裝置相連,通過負壓方式進入收集裝置,基本上能保證一上午的采摘。
(3) 收集方式。以前大部分收集裝置都采用花椒在重力作用下直接掉落在收集箱里,而且收集箱容量較小,采用負壓式收集裝置后,收集箱背在采摘工作人員的背部,通過負壓電機的動力,把花椒吸入收集箱,收集箱的容量也大大增加,減少了由于收集裝置過小而來回裝卸收集裝置,減少采摘工作時間。
(1) 通過普通充電電池改為太陽能電池,使工作時間更長,效率更高。
(2) 通過改進收集裝置為背負式負壓收集裝置,既減輕了采摘裝置的質(zhì)量,更方便操作,又增加了收集裝置的容積,使工作時間加長、效率提高。
(1) 改裝后的花椒采摘機具連續(xù)工作時間更長。
(2) 改裝后的花椒采摘機具采摘裝置更輕巧,操作更方便。
(3) 改裝后的花椒采摘機具工作時間更長、效率更高。