便携式采茶机研究进展与发展趋势_黄波.pdf

99 2025 年 第 11 期 中国农机装备 综述与评价 便携式采茶机研究进展与发展趋势 便携式采茶机研究进展与发展趋势 黄波 1 陈廷兵 2 钟林志 3 邱清宇 4 1 四川省宜宾市翠屏区农机推广站 宜宾 644000 2 宜宾工业职业技术学院 宜宾 644000 3 四川省宜宾市翠屏区乡村振兴服务中心 宜宾 644000 4 四川省宜宾市翠屏区农业科学研究所 宜宾 644000 摘要 茶叶采收是茶叶生产最关键的环节之一 由于我国茶园种植规格不统一 茶区地形复杂等原因 便携式采茶机得到了 广泛应用 本文从动力装置 传动机构 切割装置和辅助机构等方面论述了便携式采茶机的技术研究现状 通过噪音和污 染 工作续航时间 人机艺融合等问题分析 提出便携式采茶机发展的方向及趋势 为便携式采茶机的进一步改进和研制 提供参考和建议 关键词 采茶机 传动机构 切割装置 存在的问题 发展趋势 1 引言 我国茶叶产量及种植面积均居世界第一 1 作为 茶叶生产最关键的环节之一 采茶方式密切关系到茶 叶生产成本和产量 2 特别是名优绿茶的人工采茶成 本可占茶叶生产用工的 60 以上 3 是当前茶叶生产 过程中用工量最多 最集中和成本最高的作业 4 随 着劳动力不断地向城市转移且劳动力成本不断提高 采茶工人短缺 采茶成本高已成为茶产业普遍存在的 问题 且日益严重 随着我国农业机械化的发展 提 高茶叶采收效率 降低采收成本 机械化采茶作业已 成为茶叶生产未来发展的方向 5 6 2 便携式采茶机研究现状 采茶机是应用机械设备完成对茶叶的采收 主要包 括动力装置 传动机构 切割机构 辅助机构等 根据 行走模式采茶机可分为便携式 手扶式和自走式等 日本是国外最早开展茶叶机械化采收的国家 7 从20世纪初期便开展机械化采茶研究 早期应用大 剪刀采茶 后来陆续开展小型采茶机 大型自走式 乘坐式采茶机研究 目前日本茶园已基本实现机械化 采收 另外 如澳大利亚 印度 英国和阿根廷等国 结合自身情况 也在不同程度上开展了采茶机的研 制 目前 印度 东非 斯里兰卡等国家相继实现茶 叶机械化采收 8 我国对机械化采茶的研究始于1947年 9 前期 以模仿日本等国的采茶机为主 性能较差且使用成本 较高 均未得到大量推广应用 近年来 随着我国农 业现代化发展和农机购置补贴政策的实施 科研院 所 高校和企业加强了对采茶机的研制 有效促进了 我国茶叶采收机械化发展 1 0 1 1 目前 我国便携式采 茶机分为手持式 背负式和双人式三种类型 2 1 动力装置 便携式采茶机根据动力来源可分为手动式 燃油 式和电动式三种 手动式应用于早期采茶机 多采用 螺旋滚刀片 作业过程中劳动强度较大 难以满足当 前采茶机需要 故使用较少 燃油式主要采用二冲程 发动机作为驱动装置 采用比例为25 1的混合油 柴油 汽油 作为能源 具有动力强 续航长等优 势 在背负式和双人式采茶机上使用较广 电动式主 要采用无刷电机作为驱动装置 采用锂电池或铅酸电 池作为能源 具有重量轻 震动及噪音小等优点 在 手持式采茶机得到广泛应用 电池包的安装最早集成 于采茶机 随着茶农对电动采茶机续航时间和操作轻 便性需求的提升 电池包也采用挎包式和背负式 2 2 传动机构 便携式采茶机传动机构是指将动力装置的动力传 递到切割机构的传动部件 便携式采茶机的传动机构 主要有软传动 直联减速器 直联曲柄三种 软传动方式主要包括软轴传动和带传动两种方 式 其中软轴传动多用于燃油动力背负式采茶机 通 过一根软轴将发动机动力经齿轮箱传递到切割机构 近年来 软轴传动在电动便携式采茶机上也得到应 用 刘幼生等研制出软轴传动式电动采茶机 1 2 带 传动则是通过传动带将动力装置和曲柄机构连接 带 作者简介 黄波 1991 08 男 农艺师 研究方向 农业机械化 Email hbo0820 2025 年 第 11 期 中国农机装备 综述与评价 便携式采茶机研究进展与发展趋势 动刀片组工作 于鹏研制了一种往复切割式采茶机 采用电机的输出轴依次通过带传动机构和曲柄滑块机 构与动剪片的一端固定相连 动剪片和定齿片上下层 叠设置 且动剪片沿着定齿片的长度方向往复运动实 现茶叶的采摘 1 3 直联减速器所采用的方式是将动力 装置输出轴与减速器输入轴直接连接 在手持式 双 人式采茶机上得到广泛应用 祝永江研制了一种便于 携带和操作的农业采茶机 解决了采茶机因体积偏大 导致采茶操作不方便 采收效率不高的问题 1 4 直联 曲柄方式是动力装置通过连杆带动刀片完成切割 可 减轻电动采茶机重量 提高操作灵活性 提升采茶效 率 多用于手持式采茶机 陈景堂研制了带动连杆发 生往复运动的传动机构及包含该机构的采茶机 采用 无刷电机通过双级减速带动刀片实现往复直线运动 具有机身轻 功率大 不易堵转 茶叶采收损伤小等 优点 1 5 2 3 切割机构 便携式采茶机切割机构是完成茶叶采收的主要工 作部件 切割机构主要有往复切割式 螺旋滚切式和 水平旋转式三种类型 螺旋滚刀式切割机构通常由滚刀和定刀组成 螺 旋滚刀旋转 茶叶在滚刀和定刀的相互作用下被剪 断 刀片有弧形和平面两种 张晓伟等利用solidworks 软件对采茶机滚切刀进行运动分析和建模设计 通过 分析优化得到最佳设计参数 1 6 李长虹等通过对便携 式采茶机的双滚切刀进行切割图运动和技术分析 认 为影响茶青破碎率的主要因素为工作半径 定刀高度 和人机速度 且工作半径的影响比定刀高度明显 人 机速度取值范围在为 0 275 0 4 m s 1 7 水平旋转式切割机构通常采用两组或多组钩刀和 固定底刀组成 每两组钩刀作相向水平旋转运动完成 茶叶切割 目前茶叶采收叶芽完整率约50 具有 重复切割现象 上海市农科院农机所研制出了 4CX 25 6 电动水平旋转切割式采茶机 采用背负式电源 功率损耗小 茶叶采收完整率较高 1 8 往复式切割机构由上 下两组锯齿形刀片组成 通过两组刀片双向相对运动完成茶叶切割 刀片有弧 形和平面两种 往复切割式是目前采茶机应用最普遍 的切割机构 最关键的设计参数是切割图中一次切割 区 重割区和露割区三区域面积变化 向阳等通过对 动刀片进行运动分析 推导出了三区域面积变化的计 算公式 并基于Visual Studio可视化应用平台 研发 出一套往复式切割工作特性分析系统 实现对三区域 面积计算分析和切割图的绘制 为往复式切割机构的 优化设计提供了一种高效的工具 1 9 白启厚等通过 两年试验数据 得出往复切割式采茶机切割速度 刀 片滑切角 刀片间隙与切割阻力的关系 为采茶机切 割机构的设计提供了参考 2 0 2 4 辅助机构 便携式采茶机辅助机构是辅助完成茶叶采收 减 少叶芽损伤 提高采收效率和质量的机构部件 主要 包括风机 集茶盒 扶叶轮等装置 胡安国等研制一 种可调距扶叶的采茶机 可通过调节侧板来改变切割 间距 增强了便携式采茶机的适应性 通过转动拨杆 将茶叶叶芽扶正 保证茶叶始终先被扶再被剪 从而 有效提高采茶质量和叶芽完整度 2 1 王升分析了扶 叶轮运动轨迹 通过ADAMS软件建立扶叶轮末端运 动轨迹 为扶叶轮速度与人机前进速度之间比值提供 了一个合理速比范围 为采茶机扶叶轮的设计提供参 考 2 2 肖玉环研制一种采茶机 设计两侧边缘为弧 形橡胶板的旋转板来作为拨叶机构 通过旋转板与弧 形刀片相适配 在采茶作业时 旋转板边缘的橡胶板 将茶树枝压在刀片上滑动将茶叶刮落 该机型解决了 传统采茶机伤害茶树的缺点 因为连续作业 具有较 好采收效率 2 3 3 便携式采茶机存在的问题 目前便携式采茶机主要应用于大宗茶叶的采收 对一芽 一芽一叶等名优高档茶叶应用较少 便携式 采茶机在应用过程中存在着噪声污染 续航时间有限 等问题 3 1 噪音与污染问题 燃油动力便携式采茶机存在着加满燃油后整机重 量大以及操作舒适性差的问题 采茶作业时振动及噪 音大 工作噪音可达90分贝 茶农长时间操作不仅 容易疲劳 更可能影响身体健康 燃油动力便携式采 茶机还存在着尾气排放和燃油泄漏的问题 既污染环 境又影响茶农健康 一旦发生燃油泄漏既降低茶叶品 质 又存在安全隐患 3 2 工作续航问题 电动便携式采茶机存在着工作续航时间短的问 题 以 36V电池产品为例 电动采茶机市场主流产品 2025 年 第 11 期 的空转工作电流在0 8 1 5A 切割工作电流在 2 0 4 0A 电池包容量在6 20AH 单个电池包 工作时间通常在5小时以内 很难满足茶企6 8小 时采茶用工要求 茶企通常需要 一机两电 两个 电池包购置成本往往会超过采茶机本身价格 增加茶 企采茶成本 也阻碍了电动便携式采茶机的推广 3 3 人机艺融合问题 便携式采茶机存在着劳动强度大的问题 手持操 作采茶机 背负动力装置 需要体力较好的中青年劳 动力 动力装置存在着不同程度发热情况 也影响便 携式采茶机操作的舒适性 国人饮茶习惯追求叶芽完 整度 由于切割机构的约束 茶叶机械化采收缺乏灵 活性和选择性 茶叶采收质量很难达到人工手采水 准 尤其是对一芽 一叶一芽等名优高档茶叶进行机 械化采收时 还需要将茶艺 农艺和采摘工艺等多项 技术进行融合研究 4 便携式采茶机发展趋势 随着我国茶叶产业的持续稳定发展 茶叶机械化 采收水平亟待提升 传统人工采茶效率低 成本高 难以满足规模化生产需求 因此便携式采茶机的市场 需求日益增长 未来 茶企对采茶机的性能要求将更 加严格 尤其在环保性 操作便捷性 安全性等方面 此外 随着 双碳 目标的推进 绿色 节能 低排放 的采茶机将成为主流 智能化技术的应用也将进一步 优化采茶效率和质量 例如通过传感器和AI算法实现 精准采摘 减少对茶树的损伤 同时 轻量化设计和 人机工程学优化将提高设备的便携性和操作舒适度 降低茶农的劳动强度 总体来看 便携式采茶机将朝 着新能源动力 智能化控制 轻量化设计及人机协同 的方向发展 以推动茶叶产业的现代化升级 4 1 采用新能源动力 新能源动力是便携式采茶机未来发展的重要方 向 传统燃油动力采茶机存在噪音大 振动强 污染 重等问题 而电动 氢能等新能源动力能有效解决这 些痛点 2022 年发布的 农机装备补短板行动方案 2024 年出台的 加快建设农业强国规划 2024 2035 年 等文件 都明确提出推广新能源农机装备 为 便携式采茶机的技术升级提供了政策支持 电动采茶 机具有零排放 低噪音 易维护等优势 更适合在生 态茶园中使用 此外 新能源动力还能降低采茶机的 整体重量 提高操作的灵活性和续航能力 未来 随 着电池技术的进步 如固态电池 快充技术的应用 电动采茶机的续航时间和效率将进一步得到提升 同 时 太阳能辅助充电 能量回收系统等创新技术也可 能被引入 进一步优化能源利用效率 推动采茶机向 绿色 可持续方向发展 4 2 提高工作续航时间 续航能力是电动便携式采茶机推广的关键瓶颈 目前 大多数电动采茶机采用固定频率的切割模式 依赖人工调节作业速度 导致能耗较高 未来 智能 控制技术的应用将大幅提升续航能力 例如通过搭载 智能控制器 采茶机可根据茶树品种 生长密度及采 收标准自动调节电机输出功率 实现动态节能 此 外 高效电池管理系统 BMS 可优化电量分配 延 长单次充电的使用时间 另一方面 轻量化材料和结 构优化能减少整机重量 降低能耗 未来还可能采用 混合动力方案 如太阳能 电池双模供电 或引入超 级电容技术实现快速充放电 进一步提升续航能力 这些技术创新将显著提高电动采茶机的实用性 推动 其在茶园中的普及应用 4 3 人机艺融合发展 便携式采茶机的未来发展需紧密结合茶艺 农艺 和机械工艺 实现 人 机 环境 的协同优化 轻量 化设计是重要趋势 采用高强度复合材料或铝合金可 减轻整机重量 降低操作疲劳 同时 优化动力布局 和散热结构能提升设备稳定性 避免因过热影响性 能 此外 针对名优茶 如一芽一叶 的高标准采收 需求 采茶机需具备精准切割和选择性采摘功能 如 通过视觉识别技术区分嫩芽与老叶 人机工程学设计 也至关重要 如 可调节手柄 减震结构等可提高操 作舒适性 未来 结合物联网技术 采茶机还可实现 数据采集与分析 帮助茶农优化采收策略 进一步提 升茶叶品质和经济效益 5 结语 我国作为全球最大的茶叶生产国 推动茶叶采收 机械化是产业升级的必由之路 便携式采茶机的技术 创新需聚焦新能源动力 智能控制和人机协同 以解 决续航 效率和舒适性等核心问题 政策支持与产学 研合作将加速技术落地 例如通过补贴推广电动采茶 机 或联合高校研发智能采摘算法 此外 应加强茶 中国农机装备 综述与评价 便携式采茶机研究进展与发展趋势