阅读说明：本技术 一种滚切式茶树茎秆切割装置及其切割方法 (Hobbing type tea tree stem cutting device and cutting method thereof ) 是由 吴文超 胡永光 杜哲 鹿永宗 宋欢 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种滚切式茶树茎秆切割装置及其切割方法,属于农业机械领域。所述装置包括机架、发动机、减速器、风机、集叶风管、集叶辅件、集叶扣、集叶袋和行走部件,还包括滚切动割刀总成和定刀；滚切动割刀总成作旋转运动,与定刀配合完成茶树茎秆切割,可根据需要选择收入集叶袋或还田。本发明采用跨行整幅作业的方式,通过使用与作业类型、待切割茶树高度、幅宽及冠层形状相适应的动刀和定刀,一次作业可以修剪或采摘一行茶树,提高了作业效率；解决了往复式切割振动大、切割速度低的问题,并且降低了油耗、茎秆撕裂率和芽叶破碎率。本发明可以应用于茶树定型修剪、轻修剪、深修剪和大宗茶采摘作业。(The invention discloses a hobbing type tea tree stem cutting device and a cutting method thereof, and belongs to the field of agricultural machinery. The device comprises a frame, an engine, a speed reducer, a fan, a leaf collecting air pipe, a leaf collecting auxiliary part, a leaf collecting buckle, a leaf collecting bag, a traveling part, a rolling cutting movable cutter assembly and a fixed cutter; the rolling cutting movable cutter assembly rotates to complete the cutting of the tea tree stems by matching with the fixed cutter, and the tea tree stems can be selectively collected into leaf collecting bags or returned to the field as required. The invention adopts a mode of cross-row whole-width operation, and can prune or pick a row of tea trees by one-time operation by using the movable cutter and the fixed cutter which are adaptive to the operation type, the height, the width and the shape of the canopy to be cut, thereby improving the operation efficiency; solves the problems of large reciprocating cutting vibration and low cutting speed, and reduces oil consumption, stalk tearing rate and bud and leaf crushing rate. The invention can be applied to the operations of shaping and pruning tea trees, light pruning, deep pruning and picking of bulk tea.)

一种滚切式茶树茎秆切割装置及其切割方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种滚切式茶树茎秆切割装置及其切割方法。

背景技术

茶树冠层修剪和收获作业是茶树生长管理的两大重要环节，均通过切割茶树茎秆实现。切割茶树茎秆采用的机具包括修剪机和采茶机，现有的茶树修剪机、采茶机的往复式双动刀大多采用曲柄滑块机构或双偏心轮机构驱动。工作时，往复式双动刀相向运动将茶树茎秆推至刃口进行夹持切割，无法实现高速切割；且茎秆发生较大横向弯曲，导致切口不平整甚者发生撕裂，切割质量差；此外，双动刀工作时摩擦发热情况严重、需要频繁进行降温处理、无法长时间作业。

采茶机作业对象是新生长的嫩梢，而修剪机作业对象是较为成熟的茎秆。由于新梢较细、软、密而成熟茎秆较粗、硬、疏，因此采茶机刀具刀齿较窄、长且刀齿间距小，修剪机刀具刀齿较宽、短且刀齿间距较大。使用采茶机进行修剪作业容易导致刀具磨损、刀齿断裂，而使用修剪机进行采摘作业则导致采下的茶青破碎率高、可制茶率低，因此两种机具无法交换作业；此外，由于修剪机和采茶机结构不同，因此无法通过更换刀具实现一机多用。

目前，茶树修剪机和采茶机割幅窄、作业效率低，无法实现高速切割，刀具摩擦发热严重；且茶树修剪机和采茶机无法交换作业，也不能通过更换刀具的方式实现一机多用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚切式茶树茎秆切割装置及其切割方法，以实现一个行程完成一行茶树的高速修剪或高速切割作业，提高作业效率，减小机具振动，改善切割质量；且本发明在茶行幅宽相同时，不需要更换刀具。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种滚切式茶树茎秆切割装置，包括机架、发动机、减速器、行走部件、滚切动割刀总成和定刀，所述机架顶板上方固定发动机，发动机与减速器固定连接，减速器固定在机架外侧；所述减速器与滚切动割刀总成固定连接，滚切动割刀总成安装在机架侧壁上，定刀固定在滚切动割刀总成下方的机架侧壁上；所述行走部件固定连接在机架侧壁外侧。

上述技术方案，还包括风机、集叶风管和收集装置，所述风机与发动机固定连接，集叶风管固定在风机上，且出风口方向对着定刀；所述收集装置固定在定刀后方的机架侧壁上。

上述技术方案，所述滚切动割刀总成包括动刀、动刀座、动刀座架、主轴和轴承，所述主轴两端均通过轴承与机架侧壁固定，主轴一端伸出机架侧壁与减速器固定连接；动刀座架固定在主轴两端，且与主轴同轴；动刀座架在沿圆周方向均匀固定连接n个动刀座，动刀座上固定动刀；其中2≤n≤5。

上述技术方案，所述收集装置包括集叶辅件、集叶扣和集叶袋，集叶辅件位于定刀后方，且紧贴定刀固定于机架的侧壁上，集叶扣与机架两侧壁和集叶辅件连接，集叶扣固定集叶袋。

上述技术方案，所述集叶辅件、动刀、动刀座和定刀均为弧形或直线形。

上述技术方案，所述行走部件为把手或茶园高地隙履带底盘。

上述技术方案，所述机架两侧壁跨度大于等于500mm且小于等于1500mm。

上述技术方案，所述动刀的运动轨迹与定刀之间留有3-5mm的间隙。

一种滚切式茶树茎秆切割装置的切割方法，根据作业类型、待切割茶树的高度、幅宽和冠层形状，确定作业高度、动刀和定刀的割幅和形状、动刀的数量、装置前进速度、动刀的刀刃的线速度以及是否需要安装风机、集叶风管和收集装置；安装动刀和定刀，启动发动机，装置对准茶行进行茶树修剪、采摘作业。

进一步地，所述作业类型包括定型修剪、轻修剪、深修剪和大宗茶采摘。

本发明的有益效果：本发明采用跨行作业的方式，一个行程完成一行茶树茎秆的切割作业，提高了茶树修剪、采摘效率，降低了劳动强度；使用滚切动割刀总成与定刀配合进行茶树茎秆的切割作业，滚切动割刀总成做圆周运动、可进行高速切割，解决了往复式切割的惯性冲击和双动刀之间的摩擦发热问题，减小了茶树茎秆的横向弯曲，提高了茶树茎秆的切割质量；本发明滚切动割刀总成由动刀、动刀座、动刀座架、主轴和轴承组成，方便安装与替换，并且可以根据作业类型和待切割茶树的幅宽选用不同的动刀和定刀，可一机多用；此外，可根据作业需要选择是否安装集叶辅件、集叶扣和集叶袋。

附图说明

图1是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的总体结构示意图；

图2是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的滚切动割刀总成结构示意图；

图3是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的动刀结构示意图；

图4是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的动刀法向剖面结构示意图；

图5是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的动刀座结构示意图；

图6是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的动刀座法向剖面结构示意图；

图7是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的定刀结构示意图；

图8是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的集叶辅件结构示意图；

图9是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的集叶扣结构示意图；

图10是本发明一种滚切式茶树茎秆切割装置的集叶袋结构示意图。

图中：1-机架，2-发动机，3-减速器，4-风机，5-集叶风管，6-集叶辅件，7-集叶扣，8-集叶袋，9-行走部件，10-滚切动割刀总成，10-1-动刀，10-2-动刀座架，10-3-动刀座，10-4-主轴，10-5-轴承，11-定刀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种滚切式茶树茎秆切割装置，包括机架1、发动机2、减速器3、风机4、集叶风管5、收集装置、行走部件9、滚切动割刀总成10和定刀11。机架1由两平行侧壁和一顶板固定而成，两个侧壁之间的跨度大于等于500mm；发动机2固定在机架1顶板上方，发动机2的一个输出端与减速器3输入端固定连接，发动机2的另一个输出端与风机4固定连接；减速器3位于机架1一侧壁的外侧，减速器3的输出端与滚切动割刀总成10固定连接；滚切动割刀总成10安装在机架1上；定刀11固定连接于机架1的侧壁上，定刀11位于滚切动割刀总成10正下方并与之配合完成茶树茎秆切割作业；集叶风管5的一端固定于风机4上，集叶风管5的另一端位于滚切动割刀总成10前上方，集叶风管5的出风口方向指向定刀11，集叶风管5的输出端设有多个出风管；行走部件9固定连接在机架1侧壁外侧。收集装置固定在连接于机架1的侧壁上，且收集装置位于定刀11后方，用于收集切割后的茶叶或茶树茎秆。

本实施例中集叶风管5的出风管末端连线的形状为弧形或者直线形；行走部件9为把手或茶园高地隙履带底盘，当为行走部件9选择把手，工作时手抬把手进行作业。

如图2所示，滚切动割刀总成10包括动刀10-1、动刀座10-2、动刀座架10-3、主轴10-4和轴承10-5。主轴10-4两端均通过轴承10-5与机架1的侧壁固定，具体为：轴承10-5的内圈安装在主轴10-4上，轴承10-5的外圈安装在机架1侧壁的轴承座上，轴承座位于侧壁上的导向槽末端，主轴10-4做匀速转动；主轴10-4一端伸出机架1侧壁与减速器3的输出端固定连接；两动刀座架10-3固定在主轴10-4两端，且与主轴10-4同轴，动刀座架10-3位于轴承10-5的内侧，与轴承10-5等间距设置；动刀座架10-3沿圆周方向均匀设有多组与法兰相适配的孔，动刀座10-2两端设有法兰，法兰孔通过螺栓连接固定法兰，实现动刀座架10-3在沿圆周方向均匀固定连接n个动刀座10-2，2≤n≤5；每个动刀座10-2上固定一个动刀10-1，具体为：如图5所示，动刀座10-2沿长度方向设置有若干凹槽和螺纹孔，凹槽的法向剖面为倒“凹”字形(图6)，动刀10-1通过螺钉固定于动刀座10-2的凹槽内。动刀10-1、动刀座10-2、定刀11可为弧形或直线形，图3为弧形的动刀10-1；如图4所示，动刀10-1的法向剖面形状为L形，L形的角度为90-130°，本实施例优选为120°。

如图7所示，定刀11为弧形并设有刃口(刃口远离集叶辅件6)，定刀11可以通过两端直接固定在机架1的侧壁上，也可以与机架1的侧壁凸耳固定。作业过程中，动刀10-1的运动轨迹与定刀11之间留有3-5mm的间隙，确保二者不发生碰撞且茶树茎秆被动刀10-1推至定刀11迅速切断。

所述收集装置包括集叶辅件6、集叶扣7和集叶袋8，如图8所示，集叶辅件6的形状与定刀11的形状相同；安装时，集叶辅件6位于定刀11后方，且紧贴定刀11固定于机架1的侧壁上。如图9所示，集叶扣7的一端设有螺纹，与机架1两侧壁和集叶辅件6上设置的螺纹孔相连接；集叶扣7的另一端固定集叶袋8(图10)。

一种滚切式茶树茎秆切割装置的工作过程为：用于修剪作业时，首先启动发动机2，发动机2将动力传递给减速器3，减速器3的输出端驱动主轴10-4转动，主轴10-4进一步带动动刀座10-3、动刀座架10-2和动刀10-1转动，旋转的动刀10-1将茶树冠层的茎秆推向定刀11进行切割。用于采摘作业时，启动发动机2，发动机2将动力传递给减速器3和风机4；减速器3的输出端驱动主轴10-4转动，主轴10-4进一步带动动刀座10-3、动刀座架10-2和动刀10-1转动，旋转的动刀10-1将茶树冠层的茎秆推向定刀11进行切割；风机4向集叶风管5输送压缩空气，切割下的茶树茎秆被从集叶风管5的末端吹出的气流输送至集叶袋8。

适用于本发明提供的一种滚切式茶树茎秆切割装置的切割方法，包括以下内容：

根据作业类型、待切割茶树的高度、幅宽和冠层形状，确定作业高度、动刀10-1和定刀11的割幅和形状、动刀10-1的数量、装置前进速度、动刀10-1的刀刃的线速度以及是否需要安装风机4、集叶风管5和收集装置；安装动刀10-1和定刀11，启动发动机2，装置对准茶行进行茶树修剪、采摘作业。

该装置用于修剪茶树茎秆时，动刀10-1和定刀11的形状可以采用弧形，也可以采用直线形；幼龄茶树的定型修剪高度为300-500mm、动刀10-1和定刀11的割幅为500mm，壮龄茶树轻修、深修剪作业分别剪去树冠上3-10cm的叶层和鸡爪枝以上的部分，动刀10-1和定刀11的割幅为1200mm；动刀10-1的数量为2-3把；刀机速比λ(动刀10-1的刃口线速度v_r和装置前进速度v_f之比)为2.5-4，动刀10-1的刃口线速度v_r为2-3m/s，根据

确定装置的前进速度v_f；不安装风机4、集叶风管5和收集装置。

该装置用于茶叶采摘时，动刀10-1和定刀11的形状可以采用弧形，也可以采用直线形；动刀10-1和定刀11的割幅为1200mm；根据茶叶加工类型，大宗绿茶的作业高度为树冠1芽2-3叶位置，乌龙茶和红茶等的作业高度为树冠1芽5-6叶位置；动刀10-1的数量为3-5把；刀机速比λ(动刀10-1的刃口线速度v_r和装置前进速度v_f之比)为2.5-3，动刀10-1的刃口线速度v_r为3-5m/s，根据

确定装置的前进速度v_f；安装风机4、集叶风管5和收集装置。

本发明提供的装置可以用于定型修剪、轻修剪、深修剪和大宗茶采摘中的任一种。

实施例1：幼龄茶树定型修剪

作业时间、地点、对象及要求：对江苏省丹阳市迈春茶场移栽2年的福鼎大白茶树(高度约400mm、幅宽约450mm)进行定型修剪，剪口最大高度为300mm。

装置主要参数：发动机2选择改装后的三菱G26LS二冲程汽油机；减速器3选择二级带传动减速装置；动刀10-1和定刀11均为直线形，割幅为500mm；滚切动割刀总成10上安装2把动刀10-1，刀机速比为4，动刀10-1的刀刃的线速度为2m/s,装置的前进速度为0.5m/s；行走部件9选用把手。为评价幼龄茶树定型修剪效果，同时使用落合E7H-750茶叶修剪机(单人手持、平型、割幅700mm)进行修剪作业，机具沿茶行中心直线行进，前进速度为0.5m/s。

试验结果：两种机具生产率均约4亩/h；落合E7H-750茶叶修剪机的油耗0.3710kg/h、茎秆撕裂率0.75％，本发明装置的油耗0.364kg/h、茎秆撕裂率0.4％。试验结果表明：本发明提供的装置油耗、茎秆撕裂率均较落合E7H-750茶叶修剪机为低。

实施例2：壮龄茶树夏茶采摘前轻修剪

作业时间、地点、对象及要求：对江苏省丹阳市迈春茶场投产壮龄茂绿茶树(高度约750mm、幅宽约1200mm)进行轻修剪作业，剪口最大高度700mm。

装置主要参数：发动机2选择改装后的三菱G26LS二冲程汽油机；减速器3选择二级带传动减速装置；动刀10-1和定刀11均为弧形，割幅为1200mm；滚切动割刀总成10上安装3把动刀10-1，刀机速比为4，动刀10-1的刀刃的线速度为2m/s；前进速度为0.5m/s；行走部件9选用把手。为评价夏茶前轻修剪效果，同时使用川崎PST75H茶叶修剪机(单人手持、平型、割幅700mm)、落合R8GA1茶叶修剪机(双人手抬、弧型、割幅1100mm)进行修剪作业，前者沿“Z”字形路线行进，后者沿与茶行轴线方向成60°方向行进，前进速度分别为0.25m/s和0.5m/s。

试验结果：川崎PST75H茶叶修剪机的生产率约1亩/h、油耗0.46kg/h、茎秆撕裂率0.7％，落合R8GA1茶叶修剪机的生产率均约2亩/h、油耗0.68kg/h、茎秆撕裂率0.65％，本发明装置的生产率约4亩/h、油耗0.54kg/h、茎秆撕裂率为0.45％。试验结果表明：本发明装置生产率约是川崎PST75H茶叶修剪机的4倍、是落合R8GA1茶叶修剪机的2倍，究其原因，由于后面两款机具修剪一行茶树需要来回两个行程，而本发明装置只需要一个行程便能完成整行茶树的修剪；此外，本发明装置的油耗介于川崎PST75H茶叶修剪机和落合R8GA1茶叶修剪机之间，茎秆撕裂率均较二者为低。

实施例3：壮龄茶树深修剪

作业时间、地点、对象及要求：对江苏省丹阳市迈春茶场投产壮龄中茶118茶树(高度约800mm、幅宽约1200mm)进行深修剪作业，剪口最大高度650mm。

装置主要参数：发动机2选择改装后的三菱G26LS二冲程汽油机；减速器3选择二级带传动减速装置；动刀10-1和定刀11均为弧形，割幅为1200mm；滚切动割刀总成10上安装3把动刀10-1，刀机速比为3，动刀10-1的刀刃的线速度为3m/s，装置的前进速度为1m/s；行走部件9选用茶园高地隙履带底盘。为评价深修剪效果，同时使用落合R8GA1茶叶修剪机(双人手抬、弧型、割幅1100mm)、川崎SM-111茶叶修剪机(双人手抬、弧型、割幅1100mm)进行修剪作业，二者均沿与茶行轴线方向成60°方向行进，前进速度均为0.5m/s。

试验结果：落合R8GA1茶叶修剪机和川崎SM-111茶叶修剪机的生产率均约2亩/h，前者油耗0.76kg/h、茎秆撕裂率1.2％，后者油耗0.82kg/h、茎秆撕裂率0.108％，本发明装置的生产率约8亩/h、油耗0.103kg/h、茎秆撕裂率为0.66％。试验结果表明：落合、川崎的两款双人茶叶修剪机油耗、茎秆撕裂率接近，而本发明装置的油耗较落合、川崎的两种机型为大，但是生产率是二者的4倍、茎秆撕裂率也较二者为低。

实施例4：大宗绿茶采摘

作业时间、地点、对象及要求：对江苏省丹阳市迈春茶场投产壮龄龙井43茶树(高度约800mm、幅宽约1200mm)进行夏茶采摘作业，剪口最大高度760mm。

装置主要参数：发动机2选择改装后的三菱G26LS二冲程汽油机；减速器3选择二级带传动减速装置；安装定制的直径为140mm的离心风机、出风管末端连线的形状为弧形的集叶风管5和收集装置(集叶辅件6、集叶扣7和集叶袋8)；动刀10-1和定刀11均为弧形，割幅为1200mm；滚切动割刀总成10上安装4把动刀10-1，刀机速比为2.5，动刀10-1的刀刃的线速度为5m/s，装置的前进速度为2m/s；行走部件9选用茶园高地隙履带底盘。为评价大宗绿茶采摘效果，同时使用落合HV-11A采茶机(单人手持、平型、割幅600mm)、川崎SV110采茶机(双人手抬、弧型、割幅1100mm)进行茶叶采摘作业，前者走“Z”字形路线，后者沿与茶行轴线方向成60°方向行进，前进速度均为0.5m/s。

试验结果：落合HV-11A采茶机的生产率均约25kg/h，芽叶破碎率18％，可制茶率106％；川崎SV110采茶机用于大宗茶采摘的生产率均约62kg/h，芽叶破碎率21％，可制茶率102％；本发明装置的生产率约86kg/h，芽叶破碎率14％，可制茶率107％。试验结果表明：与两种现有机具相比，使用本发明装置进行大宗茶采摘作业可以获得更高的生产率、可制茶率，并降低了芽叶破碎率。

上述实施例表明，本发明装置既可以用于茶树的定型修剪、轻修剪和深修剪作业，还适用于大宗茶的采摘作业，且较现有川崎、落合公司生产的茶叶修剪机和采茶机的作业质量更好。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，本技术领域工作人员依然可以对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换、改进等均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。