徐玉龍，阿力木·買(mǎi)買(mǎi)提吐?tīng)栠d，郝良軍，沈曉凱

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆烏魯木齊 830026）

0 引言

辣椒作為具有高附加值的經(jīng)濟(jì)作物目前已經(jīng)在全國(guó)大規(guī)模種植并廣泛用于食品制造、色素提取、化妝品制造等行業(yè)，且已成為新疆安集海、焉耆、阿克蘇等地的支柱產(chǎn)業(yè)之一，形成了一套完整的種植、采收、加工、銷(xiāo)售產(chǎn)業(yè)鏈[1]。辣椒收獲是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的一環(huán)，要確保種植出來(lái)的辣椒都能顆粒歸倉(cāng)[2]，就需要一臺(tái)性能優(yōu)良的收獲機(jī)械。

1 設(shè)計(jì)理念及基本構(gòu)成

1.1 設(shè)計(jì)理念

目前國(guó)內(nèi)外的辣椒收獲機(jī)都存在收獲損失較大的問(wèn)題，損失的辣椒主要來(lái)自于兩個(gè)方面，一方面是采摘割臺(tái)的損失，部分辣椒沒(méi)有被采摘割臺(tái)收割至機(jī)具中，這種情況可以根據(jù)辣椒的品種、種植模式、辣椒產(chǎn)量和干濕程度等因素，通過(guò)調(diào)節(jié)收獲割臺(tái)的滾筒轉(zhuǎn)速和行走速度等方式來(lái)盡量減少損失[3]；另一方面是一部分辣椒連同辣椒枝稈一起被采摘至機(jī)具中，沒(méi)有被清選和復(fù)脫裝置徹底分離就連同辣椒枝稈一起被排出機(jī)具，這部分辣椒會(huì)掉落于整個(gè)收割區(qū)域，造成損失。此情況，一般會(huì)通過(guò)人工撿拾的方法二次撿拾辣椒，但是撿拾區(qū)域面積大，人工效率低，會(huì)增加大量的人工勞動(dòng)力和撿拾費(fèi)用，也存在安全隱患[4]。為了減少辣椒機(jī)內(nèi)分離不徹底帶來(lái)的損失，我公司專(zhuān)門(mén)研制了一款輔助料箱，安裝于機(jī)具后方使機(jī)具后方排出的辣椒與枝稈混合物按照相同的體積堆放，然后用運(yùn)輸車(chē)輛送至集中的晾曬場(chǎng)地，解決了大部分的辣椒收獲損失問(wèn)題。此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)卸料，在降低辣椒損失的同時(shí)也降低了人工撿拾費(fèi)用和作業(yè)成本[5]。

1.2 基本構(gòu)成

如圖1，牧神4JZ-3600型自走式辣椒收獲機(jī)物料輸送及存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)主要由輔助料箱、清選復(fù)脫系統(tǒng)、滾筒升運(yùn)器、上升運(yùn)器和主糧箱5部分構(gòu)成，協(xié)同完成物料的輸送以及收集存儲(chǔ)功能。

圖1 辣椒收獲機(jī)物料輸送及存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

輔助料箱機(jī)構(gòu)如圖2，主要由輔助料箱機(jī)械機(jī)構(gòu)和輔助料箱電控機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分構(gòu)成，輔助料箱電控機(jī)構(gòu)中主機(jī)行車(chē)電腦通過(guò)線束與電磁鐵和壓力傳感器連接。壓力傳感器固定在輔助料箱的底板上，通過(guò)壓力感應(yīng)為主機(jī)行車(chē)電腦提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。電磁鐵固定在電磁鐵連接板上，通過(guò)壓力傳感器給主機(jī)行車(chē)電腦提供的數(shù)據(jù)分析來(lái)執(zhí)行電磁鐵的通、斷電功能，從而控制輔助料箱機(jī)構(gòu)的打開(kāi)和閉合，完成輔助料箱的正常工作。

如圖2（b），輔助料箱機(jī)械機(jī)構(gòu)由左側(cè)擋板、右側(cè)擋板、后擋板、底板和機(jī)架連接板組成，用來(lái)存放物料。左右兩側(cè)的連接桿、轉(zhuǎn)臂和4組轉(zhuǎn)軸用來(lái)實(shí)現(xiàn)箱體的開(kāi)合。

圖2 輔助料箱機(jī)構(gòu)

2 工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 工作原理

輔助料箱機(jī)械結(jié)構(gòu)采用杠桿原理，使用多個(gè)杠桿組合而成，通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)杠桿之間的力臂距離來(lái)控制輔助料箱的承載力。在沒(méi)有外力干預(yù)下，依靠機(jī)構(gòu)自重，輔助料箱始終保持閉合狀態(tài)。如有外力干預(yù)，可以通過(guò)增加配重來(lái)加大后擋板的重量，迫使輔助料箱機(jī)構(gòu)閉合。當(dāng)輔助料箱內(nèi)裝滿物料后，在電控機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制下，輔助料箱開(kāi)啟、卸料，卸料完成后，在后擋板的自身重力影響下會(huì)快速閉合，完成一個(gè)循環(huán)。

辣椒收獲機(jī)開(kāi)始工作后，物料從收獲割臺(tái)進(jìn)入清選復(fù)脫系統(tǒng)被分為辣椒和雜余兩部分。辣椒從清選復(fù)脫系統(tǒng)的柵格處掉落至輸送系統(tǒng)中，然后通過(guò)滾筒升運(yùn)器和上升運(yùn)器輸送至主糧箱；雜余部分由辣椒莖稈和枝葉組成，復(fù)脫后從機(jī)體后方排出，這部分物料會(huì)夾雜著少量的辣椒一起掉落在輔助料箱中。當(dāng)輔助料箱中的物料達(dá)到一定的重量時(shí)，會(huì)觸發(fā)設(shè)置在底板上的壓力傳感器，將感應(yīng)數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)行車(chē)電腦，行車(chē)電腦發(fā)出指令使電磁鐵斷電3秒鐘，這時(shí)后擋板失去磁力吸引，輔助料箱里的物料在重力作用下打開(kāi)底板，輔助料箱開(kāi)啟，從而使料箱內(nèi)的物料傾卸成堆。當(dāng)物料全部下落后，后擋板的自身重力會(huì)使輔助料箱在3秒內(nèi)快速回到閉合狀態(tài)，這時(shí)電磁鐵開(kāi)始通電，緊緊吸住后擋板，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。

圖3 辣椒收獲機(jī)實(shí)物

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）輔助料箱能將除了進(jìn)入主糧箱以外的所有物料都收入其中，減少辣椒的掉落損失，增強(qiáng)收獲性能。且卸料時(shí)會(huì)自動(dòng)將物料收集堆成，后續(xù)可以將物料直接運(yùn)送至晾曬場(chǎng)，省時(shí)省力，同時(shí)也降低了工人撿拾掉落辣椒的費(fèi)用，降低了成本，增加了收入。

（2）輔助料箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，不需要收割機(jī)駕駛員專(zhuān)門(mén)控制就可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)卸料。

（3）輔助料箱后擋板上設(shè)置有配重塊連接板，如輔助料箱所收納物料的重量需大幅調(diào)整，可通過(guò)增減配重塊的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助料箱的自動(dòng)卸料，方便實(shí)用。

（4）輔助料箱是一個(gè)單獨(dú)的工作單元，與其他工作部件沒(méi)有關(guān)聯(lián)，在某些特殊工作環(huán)境下不需要使用時(shí)可直接拆除，不影響收獲機(jī)的正常工作。

3 產(chǎn)品試制與試驗(yàn)情況

在樣機(jī)試制和試驗(yàn)過(guò)程中，輔助料箱的調(diào)試工作比較困難，由于辣椒的種植模式、種植品種和收獲時(shí)的干濕程度不同，輔助料箱的承載力就不同，要根據(jù)以上因素將輔助料箱壓力傳感器調(diào)節(jié)至最佳位置和匹配壓力值，當(dāng)輔助料箱充滿后才打開(kāi)卸料，不應(yīng)出現(xiàn)半箱物料就打開(kāi)卸料的情況。

2021年8月，安裝輔助料箱裝置的4JZ-3600新型自走式辣椒收獲機(jī)在焉耆以及和碩等地區(qū)進(jìn)行了收割作業(yè)。機(jī)具整體工作性能良好，收割效率高，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在田間作業(yè)中，輔助料箱裝置未出現(xiàn)明顯機(jī)械結(jié)構(gòu)故障和電控機(jī)構(gòu)誤判現(xiàn)象，但也存在一些有待優(yōu)化和改進(jìn)的方面。

（1）因?yàn)椴煌睦苯菲贩N和不同時(shí)期辣椒的干濕程度不一樣，導(dǎo)致同樣重量的物料體積不同，設(shè)置的壓力傳感器數(shù)值不能跟隨以上參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，會(huì)出現(xiàn)輔助料箱未裝滿就自動(dòng)打開(kāi)卸料的情況，但是這種情況一般只會(huì)在辣椒水分較高、產(chǎn)量較大、落葉不好的地塊出現(xiàn)，可以通過(guò)更改壓力傳感器壓力值來(lái)解決。在以后的設(shè)計(jì)優(yōu)化中可以加入邏輯算法，通過(guò)采集分析影響因素來(lái)自適應(yīng)壓力傳感器壓力值，從而達(dá)到物料充滿輔助料箱后才打開(kāi)卸料的狀態(tài)。

（2）輔助料箱在機(jī)具最后方，機(jī)手在不熟悉機(jī)具的情況下轉(zhuǎn)彎和倒車(chē)有可能發(fā)生碰撞，導(dǎo)致輔助料箱機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞。今后在機(jī)具使用前要對(duì)機(jī)手進(jìn)行細(xì)致的培訓(xùn)和實(shí)際操作演示。

（3）輔助料箱一直重復(fù)打開(kāi)和閉合的動(dòng)作，在工作過(guò)程中易出現(xiàn)后擋板脫焊現(xiàn)象，需要加強(qiáng)焊接質(zhì)量。

通過(guò)一個(gè)季度的辣椒收獲工作和針對(duì)不同辣椒品種、不同干濕程度辣椒的實(shí)地收獲試驗(yàn)，4JZ-3600新型自走式辣椒收獲機(jī)輔助料箱在降低了收獲辣椒損失的同時(shí)也減少了人工跟隨收割機(jī)撿拾掉落辣椒的費(fèi)用，降低了采摘成本。

表1 輔助料箱使用情況對(duì)比