影響辣椒機(jī)械化收獲效果的因素分析

薛世民，李謙緒，黃強(qiáng)斌，杜志高

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆烏魯木齊830013）

0 引言

辣椒作為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物在新疆地區(qū)種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，具有較高的經(jīng)濟(jì)附加值。在新疆地區(qū)由于單季種植辣椒生長周期長，新疆在我國位于高緯度帶其日照時間長，使辣椒色素值及維生素含量均高于我國其他產(chǎn)區(qū)，獨(dú)特的自然環(huán)境使得辣椒在新疆的種植具有其天然優(yōu)勢。早期辣椒收獲為人工采摘裝袋晾曬，勞動強(qiáng)度大，人力成本在辣椒種植中占據(jù)主要部分。隨著辣椒收獲機(jī)械化的不斷推進(jìn)，辣椒機(jī)械化收獲市場不斷擴(kuò)大。衡量辣椒機(jī)械化收獲效果的重要指標(biāo)主要有辣椒果實(shí)的破損率以及辣椒果實(shí)的損失率。在同一品種，同一水分時辣椒采摘滾筒轉(zhuǎn)速與作業(yè)速度直接影響著辣椒果實(shí)破損率與辣椒果實(shí)損失率。

新疆新研牧神科技有限公司在開發(fā)辣椒收獲機(jī)時進(jìn)行了大量的場地試驗以及田間試驗，通過大量的試驗選取適合辣椒機(jī)械化收獲的合理工作參數(shù)，本文通過對田間試驗數(shù)據(jù)的分析，得出采摘滾筒轉(zhuǎn)速及作業(yè)速度的變化對辣椒收獲效果的影響趨勢。

1 試驗設(shè)備與材料

1.1 試驗設(shè)備

本次試驗采用新疆牧神機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的4JZ-3600自走式辣椒收獲機(jī)，該機(jī)能夠一次性完成辣椒摘取、輸送、集箱并初步風(fēng)選。該機(jī)由液壓驅(qū)動行走可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)速度無極調(diào)速；采摘滾筒由獨(dú)立液壓系統(tǒng)驅(qū)動也可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。

1.2 主要參數(shù)

1.3 試驗條件

本次試驗在北疆沙灣地區(qū)收獲食用線椒，待辣椒完全成熟，果實(shí)含水率在60%～80%之間進(jìn)行田間機(jī)械采收。

2 試驗方法

衡量機(jī)械采收辣椒作業(yè)效果的主要指標(biāo)是辣椒果實(shí)的破損率和辣椒果實(shí)的損失率。實(shí)際作業(yè)過程中辣椒收獲機(jī)的可調(diào)節(jié)變量為采摘滾筒轉(zhuǎn)速以及作業(yè)行駛速度。因此本次試驗采用同一品種，相同水分的辣椒作為試驗樣本，通過調(diào)節(jié)變量采摘滾筒轉(zhuǎn)速以及作業(yè)行駛速度分別進(jìn)行試驗。

2.1 試驗設(shè)計

根據(jù)本次試驗的目的及方法確定本次試驗為兩因素三水平試驗[1]。通過調(diào)查相關(guān)作業(yè)情況采摘滾筒轉(zhuǎn)速及作業(yè)行駛速度確定本次試驗因素水平如表1。

表1 因素水平試驗設(shè)計表

通過試驗方案設(shè)計分析發(fā)現(xiàn)本次試驗共分9組進(jìn)行，滾筒轉(zhuǎn)速通過操縱手柄調(diào)節(jié)，待轉(zhuǎn)速傳感器反饋信號至設(shè)定值穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后進(jìn)行采收作業(yè)，作業(yè)速度在空白作業(yè)段完成預(yù)加速至設(shè)定作業(yè)速度，并按照表1逐步完成9組試驗，試驗以每20 m采收為一標(biāo)準(zhǔn)試驗段，完成采收后對此試驗段各項數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計計算。

2.2 試驗結(jié)果判斷

本次試驗損失率是辣椒通過機(jī)械化采收后，殘留在辣椒枝條上未摘下的辣椒及掉落在地未撿拾起的辣椒占試驗標(biāo)段內(nèi)辣椒總質(zhì)量的百分比。

G（落地?fù)p失）—經(jīng)過機(jī)械化采摘后掉落在地上的辣椒質(zhì)量（kg）；G（未摘凈損失）—經(jīng)過機(jī)械化采摘后未摘除殘留在辣椒枝條上的辣椒質(zhì)量（kg）；G（收獲辣椒）—經(jīng)過機(jī)械化采摘后進(jìn)入集料箱中的辣椒質(zhì)量（kg）。

破損率是指經(jīng)過機(jī)械化采摘后辣椒果實(shí)出現(xiàn)折斷、開裂、缺損的辣椒質(zhì)量占所抽取樣本辣椒質(zhì)量的百分比[2]，破損率的計算如公式（2）。G（破損）—樣本中破損辣椒的總質(zhì)量(kg)；G（辣椒）—樣本的辣椒總質(zhì)量（kg）。

3 試驗結(jié)果與分析

通過試驗并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到采摘滾筒轉(zhuǎn)速與作業(yè)行駛速度變化對辣椒果實(shí)破損率及辣椒果實(shí)損失影響的折線圖。

由圖2可知當(dāng)采摘滾筒轉(zhuǎn)速恒定時，隨著作業(yè)速度的增大辣椒果實(shí)破碎率減小，不同作業(yè)速度下滾筒轉(zhuǎn)速為170 r/min時辣椒果實(shí)破損率表現(xiàn)最佳。

由圖3可知當(dāng)采摘滾筒轉(zhuǎn)速恒定時，隨著作業(yè)速度的增大辣椒果實(shí)損失表現(xiàn)各有不同，不同作業(yè)速度下滾筒轉(zhuǎn)速為170 r/min時辣椒果實(shí)損失率表現(xiàn)最佳。

分析發(fā)現(xiàn)試驗中辣椒果實(shí)的破損主要是采摘過程中采摘滾筒造成，收獲時采摘滾筒轉(zhuǎn)速較小時摘取離心力不足造成辣椒果實(shí)劃傷，辣椒拋送力不足造成落地?fù)p失；采摘滾筒轉(zhuǎn)速過大時摘取離心力過大造成辣椒果實(shí)受沖擊斷裂。隨著采摘作業(yè)速度的變化，作業(yè)速度逐漸加快，進(jìn)入采摘滾筒的物料逐漸增多，物料層較為均勻，連續(xù)落地?fù)p失先減小，隨著作業(yè)速度近一步加快辣椒采凈率降低出現(xiàn)殘留辣椒損失。

綜合分析圖2、圖3發(fā)現(xiàn)在辣椒機(jī)械化收獲過程中，采摘作業(yè)速度與滾筒采摘轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)合理適配，以獲得較低的破損率及損失率。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)作業(yè)速度8 km/h時采摘滾筒轉(zhuǎn)速為170 r/min時可獲得最佳收獲效果。此時采摘滾筒線速度與行走線速度（即物料喂入線速度）關(guān)系比為3.4:1。

4 結(jié)論

本次試驗為田間正常收獲作業(yè)時提取作業(yè)參數(shù)，在辣椒果實(shí)完全成熟并初步脫水后進(jìn)行收獲，作業(yè)過程中可調(diào)節(jié)變量為滾筒轉(zhuǎn)速與實(shí)際作業(yè)速度。通過調(diào)節(jié)變量進(jìn)行試驗后得出以下結(jié)論：

（1）辣椒收獲割臺采摘滾筒轉(zhuǎn)速對辣椒收獲過程中破損率及損失率有較大影響。滾筒轉(zhuǎn)速過低離心力不足辣椒落地?fù)p失增大，采摘齒末端剛性變差采摘力不足殘留辣椒損失增多；滾筒轉(zhuǎn)速過高對辣椒果實(shí)沖擊力變大，辣椒破損率增大。

（2）在保證辣椒破損率的前提下適當(dāng)匹配作業(yè)速度能夠有效降低辣椒損失率。

（3）根據(jù)大量田間試驗及實(shí)際作業(yè)發(fā)現(xiàn)收獲辣椒時，前期水分較大辣椒果柄容易摘除，宜采用較低轉(zhuǎn)速收獲，匹配作業(yè)速度為6～8 km/h，轉(zhuǎn)速區(qū)間為150～160 r/min，采用較低滾筒轉(zhuǎn)速作業(yè)以獲得較低的破損率及損失率；中后期收獲辣椒時辣椒脫水后其果實(shí)表面柔韌度增強(qiáng)不易破損可采用中高速作業(yè)，采取較高的采摘滾筒轉(zhuǎn)速匹配6～10 km/h作業(yè)速度，轉(zhuǎn)速區(qū)間一般為150～180 r/min。