一種輔助料箱在辣椒收獲機中的設計與應用

徐玉龍，阿力木·買買提吐爾遜，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)濟作物目前已經(jīng)在全國大規(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、銷售產(chǎn)業(yè)鏈[1]。辣椒收獲是整個產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的一環(huán)，要確保種植出來的辣椒都能顆粒歸倉[2]，就需要一臺性能優(yōu)良的收獲機械。

1 設計理念及基本構成

1.1 設計理念

目前國內外的辣椒收獲機都存在收獲損失較大的問題，損失的辣椒主要來自于兩個方面，一方面是采摘割臺的損失，部分辣椒沒有被采摘割臺收割至機具中，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，通過調節(jié)收獲割臺的滾筒轉速和行走速度等方式來盡量減少損失[3]；另一方面是一部分辣椒連同辣椒枝稈一起被采摘至機具中，沒有被清選和復脫裝置徹底分離就連同辣椒枝稈一起被排出機具，這部分辣椒會掉落于整個收割區(qū)域，造成損失。此情況，一般會通過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，會增加大量的人工勞動力和撿拾費用，也存在安全隱患[4]。為了減少辣椒機內分離不徹底帶來的損失，我公司專門研制了一款輔助料箱，安裝于機具后方使機具后方排出的辣椒與枝稈混合物按照相同的體積堆放，然后用運輸車輛送至集中的晾曬場地，解決了大部分的辣椒收獲損失問題。此機構結構簡單、操作方便，能夠實現(xiàn)全自動卸料，在降低辣椒損失的同時也降低了人工撿拾費用和作業(yè)成本[5]。

1.2 基本構成

如圖1，牧神4JZ-3600型自走式辣椒收獲機物料輸送及存儲機構主要由輔助料箱、清選復脫系統(tǒng)、滾筒升運器、上升運器和主糧箱5部分構成，協(xié)同完成物料的輸送以及收集存儲功能。

圖1 辣椒收獲機物料輸送及存儲機構結構

輔助料箱機構如圖2，主要由輔助料箱機械機構和輔助料箱電控機構兩個部分構成，輔助料箱電控機構中主機行車電腦通過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，通過壓力感應為主機行車電腦提供實時數(shù)據(jù)。電磁鐵固定在電磁鐵連接板上，通過壓力傳感器給主機行車電腦提供的數(shù)據(jù)分析來執(zhí)行電磁鐵的通、斷電功能，從而控制輔助料箱機構的打開和閉合，完成輔助料箱的正常工作。

如圖2（b），輔助料箱機械機構由左側擋板、右側擋板、后擋板、底板和機架連接板組成，用來存放物料。左右兩側的連接桿、轉臂和4組轉軸用來實現(xiàn)箱體的開合。

圖2 輔助料箱機構

2 工作原理及技術特點

2.1 工作原理

輔助料箱機械結構采用杠桿原理，使用多個杠桿組合而成，通過調節(jié)每個杠桿之間的力臂距離來控制輔助料箱的承載力。在沒有外力干預下，依靠機構自重，輔助料箱始終保持閉合狀態(tài)。如有外力干預，可以通過增加配重來加大后擋板的重量，迫使輔助料箱機構閉合。當輔助料箱內裝滿物料后，在電控機構的自動控制下，輔助料箱開啟、卸料，卸料完成后，在后擋板的自身重力影響下會快速閉合，完成一個循環(huán)。

辣椒收獲機開始工作后，物料從收獲割臺進入清選復脫系統(tǒng)被分為辣椒和雜余兩部分。辣椒從清選復脫系統(tǒng)的柵格處掉落至輸送系統(tǒng)中，然后通過滾筒升運器和上升運器輸送至主糧箱；雜余部分由辣椒莖稈和枝葉組成，復脫后從機體后方排出，這部分物料會夾雜著少量的辣椒一起掉落在輔助料箱中。當輔助料箱中的物料達到一定的重量時，會觸發(fā)設置在底板上的壓力傳感器，將感應數(shù)據(jù)傳送至主機行車電腦，行車電腦發(fā)出指令使電磁鐵斷電3秒鐘，這時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底板，輔助料箱開啟，從而使料箱內的物料傾卸成堆。當物料全部下落后，后擋板的自身重力會使輔助料箱在3秒內快速回到閉合狀態(tài)，這時電磁鐵開始通電，緊緊吸住后擋板，開始下一個循環(huán)。

圖3 辣椒收獲機實物

2.2 技術特點

（1）輔助料箱能將除了進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，增強收獲性能。且卸料時會自動將物料收集堆成，后續(xù)可以將物料直接運送至晾曬場，省時省力，同時也降低了工人撿拾掉落辣椒的費用，降低了成本，增加了收入。

（2）輔助料箱的機械結構和電控機構結構簡單、性能可靠，不需要收割機駕駛員專門控制就可以實現(xiàn)全自動卸料。

（3）輔助料箱后擋板上設置有配重塊連接板，如輔助料箱所收納物料的重量需大幅調整，可通過增減配重塊的重量來實現(xiàn)輔助料箱的自動卸料，方便實用。

（4）輔助料箱是一個單獨的工作單元，與其他工作部件沒有關聯(lián)，在某些特殊工作環(huán)境下不需要使用時可直接拆除，不影響收獲機的正常工作。

3 產(chǎn)品試制與試驗情況

在樣機試制和試驗過程中，輔助料箱的調試工作比較困難，由于辣椒的種植模式、種植品種和收獲時的干濕程度不同，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節(jié)至最佳位置和匹配壓力值，當輔助料箱充滿后才打開卸料，不應出現(xiàn)半箱物料就打開卸料的情況。

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在焉耆以及和碩等地區(qū)進行了收割作業(yè)。機具整體工作性能良好，收割效率高，達到了預期的設計目標。在田間作業(yè)中，輔助料箱裝置未出現(xiàn)明顯機械結構故障和電控機構誤判現(xiàn)象，但也存在一些有待優(yōu)化和改進的方面。

（1）因為不同的辣椒品種和不同時期辣椒的干濕程度不一樣，導致同樣重量的物料體積不同，設置的壓力傳感器數(shù)值不能跟隨以上參數(shù)的變化實現(xiàn)智能調節(jié)，會出現(xiàn)輔助料箱未裝滿就自動打開卸料的情況，但是這種情況一般只會在辣椒水分較高、產(chǎn)量較大、落葉不好的地塊出現(xiàn)，可以通過更改壓力傳感器壓力值來解決。在以后的設計優(yōu)化中可以加入邏輯算法，通過采集分析影響因素來自適應壓力傳感器壓力值，從而達到物料充滿輔助料箱后才打開卸料的狀態(tài)。

（2）輔助料箱在機具最后方，機手在不熟悉機具的情況下轉彎和倒車有可能發(fā)生碰撞，導致輔助料箱機械結構損壞。今后在機具使用前要對機手進行細致的培訓和實際操作演示。

（3）輔助料箱一直重復打開和閉合的動作，在工作過程中易出現(xiàn)后擋板脫焊現(xiàn)象，需要加強焊接質量。

通過一個季度的辣椒收獲工作和針對不同辣椒品種、不同干濕程度辣椒的實地收獲試驗，4JZ-3600新型自走式辣椒收獲機輔助料箱在降低了收獲辣椒損失的同時也減少了人工跟隨收割機撿拾掉落辣椒的費用，降低了采摘成本。

表1 輔助料箱使用情況對比