一种辅助料箱在辣椒收获机中的设计与应用

徐玉龙，阿力木·买买提吐尔逊，郝良军，沈晓凯

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆乌鲁木齐 830026）

0 引言

辣椒作为具有高附加值的经济作物目前已经在全国大规模种植并广泛用于食品制造、色素提取、化妆品制造等行业，且已成为新疆安集海、焉耆、阿克苏等地的支柱产业之一，形成了一套完整的种植、采收、加工、销售产业链[1]。辣椒收获是整个产业链中最重要的一环，要确保种植出来的辣椒都能颗粒归仓[2]，就需要一台性能优良的收获机械。

1 设计理念及基本构成

1.1 设计理念

目前国内外的辣椒收获机都存在收获损失较大的问题，损失的辣椒主要来自于两个方面，一方面是采摘割台的损失，部分辣椒没有被采摘割台收割至机具中，这种情况可以根据辣椒的品种、种植模式、辣椒产量和干湿程度等因素，通过调节收获割台的滚筒转速和行走速度等方式来尽量减少损失[3]；另一方面是一部分辣椒连同辣椒枝秆一起被采摘至机具中，没有被清选和复脱装置彻底分离就连同辣椒枝秆一起被排出机具，这部分辣椒会掉落于整个收割区域，造成损失。此情况，一般会通过人工捡拾的方法二次捡拾辣椒，但是捡拾区域面积大，人工效率低，会增加大量的人工劳动力和捡拾费用，也存在安全隐患[4]。为了减少辣椒机内分离不彻底带来的损失，我公司专门研制了一款辅助料箱，安装于机具后方使机具后方排出的辣椒与枝秆混合物按照相同的体积堆放，然后用运输车辆送至集中的晾晒场地，解决了大部分的辣椒收获损失问题。此机构结构简单、操作方便，能够实现全自动卸料，在降低辣椒损失的同时也降低了人工捡拾费用和作业成本[5]。

1.2 基本构成

如图1，牧神4JZ-3600型自走式辣椒收获机物料输送及存储机构主要由辅助料箱、清选复脱系统、滚筒升运器、上升运器和主粮箱5部分构成，协同完成物料的输送以及收集存储功能。

图1 辣椒收获机物料输送及存储机构结构

辅助料箱机构如图2，主要由辅助料箱机械机构和辅助料箱电控机构两个部分构成，辅助料箱电控机构中主机行车电脑通过线束与电磁铁和压力传感器连接。压力传感器固定在辅助料箱的底板上，通过压力感应为主机行车电脑提供实时数据。电磁铁固定在电磁铁连接板上，通过压力传感器给主机行车电脑提供的数据分析来执行电磁铁的通、断电功能，从而控制辅助料箱机构的打开和闭合，完成辅助料箱的正常工作。

如图2（b），辅助料箱机械机构由左侧挡板、右侧挡板、后挡板、底板和机架连接板组成，用来存放物料。左右两侧的连接杆、转臂和4组转轴用来实现箱体的开合。

图2 辅助料箱机构

2 工作原理及技术特点

2.1 工作原理

辅助料箱机械结构采用杠杆原理，使用多个杠杆组合而成，通过调节每个杠杆之间的力臂距离来控制辅助料箱的承载力。在没有外力干预下，依靠机构自重，辅助料箱始终保持闭合状态。如有外力干预，可以通过增加配重来加大后挡板的重量，迫使辅助料箱机构闭合。当辅助料箱内装满物料后，在电控机构的自动控制下，辅助料箱开启、卸料，卸料完成后，在后挡板的自身重力影响下会快速闭合，完成一个循环。

辣椒收获机开始工作后，物料从收获割台进入清选复脱系统被分为辣椒和杂余两部分。辣椒从清选复脱系统的栅格处掉落至输送系统中，然后通过滚筒升运器和上升运器输送至主粮箱；杂余部分由辣椒茎秆和枝叶组成，复脱后从机体后方排出，这部分物料会夹杂着少量的辣椒一起掉落在辅助料箱中。当辅助料箱中的物料达到一定的重量时，会触发设置在底板上的压力传感器，将感应数据传送至主机行车电脑，行车电脑发出指令使电磁铁断电3秒钟，这时后挡板失去磁力吸引，辅助料箱里的物料在重力作用下打开底板，辅助料箱开启，从而使料箱内的物料倾卸成堆。当物料全部下落后，后挡板的自身重力会使辅助料箱在3秒内快速回到闭合状态，这时电磁铁开始通电，紧紧吸住后挡板，开始下一个循环。

图3 辣椒收获机实物

2.2 技术特点

（1）辅助料箱能将除了进入主粮箱以外的所有物料都收入其中，减少辣椒的掉落损失，增强收获性能。且卸料时会自动将物料收集堆成，后续可以将物料直接运送至晾晒场，省时省力，同时也降低了工人捡拾掉落辣椒的费用，降低了成本，增加了收入。

（2）辅助料箱的机械结构和电控机构结构简单、性能可靠，不需要收割机驾驶员专门控制就可以实现全自动卸料。

（3）辅助料箱后挡板上设置有配重块连接板，如辅助料箱所收纳物料的重量需大幅调整，可通过增减配重块的重量来实现辅助料箱的自动卸料，方便实用。

（4）辅助料箱是一个单独的工作单元，与其他工作部件没有关联，在某些特殊工作环境下不需要使用时可直接拆除，不影响收获机的正常工作。

3 产品试制与试验情况

在样机试制和试验过程中，辅助料箱的调试工作比较困难，由于辣椒的种植模式、种植品种和收获时的干湿程度不同，辅助料箱的承载力就不同，要根据以上因素将辅助料箱压力传感器调节至最佳位置和匹配压力值，当辅助料箱充满后才打开卸料，不应出现半箱物料就打开卸料的情况。

2021年8月，安装辅助料箱装置的4JZ-3600新型自走式辣椒收获机在焉耆以及和硕等地区进行了收割作业。机具整体工作性能良好，收割效率高，达到了预期的设计目标。在田间作业中，辅助料箱装置未出现明显机械结构故障和电控机构误判现象，但也存在一些有待优化和改进的方面。

（1）因为不同的辣椒品种和不同时期辣椒的干湿程度不一样，导致同样重量的物料体积不同，设置的压力传感器数值不能跟随以上参数的变化实现智能调节，会出现辅助料箱未装满就自动打开卸料的情况，但是这种情况一般只会在辣椒水分较高、产量较大、落叶不好的地块出现，可以通过更改压力传感器压力值来解决。在以后的设计优化中可以加入逻辑算法，通过采集分析影响因素来自适应压力传感器压力值，从而达到物料充满辅助料箱后才打开卸料的状态。

（2）辅助料箱在机具最后方，机手在不熟悉机具的情况下转弯和倒车有可能发生碰撞，导致辅助料箱机械结构损坏。今后在机具使用前要对机手进行细致的培训和实际操作演示。

（3）辅助料箱一直重复打开和闭合的动作，在工作过程中易出现后挡板脱焊现象，需要加强焊接质量。

通过一个季度的辣椒收获工作和针对不同辣椒品种、不同干湿程度辣椒的实地收获试验，4JZ-3600新型自走式辣椒收获机辅助料箱在降低了收获辣椒损失的同时也减少了人工跟随收割机捡拾掉落辣椒的费用，降低了采摘成本。

表1 辅助料箱使用情况对比