辣椒收获机清选装置设计与试验研究.pdf

辣椒收获机清选装置设计与试验研究赵研科，颜新鹏，钱丹，（智能农业动力装备全国重点实验室，河南 洛阳 ；洛阳拖拉机研究所有限公司，河南 洛阳 ）摘要：目前市场上销售的辣椒收获机均不配备物料清选系统，收获的辣椒含杂率较高，用户无法接受，导致辣椒机械化采收受限。本文设计了一种辣椒收获机的清选装置，并制作成台架进行试验验证，通过正交试验对影响清选效果的清选轮轴距、星形轮转速、整机喂入量以及清选风机转速等进行分析，基于含杂率和损失率要求确定了最优的参数组合。关键词：辣椒收获机；清选装置；风机中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；辣椒收获机通过割台采摘辣椒，然后经过物料输送装置将采收的辣椒抛送至粮箱。但是通过割台采收的辣椒中不仅包含辣椒，还混合有很多长椒杆、椒叶、杂草等杂质 。目前中国市场销售的辣椒收获机大多都没有配备清选装置，收获辣椒时需要提前喷洒脱叶剂进行脱叶处理，然后人工分捡收获后辣椒中的长秸秆，或者不喷洒脱叶剂收获，使用固定式清选机将收获后的辣椒混合物进行二次清选。以上两种辣椒收获方式作业效率低、成本高、劳动强度大，严重制约辣椒规模化、产业化发展。清选装置的工作原理与结构本文所述的辣椒收获机的分离清选装置包括：机架、星形轮组、清选风机、前输送装置、后输送装置、清选电机、风机电机以及传动链条等几部分构成。星形轮组是由星形轮及轴棍组成，如图 所示。前输送装置 清选电机机架 风机电机 机架 清选风机 集粮斗 星形轮组 后输送装置图 分离清选装置 清选装置工作时，上述各工作部件开始运动。物料从前输送装置进入清选装置，在排列组合的星形轮组作用下，将辣椒与椒叶、长秸秆等杂质挑起，收稿日期：第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ，利用其不同的物理机械特性即物料尺寸、重量等不同而把辣椒从混合物中分离出来。因星形轮之间的孔隙有一定的形状和尺寸，辣椒和部分叶子从星形轮间的间隙下落，椒杆和大的椒叶阻留在星形轮上，随着行星轮组的旋转运动向后移动通过后输送装置排出机外。下落的辣椒、椒叶在集粮斗的收拢下落入星形轮装置下的清选风机风道中。在清选风机气流的作用下，因椒叶比辣椒的重量和悬浮速度小，椒叶被吹出机外，而辣椒下落在平台上，从而实现了辣椒与椒叶、长秸秆等杂质的分离，得到高清洁度的辣椒。清选装置的设计 清选装置的关键部件含杂率是评价辣椒收获机性能好坏的一个重要指标，上述分离清选装置分两步对混合物进行清选。首先由星形轮组将长秸秆、大片椒叶和辣椒进行分离；然后清选风机将辣椒与椒叶进行分离。通过两步清选以期获得含杂率较低的辣椒物料。星形轮是分离装置的关键部件，其几何形状、排列方式、旋转速度和安装轴距等因素对辣椒分离效果、生产效率等有很大影响 。椒叶和辣椒的分离关键部件为清选风机，靠风机产生的气流将椒叶分离。风机的风速及风量直接影响着辣椒与椒叶等轻杂质的分离效果。星形轮形状及参数设计在进行清选装置设计时必须要考虑喂入量、星形轮轴的尺寸、轴之间的距离以及转速等因素。通过对收获的朝天椒以及长秸秆进行测量得到以下参数：辣椒的长度集中在 ；质量分布 ；最大处直径 ；长秸秆长度 之间（特殊长度除外）；质量在 之间；平均直径大约 。参照国际上分离装置中星形轮齿形的情况 ，本文选择使用如图 所示的八角轮，其余参数见表。图 清选轮 八角清选轮外圈八个角将物料抖散，方便辣椒果实从清选轮组间隙中漏下，内侧四方形负责物料推运，将辣椒茎秆等杂质向后方运输排出机外。八角清选轮采用尼龙 材料制成，重量轻、成本低。清选轮组安装平面与水平面成 夹角，可获得更佳的清选效果和更低的损失率。相邻两根清选轮组的上的八角清选轮相互交错排列。因辣椒和长秸秆的参数变化范围较大，为获取最优的组合，因此本次设计星形轮轴的轴距为 可调节、转速为 可调节。表 清选轮参数表 项目参数八角清选轮直径 清选轮组轴距 清选轮组八角轮轴向间距 清选轮组转速（）清选面积 风机参数设计由于辣椒物理特性不同于其他物料（如水稻、小麦等作物），辣椒的在吹送的过程中，需要的风量、风压较大，为了较好的满足辣椒的运输要求，综合考虑其他因素，本采摘装置上的风机采用通用型离心式风机 ，其参数见表 。表 风机参数 物料参数辣椒叶片容重（外形尺寸 质量 最大迎风面 实测悬浮速度（）计算悬浮速度（）因此出风口风速保持在 ，就可以有效的将椒叶清除出去，同时辣椒不受影响，因此我们将风机的转速确定在 ，蜗壳尺寸：直径 ，风机宽度 ；叶轮直径 ，叶片长度 ，叶片高度 ，轴径 ；出风口尺寸：高度 ，宽度 。同时为验证最佳风速，本次设计风机转速 ，可调节。清选装置的虚拟模型建立基于 三维软件，构建清选装置试验台架总体模型，如图 所示。试验 清选台架制作根据设计图纸进行清选装置台架的工厂制作，然后安装调试后用于试验，如图 所示。拖拉机与农用运输车第 期 年 月图 清选装置模型 图 清选装置制作 试验准备试验用净辣椒容重测量为 ，试验用辣椒混合物容重测量为 。试验物料混合物质量分配情况：辣椒，辣椒叶，辣椒秸秆，物料厚度设定为 ，试验用物料以及混合物如图 、图 所示。图 试验用物料 图 物料混合 试验数据分析 数据要求根据国标要求，辣椒收获机的作业性能指标为损失率，含杂率 。在整理数据时将严重超过该指标的数据舍去 。试验数据试验数据如表 表 所示。表 清选轮距 试验数据 行星轮转速（）喂入量（）损失率 含杂率 表 清选轮距 试验数据 喂入量（）行星轮转速（）损失率 含杂率 赵研科等：辣椒收获机清选装置设计与试验研究表 清选轮距 试验数据 喂入量（）行星轮转速（）损失率 含杂率 表 清选轮距 试验数据 喂入量（）行星轮转速（）损失率 含杂率 表 清选风机试验数据 风机转速（）喂入量（）含杂率损失率备注 损失过大 次试验 次试验平均值 数据分析（）清选轮轴距 时清选轴距 时，转速保持基本一致时，喂入量越大，损失率越大，含杂率越大；在喂入量 左右时，转速 可满足使用性能要求。喂入量 时，转速越高损失越大，含杂率越小（均不符合要求）。（）清选轮轴距 时清选轮轴距 时，转速保持基本一致时，喂入量越大，损失率越大，含杂率越大，到 时性能不能满足要求；喂入量一定时，转速越高损失越大；在喂入量 以下时，转速 可满足使用性能要求。（）清选轮轴距 时清选轮轴距 时，转速基本一致时，喂入量越大，损失率越大，含杂率越大，到 时性能不能满足要求；喂入量一定时转速越高损失越大；在喂入量 左右时，转速 可满足使用性能要求。（）清选轮轴距 时清选轮轴距 时，当转速基本一致时，喂入量越大，损失率越大，含杂率越小；喂入量 时，转速越高，损失率越小，含杂率越大；在喂入量为 ，转速在 之间可满足使用性能要求。根据以上分析，转速在 时的性能最优，根据国标要求，设定损失率，含杂率 ，出现如图 所示的 组对应的转速、轴距和喂入量满足要求。图 综合分析 根据国标要求，结合割台损失，设定损失率，含杂率 ，出现如表所示 组对应的转速、轴距和喂入量数据满足使用性能要求，符合的数据由 组降至 组。图 综合分析 通过上述试验可以得出：可以选定清选轮转速 ；当清选轮轴距 ，喂入量 时，损失率、含杂率基本在标准范围内；当清选轮轴距 ，喂入量 时，损失率在标准范围内，含杂率基本在 左右；但由于田间作业时环境和物料存在不确定性，加上割台在收获过程中亦存在损失等情况，再加上清选试验时清选宽度大约 ，在整机设计时清选宽度为 ，为试验宽度的 倍。因此整机清选轮轴距设定为 ，转速 ，喂入量设定在 ；此外设计清选轴轴距 可互换，验证是否可达 喂入量。风机转速越大，粮箱含杂率越低，损失率越高，转速在 时，数值基本满足要求。（下转第 页）拖拉机与农用运输车第 期 年 月据拖车制造厂商的需求，采用液压制动的拖车对于液压流量的需求为 ，压力不小于 。对此，选用的制动阀块相关参数为流量 ，阀块溢流阀压力设定为 。阀块所能达到的流量和压力均高于拖车制动的需求，如此可提升拖车制动的安全系数。图 制动阀块装配位置 在选择阀块安装位置时，由于拖拉机的最大涉水深度为 ，阀块的安装位置要高于该数值。最终将阀块安装在如图 所示的位置，制动阀块距离地面高度为 。如此可避免制动阀块浸泡在水中的风险。需要注意的是，制动阀块的安装位置不能为了避水而无限制的增高，这样不利于管路的布置，使用起来也不方便。电器设计在进行电器元件设计时，由于拖拉机在浅海作业，受作业环境所限，电磁阀线圈和接插件的防护等级要达到 以上，确保电路系统能够正常有效工作。结论拖拉机拖车制动系统已发展多年，但使用电液控制的拖车系统并不多见。本文根据浅海作业拖拉机的实际使用特点对拖车制动系统进行了开发，满足了其使用需求。参考文献：张恩 拖拉机挂车机组制动能力的理论研究 粮油加工与食品机械，（）：毛学东 拖拉机制动气泵特性的理论分析 江西农业大学学报，（）：孙德明，朱晓岩，马忠强，等 欧盟拖拉机双管路气制动系统研究 中国农机化学报，（）：姚海波，崔静伟，张传龙，等 大马力拖拉机的拖车气制动系统的散热方案研究 内燃机与配件，（）：赵贺 农用小四轮拖拉机拖车制动装置探究 农机使用与维修，（）：郑化冰，李鹏，赵传扬，等 浅海渔业型拖拉机开发 拖拉机与农用运输车，（）：（编辑张晓超）作者简介：管磊（），男，工程师，主要从事拖拉机电控液压系统方面的研究设计工作檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷。（上接第 页）华艳伟，牛吉朋，宋学领，等 型液压翻转调幅犁的设计 拖拉机与农用运输车，（）：王德强，吴蒙，魏鹏，等 基于 的复杂曲面零件逆向工程实践 拖拉机与农用运输车，（）：（编辑张晓超）作者简介：宋中界（），男，河南郑州人，高级工程师，研究方向为拖拉机检测。通讯作者：赵向鹏（），男，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向为拖拉机检测檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷。（上接第 页）结论本文设计了一种辣椒物料清选装置，制作了试验台架。通过对辣椒物料的清选试验和数据分析，发现影响辣椒物料清选的因素主次关系依次为：喂入量、清选轮轴、清选轮轴转速；而清选风机的转速则直接影响了椒叶的清选。因此根据试验初步确定：清选轮转速 ，轴距 ，喂入量在 ，风机转速在 时，清选装置的效果达到最佳。参考文献：袁银霞 辣椒收获机分离装置的设计研究 石河子：石河子大学，：胡爽吉，陈永成，袁银霞，等 辣椒收获机的研究现状及前景 农机化研究，（）：孙彦波，孙宏宇 收割机割台拔未虽形轮的设计 解决方案，（）：商景泰 通风机实用技术手册 北京：机械工业出版社，：，郑少华，姜奉华 试验设计与数据处理 北京：中国建材工业出版社，（编辑张晓超）管磊等：液压拖车制动在大轮拖上的应用