一种新型物料升运系统在辣椒收获机中的设计与应用

徐玉龙

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆乌鲁木齐830026）

0 引言

牧神4JZ-3600A 型自走式辣椒收获机是新疆新研牧神科技有限公司在吸收国内外辣椒收获机械先进技术和多年的研发攻关基础上，紧密结合我国现阶段辣椒种植和收获的农艺要求，研制出的一种大型自走式辣椒收获机械。该机具的主要收获功能部件由收获割台、清选系统、升运系统三大部分组成，其中升运系统主要负责将经过清选系统的辣椒提升、运送至粮箱，在提升和运送过程中尽量降低辣椒的破损率和掉落损失率，完成最后的输送工作，实现颗粒归仓。

1 设计理念及基本结构

1.1 设计理念

目前国内辣椒收获机械的升运装置基本上都采用的是两级，或者三级链条—刮板式输送器[1]，在每一级的输送器交接处有一个开放式的连接料口，这样的结构会让一部分辣椒在连接料口处挤压破碎和掉落，造成损失。链条—刮板式输送器每一级物料的提升角度和提升高度受整个收割机长度、高度和其他工作部件位置的限制，具有较大的局限性，会直接影响输送器的提升效率，消耗较多的系统动力。

牧神4JZ-3600A 型自走式辣椒收获机采用滚筒式提升器和封闭式刮板输送器组合使用，交接处采用密封式连接，这样的结构能够最大限度的减少辣椒在输送过程中的掉落损失，降低辣椒的破损率，提高输送效率，使结构更简单，性能更优良，同时方便了整机其他工作部件的位置布置，节省空间，降低成本，提高整个升运系统的工作效率。

1.2 基本结构

4JZ-3600A 型自走式辣椒收获机物料升运系统主要由滚筒式提升器、封闭式刮板输送器、封闭式连结料口、输送器传动系统和提升器传动系统五个部分构成[2]。

如图1，封闭式刮板输送器通过输送器连接板一和输送器连接板二分别固定在粮仓后部支架和提升器前部支撑梁上，运转动力由发动机动力输出系统通过输送器传动系统传导至输送器。

滚筒式提升器上部通过输送器连接板二与封闭式刮板输送器固定在一起，中部通过提升器连接板一和提升器连接板二与机架固定，下部通过提升器连接板三与后桥固定，运转动力由发动机动力输出系统通过提升器传动系统传导至滚筒式提升器。

封闭式连结料口下部与封闭式刮板输送器连接，上部和两侧与滚筒式提升器连接，组合成一个完整的物料升运机构。

如图2，滚筒式提升器的主体为提升器滚筒，提升器滚筒内侧安装有防止辣椒掉落的提升器滚筒内挡板。提升器滚筒和内挡板安装在提升器后部支撑梁与前部支撑梁之间，前、后支撑梁上部通过上横梁和上部连接轴连接在一起，中部通过提升器连接板一和提升器连接板二与机架固定在一起，下部通过底部支架连接板连接在底部支架上。

2 工作原理及技术特点

2.1 工作原理

辣椒经过收获割台和清选系统后，掉落到提升器滚筒下方输送槽中，如图2 提升器滚筒逆时针旋转，使辣椒被运送到提升器滚筒上方，在重力作用下，辣椒会通过封闭式连结料口掉落至封闭式刮板输送器下后方，然后通过输送器中的刮板式输送带运送至输送器前方，直至掉落到粮仓内，完成整个升运—输送过程[3]。

在提升器滚筒内侧安装有提升器滚筒内挡板，保证在提升过程中辣椒始终在提升器滚筒输送槽中，不会掉落；提升器滚筒的外表面和输送槽隔板上分布着大量圆孔，能使辣椒在提升过程中过滤掉一部分细小杂质，具有一定的清选功能。

滚筒式提升器的旋转动力来源于发动机动力输出系统，发动机动力输出系统将动力传送至滚筒式提升器传动箱体，传动箱体将动力经过减速和换向，通过链条一传送至链轮一，链轮一通过左侧主动轴将动力传给两个安装在轴上的摩擦轮和链轮二，链轮二通过链条二将动力传送至链轮三，链轮三通过右侧主动轴将动力传给两个安装在轴上的摩擦轮；通过下部四个摩擦轮的转动，在摩擦力的作用下使提升器滚筒逆时针旋转，上部的四个摩擦轮起辅助固定作用，保证提升器滚筒在垂直于地面的方向上匀速转动，不会与后部支撑梁和前部支撑梁发生摩擦。

因为连结料口和输送器都是封闭式的，这样就避免了辣椒在输送过程中出现掉落损失；输送器的旋转动力来源于发动机动力输出系统，发动机动力输出系统将动力传送至输送器传动系统，输送器传动系统中的两级输送链轮将转动速度调整至输送器所需速度，达到输送器旋转速度可控的目的。通过调节输送器上输送带的速度来控制辣椒被抛入粮仓的初速度，从而控制辣椒落入粮仓的位置，实现粮仓均匀充满的效果。

2.2 技术特点

4JZ-3600A 新型自走式辣椒收获机物料升运系统的技术特点及其主要优势在于：

（1）滚筒式提升器布置在机器的后方，方便了整机其他工作部件的位置布置，节省了空间，可以单独拆卸，方便维修；

（2）滚筒式提升器能够在垂直方向上一次性将辣椒提升3 m 的高度，没有中间的过渡机构，减少了辣椒在提升过程中的掉落损失，降低了辣椒被挤压和碰撞出现破损的可能性，还能提高输送效率，节约生产成本；

（3）滚筒式提升器的滚筒外表面和输送槽隔板上分布着大量圆孔，能使辣椒在提升过程中过滤掉一部分细小杂质，具有一定的清选功能；

（4）封闭式刮板输送器布置在机器的后上方，不占用其他工作部件的空间，可以单独拆卸，方便维修，封闭式的设计可以使辣椒在输送过程中最大限度的降低掉落损失；

（5）封闭式连结料口能使辣椒从滚筒式提升器进入刮板式输送器时没有掉落损失，降低破碎率；

（6）传动系统均采用简单的链条传动，结构简单，可靠性高，损失功率小，不会出现打滑现象。

3 产品试制与试验情况

牧神4JZ-3600A 新型自走式辣椒收获机的试制工作于2019 年9 月开始，由公司研发中心确定产品生产工艺流程，制定相应的工艺操作技术规程，在公司经济技术开发区产品制造及科技成果转化基地内建成了自走式辣椒收获机装配生产线，确定了产品加工工艺、工装及工位布置。新疆牧神机械制造有限责任公司负责零部件的加工生产和样机的装配工作。在样机试制过程中，物料升运系统最难加工和装配的就是滚筒式提升器，其结构紧凑，加工工艺比较复杂，加工精度要求高，装配要求高，需要熟练掌握机具生产工艺，精确制作相应工装模具；使用仿形加工、激光切割等先进的加工手段，保证了每个零件的加工精度和整个部件的装配质量。

物料升运系统在生产和装配中需要注意以下几点：

（1）圆形的提升器滚筒是整个物料升运系统的关键。制作时必须使用工装模具，保证提升器滚筒的圆度，不能出现扭曲和凹凸不平的现象；装配时必须保证提升器滚筒垂直于底部支架[4]。

（2）安装提升器滚筒内挡板时，左右两侧与提升器滚筒的左右侧壁之间应该留有5 mm 间隙，既要防止间隙太大导致辣椒掉落，又要防止间隙太小导致两个部件产生摩擦。

（3）提升器滚筒下方的4 个摩擦轮是滚筒转动动力的来源，安装时必须保证4 个摩擦轮的轴心在同一水平平面内，使提升器滚筒受力均匀，给滚筒提供连续平稳的动力。

（4）封闭式刮板输送器安装时，要保证输送带的前、后轴处于水平平面内，不能倾斜，保证物料在运输时均匀分布在输送带上，不能让物料因为输送带的倾斜而导致物料堆积。

2019 年10 月，第一台4JZ-3600A 新型自走式辣椒收获机在焉耆、和静、和硕等地区进行了的收获作业。机具整体性能优良，收获效率高，达到了预期的效果。在田间试验中，物料升运系统性能良好，未出现大的故障和缺陷，同时也发现了一些可以优化和改进的地方。

（1）提升器滚筒内的输送槽间隔板刚性不足，有个别挡板出现了弯曲变形，需要加强板厚或者增加加强筋。

（2）提升器滚筒内挡板制作弧度不够，安装时不能和提升器滚筒内侧紧密贴合，需重新改善焊接工装。

（3）提升器滚筒转速调节要靠更换齿轮实现，为了能快速调节转速，需增加一个无级变速机构或者使用电液控制[5]。

（4）刮板输送器左侧壁出现脱焊现象，需要加强焊接质量。

通过一个季度的田间作业和针对不同辣椒品种、不同种植模式的实地收获试验，体现出本机具有良好的收割效果，其中辣椒损失率、破碎率、工作效率等各项性能指标都达到了产品设计要求，也为以后的机具升级、性能提升、结构优化等工作提供了具体试验数据和第一手资料。

4 结论

4JZ-3600A 新型自走式辣椒收获机物料升运系统结构简单、布置方便、空间利用率高、物料损失小、辣椒破碎率小、输送效率高，各个部件可以单独拆卸，方便维修，而且提升器滚筒具有一定的清选功能，具备很好的实用性和较高的推广前景。