黨凱鋒，張鵬霞，楊震，曹希凡

（陜西省農(nóng)業(yè)機械研究所，陜西咸陽712000）

一種氣吸式紅棗撿拾收獲機的研制

黨凱鋒，張鵬霞，楊震，曹希凡

（陜西省農(nóng)業(yè)機械研究所，陜西咸陽712000）

為解決紅棗的機械化撿拾收獲問題，對紅棗撿拾機進行了研發(fā)。該機采用負壓吸拾、氣流清選的工作原理，對紅棗進行收集和雜質分離，重點介紹了設備的結構、工作原理、關鍵部件設計和樣機測試等，主要應用于平原棗園的紅棗撿拾收獲，同樣適用于山楂、沙果、酸棗等類似林果的收獲撿拾。

紅棗；撿拾；負壓吸拾；氣流清選

0 引言

棗是滋補食品，民間有“五谷加紅棗，勝似靈芝草”之說。棗在中國人生活中具有特殊地位，早已融入百姓日常生活，成為一種文化。從災年的救命糧到婚慶吉祥物，勤勞的中國人培育了一批批名棗，如北京的密云小棗、河北的贊皇大棗、陜北灘棗、陜西的大荔龍棗、浙江的義烏大棗等。陜西省現(xiàn)有紅棗面積1.8×105hm2，年產(chǎn)紅棗31.6×104t，是僅次于蘋果的第二大果業(yè)。傳統(tǒng)的紅棗收獲為人工敲打結棗樹枝，棗落地后再進行人工撿拾，撿棗需要耗費大量的人力，效率非常低；且棗的收獲期與其他作物重疊，勞動力短缺造成收獲延誤，影響后續(xù)加工。開展紅棗機械化撿拾研究，能解決季節(jié)性勞動力緊缺問題，降低人工勞動強度，縮短收獲周期。近年來實行紅棗矮化種植，紅棗的種植規(guī)模迅速擴大，紅棗的機械化收獲提上日程。紅棗收獲期間，部分紅棗已成熟掉落地表，如采用大型采收機，機具進地作業(yè)，對已落到地表的紅棗進行碾壓，紅棗損失較大。陜西省農(nóng)業(yè)機械研究所近年來開展了紅棗加工和收獲等方面的研究[1-2]，研制出氣吸式紅棗撿拾收獲機。

氣吸式紅棗撿拾收獲機樣機示意圖見圖1。

圖1 氣吸式紅棗撿拾收獲機樣機示意圖

1 概述

該機屬于農(nóng)業(yè)機械領域，主要應用于平原棗園的紅棗撿拾收獲，同樣適用于山楂、沙果、酸棗等類似林果的收獲撿拾；技術指標為生產(chǎn)率≥150 kg/h，含雜率≤5%，撿凈率≥90%；可對落地紅棗進行撿拾收獲，并進行初步清選，清除葉子、土塊等雜物，以節(jié)省人力，提高生產(chǎn)效率。

從原理性試驗開始，重點進行分離裝置研究，降低紅棗含雜率，提高生產(chǎn)率。通過風機選型→試驗樣機制作→吸拾試驗→棗葉分離試驗→棗土分離試驗→汽油機選型→樣機試制→配套性能試驗→實地試驗→樣機改進等步驟，進行了2代樣機的試制試驗。該項目技術“一種紅棗清選撿拾機”獲得實用新型專利1項[3]，2015年6月通過了陜西省科技成果鑒定，達到國內(nèi)領先水平。

2 結構及工作原理

2.1 結構

氣吸式紅棗撿拾收獲機結構見圖2。

圖2 氣吸式紅棗撿拾收獲機結構

2.2 原理及工作過程

氣吸式紅棗撿拾收獲機采用負壓吸拾、氣流清選的工作原理，主要由手持吸管、進風管道、機箱、風機、傳動裝置、機架等組成。吸管連接于箱體前端頂部，進風管道位于機箱前端，風機安裝在箱體后端。工作時，風機將機箱內(nèi)空氣抽出，使內(nèi)部呈負壓狀態(tài)，地面紅棗在內(nèi)外壓差作用下被吸管吸入箱內(nèi)，含雜紅棗經(jīng)過分離裝置，雜質分離落出來，紅棗落入果箱中的物料筐中。

作業(yè)時，一人推動機器前行，另一人手持吸氣管對準地表的紅棗。地面的紅棗、雜質在吸氣管口吸力作用下進入管道，從風選箱的頂部垂直落下，經(jīng)過雙氣流分離裝置，塵土和落葉等雜質落入雜物箱內(nèi)，紅棗落入果箱。撿拾過程中產(chǎn)生的雜質主要是葉子、小樹枝、塵土、小土塊等。工作中觀察到盛果筐滿后，關小汽油機油門，打開出料門，更換盛棗筐，同時將雜物箱底部的出雜門打開，葉子等雜質從箱底部落下。關上出料門和出雜門，加大汽油機油門，繼續(xù)進行撿拾作業(yè)。

3 關鍵部件設計

3.1 雙氣流分離裝置

雙氣流雜質分離原理示意圖見圖3。

圖3 雙氣流雜質分離原理示意圖

該雙氣流分離裝置鑲嵌在機箱內(nèi)部，是機器的核心機構，已申請國家實用新型專利。裝置將機箱分成3個部分，即上部的風選箱、下部的物料箱和雜物箱。物料箱側面開有出料門，雜物箱底部開有出雜門。

風選箱的前端連接進風管道，風選箱的頂部靠近進風管道處連接進料管接頭，進料管接頭與吸氣管相連。進風管道的縱向截面呈直角梯形，可以使本來集中的氣流進行分散外，并使風選箱內(nèi)形成傾斜向上的風選氣流。進風管道的位置處于風選箱左側中心偏下，梯形的直角邊應接近風選箱底部，使風選箱底部也充滿均勻氣流，防止出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。進料管接頭的位置應處于直角梯形斜邊延長線的右側，以確保物料一旦進入風選箱即可受到傾斜向上的氣流作用。進風管道前端連接調(diào)節(jié)閥，可調(diào)節(jié)風選氣流量，以適應不同物料。

傾斜隔板的上部向風機一側傾斜，與水平呈50°角，隔板頂部與風選箱頂形成一條狹窄縫隙，其尺寸剛能夠使雜物通過。傾斜隔板的作用可以阻擋紅棗運動，同時引導葉子等雜物通過隔板頂部縫隙進入雜物箱內(nèi)，紅棗則通過隔板底部的孔落入果箱的物料筐內(nèi)，達到棗和雜質分離的目的。

箱體外設有2個觀察窗，觀察物料箱和雜物箱的狀態(tài)。物料筐裝紅棗，可以做到在不停機的情況下快速更換。

3.2 大面積平板隔離過濾網(wǎng)

隔離過濾網(wǎng)的作用是隔離風機和雜質的同時不阻擋氣流。應能將葉子等雜質阻擋在雜物箱內(nèi)，而不進入風機內(nèi)部，網(wǎng)孔又不能被葉子等雜質堵塞。若葉子樹枝等進入風機內(nèi)部，將會纏繞風葉，造成風葉的磨損。若過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔被葉子堵死，則機箱內(nèi)的負壓將會迅速減小，吸氣管的吸力減小，影響設備性能。

隔離過濾網(wǎng)試驗效果見圖4。

圖4 隔離過濾網(wǎng)試驗效果

在過濾網(wǎng)的設計中，曾考慮過采用球形、圓柱體等形狀的網(wǎng)罩，但試驗中均會出現(xiàn)網(wǎng)眼被堵塞的情況，還試驗過增加機械裝置除去堵在網(wǎng)上的葉子，均不理想。最終確定設計成整個大面積平板隔離過網(wǎng)，由于面積大，網(wǎng)孔不容易被全部堵住，試驗效果非常好。

3.3 風機選型

該設備中有2個進氣管道，1個是物料進口，1個是作為分離雜物的進氣口，這2個管道的直徑相等，均選用75 mm管徑。通過計算風壓和風量[4]，選用高壓離心風機9-19-4A型，配用電機功率2.2 kW，風量1 264 m3/h，風壓3 597 Pa[5]。

3.4 傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)見圖5。

圖5 傳動系統(tǒng)

在傳動系統(tǒng)設計中，將風機的動力改為汽油發(fā)動機，選擇單缸四沖程風冷式170F型汽油發(fā)動機。170F型汽油機直接帶負荷啟動比較困難，在傳動系統(tǒng)中加入自動離合器，汽油機—自動離合器—皮帶傳動—風機軸。在汽油機轉速高于2 000 r/min時自動離合器嚙合，通過皮帶傳動帶動風機軸轉動。雖然在自動離合器和皮帶傳動中會損失部分動力，但完全解決了傳動系統(tǒng)的啟動困難問題，也提高了系統(tǒng)的安全性能。

3.5 撿拾吸頭

撿拾吸頭設計見圖6。

圖6 撿拾吸頭設計

由圖6可知，吸頭底部向開口方向兩側擴展，開口部分呈梯形，整體呈簸箕狀。該設計可使集中的氣流分散到地面上，可使吸頭口部的氣流涉及更大的地面。若吸頭向前運動，吸頭底部的平面部分有利于紅棗順利進入。吸頭口部的截面積不能過大，否則吸力會大大減小。

3.6 防堵結構

防堵結構設計見圖7。

圖7 防堵結構設計

在試驗中發(fā)現(xiàn)進料管彎頭處容易堵塞，采用加粗彎頭處管道直徑的方法，防止物料堵塞，防堵效果明顯。

4 樣機測試

2014年9月，項目組人員到陜西省涇陽縣太平鎮(zhèn)涇河灘棗園進行實地試驗。棗園棗樹為老品種木棗，許多樹齡在100年左右，樹桿粗約20 cm，高6～7 m。地面大多經(jīng)過人工鋤草，土地松軟，還有一部分為未經(jīng)處理的硬地。

實地試驗撿拾效果見圖8。

圖8 實地試驗撿拾效果

撿拾吸頭為普通圓管（內(nèi)徑75 mm），實地測試結果如下。

撿拾吸頭為普通圓管的實地測試結果見表1。

表1 撿拾吸頭為普通圓管的實地測試結果

在撿拾吸頭為普通圓管（內(nèi)徑75 mm）的實地測試中，設備生產(chǎn)率為153.5 kg/h；而在紅棗單層密集平鋪狀態(tài)的試驗測試中，生產(chǎn)率達到343 kg/h；在安裝了簸箕型撿拾吸頭的試驗測試中，生產(chǎn)率可達到531 kg/h。以上試驗表明，該設備的生產(chǎn)率與落地紅棗的分布狀況關系密切，若紅棗分布比較密集，則設備的生產(chǎn)率較高；若分布比較離散，則生產(chǎn)率較低。撿拾吸頭結構形式對生產(chǎn)率也有很大的影響。

5 結論

氣吸式紅棗撿拾收獲機提供了一種結構簡單的撿拾和雜物清選方式，將紅棗和雜物分別收集，確保撿拾紅棗品質和風機運行安全。該設備結構簡單、雜質分離效果好、易于推廣應用，在收獲紅棗品質、生產(chǎn)率和安全性方面都有很大程度提高。

該機的優(yōu)點在于：①利用負壓撿拾、氣流清選原理，完成紅棗的撿拾和雜質分離，相比其他機械

A machine is developed in order to mechanize the harvest process of collecting red jujubes.The machine can be utilized to collect the red jujubes as well as to analyze impurities in them by taking advantage of negative pressure to inhale the red jujubes，and clean and classify by air flow.It can not only be used in harvesting red jujubes，but also can adopt in harvesting and collecting in forest fruits such as hawthorns，crabapples，wild jujubes，and so on.The mechanical structure，working principle，key components designs and testing of the prototype，etc.are introduced emphatically.

red jujubes；collecting；negative pressure to inhale；clean and classify by air flow

S225

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.041

2017-05-31

黨凱鋒（1984—），男，本科，高級工程師，研究方向為畜牧機械及農(nóng)產(chǎn)品加工設備。

Research on a Pressure Inhale Equipment in Red Jujube Collecting

DANG Kaifeng，ZHANG Pengxia，YANG Zhen，CAO xifan

（Shaanxi Agricultural Machinery Research Institute，Xianyang，Shaanxi 712000，China）