李謙緒，徐玉龍，沈曉凱

（1.新疆新研牧神科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830026；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)）

0 引言

我國是辣椒種植與消費(fèi)大國，近幾年來辣椒的種植面積不斷擴(kuò)大，且以新疆和貴州等地為主要產(chǎn)區(qū)。新疆由于獨(dú)特的地理環(huán)境，擁有較長的日照時(shí)間，干燥少雨且晝夜溫差大，因此辣椒的產(chǎn)量、品質(zhì)和色價(jià)較高，成為我國食品加工廠家和辣椒紅素生產(chǎn)廠家的首選原材料。

隨著種植辣椒的經(jīng)濟(jì)效益增長，種植戶和辣椒收購商對(duì)于辣椒收獲機(jī)械的性能要求也越來越高，但是由于辣椒自身的生物特性導(dǎo)致除雜較為困難，因此，提升辣收獲機(jī)的清選除雜性能尤為重要。

目前辣椒收獲機(jī)的清選除雜系統(tǒng)主要以風(fēng)選為主，利用風(fēng)機(jī)的風(fēng)力將采收的辣椒混合物料進(jìn)行分離，所以清選系統(tǒng)中清選風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)是重中之重[1-2]。

1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)

如圖1，辣椒清選風(fēng)機(jī)主要由調(diào)風(fēng)板、帶輪、調(diào)節(jié)螺母、風(fēng)機(jī)軸支架、風(fēng)機(jī)殼體、葉片、調(diào)節(jié)支架及傳動(dòng)裝置等組成[3]。風(fēng)機(jī)懸掛在辣椒收獲機(jī)底部，由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過皮帶向風(fēng)機(jī)軸傳遞動(dòng)力。

1.2 風(fēng)機(jī)工作原理

風(fēng)機(jī)除雜裝置主要利用物料間不同的懸浮速度來分離采摘的物料混合物?；旌衔镏泻欣苯?、椒葉和椒稈等雜質(zhì)，椒葉的懸浮速度為2.95m/s，辣椒果實(shí)的懸浮速度為11.18m/s。當(dāng)風(fēng)力作用于物料的力與其本身的重力相等，物料就會(huì)在風(fēng)機(jī)制造的氣流中靜止，此時(shí)氣流的速度即物料的懸浮速度。當(dāng)氣流的速度大于物料的懸浮速度時(shí)，物料就會(huì)被氣流帶走，當(dāng)氣流的速度小于物料的懸浮速度時(shí)，物料下落[4]。由清選部件排出的物料經(jīng)過風(fēng)機(jī)風(fēng)道，辣椒莖稈密度較大，直接從風(fēng)道口掉落。辣椒經(jīng)過風(fēng)道被吹至集料箱內(nèi)，椒葉被吹出機(jī)體，完成整個(gè)清選過程（圖2）[5]。

由于辣椒收獲在9月中旬開始，11月初結(jié)束。在此期間，辣椒、椒稈以及椒葉的密度、質(zhì)量及收獲環(huán)境會(huì)發(fā)生變化，所需要的清選風(fēng)量和風(fēng)向也會(huì)發(fā)生變化。在收獲過程中，可根據(jù)收獲情況調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和出風(fēng)口角度，從而防止辣椒被吹出或者風(fēng)量不夠造成掉落損失。

2 特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

2.1 特點(diǎn)

牧神4JZ-3600新型自走式辣椒收獲機(jī)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其主要優(yōu)勢在于：

（1）機(jī)具工作時(shí)，由收獲機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為清選風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，通過皮帶帶動(dòng)風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可在900~1200 r/min之間調(diào)節(jié)。氣流從風(fēng)機(jī)兩側(cè)進(jìn)入殼體，通過葉輪加速經(jīng)過風(fēng)道至出風(fēng)口，完成整個(gè)工作流程。

（2）葉輪是清選風(fēng)機(jī)的主要工作部件，選擇合適的風(fēng)機(jī)葉輪葉片數(shù)量會(huì)使吹出的氣流均勻，降低功率損耗，提高風(fēng)機(jī)的工作性能和工作效率。通過對(duì)各種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和使用情況的研究分析，本風(fēng)機(jī)采用兩面進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)，葉輪采用5片式葉片設(shè)計(jì)，葉輪外徑取410mm[6]。該設(shè)計(jì)使風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，有良好的互換性及良好的氣體流動(dòng)性能。在風(fēng)機(jī)兩側(cè)的進(jìn)風(fēng)口調(diào)風(fēng)板上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺母，松開調(diào)節(jié)螺母可調(diào)節(jié)調(diào)風(fēng)板的開度大小，以此調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量。

（3）由于辣椒收獲期較長，其含水率變化較大，不同時(shí)期的收獲工況對(duì)風(fēng)機(jī)的工作要求不同，因此本風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口角度也采用可調(diào)式設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)殼體通過調(diào)節(jié)支架安裝在機(jī)架上，松開調(diào)節(jié)支架上的固定螺母即可使風(fēng)機(jī)出風(fēng)口上下擺動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)出風(fēng)口角度的目的。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與地面初始角度為25°，可調(diào)范圍在15°~35°之間，在實(shí)際工作中，可通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口角度來配合不同的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而達(dá)到最佳的收獲效果。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

綜合考慮到辣椒收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)、各種清選風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作效率、動(dòng)力損耗情況、占用的空間的大小和實(shí)際工作工況等因素，通過對(duì)其他機(jī)型的清選風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比和研究分析，確定了風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，如表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

3 田間試驗(yàn)

清選風(fēng)機(jī)的性能主要體現(xiàn)在對(duì)辣椒果實(shí)清選的清潔率和損失率上。清潔率越高、損失率越低，就說明清選風(fēng)機(jī)的性能越好，而清潔率和損失率的高低不僅由清選風(fēng)機(jī)的風(fēng)力大小和出風(fēng)口角度決定，也與辣椒收獲的時(shí)間（辣椒的干濕程度）有關(guān)。

2021年9~11 月，在新疆巴州地區(qū)焉耆縣針對(duì)種植量最大的紅龍23板椒品種進(jìn)行了大量的田間試驗(yàn)，通過在不同時(shí)期收獲同一品種板椒，探究在不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和不同角度風(fēng)向清選風(fēng)機(jī)對(duì)板椒清選效果的影響。在風(fēng)機(jī)與地面夾角為初始角度25°的情況下，分別取風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900r/min、950 r/min、1 000 r/min、1 050 r/min、1 100r/min、1 150 r/min為試驗(yàn)條件，研究不同收獲時(shí)期清選風(fēng)機(jī)對(duì)板椒清選效果的影響。在不同的轉(zhuǎn)速下測試5組，取5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，見表2和表3。

表2 9月中旬風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速清選效果

表3 11月初風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速清選效果

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：隨著時(shí)間的變化，最佳清選轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生改變，但總體上清潔率是隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升先增加后降低，數(shù)據(jù)顯示在9月中旬時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1100r/min時(shí)清潔率最高；在十一月初時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min時(shí)清潔率最高。損失率總是隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而升高。

在9月中旬時(shí)，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定在1100r/min，改變風(fēng)機(jī)與地面夾角，測試其清選效果見表4。

表4 風(fēng)機(jī)與地面不同夾角清選效果（9月）

在11月初時(shí)，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定在1000r/min，改變風(fēng)機(jī)與地面夾角，測試其清選效果見表5。

表5 風(fēng)機(jī)與地面不同夾角清選效果（11月）

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，9月中旬在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，風(fēng)機(jī)與地面的夾角為25°時(shí)清潔率最高，11月初在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，風(fēng)機(jī)與地面的夾角為30°時(shí)清潔率最高。9月中旬新疆辣椒收獲剛剛開始，辣椒物料混合物的濕度較大，所需要的風(fēng)速較高，風(fēng)機(jī)與地面的夾角較低。11月初，辣椒收獲接近尾聲，所需要的清選風(fēng)速較低，風(fēng)機(jī)與地面的夾角較高，風(fēng)機(jī)的清選效果也比九月中旬好。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種辣椒收獲機(jī)清選風(fēng)機(jī)，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同收獲時(shí)期，清選所需要的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)向不同。在風(fēng)向不變的情況下，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，辣椒損失率增加，清潔率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，隨著風(fēng)機(jī)與地面夾角的增加，辣椒損失率先降低后增加，清潔率則先增加后降低。在9月中旬時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1100r/min，與地面夾角為25°時(shí)清潔率最高，損失率較??；在11月初時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000 r/min，與地面夾角為30°時(shí)清潔率最高，損失率較小。綜合辣椒收獲機(jī)清選標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際試驗(yàn)情況，此清選風(fēng)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用需求。