一种气吸式红枣捡拾收获机的研制

党凯锋，张鹏霞，杨震，曹希凡

（陕西省农业机械研究所，陕西咸阳712000）

一种气吸式红枣捡拾收获机的研制

党凯锋，张鹏霞，杨震，曹希凡

（陕西省农业机械研究所，陕西咸阳712000）

为解决红枣的机械化捡拾收获问题，对红枣捡拾机进行了研发。该机采用负压吸拾、气流清选的工作原理，对红枣进行收集和杂质分离，重点介绍了设备的结构、工作原理、关键部件设计和样机测试等，主要应用于平原枣园的红枣捡拾收获，同样适用于山楂、沙果、酸枣等类似林果的收获捡拾。

红枣；捡拾；负压吸拾；气流清选

0 引言

枣是滋补食品，民间有“五谷加红枣，胜似灵芝草”之说。枣在中国人生活中具有特殊地位，早已融入百姓日常生活，成为一种文化。从灾年的救命粮到婚庆吉祥物，勤劳的中国人培育了一批批名枣，如北京的密云小枣、河北的赞皇大枣、陕北滩枣、陕西的大荔龙枣、浙江的义乌大枣等。陕西省现有红枣面积1.8×105hm2，年产红枣31.6×104t，是仅次于苹果的第二大果业。传统的红枣收获为人工敲打结枣树枝，枣落地后再进行人工捡拾，捡枣需要耗费大量的人力，效率非常低；且枣的收获期与其他作物重叠，劳动力短缺造成收获延误，影响后续加工。开展红枣机械化捡拾研究，能解决季节性劳动力紧缺问题，降低人工劳动强度，缩短收获周期。近年来实行红枣矮化种植，红枣的种植规模迅速扩大，红枣的机械化收获提上日程。红枣收获期间，部分红枣已成熟掉落地表，如采用大型采收机，机具进地作业，对已落到地表的红枣进行碾压，红枣损失较大。陕西省农业机械研究所近年来开展了红枣加工和收获等方面的研究[1-2]，研制出气吸式红枣捡拾收获机。

气吸式红枣捡拾收获机样机示意图见图1。

图1 气吸式红枣捡拾收获机样机示意图

1 概述

该机属于农业机械领域，主要应用于平原枣园的红枣捡拾收获，同样适用于山楂、沙果、酸枣等类似林果的收获捡拾；技术指标为生产率≥150 kg/h，含杂率≤5%，捡净率≥90%；可对落地红枣进行捡拾收获，并进行初步清选，清除叶子、土块等杂物，以节省人力，提高生产效率。

从原理性试验开始，重点进行分离装置研究，降低红枣含杂率，提高生产率。通过风机选型→试验样机制作→吸拾试验→枣叶分离试验→枣土分离试验→汽油机选型→样机试制→配套性能试验→实地试验→样机改进等步骤，进行了2代样机的试制试验。该项目技术“一种红枣清选捡拾机”获得实用新型专利1项[3]，2015年6月通过了陕西省科技成果鉴定，达到国内领先水平。

2 结构及工作原理

2.1 结构

气吸式红枣捡拾收获机结构见图2。

图2 气吸式红枣捡拾收获机结构

2.2 原理及工作过程

气吸式红枣捡拾收获机采用负压吸拾、气流清选的工作原理，主要由手持吸管、进风管道、机箱、风机、传动装置、机架等组成。吸管连接于箱体前端顶部，进风管道位于机箱前端，风机安装在箱体后端。工作时，风机将机箱内空气抽出，使内部呈负压状态，地面红枣在内外压差作用下被吸管吸入箱内，含杂红枣经过分离装置，杂质分离落出来，红枣落入果箱中的物料筐中。

作业时，一人推动机器前行，另一人手持吸气管对准地表的红枣。地面的红枣、杂质在吸气管口吸力作用下进入管道，从风选箱的顶部垂直落下，经过双气流分离装置，尘土和落叶等杂质落入杂物箱内，红枣落入果箱。捡拾过程中产生的杂质主要是叶子、小树枝、尘土、小土块等。工作中观察到盛果筐满后，关小汽油机油门，打开出料门，更换盛枣筐，同时将杂物箱底部的出杂门打开，叶子等杂质从箱底部落下。关上出料门和出杂门，加大汽油机油门，继续进行捡拾作业。

3 关键部件设计

3.1 双气流分离装置

双气流杂质分离原理示意图见图3。

图3 双气流杂质分离原理示意图

该双气流分离装置镶嵌在机箱内部，是机器的核心机构，已申请国家实用新型专利。装置将机箱分成3个部分，即上部的风选箱、下部的物料箱和杂物箱。物料箱侧面开有出料门，杂物箱底部开有出杂门。

风选箱的前端连接进风管道，风选箱的顶部靠近进风管道处连接进料管接头，进料管接头与吸气管相连。进风管道的纵向截面呈直角梯形，可以使本来集中的气流进行分散外，并使风选箱内形成倾斜向上的风选气流。进风管道的位置处于风选箱左侧中心偏下，梯形的直角边应接近风选箱底部，使风选箱底部也充满均匀气流，防止出现涡流现象。进料管接头的位置应处于直角梯形斜边延长线的右侧，以确保物料一旦进入风选箱即可受到倾斜向上的气流作用。进风管道前端连接调节阀，可调节风选气流量，以适应不同物料。

倾斜隔板的上部向风机一侧倾斜，与水平呈50°角，隔板顶部与风选箱顶形成一条狭窄缝隙，其尺寸刚能够使杂物通过。倾斜隔板的作用可以阻挡红枣运动，同时引导叶子等杂物通过隔板顶部缝隙进入杂物箱内，红枣则通过隔板底部的孔落入果箱的物料筐内，达到枣和杂质分离的目的。

箱体外设有2个观察窗，观察物料箱和杂物箱的状态。物料筐装红枣，可以做到在不停机的情况下快速更换。

3.2 大面积平板隔离过滤网

隔离过滤网的作用是隔离风机和杂质的同时不阻挡气流。应能将叶子等杂质阻挡在杂物箱内，而不进入风机内部，网孔又不能被叶子等杂质堵塞。若叶子树枝等进入风机内部，将会缠绕风叶，造成风叶的磨损。若过滤网的网孔被叶子堵死，则机箱内的负压将会迅速减小，吸气管的吸力减小，影响设备性能。

隔离过滤网试验效果见图4。

图4 隔离过滤网试验效果

在过滤网的设计中，曾考虑过采用球形、圆柱体等形状的网罩，但试验中均会出现网眼被堵塞的情况，还试验过增加机械装置除去堵在网上的叶子，均不理想。最终确定设计成整个大面积平板隔离过网，由于面积大，网孔不容易被全部堵住，试验效果非常好。

3.3 风机选型

该设备中有2个进气管道，1个是物料进口，1个是作为分离杂物的进气口，这2个管道的直径相等，均选用75 mm管径。通过计算风压和风量[4]，选用高压离心风机9-19-4A型，配用电机功率2.2 kW，风量1 264 m3/h，风压3 597 Pa[5]。

3.4 传动系统

传动系统见图5。

图5 传动系统

在传动系统设计中，将风机的动力改为汽油发动机，选择单缸四冲程风冷式170F型汽油发动机。170F型汽油机直接带负荷启动比较困难，在传动系统中加入自动离合器，汽油机—自动离合器—皮带传动—风机轴。在汽油机转速高于2 000 r/min时自动离合器啮合，通过皮带传动带动风机轴转动。虽然在自动离合器和皮带传动中会损失部分动力，但完全解决了传动系统的启动困难问题，也提高了系统的安全性能。

3.5 捡拾吸头

捡拾吸头设计见图6。

图6 捡拾吸头设计

由图6可知，吸头底部向开口方向两侧扩展，开口部分呈梯形，整体呈簸箕状。该设计可使集中的气流分散到地面上，可使吸头口部的气流涉及更大的地面。若吸头向前运动，吸头底部的平面部分有利于红枣顺利进入。吸头口部的截面积不能过大，否则吸力会大大减小。

3.6 防堵结构

防堵结构设计见图7。

图7 防堵结构设计

在试验中发现进料管弯头处容易堵塞，采用加粗弯头处管道直径的方法，防止物料堵塞，防堵效果明显。

4 样机测试

2014年9月，项目组人员到陕西省泾阳县太平镇泾河滩枣园进行实地试验。枣园枣树为老品种木枣，许多树龄在100年左右，树杆粗约20 cm，高6～7 m。地面大多经过人工锄草，土地松软，还有一部分为未经处理的硬地。

实地试验捡拾效果见图8。

图8 实地试验捡拾效果

捡拾吸头为普通圆管（内径75 mm），实地测试结果如下。

捡拾吸头为普通圆管的实地测试结果见表1。

表1 捡拾吸头为普通圆管的实地测试结果

在捡拾吸头为普通圆管（内径75 mm）的实地测试中，设备生产率为153.5 kg/h；而在红枣单层密集平铺状态的试验测试中，生产率达到343 kg/h；在安装了簸箕型捡拾吸头的试验测试中，生产率可达到531 kg/h。以上试验表明，该设备的生产率与落地红枣的分布状况关系密切，若红枣分布比较密集，则设备的生产率较高；若分布比较离散，则生产率较低。捡拾吸头结构形式对生产率也有很大的影响。

5 结论

气吸式红枣捡拾收获机提供了一种结构简单的捡拾和杂物清选方式，将红枣和杂物分别收集，确保捡拾红枣品质和风机运行安全。该设备结构简单、杂质分离效果好、易于推广应用，在收获红枣品质、生产率和安全性方面都有很大程度提高。

该机的优点在于：①利用负压捡拾、气流清选原理，完成红枣的捡拾和杂质分离，相比其他机械

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

党凯锋（1984—），男，本科，高级工程师，研究方向为畜牧机械及农产品加工设备。

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）