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1、摘要:1I绪论21.1 研究背景21.2 研究目的和意义3研究目的31.2.1 研究意义31.3 辣椒收获机国内外研究现状4国外研究现状41.3.1 国内研究现状51.4 研究内容61.5 课题创新点62辣椒收获机的总体方案设计72.1 贵州辣椒的种植模式及特征介绍7辣椒的种植模式72.1.1 辣椒及植株的外形参数72.2 设计原则和设计思路8设计原则82.2.1 设计思路92.3 整机工作原理92.4 本章小结II3关键部件的结构设计与分析123.1 采摘结构的设计123.2 传送装置设计14传送带结构设计143.2.1 传送带主要工作参数153.3 清选装置设计163.4 行走机构设计17
2、驱动功率计算173.4.1 行走机构的结构设计18链传动设计193.4.2 轴承选型19主轴设计及校核203.5 本章小结22参考文献23致谢25附录错误!未定义书签。设计说明书设计思路本文主要通过收集国内外辣椒收获机和辣椒相关的参考资料，结合贵州现有 辣椒产业现状和辣椒种植模式，以及货州地形特点和辣椒物理特性，综合考虑确 定辣椒的采摘方式和结构、整机功能、操作控制方式和整体结构布局；再根据设 计方案和功能要求，使用SolidWorks建立辣椒收获机三维零部件，并合理地组 装零部件以形成整机的虚拟样机；再在整机三维模型的基础上，使用有限元分析 方法对关犍零部件进行强度、刚度和动态分析，其中包括
3、采摘结构和机架，针对 分析结果，有根据的对其结构和尺寸进行修改和优化，最后绘制整机需要加工零 件的二维工程图纸。2.3 整机工作原理(1)整体原理辣椒收获机主要的工作部件为展开式双螺旋采摘装置、皮带传送装置、清选 机构、行走机构和收集机构组成。田间作业时，整机沿着辣椒植株方向前进，辣 椒进入采摘机构的双螺旋杆之间，螺旋杆持续旋转，对在茎秆上的辣椒进行拉扯 和拍打，将辣椒从茎秆上分离下来，因螺旋杆倾斜安装，随着整机前进，采摘机 构可将辣椒从植株上由下而上的采净。采摘下的辣椒随着螺旋杆的旋转运动，朝 着旋向的方向抛出，进入到传送皮带上，辣椒再随着皮带传输到后方的清选机构 中，辣椒通过两段中间隔有空
4、隙的滑道,将混在辣椒中的椒叶通过风机清选出来， 最后辣椒经过下段滑道进入收集袋，完成整个收获过程。(2)采摘原理当朝天椒植株通过整机前端的八字型导向板，进入到运动的双螺旋杆中间时, 两侧的螺旋杆不停旋转拍打植株上的辣椒，将辣椒从植株上捋下来。因两侧螺杆 旋向不同，分别往各自外侧旋转,脱落的辣椒将随着螺杆旋向落在螺旋杆两外侧。 原理如图2.2所示。设计说明书图2.2辣椒采摘原理图朝天椒采摘原理是螺旋杆与辣椒接触的拉力大于辣椒与茎秆之间的连接力。 传动系统给采摘机构的螺旋杆提供合适的功率和旋转速度就可以将辣椒采摘下 来，同时还保证辣椒的低破损率。辣椒采摘过程中主要受到螺旋杆扭矩的作用力Fn,辣椒受
5、力可以分解为沿 着螺旋线的方向和垂直于螺旋线的方向，分别为Fa和Ft,当Ft大于辣椒与茎秆 之间的连接力，即可完成辣椒与茎秆的分离过程。(2.1)7； _ 9550/n dI nd1上式中：Tn螺旋杆的扭矩，N-m；Pn螺旋杆输入功率，kW；di接触点离轴线距离，mm；n一螺旋杆转速，rad/So辣椒所受拉力：(2.2)Ft = F n sin 0上式中：8螺纹升角，单位。辣椒平均连接力为15N,所以当辣椒受力Ft大于15N时可实现辣椒与茎秆 的脱离过程，再根据式（2.1）和（2.2）反推可计算出螺旋杆扭矩的作用力Fn, 可为展开式双螺旋采摘机构的设计提供理论依据。（3）辣椒收获机清选原理任何
6、事物在空气中会受到气体流动的作用力，当气体流速足够大时，作用力 将大于物体重力和外部阻力，这将迫使物体向风力的方向运动。在垂直气流作用 下，使物体悬浮的最小气流速度为悬浮速度，这是物体所受浮力和重力相平衡的 重要因素。农业作物的气流清选是依据作物中的各组成部分在气流中的不同 临界速度或阻力系数来实现的。因不同物料在气流中的运动参数不同，在相同速 度的气流作用下，对其产生的作用力和运动规律皆有差异，从而将不同成分分离 出来【RM。本研究通过流体悬浮原理对辣椒收获过程中产生的杂质进行分离。物 体所受气流作用力大小为：(2.3)P = kpSv2式中:设计说明书P物体所受气流作用力大小，单位N：k阻
7、力系数:0 一空气密度，单位kg/cm3；S一迎风面积，单位m2；v一物体相对于气流的相对速度，m/So在垂直气流的作用下，物料的运动方程为:(2.4)r dvp - G = m dt上式中：m一物料的质量，单位kg;G物料的重量，单位N。当处于悬浮状态时，可认为dv/dl = O,上式可变为P=G,结合式（2.3）可得出:(2.5)P = kpSv2 = G = mgvp =mg kps(2.6)上式中VP为物料在空气中的悬浮速度，kP为物料在空气中的漂浮系数。 这两个关键参数为清选机构的设计提供理论依据。2.4 本章小结（1）对贵州主要种植的辣椒进行了研究，确定了辣椒的种植模式和相关的 物
8、理特性参数，为辣椒收获机方案的选择和参数的确定提供了参考依据。（2）明确了收获机的工作过程、总体收获原理、展开式双螺旋采摘原理和 清选原理，为收获机的具体零部件的设计提供了依据。（3）根据已有设备和资料，初步确定了辣椒收获机的主要工作参数。（4）提出了辣椒收获机的总体设计方案，确定了整机的结构，空间布局。 实现辣椒收获过程的高效采摘、传输、清选、收集等作业流程。设计说明书3关键部件的结构设计与分析就目前来说，SolidWorks软件是三维CAD系统，它是众多电子软件中唯 一一个以Windows为基础进行开发的软件。上世纪九十年代初，由PTC公 司与CV公司负责人发起的SolidWorks公司成
9、立，仅仅三年的时间，它便推出 了三维机械设计软件，这是它的首个软件。凭借着先进的系统技术，如 Windows OLE技术、直观式设计技术等，SolidWorks稳坐世界最大、最好装 机量的宝座。在进行产品设计时，工作人员如果采用SolidWorks来进行设 计，可以大大节省设计的时间和精力,SolidWorks的这些优点，如建模能力强， 装配方便等都是它受欢迎的原因，Solidworks软件主要有以下特点：（1）人性化的界面，管理树的便捷设计，都非常适合人们的需求。在进行 件、装配和工程图的控制时，可通过管理和修改实现。PropertyManager设计界 面非常简单、舒适，不仅对话框简洁，方
10、便使用者进行操作，而且使用者还能 更加便捷地进行查看和修改的程序。（2）智能型的装配方式，在大型复杂程序的装配中效果会更加明显。单个 软件在调入时不会受到很多限制，可以对其进行多角度的检查。新零件生成 时，能够自动参考其他零件的生成过程来进行。装配时，零件也可以根据需要 进行修改甚至是重新设计。通过捉配合的智能化装配技术，SolidWorks大大提 高装配的总体速度。（3）动态模拟形式，可以对零部件或装配体的运动状态进行实时查看与检 测，及时发现部件运动时产生的问（4）具有最快速的有限元分析功能。Simulation插件的工作原理是以有限 元设计为基础来进行软件设计分析。它的优点是提高零部件或
11、装配体的频率、 优化等功能，此外，还能增强其疲劳分析与动力学分析的能力。3.1采摘结构的设计采摘机构作为辣椒收获机的主要工作部件，对辣椒的采摘质量起到关键性的 作用，不仅影响辣椒的采净率和损失率，且对整机的作业效率、作业效果和整体 结构布局有很大影响。现辣椒采摘装置主要类型有长杆梳指型、带状梳指型、展 开双螺旋线型和滚筒弹指型。根据现有辣椒采摘装置的采摘效果和结构特点，本课题采用展开双螺旋线型 采摘装置，其中螺旋杆的尺寸、安装位置、转速、驱动功率直接影响着辣椒采摘 的效果。因此本机构的设计至关重要，关乎着整机的整体性能。设计说明书(1)螺旋杆结构设计螺旋杆由中间的圆柱体和焊接在圆柱面的螺旋线型
12、杆组成，中间圆柱体主要 提供支撑和两端安装的结构，绕柱的螺旋线杆用于工作时和辣椒接触。最后在零 件最外层套装一层薄橡胶螺，降低辣椒的破损率，旋杆的设计如图3.1所示。图3.1螺旋杆零件示意图螺旋杆整体长度为1320mm,布有螺旋线的长度为1200mm,整杆采用与地 面倾斜角为45的方式安装，螺旋杆工作高度为120()sin450 =848.5mm,大于贵 州辣椒植株的高度，满足辣椒采摘的高度要求。除此结构参数之外，本零件还需 保证中间轴的直线度误差在允许范围内，整杆两端采用车加工工艺，加工出安装 轴承、传动齿、轴肩卡圈的阶梯轴结构，再采用焊接工艺将螺旋线型杆固定在中 间轴指定区域。(2)螺旋杆
13、转速和功率的确定辣椒与茎秆的平均连接力为15N,查阅相关辣椒碰撞损坏分析文献确定辣 椒的最大碰撞速度为5m/s,根据最大碰撞速度可计算出螺旋杆的速度范围31。 螺旋杆的最大转速计算：啜=71兀(心 + 2d2)(3.1)n=(3.2)兀(di+d?)式中：Vm一最大碰撞速度，5m/s；n一螺旋杆最大转速，rad/s；di中间轴直径，30mm；d2螺旋线型杆直径，20mmo螺旋杆的转速影响辣椒的采摘效果，只有转速在合适的范围才能进行良好的 采摘作业，根据现有试验分析，螺旋杆的最佳采摘转速为500r/min左右L由 式(3.2)计算得出，螺旋杆的最大转速为1362r/min,本研究根据螺旋杆的最大
14、设计说明书转速和最佳采摘转速综合考虑，采摘装置转速确定为两档，分别为450r/min和 600r/mino根据辣椒所受拉力大小可计算出采摘装置所需输出扭矩和功率，具体计算公 式如下：FtndY + d2)/ 、C.3)式中：Pc一螺旋杆所需功率，kW；Ft一辣椒的临界拉力，15N；n一螺旋杆输出转速，600r/min;8一螺旋杆的螺旋升角，30 o经过上式计算得出单根螺旋杆所需功率，采摘装置由两根相同螺旋杆组成, 所需输出纯采摘功率为0.112kW,考虑到辣椒茎秆缠绕或卡紧等情况，采摘装置 输出功率取为0.6kW。3.2 传送装置设计传送带结构设计本课题中传送装置主要由带轮、导流板、传送带和侧
15、边挡板组成，本机构两 端的带轮分为主动带轮和从动带轮，用于接收和传递动力，并通过带轮孔安装在 采摘装置两侧；传送带的带面有垂直橡胶刮板，刮板高度根据辣椒最大果径确定 为40mm,用于防止辣椒在传送过程中回落；导流板安装在采摘装置和传送带之 间，承接刚采摘下的辣椒并导向传送带，减小辣椒的遗落；侧边挡板安装在传送 带外侧，防止传送过程中辣椒从外侧抖落。本机构主要用于承接刚采摘下来的辣 椒，并通过传送连接到清选装置，主要起到中间承接和过渡的作用。具体结构原 理如图3.2所示。设计说明书图3.2传送装置原理图传送装置在工作一段时间后，因摩擦和老化，传送带和带轮之间会变得松弛， 会造成带轮和带之间的摩擦
16、力减小，将导致传送效率降低甚至完全失效。针对以 上问题，本研究在传送带下端从动带轮处增设张紧装置，具体结构由叉杆、螺母、 弹簧组成，叉杆的下端为一个弧形槽口，稍大于带轮轴的直径，上端杆部攻有外 螺纹，螺母旋紧在叉杆螺纹处，用于限位弹簧和调节叉杆的伸出长度；弹簧用于 又杆复位，便于操作。张紧装置工作原理是将螺杆往下压，推动带轮轴在槽口中 往下运动，从而将传送带绷紧，再调节下部的螺母固定，防止又杆回缩，完成张 紧过程。3.2.1 传送带主要工作参数根据贡州朝天椒种植模式和产量，辣椒亩产量平均大约为1000kg,种植密 度在3000窝每亩左右，最小株距为250mmo根据产量和种植密度的关系，每 窝辣
17、椒的产量约为0.333kg；由设计参数可知，整机最大前进速度为lm/s,每秒 约对4窝辣椒进行采摘，每秒采摘辣椒的重量约为1.333kg。由传送带的设计参数可知，传送带工作长度为1.5m,传送带轮直径为50mm, 带轮转速为20()r/min,带面移动速度为：v = ndn(3.4)式中：d一传送带轮直径，m；n一传送带轮转速，rad/s。由式(3.4)计算得出带面移动速度为0.52m/s,传送带满载时的辣椒重量为 (1.5/0.52) X1.333=3.85kg,求解得出传送带满载时的辣椒重力为38.5N。传送设计说明书F = Gsin45 0(3.5)式中：G满载时传送带上的辣椒重力，No
18、传送带满载时的最大功率为：Pb = Fv(3.6)通过式(3.5)计算可知传送带满载时所受力为27.2N,由式(3.6)计算可知 传送带最大功率为0.014kW。传送机构主要参数如表3.1所示。表3.1传送装置主要技术参数整体尺寸1500x 150mm传送速度31.2m/min传送功率0.014kW清选装置设计辣椒收获机采摘后的辣椒中混有大量椒叶、茎秆等杂质，不利于后续收集和 包装。针对上诉问题，本文提出风力清选杂质的方案，实现辣椒和椒叶的初步分 离，以便于后续辣椒的收集和包装。设计说明书根据气流清选原理可知，椒叶和辣椒的临界悬浮速度不同，根据椒叶和辣椒 悬浮速度之间的差值，可以分析确定出风机
19、的风速。根据清选原理，以及孔令军、 陈永成、YongChcngChcn等团的辣椒风力试验数据可知，椒果的平均悬浮速度v P 1大于10m/s,椒叶的平均悬浮速度VP2 一般为3m/s,并以此为根据确定风 机的风速应在310m/s范围内。本研究综合考虑采用风速范围的中间值6m/s为 清选装置的设计参数。风机流量计算风机流量表示为单位时间内通过某一段固定管道的气体量，本 研究中的风机流量是在出风口进行计算，由出风口的风速和截面大小可计算出所 需流量。清选机构的风管结构如图3.4所示。图3.4风管三维效果图风机导管出口流量为：Q = vS(3.7)式中：v一辣椒杂质分离风速，取6m/s；S-风机导管
20、出口截面积,取两倍11.2X10-3m2o经过上式计算得出风机导管出口流量大小为242.6m3/ho行走机构设计行走机构是拖拉机底盘的一部分，一般包括主体车架、前桥、后桥、悬挂系 统和车轮等结构】。现行走机构的类型主要包括车轮式行走机构、半履带式行走 机构、车轮-履带式行走机构和履带式行走机构12叫目前农业机械中车轮式和履 带式行走机构应用最多，本文研究的辣椒收获机采用后驱车轮式行走机构。3.2.2 驱动功率计算行走机构的驱动功率主要用于克服田间作业时的最大载重和爬坡时所做的 功。当整机以最大速度爬坡时，行走机构的驱动力最大，同时驱动功率也最大, 为本机构的设计功率。由于该机操作方式为手扶式人
21、工操作并旦工作环境处于山设计说明书地地带，设计该机的最大前进速度为60m/min：使用Sol id Works对整机进行三 维建模，并对每一个零部件赋予相应的材料属性，再通过装配体质量属性测得总 体质量为145.4kg,考虑到收获作业时还需临时装载部分辣椒，满载时总体质量 取为300kg o按照行走机构所需的驱动功率计算可得：max g x （cos。x f + sin。） x %Pa = 3一品38）式中：Pa一克服重量行驶所需理论能耗，kW：ma一克服的最大总质量，kg,取ma=30（）kg；f一滚动阻力系数，在泥泞土路的滚动系数0.1000.250,取f=0.25；。一最大爬坡角度，贵州
22、平均坡度为18 ,取。=20 ；Va一最高车速，m/s,取Va=lm/s；g一重力加速度，m/s2,取g=9.8 m/s2；a安全系数，取1.2o将参数数值带入式（3.8）中，计算得出行走机构的最大驱动功率Pa为 2.03kWo行走机构的结构设计目前在农业生产应用的轮式行走机构主要由三种方式，分别为后轮驱动式、 前轮驱动兼转向式、四轮驱动兼转向式已叫本研究采用常见的后轮驱动式行走方 式，其主要特点是移动平稳，耗能低，容易控制移动速度和方向，且结构简洁可 靠。本机行走机构的结构简图如图3.5所示。图3.5行走机构三维模型设计说明书适用山地的小型辣椒收获机的设计摘要：近年来，辣椒种植业在山地地区得
23、到了迅速的发展，目前，其种植的面积在 不断的扩大。而靠人力来手工采摘辣椒已经不能够适应目前发展状况，由于秋季 农忙季节劳动力紧缺，劳动力成本也随之增加，因此急需研究辣椒收获机械化作 业。由于我国装备制造业与欧美等发达国家相比起步较晚，有关农业机械方面的 研究还是处于一个刚刚起步的阶段。针对上述问题，提出了一种适用于货州山地 大棚地区的小型辣椒收获机的设计方案，其中收获流程包括采摘、传送、清选、 收集四个步骤，并根据朝天椒采收特点和流程设计零部件结构，建立辣椒收获机 的三维虚拟样机。关键词:山地地区；小型收获机；辣椒收获设计说明书3.2.3 链传动设计对于链轮传动部分的设计，该试验装置主动机械特
24、性运转平稳，该部分链轮 传动作用于动力模块，电动机带动主动链轮(ZI)转动，进而带动从动链轮(Z2) 转动，将动力传递至主轴。(1)选择链轮齿数根据设计手册(GB/T 18150-2000)推荐,选择z.20, Z2=i zi=30。(2)求计算功率PcPc = Ka&P(3.9)通过查阅手册可知Ka=1,通过计算可知Kz=0.94,功率P的值在电机选择 时计算得P=2.07kW,则：Pc = KaKzP = 1.94 kW(3)确定链节距p小链轮转速为n2=150r/min,查设计手册，选用单排链12A,并且保证Po Pc,则节距为 p= 19.05mm。(4)确定中心距a和链节数Lp由于考
25、虑到添加基质更加方便，所以机架的高度不是很高，可初选ao=3Op, 则链节数Lp为，如公式(3.1()：“先学+(皆左(3叫通过计算得出链节数为85mm取Lp=85mm。则理论中心距ai.为：(3.H)通过计算可得中心距aL=566.7mm, IR a=().()()3a= 1.7mm,则实际中心距 a=at- a=565 mm。(5)确定润滑方式链速的确定根据公式(3.12)为：(3.12)ZipNv -60 x 1000由计算可得链速v=0.95m/s,根据设计手册，采用人工定期润滑的方式，工 人定期在松边内外链板间隙处用油壶或油刷加油，每班加油一次。3.2.4 轴承选型轴承都深沟球承，为
26、6210, 6210额定动载荷Cr=35kN,额定静载荷Co尸23.2。通过以上计算可知轴向力为零，径向力为1.6kN。计算Fa(r并确定e值，由于轴向力为零，所以：设计说明书(3.13)计算当量动载荷P查表得X=l, Y=0,根据公式(2-14)可知P = XFr + YFa = 1.57 kN(3.14)轴承寿命Lh计算16670(3.15)式中：Lh轴承寿命，h；n轴承转速，r . min-1；ft温度系数；fp-载荷系数；C轴承的基本额定动载荷值，N；P轴承所受的当量动载荷，N；寿命指数查表得，ft=l, fP=l.l, 8=3。根据公式(3-15)可知:Lh = 4.7 x 106
27、h通过计算得出结果，轴承的使用寿命Lh=4.7X106小时，完全满足使用条件。3.2.5 主轴设计及校核主轴的径向尺寸如图3-6所示：图3-6主轴示意图主轴的受力图如下图3-7所示:图3-7主轴的受力图由静力平衡条件求得两端轴承的支反力，A、B端受力如下:设计说明书pnZm(a)=o fa=(3-16)(3-17)A、B端受力大小如下:F4=-26.7N； Fb=126.7N；作出内力图，确定危险截面：轴的扭矩图和弯矩图如图3-8和3-9所示:1.91Nn图3-8主釉的扭矩图B2历(8)=0 F:半色设计说明书根据弯矩图与扭矩图可知，主轴在截面B处所获得的弯矩和扭矩最大，因此 主轴截面B是主轴
28、的危险截面，根据第四强度理论及公式对轴进行校核：将加八7,代入下式：= 13MPa(3-18)M；+0.75T； _ 32/M；+0.75.W 由于=600MPa； /4yM；因此主轴轴向尺寸满足设计要求。3.3 本章小结本章根据第二章辣椒相关参数与贵州地形特点对整机采摘机构、传送机 构、清选清选机构和行走机构进行了设计与建模，并根据各工作部件的功能和 使用要求设计了整机传动系统和控制方案，具体如下。（1）介绍了现有常用的四种采摘结构，并根据其优缺点选择展开双螺旋线 型采摘结构为本机采摘装置。结合贵州辣椒种植模式，对该装置进行了结构参 数设计，进一步确定了工作模式和功率，并对本结构中的传动直齿
29、轮进行了参 数设计和强度校核。（2）依据收获要求，对传送机构进行了结构设计并确定了其工作功率；依 据风力清选原理确定了气流速度，并完成了清选机构的结构设计；根据整机作 业环境和操作方式，计算了行走机构驱动功率，对其结构进行设计和建模，并 对驱动轴进行了校核和优化。第22页共22页设计说明书参考文献1雷明举，孔令军,陈永成，等4J.中国农机化学报,2014,35(01):161-165.2高若婷.吃辣椒对人体的13大好处和功效J冻方文化周刊,2017,000(001):P.46-47.3刘雄，龚婷.辣椒碱调节机体糖脂代谢的机理研究/.Journal of Food ence and Techno
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36、128步洪凤，张忠武,邓正春，等.26个辣椒品种主要农艺性状分析与测评J.热带作物学 JR,2019,40(07): 1290-1296.29宋占锋，滕有德,邹朝文.川腾1号辣椒高产栽培技术J.种子,2010,29(07):15116+122.30陈炳金.干椒1号辣椒的选育J.辣椒杂志,2003(03):20-21.31黄新根潢小毛，熊小梅.干鲜两用辣椒新品种辛香4号的选育J.中国辣椒,2002(03):23- 25.132J宋锐，唐建.威远新店七星椒露地高产栽培技术J.现代园艺,2016(11):73-74.第24页共22页设计说明书致谢时光荏苒，转眼四年学习生涯已至末尾，在这四年中我学习了
37、许多知识，也 领会了到了诸多道理“回顾四年学习生涯，在大一时，努力学习学科知识，寻求 自己的定位；大二时，在校外实践基地踏实磨练，锻炼自己实际才干，增加试验 经验。大四时，在老师的帮助下，总结研究生学习的成果，通过几个月不懈的努 力完成毕业论文。在此期间，有过汗水，有过困惑，有过喜悦，我非常感谢给予 我指导和帮助的老师和同学。首先，我衷心的感谢我的导师，感谢老师在我四年的学习和生活中不断给予 我指导和帮助，在老师身上我学到了坚忍不拔的创业态度和豁达的人生境界。除 此之外，您在科研学术上的严谨、负责、认真，时刻引导着我的科研态度，在我 的论文撰写过程中，老师的指导贯穿了始终，从课题的选定，内容的
38、研究，文章 的撰写，再到后期的修改，都有您的身影。在此毕业之际，真挚祝愿您身体安康， 心想事成。感谢母校和同学，感谢大学给我提供了一个良好的学习科研平台。除此之外，还要感谢我的父母，感谢您们对我的支持，感谢您们无私的爱。 最后我还要向论文评审和答辩委员会的老师们，致以真诚的感谢。第25页共22页设计说明书第26页共22页设计说明书1绪论1.1 研究背景在日常生活中，人们比较喜食的调味品之一就是辣椒，因为其中具有丰富的 营养元素，对人体健康有利，是人们日常生活中最常见的蔬菜种类之一。辣椒 种植面积仅次于白菜，但辣椒效益、产值及其营养价值已远远高于白菜等经济作 物。同时，辣椒含有一种天然的色素，即
39、所谓的辣红素，作为一种天然色素的 辣红素，其具有广泛的用途，从辣椒中提取辣红素是高新技术产业发展之一，受 到国家的鼓励和支持，随着这项技术的日益成熟，辣椒的需求量将会大幅增长。 同时辣椒中营养元素含量丰富，如含有胡萝卜素、维生素C等，其具有抗癌作 用，有利于人体的健康。相关的研究表明辣椒具有如下的功效：食欲能够得到增 强、消化能够得到促进，并且能够使得癌细胞有效的得到抑制。同时辣椒种植适 应性广、产业链长，从而受到世界各国农业生产部门的高度重视。朝天椒的主要用途有两个方面，一是将辣椒作为蔬菜食用，这是辣椒主要的 消耗形式，二是将辣椒制干加工，也占了一大部分比例。辣椒的初级加工产品主 要有辣椒酱
40、、辣椒油、辣椒粉、辣椒干。对辣椒进行深加工，可以得到如下的产 品：辣椒籽油、辣椒素、辣椒碱以及辣椒红素。随着人们生活水平的提高，辣椒 加工技术的发展，提高了辣椒深加工产品的附加值，因此对辣椒的需求量逐年提 高。朝天椒产业作为贵州的重要产业之一，属于2013-2020年特色农产品区域 布局规划，是地方财政和农民收入的重要来源之一。因贵州地形地貌十分复杂, 山地为74.2%、丘陵为10.3%、高原为7.3%、平原为8.2%,主要以山地和丘陵 为主，农业种植模式多为隔坡梯田，为中间间隔树林带或道路的阶梯状种植区域, 地形复杂且起伏较大，不适合大中型农业机械进行田间作业。目贵州辣椒种植产 业多以个体户
41、和零散种植为主，以家庭为单位，种植区域分散，多以大棚种植在 农业技术和农业设备的经济投入十分有限。随着中国现代化进程的推进，城市各 行各业需要大量青壮劳动力，这促使农村劳动力进一步流入城市和工厂，造成农 业从事人员极大减少，农村劳动力严重不足。现辣椒的采摘方式比较落后，仍是 以人工采收为主，采摘人员劳动强度大，采摘效率低，这极大限制了贵州辣椒产 业的高速发展。针对贵州山地丘陵地区的辣椒产业，急需一种适应山地大棚地形 和朝天椒种植农艺，采摘效率高，成本低的辣椒收获设备。此类辣椒收获机的研 发，需要考虑贵州的山地大棚地形和分散种植的特点，再结合朝天椒植株和辣椒设计说明书物理特性参数对朝天椒的采摘、
42、分离、清选和收集进行研究，将多个工序合理整 合集中到一台设备；整机结构要求紧凑精简，操作方式方便灵活，符合人体工学， 功能完备，能极大减轻人员劳动强度，提升辣椒采摘效率。因此研究能够适应贵州山地大棚地形，和朝天椒种植农艺的辣椒收获机具有 非常重要的现实意义，能够提高产业综合效益，促进辣椒产业发展，提高贵州农 业机械化综合水平。1.2 研究目的和意义研究目的随着当今社会经济、科技的不断提升，应用于农业生产机械设备也不断普及。 作为辣椒生产大省的贵州在种植收获方式上仍比较落后，现急需一种适应贵州山 地大棚地区的辣椒收获机。国外很早就对辣椒收获设备进行了研究，现已有几类 比较成熟的辣椒收获机；而国内
43、对辣椒收获机的研究相对较晚，现有新疆石河子 大学和甘肃农业大学成功研制出了适应当地需求辣椒收获的设备，但这些设备无 法应用于贵州地区。在分析和研究国内外辣椒收获机械后，充分考虑到贵州当地 的复杂地形和种植区域分散的特点，研制一款小型手扶式辣椒收获机，用以解决 中大型辣椒收获设备无法应用于山地大棚地形的问题，优化采摘人员的劳动作业 强度，提高辣椒的采摘效率，降低整体采收成本，提高辣椒产业整体效益，减轻 农村劳动力不足，响应农业现代化的发展主题和“中国制造2025”的国家规划要 求。1.2.1 研究意义（1）提高采摘效率与降低成本贵州辣椒收获方式主要以人工和简易机械设备为主，作业人员需要在山间弯
44、腰对辣椒进行逐株采摘，采摘速度慢、效率低、成本高。本文研究设计一种集采 摘、传输、除杂、收集于一体的收获设备以提高辣椒采摘效率和综合效益。（2）改善采摘条件朝天椒植株高度一般低于700mm,且辣椒结果位置遍布整个植物，很多时 候采摘人员需要弓腰对辣椒进行逐个或逐串采摘，再将采摘后的辣椒放入随身背 负的竹篓，持续频繁的弯腰使得采摘过程十分辛苦。研制适应于当地辣椒收获的 机械设备无疑是极大的减轻人员的劳动负担，使整个采摘过程轻便简洁，只需对 操作人员进行简单的培训就可以完成辣椒收获过程。（3）解决农村劳动力短缺设计说明书随着中国经济建设快速发展，农村的大量劳动力进入城市，加入到中国现代 化建设进程
45、当中，这造成农村劳动力结构以老人和妇女为主，劳动力严重不足。 现农业生产活动不能单靠人力，在劳动力缺乏的农村，需要向现代化农业、技术 化农业过渡。辣椒收获机的出现在一定程度上可以缓解劳动力不足的现状。1.3辣椒收获机国内外研究现状目前，国内外辣椒收获机的分离机构主要有以下几种：(1)梳齿式分离机构。这是一种强制性分离机构，当辣椒采摘机沿着辣椒 垄行前进工作时，梳齿插入辣椒茎秆，强行地把辣椒从茎秆上捋下，实现果实与 茎秆的分离，这种采摘装置只是把果实分离下来，根茎仍生长在地里。(2)滚筒式分离机构。将辣椒茎秆带果实切割后送至倾斜滚筒式分离装置， 滚筒在回转过程中对辣椒茎秆进行多次起落摔打，使果实
46、脱落，实现果茎分离, 这种分离方式辣椒破损比较严重。国外研究现状国外农业生产机械化水平较高，对辣椒采摘机的研究应用较早，主要以美国 为主，美国农业生产的土地面积大，而劳动力紧缺，导致人工成本不断增加，在 这种情况下，最早从2()世纪7()年代起研究辣椒的机械化采摘，到目前的研究历 程已有40年左右美国第一次借助机械化对铃状辣椒进行采摘是在一九六七年。 自20世纪70年代到现在，全球超过200个类型的辣椒收获机已被设计生产，有 不低于两百项的整机专利申请，美国、澳大利亚，加拿大、以色列、保加利亚, 西班牙、匈牙利和意大利等国都对辣椒收获机械化作业进行了研究，他们测试研 究了 50种左右采摘原理不
47、一样的辣椒收获机。国外辣椒收获机械的研制已进入 了稳步发展的时期，市场上的成熟产品较多，而我国辣椒收获机的研究还处于空 白时期，市场上还没有成型的产品。国外大量的辣椒收获试验表明，辣椒的品种 对收获的效果有很大的影响，因此我国在研究开发辣椒收获机时，应根据地域条 件及辣椒的品种研究出适合本地的收获机械，辣椒收获机在保证效率的同时:还 要考虑到收获的质量。Massey辣椒收获机有限股份公司生产的辣椒收获机主要采用倾斜长杆梳指 式采摘机构，生产的收获机机型有三行自走式带集料箱的辣椒收获机和四行牵引 式不带料箱辣椒收获机，该机型主要用于收获墨西哥胡椒，图为Massey三行 自走式辣椒收获机。设计说明书McClendon辣椒公司生产的收获机采用倾斜展开双螺旋式和橡