打瓜收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望

張麗香 袁金金

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830000）

打瓜屬于西瓜的一個品種，是一種籽用西瓜的俗稱。其瓜子有非常大的作用，而且含有很高的營養(yǎng)價值，如含有磷、鉀、錳、鋅、鐵等微量元素以及大量的氨基酸和維生素，因而打瓜種植效益較高。

打瓜耐旱耐鹽堿，對生長環(huán)境的要求不高，而且打瓜種植能改良土壤，提高土壤肥力。新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱“新疆”）的土地多為干旱鹽堿地，所以打瓜是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的重要經(jīng)濟(jì)作物之一，在兵團(tuán)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占有重要的地位。新疆是我國打瓜的主要種植區(qū)域和生產(chǎn)產(chǎn)地，根統(tǒng)計，新疆打瓜種植面積約為33.33萬hm2，已超過全國種植面積的70%，如北疆的阿勒泰、昌吉、塔城以及南疆的焉耆盆地均有大面積種植。

近幾年，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、打瓜瓜子國際銷售市場的不斷擴(kuò)大，新疆越來越多的農(nóng)戶開始種植打瓜，使得其種植規(guī)模越來越大。正是因此，導(dǎo)致人力、生產(chǎn)成本的大量投入和消耗問題變得日益嚴(yán)重，所以實現(xiàn)打瓜生產(chǎn)全程機(jī)械化成為必然趨勢。而目前我國打瓜生產(chǎn)主要采用分段式收獲方式，而且新疆打瓜生產(chǎn)過程中耕地、整地、播種、中耕、植保及取籽等問題已不斷得到解決，但這僅占全部作業(yè)量的60%，其余部分主要實施人工作業(yè)，特別是收獲過程一直處于半機(jī)械化作業(yè)狀態(tài)，其中打瓜集條工作大多為人工作業(yè)，而且勞動強(qiáng)度大、勞動成本高。另外，目前打瓜收獲機(jī)主要采用旋轉(zhuǎn)部件實現(xiàn)取籽和清選，藤秧進(jìn)入后易造成擁堵，影響取籽和清選的運(yùn)動輸出，甚至卡死，造成傳動部件損毀。籽瓜清秧集條工作效率低、藤秧纏繞問題嚴(yán)重以及生產(chǎn)成本不斷增高等，嚴(yán)重影響了我國瓜子的國內(nèi)外銷量。

為解決打瓜收獲過程中出現(xiàn)的藤秧纏繞嚴(yán)重、工作效率低等問題，亟待在現(xiàn)有籽瓜收獲機(jī)型和研究基礎(chǔ)上優(yōu)化參數(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)，發(fā)展一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高、清秧效果好的清秧集條機(jī)，使其適合新疆的籽瓜種植模式，從而實現(xiàn)打瓜收獲全面機(jī)械化，減輕瓜農(nóng)的工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，為瓜農(nóng)增產(chǎn)增收提供保障。

1 國內(nèi)外打瓜收獲機(jī)研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.1.1 擋板式集條裝置。擋板式集條裝置主要由機(jī)架、仿形壓秧輥、集條輥、集條擋板、傳動系統(tǒng)、液壓馬達(dá)、升降油缸和連桿等組成，如圖1 所示。拖拉機(jī)在前進(jìn)的過程中，帶動仿形壓秧輥滾動前進(jìn)，并隨地面起伏仿形。仿形壓秧輥壓住瓜藤和雜草，集條輥由內(nèi)向外旋轉(zhuǎn)，將打瓜推離集條輥。集條輥上的護(hù)板可防止打瓜在集條過程中翻過集條輥。由于集條輥的軸線與拖拉機(jī)的前進(jìn)方向不垂直，因此，前進(jìn)過程中集條輥逐漸將籽用瓜推向集條擋板，集條擋板將滾來的打瓜集擋成條，便于后續(xù)打瓜的撿拾、脫籽作業(yè)。道路運(yùn)輸時，升降油缸將機(jī)架升起，使仿形壓秧輥離開地面，便于運(yùn)輸。

該裝置利用兩擋板成角度布置，尖角向前，將打瓜在兩側(cè)集條及擋板下增加壓輥，以減小摩擦力等變形。

該裝置結(jié)構(gòu)簡單、故障率低，而且集條輥不與地面接觸，僅承受籽瓜的反向推力，摩擦力較小，因此所需動力小。同時，集條輥將籽瓜向外推離，不易碎瓜。壓秧輥的旋轉(zhuǎn)方向和機(jī)具行進(jìn)方向相反，可實現(xiàn)壓住瓜藤、雜草并將其向機(jī)具后方輸送。但其工作過程中易出現(xiàn)大量瓜藤與打瓜不分離，隨打瓜進(jìn)入機(jī)具的現(xiàn)象。

1.1.2 旋轉(zhuǎn)打秧式清秧機(jī)械。旋轉(zhuǎn)打秧式清秧機(jī)械主要采用一柔性旋轉(zhuǎn)部件（多為V 帶等常用材料），旋轉(zhuǎn)時對瓜秧進(jìn)行擊打，將其打斷，防止其與打瓜共同進(jìn)入機(jī)具內(nèi)部。

魏敏等研發(fā)了一種打瓜清秧集條機(jī)，其機(jī)構(gòu)簡圖如圖2所示，該機(jī)器主要由機(jī)架、圓弧形分瓜器、耙草機(jī)構(gòu)、擋瓜板和螺旋輸送裝置等組成［1］。機(jī)器工作時，起清秧功能部分被安裝在拖拉機(jī)前部，這樣就能使耙草機(jī)構(gòu)率先接觸打瓜與瓜秧，并對其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擊打，瓜秧被擊斷后，后部螺旋輸送裝置與擋瓜板聯(lián)合將打瓜輸送至機(jī)器兩側(cè)，從而完成打瓜清秧集條工作。

該機(jī)械中柔性打秧裝置還可安裝至扎瓜輥后部，在扎瓜過程中對其進(jìn)行清秧，能有效減少瓜秧、雜草的纏繞，機(jī)具故障率低，作業(yè)效率高。但是，對于打瓜進(jìn)行擊打時，易造成打瓜破碎，后續(xù)無法收取，而且擊打時無法清除打瓜附近的瓜秧，仍有少量瓜秧進(jìn)入機(jī)具。

1.1.3 旋轉(zhuǎn)扯秧式清秧機(jī)械。旋轉(zhuǎn)扯秧式清秧機(jī)械主要利用兩相互接近的對輥反向旋轉(zhuǎn)，將瓜秧扯出，并留下打瓜。

劉軍江研發(fā)了一種打瓜收獲機(jī)械，主要由籽瓜撿拾機(jī)構(gòu)、瓜秧分離機(jī)構(gòu)和取籽分離機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 所示［2］。其工作原理是機(jī)器工作時打瓜經(jīng)過籽瓜撿拾機(jī)構(gòu)撿拾后落入瓜秧分離機(jī)構(gòu)，瓜秧分離機(jī)構(gòu)由兩反轉(zhuǎn)的滾筒組成，其中滾筒A 表面密布地設(shè)有縱向條狀的凸塊，滾筒B上呈螺旋狀環(huán)繞于筒體的凸條，旋轉(zhuǎn)過程中將打瓜與瓜秧分離。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，劉軍江發(fā)明的籽瓜撿拾清秧裝置能有效地將被撿拾的籽瓜中的瓜秧去除，大大提高作業(yè)效率，而且作業(yè)質(zhì)量好，不僅適用于打瓜，而且適用于籽南瓜、籽葫蘆等作物的收獲。

綜上所述，新疆打瓜收獲機(jī)械特別是清秧集條工作多為人工，嚴(yán)重制約了打瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而當(dāng)前打瓜集條裝置存在易碎瓜、功能單一等問題，清秧裝置存在清秧不徹底等問題，無法適用于打瓜清秧集條工作。希望可以發(fā)展一種新型打瓜收獲機(jī)，改進(jìn)清秧集條裝置，可實現(xiàn)打瓜收獲過程中的徹底清秧，而且能完成小功率下的集條作業(yè)，進(jìn)一步促進(jìn)新疆打瓜收獲全程機(jī)械化發(fā)展。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

目前，國外對打瓜的研究較少。雖然早在20世紀(jì)六七十年代一些發(fā)達(dá)國家就對一些瓜類的收獲機(jī)械有所研究，但是大多數(shù)是針對西瓜和南瓜的收獲研究。日本的機(jī)器人采摘技術(shù)很早就被人們所熟知，他們曾利用其技術(shù)對瓜類收獲進(jìn)行研究，但打瓜的種植模式比較粗放，不適合使用該種采摘技術(shù)。奧地利曾研制了一種南瓜收獲機(jī)械，目前在國外應(yīng)用比較廣泛。雖然以色列設(shè)計的一款打瓜收獲機(jī)械獲得了較大的認(rèn)可，但是其價格過于昂貴，而且我國的打瓜種植模式與其大不同，因而其設(shè)計的收獲機(jī)不適用于我國打瓜生產(chǎn)。

2 打瓜收獲機(jī)械現(xiàn)存問題

打瓜的形狀近似一個圓，散亂無序地分布在農(nóng)田間，實現(xiàn)全程機(jī)械化收獲的難度相對較大；現(xiàn)有打瓜收獲裝備的機(jī)械化、自動化水平有待進(jìn)一步提升；由于打瓜種植經(jīng)濟(jì)效益良好，近年來打瓜種植面積不斷增大，但是對打瓜收獲機(jī)械的研究難以滿足瓜農(nóng)的需求，相關(guān)研究多為籽瓜物理特性及機(jī)械三維建模與仿真，而針對籽瓜收獲現(xiàn)狀的收獲機(jī)理分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)的深入研究較少。所以，未來應(yīng)加大對打瓜收獲機(jī)械的研究支持，使其能滿足當(dāng)下新疆打瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

3 打瓜收獲機(jī)械發(fā)展展望

對于新疆這樣的打瓜種植大區(qū)來說，生產(chǎn)過程越簡單，機(jī)械化程度越高，越有益于打瓜生產(chǎn)。雖然新疆打瓜機(jī)械化生產(chǎn)取得了一系列成果，提高了打瓜收獲效率，但是打瓜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)與其他作物機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)相比仍顯落后，不能完全滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展需求。而且隨著新疆打瓜種植面積的不斷擴(kuò)大，瓜農(nóng)對機(jī)械化收獲方式的依賴程度越來越高，實現(xiàn)收獲全程機(jī)械化已是他們的迫切需求。

針對此，需進(jìn)一步加強(qiáng)科研單位與生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)戶間的溝通合作，針對打瓜機(jī)械化收獲過程中采摘、撿拾、破碎等各環(huán)節(jié)加強(qiáng)信息交流，有針對性地研究核心關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)與田間試驗相結(jié)合的方法，提高機(jī)械的性能和設(shè)計效率。另外，要集中精力開發(fā)適合地區(qū)生產(chǎn)實際的打瓜收獲機(jī)械，確保打瓜收獲機(jī)械具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、能適應(yīng)田間復(fù)雜作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點，實現(xiàn)打瓜收獲全程自動化，提高打瓜收獲效率，同時降低農(nóng)民的生產(chǎn)勞動強(qiáng)度。

4 結(jié)語

近年來，我國打瓜種植規(guī)模越來越大，但當(dāng)前打瓜收獲機(jī)械功能不全，需要人工輔助，難以滿足瓜農(nóng)的需求，特別是清秧集條裝置。隨著打瓜種植面積的不斷擴(kuò)大，瓜農(nóng)迫切希望實現(xiàn)打瓜生產(chǎn)全程機(jī)械化，減輕勞動強(qiáng)度。因此，國家應(yīng)加大對相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究的支持力度，將現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能化模塊技術(shù)大量應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上，使打瓜收獲機(jī)械功能更加齊全，生產(chǎn)更加精細(xì)化、智能化且效率更高，從而促進(jìn)新疆打瓜產(chǎn)業(yè)更好地發(fā)展。