打瓜收获机械研究现状分析与展望

郭振华 ，陈换美

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000；2.巴音郭楞职业技术学院）

0 引言

打瓜是籽用西瓜的俗称，属西瓜品种，打瓜籽具有较高的经济价值和营养价值。打瓜对生长环境要求不高，能够在贫瘠干旱的盐碱地区生长，因此被当作经济作物广泛种植于我国西北地区。新疆是我国打瓜的主要产区，种植面积占全国总种植面积的70%以上，北疆的阿勒泰、昌吉、塔城，南疆的焉耆盆地都有大面积的种植[1]。

但是，打瓜收获季节也是玉米棉花等新疆主要农作物收获期，农忙时期田间劳力紧张，这给打瓜及时收获造成一定困难。打瓜富含水分和糖分，成熟后容易腐烂，不易长期在田间放置。因此，对现有打瓜收获机械进行研究分析，设计出结构合理、适合我国打瓜种植模式的打瓜收获机械，可以节约农村劳动力、降低农业生产成本、增加农民经济收入，对促进打瓜产业全面机械化，推动打瓜产业可持续发展具有重要意义。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

国外对瓜类收获机械的研究起步较早，上世纪六七十年代苏联和欧美等发达国家就对南瓜等瓜类收获进行了相关研究，所以国外瓜类捡拾机构也主要是针对南瓜的瓜类形状特征设计的。

图1 英国研制南瓜收获机械

英国研制的南瓜收获机械如图1，这种机械采用输送带捡拾的方式，输送装置设计在驾驶舱下方。该装置输送倾角较小，便于瓜果类的输送。但此类机械在国外农机网站上只查到图片及性能介绍，相关的文献较少。

奥地利研制了一种用于南瓜收获的农业机械—魔笛（mody）（图2），该机具收获效果较好在国外已经广泛应用。以色列研制了由大型拖拉机牵引的打瓜收获机械，适用于大面积农场，价格较昂贵。我国打瓜种植地块相对较小，该机具不适合我国国情。

图2 奥地利研制的南瓜籽收获机械（魔笛）

此外，日本、美国等农业发达国家也对瓜类收获进行了研究。日本机器人采摘技术走在世界前列，机械手采摘是一项集图像处理、视觉识别、分析定位等技术的高端科技，适用于设施农业。打瓜的种植模式比较粗放，不适合使用机械手采摘技术。

受种植区域限制的影响，国外对打瓜收获机械的研究比较少，因此鲜有相关的文献报道。

1.2 国内研究现状

打瓜是我国新疆地区的重要经济作物，新疆是我国打瓜的主要产区，种植面积占全国总种植面积的70%以上，北疆的昌吉、阿勒泰、塔城，南疆的焉耆盆地都有大面积的种植。我国农机科研工作者针对打瓜收获进行了大量的科研工作，并取得一定的科研成果。

图3 4DT-2.0型打瓜集条机

塔城农机推广站研制的4DT-2.0型打瓜集条机（图3）[2]采用V型主架设计，由拖拉机前悬挂作业。机具作业时，V型机架前端分瓜器将打瓜分向机架两边。机架两边各装有若干组集条圆盘，圆盘与地面接触，可以自转，不仅将打瓜推向两侧实现集条功能，而且能切断瓜秧，为后续的捡拾作业创造有利条件。该机具集条效果较好，但是功能单一。

新疆机械研究院股份有限公司研制的4DT-1700型打瓜集条机（图4）[3]主要与中小型拖拉机配套使用。该机具采用蛟龙输送的原理，将打瓜从搅龙的一侧输送到另一侧。工作时，机架的一端装有分瓜器可以将瓜秧切断，能够有效防止瓜秧缠绕。但是该机具在工作速度较高时容易挤烂打瓜，搅龙机构输送打瓜容易出现输送不畅，堵塞缠绕等现象。

图4 4 4DT-1700型打瓜集条机

联合作业机是集采摘、捡拾、运输和取籽一体化的收获机械，目前应用比较多的有新疆农科院农机化研究所研制的4ZGJT-110型与4ZGJT-500型两种籽瓜收获联合作业机、新疆农垦科学院研制的4ZBL-2型背负式籽瓜联合收获机以及石河子市顺昌农机有限公司研制的5TZ-1500型全自动打瓜自捡取籽机等机型。

新疆农垦科学院设计的4ZBL-2背负式籽瓜联合收获机（图5）[4]，该机具有联合收获的功能，可一次完成打瓜集条、捡拾输送、取籽等功能，提高了打瓜收获过程中的工作效率。工作原理：机组工作时，分瓜器将散落的打瓜收拢集条，捡拾装置采用链条传动做逆时针回转，捡拾装置的弹齿将地面的打瓜拨向导瓜栅条，在弹齿的作用下打瓜被输送装置送入粉碎取籽机，经粉碎分离最终实现打瓜籽粒收获。4ZBL-2背负式籽瓜联合收获机对自然状态下生长的打瓜捡拾率达到94.24%，能够一次完成集条、捡拾、粉碎取籽等多项打瓜作业，具有较高的工作效率。但是当田地平整度欠佳时，打瓜收获的损失率会明显增加。

图5 4ZBL-2背负式籽瓜联合收获机

新疆农科院农机化研究所研制的4ZGJT-110型籽瓜收获联合作业机（图6）[5]和4ZGJT-500型籽瓜收获联合作业机（图7）[6]经过改进，适应性得到增强，打瓜的收获效率得到提高。工作原理：该机具采用拖拉机牵引式前进，捡拾滚筒在前进的过程中由捡拾齿将打瓜扎起升运至一定高度，脱落至进料斗中；打瓜由料斗下方的破碎装置破碎，将瓜瓤瓜籽挤出送至螺旋筛选装置，最终实现打瓜籽分离装袋。这两种机型采用独特的捡拾、喂入装置，解决了籽瓜在捡拾过程中机械化程度较低的问题，节约了人力成本，提高了打瓜收获机械效率。

图6 4ZGJT-110型籽瓜收获联合作业机

2 打瓜收获机械当前存在问题

打瓜形状近似于球体，呈散状无序分布于田间，机械收获的难度相对较大。现有的打瓜收获装备在打瓜收获的机械化、自动化水平上还有待进一步发展，还存在一些问题需要研究解决。

2.1 研究力度需增加

由于打瓜具有良好的经济效益，随着新疆农业产业结构的调整，打瓜的种植面积近年来不断增大，但是打瓜收获机械的研究相对于打瓜栽培技术，还显得十分薄弱，不能够满足农业生产的要求。

图7 4ZGJT-500型籽瓜收获联合作业机

2.2 整机功能结构有待进一步完善

当前的打瓜联合收获机械整机结构上还存在不合理，如瓜秧缠绕、去石等问题还有待进一步深入研究。捡拾装置多采用扎瓜器滚动向上输送，在输送的过程中，由于部分瓜秧未能及时切断，会造成瓜秧在捡拾装置上缠绕的问题。因此，田间作业时往往需配备专人清藤，这对捡拾装备的工作效率造成一定影响，同时增加了人工成本。

2.3 联合作业机械效率有待提高

农业现代化对农业装备提出高自动化、高效等要求，但是目前的打瓜收获装备还不能满足这些要求。对于地块起伏明显，石块较多的农田，打瓜收获机械的捡拾效率明显降低，出现漏检率高等现象。因此，要进一步优化打瓜收获机械的结构，增强机械的地面仿形性能，保证在平整度较差的田间能够正常工作，提高打瓜收获机械的适应能力。

3 发展对策及展望

3.1 加强基础研究

进一步加强个科研单位和生产企业、农户间的沟通合作，针对打瓜机械化收获过程中采摘、捡拾、破碎等各环节增强信息交流沟通，分析收获各阶段的相互影响因素，有针对性的研究核心关键技术，运用计算机仿真技术与田间试验相结合的方法，提高整机的性能和设计效率。

3.2 提高产品经济效益，增加农民机械化收获积极性

当前，我国研制的打瓜收获机械大部分只针对瓜籽进行收获。事实上，打瓜除瓜籽具有极高营养价值外，瓜瓤瓜皮也具有一定的营养价值，可以作为牲畜的饲料原料进行加工。因此，可以在瓜籽收获的同时对瓜瓤瓜皮进行回收，以增加农民的经济收益。后续的研发阶段，可以考虑增加瓜瓤瓜皮等回收加工装置，既增加整机的经济效益又增加农民收入。

3.3 集中精力重点研发自走式联合收获机

要实现农业现代化的目标，农业收获自动化是必由之路。打瓜收获机械要具有结构紧凑、操作方便、能够适应田间复杂作业环境等优点，在提高打瓜收获效率的同时能够降低农民的生产劳动强度。集中精力开发出适合我国国情的打瓜收获机械，实现打瓜收获全程自动化。

4 结语

综上所述，打瓜的机械化收获与其它作物的机械化相比还计较落后，当前的打瓜收获机械还不能完全满足农业发展的要求，存在一些亟待解决的问题。随着我国农业现代化发展，对农业机械化提出更高的要求，更加成熟稳定的打瓜收获机械成为市场的迫切需求。在国家政策的支持下，各科研院所对打瓜机械化收获的研究力度进一步加强，打瓜收获机械必将取得突破性的技术发展。