打瓜收获机械研究现状及发展展望

张丽香 袁金金

（新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐 830000）

打瓜属于西瓜的一个品种，是一种籽用西瓜的俗称。其瓜子有非常大的作用，而且含有很高的营养价值，如含有磷、钾、锰、锌、铁等微量元素以及大量的氨基酸和维生素，因而打瓜种植效益较高。

打瓜耐旱耐盐碱，对生长环境的要求不高，而且打瓜种植能改良土壤，提高土壤肥力。新疆维吾尔自治区（以下简称“新疆”）的土地多为干旱盐碱地，所以打瓜是新疆生产建设兵团的重要经济作物之一，在兵团的农业产业结构调整中占有重要的地位。新疆是我国打瓜的主要种植区域和生产产地，根统计，新疆打瓜种植面积约为33.33万hm2，已超过全国种植面积的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积种植。

近几年，随着农业产业结构的调整、打瓜瓜子国际销售市场的不断扩大，新疆越来越多的农户开始种植打瓜，使得其种植规模越来越大。正是因此，导致人力、生产成本的大量投入和消耗问题变得日益严重，所以实现打瓜生产全程机械化成为必然趋势。而目前我国打瓜生产主要采用分段式收获方式，而且新疆打瓜生产过程中耕地、整地、播种、中耕、植保及取籽等问题已不断得到解决，但这仅占全部作业量的60%，其余部分主要实施人工作业，特别是收获过程一直处于半机械化作业状态，其中打瓜集条工作大多为人工作业，而且劳动强度大、劳动成本高。另外，目前打瓜收获机主要采用旋转部件实现取籽和清选，藤秧进入后易造成拥堵，影响取籽和清选的运动输出，甚至卡死，造成传动部件损毁。籽瓜清秧集条工作效率低、藤秧缠绕问题严重以及生产成本不断增高等，严重影响了我国瓜子的国内外销量。

为解决打瓜收获过程中出现的藤秧缠绕严重、工作效率低等问题，亟待在现有籽瓜收获机型和研究基础上优化参数、调整结构，发展一种结构简单、效率高、清秧效果好的清秧集条机，使其适合新疆的籽瓜种植模式，从而实现打瓜收获全面机械化，减轻瓜农的工作强度，提高生产效率，为瓜农增产增收提供保障。

1 国内外打瓜收获机研究现状

1.1 国内研究现状

1.1.1 挡板式集条装置。挡板式集条装置主要由机架、仿形压秧辊、集条辊、集条挡板、传动系统、液压马达、升降油缸和连杆等组成，如图1 所示。拖拉机在前进的过程中，带动仿形压秧辊滚动前进，并随地面起伏仿形。仿形压秧辊压住瓜藤和杂草，集条辊由内向外旋转，将打瓜推离集条辊。集条辊上的护板可防止打瓜在集条过程中翻过集条辊。由于集条辊的轴线与拖拉机的前进方向不垂直，因此，前进过程中集条辊逐渐将籽用瓜推向集条挡板，集条挡板将滚来的打瓜集挡成条，便于后续打瓜的捡拾、脱籽作业。道路运输时，升降油缸将机架升起，使仿形压秧辊离开地面，便于运输。

该装置利用两挡板成角度布置，尖角向前，将打瓜在两侧集条及挡板下增加压辊，以减小摩擦力等变形。

该装置结构简单、故障率低，而且集条辊不与地面接触，仅承受籽瓜的反向推力，摩擦力较小，因此所需动力小。同时，集条辊将籽瓜向外推离，不易碎瓜。压秧辊的旋转方向和机具行进方向相反，可实现压住瓜藤、杂草并将其向机具后方输送。但其工作过程中易出现大量瓜藤与打瓜不分离，随打瓜进入机具的现象。

1.1.2 旋转打秧式清秧机械。旋转打秧式清秧机械主要采用一柔性旋转部件（多为V 带等常用材料），旋转时对瓜秧进行击打，将其打断，防止其与打瓜共同进入机具内部。

魏敏等研发了一种打瓜清秧集条机，其机构简图如图2所示，该机器主要由机架、圆弧形分瓜器、耙草机构、挡瓜板和螺旋输送装置等组成［1］。机器工作时，起清秧功能部分被安装在拖拉机前部，这样就能使耙草机构率先接触打瓜与瓜秧，并对其进行旋转击打，瓜秧被击断后，后部螺旋输送装置与挡瓜板联合将打瓜输送至机器两侧，从而完成打瓜清秧集条工作。

该机械中柔性打秧装置还可安装至扎瓜辊后部，在扎瓜过程中对其进行清秧，能有效减少瓜秧、杂草的缠绕，机具故障率低，作业效率高。但是，对于打瓜进行击打时，易造成打瓜破碎，后续无法收取，而且击打时无法清除打瓜附近的瓜秧，仍有少量瓜秧进入机具。

1.1.3 旋转扯秧式清秧机械。旋转扯秧式清秧机械主要利用两相互接近的对辊反向旋转，将瓜秧扯出，并留下打瓜。

刘军江研发了一种打瓜收获机械，主要由籽瓜捡拾机构、瓜秧分离机构和取籽分离机构组成，其结构简图如图3 所示［2］。其工作原理是机器工作时打瓜经过籽瓜捡拾机构捡拾后落入瓜秧分离机构，瓜秧分离机构由两反转的滚筒组成，其中滚筒A 表面密布地设有纵向条状的凸块，滚筒B上呈螺旋状环绕于筒体的凸条，旋转过程中将打瓜与瓜秧分离。

与现有技术相比，刘军江发明的籽瓜捡拾清秧装置能有效地将被捡拾的籽瓜中的瓜秧去除，大大提高作业效率，而且作业质量好，不仅适用于打瓜，而且适用于籽南瓜、籽葫芦等作物的收获。

综上所述，新疆打瓜收获机械特别是清秧集条工作多为人工，严重制约了打瓜产业发展。而当前打瓜集条装置存在易碎瓜、功能单一等问题，清秧装置存在清秧不彻底等问题，无法适用于打瓜清秧集条工作。希望可以发展一种新型打瓜收获机，改进清秧集条装置，可实现打瓜收获过程中的彻底清秧，而且能完成小功率下的集条作业，进一步促进新疆打瓜收获全程机械化发展。

1.2 国外研究现状

目前，国外对打瓜的研究较少。虽然早在20世纪六七十年代一些发达国家就对一些瓜类的收获机械有所研究，但是大多数是针对西瓜和南瓜的收获研究。日本的机器人采摘技术很早就被人们所熟知，他们曾利用其技术对瓜类收获进行研究，但打瓜的种植模式比较粗放，不适合使用该种采摘技术。奥地利曾研制了一种南瓜收获机械，目前在国外应用比较广泛。虽然以色列设计的一款打瓜收获机械获得了较大的认可，但是其价格过于昂贵，而且我国的打瓜种植模式与其大不同，因而其设计的收获机不适用于我国打瓜生产。

2 打瓜收获机械现存问题

打瓜的形状近似一个圆，散乱无序地分布在农田间，实现全程机械化收获的难度相对较大；现有打瓜收获装备的机械化、自动化水平有待进一步提升；由于打瓜种植经济效益良好，近年来打瓜种植面积不断增大，但是对打瓜收获机械的研究难以满足瓜农的需求，相关研究多为籽瓜物理特性及机械三维建模与仿真，而针对籽瓜收获现状的收获机理分析、机构设计与改进的深入研究较少。所以，未来应加大对打瓜收获机械的研究支持，使其能满足当下新疆打瓜产业发展的需求。

3 打瓜收获机械发展展望

对于新疆这样的打瓜种植大区来说，生产过程越简单，机械化程度越高，越有益于打瓜生产。虽然新疆打瓜机械化生产取得了一系列成果，提高了打瓜收获效率，但是打瓜机械化生产技术与其他作物机械化生产技术相比仍显落后，不能完全满足当地农业发展需求。而且随着新疆打瓜种植面积的不断扩大，瓜农对机械化收获方式的依赖程度越来越高，实现收获全程机械化已是他们的迫切需求。

针对此，需进一步加强科研单位与生产企业、农户间的沟通合作，针对打瓜机械化收获过程中采摘、捡拾、破碎等各环节加强信息交流，有针对性地研究核心关键技术，运用计算机仿真技术与田间试验相结合的方法，提高机械的性能和设计效率。另外，要集中精力开发适合地区生产实际的打瓜收获机械，确保打瓜收获机械具有结构紧凑、操作方便、能适应田间复杂作业环境等优点，实现打瓜收获全程自动化，提高打瓜收获效率，同时降低农民的生产劳动强度。

4 结语

近年来，我国打瓜种植规模越来越大，但当前打瓜收获机械功能不全，需要人工辅助，难以满足瓜农的需求，特别是清秧集条装置。随着打瓜种植面积的不断扩大，瓜农迫切希望实现打瓜生产全程机械化，减轻劳动强度。因此，国家应加大对相关农业机械研究的支持力度，将现代电子技术、传感器技术、智能化模块技术大量应用到农业机械上，使打瓜收获机械功能更加齐全，生产更加精细化、智能化且效率更高，从而促进新疆打瓜产业更好地发展。