打瓜收獲機械研究現狀及發展展望

張麗香 袁金金

（新疆農業大學，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（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建設兵團的重要經濟作物之一，在兵團的農業產業結構調整中占有重要的地位。新疆是我國打瓜的主要種植區域和生產產地，根統計，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，隨著農業產業結構的調整、打瓜瓜子國際銷售市場的不斷擴大，新疆越來越多的農戶開始種植打瓜，使得其種植規模越來越大。正是因此，導致人力、生產成本的大量投入和消耗問題變得日益嚴重，所以實現打瓜生產全程機械化成為必然趨勢。而目前我國打瓜生產主要采用分段式收獲方式，而且新疆打瓜生產過程中耕地、整地、播種、中耕、植保及取籽等問題已不斷得到解決，但這僅占全部作業量的60%，其余部分主要實施人工作業，特別是收獲過程一直處于半機械化作業狀態，其中打瓜集條工作大多為人工作業，而且勞動強度大、勞動成本高。另外，目前打瓜收獲機主要采用旋轉部件實現取籽和清選，藤秧進入后易造成擁堵，影響取籽和清選的運動輸出，甚至卡死，造成傳動部件損毀。籽瓜清秧集條工作效率低、藤秧纏繞問題嚴重以及生產成本不斷增高等，嚴重影響了我國瓜子的國內外銷量。

為解決打瓜收獲過程中出現的藤秧纏繞嚴重、工作效率低等問題，亟待在現有籽瓜收獲機型和研究基礎上優化參數、調整結構，發展一種結構簡單、效率高、清秧效果好的清秧集條機，使其適合新疆的籽瓜種植模式，從而實現打瓜收獲全面機械化，減輕瓜農的工作強度，提高生產效率，為瓜農增產增收提供保障。

1 國內外打瓜收獲機研究現狀

1.1 國內研究現狀

1.1.1 擋板式集條裝置。擋板式集條裝置主要由機架、仿形壓秧輥、集條輥、集條擋板、傳動系統、液壓馬達、升降油缸和連桿等組成，如圖1 所示。拖拉機在前進的過程中，帶動仿形壓秧輥滾動前進，并隨地面起伏仿形。仿形壓秧輥壓住瓜藤和雜草，集條輥由內向外旋轉，將打瓜推離集條輥。集條輥上的護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的前進方向不垂直，因此，前進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，便于后續打瓜的撿拾、脫籽作業。道路運輸時，升降油缸將機架升起，使仿形壓秧輥離開地面，便于運輸。

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

該裝置結構簡單、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。壓秧輥的旋轉方向和機具行進方向相反，可實現壓住瓜藤、雜草并將其向機具后方輸送。但其工作過程中易出現大量瓜藤與打瓜不分離，隨打瓜進入機具的現象。

1.1.2 旋轉打秧式清秧機械。旋轉打秧式清秧機械主要采用一柔性旋轉部件（多為V 帶等常用材料），旋轉時對瓜秧進行擊打，將其打斷，防止其與打瓜共同進入機具內部。

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

該機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行清秧，能有效減少瓜秧、雜草的纏繞，機具故障率低，作業效率高。但是，對于打瓜進行擊打時，易造成打瓜破碎，后續無法收取，而且擊打時無法清除打瓜附近的瓜秧，仍有少量瓜秧進入機具。

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

劉軍江研發了一種打瓜收獲機械，主要由籽瓜撿拾機構、瓜秧分離機構和取籽分離機構組成，其結構簡圖如圖3 所示［2］。其工作原理是機器工作時打瓜經過籽瓜撿拾機構撿拾后落入瓜秧分離機構，瓜秧分離機構由兩反轉的滾筒組成，其中滾筒A 表面密布地設有縱向條狀的凸塊，滾筒B上呈螺旋狀環繞于筒體的凸條，旋轉過程中將打瓜與瓜秧分離。

與現有技術相比，劉軍江發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，大大提高作業效率，而且作業質量好，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，新疆打瓜收獲機械特別是清秧集條工作多為人工，嚴重制約了打瓜產業發展。而當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。希望可以發展一種新型打瓜收獲機，改進清秧集條裝置，可實現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，進一步促進新疆打瓜收獲全程機械化發展。

1.2 國外研究現狀

目前，國外對打瓜的研究較少。雖然早在20世紀六七十年代一些發達國家就對一些瓜類的收獲機械有所研究，但是大多數是針對西瓜和南瓜的收獲研究。日本的機器人采摘技術很早就被人們所熟知，他們曾利用其技術對瓜類收獲進行研究，但打瓜的種植模式比較粗放，不適合使用該種采摘技術。奧地利曾研制了一種南瓜收獲機械，目前在國外應用比較廣泛。雖然以色列設計的一款打瓜收獲機械獲得了較大的認可，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，因而其設計的收獲機不適用于我國打瓜生產。

2 打瓜收獲機械現存問題

打瓜的形狀近似一個圓，散亂無序地分布在農田間，實現全程機械化收獲的難度相對較大；現有打瓜收獲裝備的機械化、自動化水平有待進一步提升；由于打瓜種植經濟效益良好，近年來打瓜種植面積不斷增大，但是對打瓜收獲機械的研究難以滿足瓜農的需求，相關研究多為籽瓜物理特性及機械三維建模與仿真，而針對籽瓜收獲現狀的收獲機理分析、機構設計與改進的深入研究較少。所以，未來應加大對打瓜收獲機械的研究支持，使其能滿足當下新疆打瓜產業發展的需求。

3 打瓜收獲機械發展展望

對于新疆這樣的打瓜種植大區來說，生產過程越簡單，機械化程度越高，越有益于打瓜生產。雖然新疆打瓜機械化生產取得了一系列成果，提高了打瓜收獲效率，但是打瓜機械化生產技術與其他作物機械化生產技術相比仍顯落后，不能完全滿足當地農業發展需求。而且隨著新疆打瓜種植面積的不斷擴大，瓜農對機械化收獲方式的依賴程度越來越高，實現收獲全程機械化已是他們的迫切需求。

針對此，需進一步加強科研單位與生產企業、農戶間的溝通合作，針對打瓜機械化收獲過程中采摘、撿拾、破碎等各環節加強信息交流，有針對性地研究核心關鍵技術，運用計算機仿真技術與田間試驗相結合的方法，提高機械的性能和設計效率。另外，要集中精力開發適合地區生產實際的打瓜收獲機械，確保打瓜收獲機械具有結構緊湊、操作方便、能適應田間復雜作業環境等優點，實現打瓜收獲全程自動化，提高打瓜收獲效率，同時降低農民的生產勞動強度。

4 結語

近年來，我國打瓜種植規模越來越大，但當前打瓜收獲機械功能不全，需要人工輔助，難以滿足瓜農的需求，特別是清秧集條裝置。隨著打瓜種植面積的不斷擴大，瓜農迫切希望實現打瓜生產全程機械化，減輕勞動強度。因此，國家應加大對相關農業機械研究的支持力度，將現代電子技術、傳感器技術、智能化模塊技術大量應用到農業機械上，使打瓜收獲機械功能更加齊全，生產更加精細化、智能化且效率更高，從而促進新疆打瓜產業更好地發展。