三種籽瓜撿拾脫籽聯合作業機去瓜秧裝置的設計及試驗分析

石 鑫，牛長河，喬園園，王學農

（1.新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2.農業部林果棉與設施農業裝備科學觀測實驗站）

三種籽瓜撿拾脫籽聯合作業機去瓜秧裝置的設計及試驗分析

石 鑫1,2，牛長河1,2，喬園園1,2，王學農1,2

（1.新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2.農業部林果棉與設施農業裝備科學觀測實驗站）

文中以籽瓜撿拾脫籽聯合作業機為研究對象設計了壓瓜輥式和割刀式去瓜秧裝置，分析了其結構和存在的問題，并在此基礎上設計了旋轉橡膠條式去瓜秧裝置，為籽瓜撿拾脫籽聯合作業機提供適用、配套的去瓜秧裝置，以便于籽瓜的機械化收獲。試驗數據顯示，該裝置瓜秧雜草含量低，撿拾率達96.16%，工作效率達0.407hm2/h。

籽瓜；去瓜秧；設計；試驗

0 引言

籽瓜是指一切以取籽為主的瓜類植物，包括打瓜、裸仁南瓜、黑殼南瓜、光板南瓜、紅小片等[1]，不論是種植面積還是瓜籽的產量，中國均居世界之首，盛產于我國西北地區，其中新疆、甘肅、內蒙古、寧夏、青海五省區為主產區[2]，尤其新疆是我國最大的籽瓜種植基地；2015年新疆籽瓜種植面積超過40萬hm2，已成為農民增收的特色經濟作物之一。由新疆農業科學院農業機械化研究所研制的“籽用瓜撿拾脫籽聯合作業機”已在我國籽瓜種植區大面積示范推廣。籽瓜的生產過程中，收獲階段勞動強度大，

勞動成本高，“籽用瓜撿拾脫籽聯合作業機”采用扎瓜的原理，由扎瓜輥將籽瓜扎起，升運至一定高度，再由脫瓜裝置將瓜取下，滾入脫籽機內，但該機工作時，扎瓜輥撿瓜時易將瓜秧雜草帶入脫籽機內，難以清理，機具作業時，需要1～2名人工跟隨輔助扯瓜秧，工作一段時間需停機清理纏繞在旋轉工作部件上的瓜秧雜草，大大降低了機具的工作效率[3]。隨著籽瓜的種植規模越來越大，人力投入，生產成本的消耗等問題日益突出，解決瓜秧雜草纏繞問題已成為籽瓜機械化收獲效率的關鍵所在。

1 整機介紹及工作原理

籽瓜撿拾脫籽聯合作業機由撿拾裝置、去瓜秧裝置、脫籽裝置、機架、行走裝置、瓜子輸送裝置、糧倉等幾部分組成（圖1）。

作業時，拖拉機牽引機具前進，集攏器位于機具的前端，先將籽瓜集攏到撿拾輥的工作幅寬內，撿拾輥上布滿扎瓜齒，隨著撿拾輥的滾動，籽瓜連同瓜秧一起被扎瓜齒扎起[4]，隨后在撿拾輥的運動下，去瓜秧裝置將瓜秧清除，剩余的籽瓜被升運至取瓜齒處，隨后落至脫籽裝置脫籽。

圖1 籽瓜撿拾脫籽聯合作業機結構

2 去瓜秧裝置的設計及試驗分析

為解決瓜秧纏繞撿拾輥和破瓜部件的旋轉軸，項目組成員先后設計了3種取瓜秧裝置，并通過試驗最終確定了去瓜秧裝置的結構。

2.1 壓瓜輥式去瓜秧裝置

2.1.1 結構設計

通過分析瓜秧雜草纏繞的部位和原因，發現破瓜部件的旋轉軸最易纏繞瓜秧雜草，造成籽瓜入料口的壅堵，影響籽瓜進入脫籽裝置，經常需停機清理，大大降低了作業效率，因此我們設計了壓瓜輥式去瓜秧裝置。

壓瓜輥式去瓜秧裝置結合籽瓜破碎裝置設計，籽瓜破碎部件工作原理是破瓜軸將瓜打碎成小塊，再由壓瓜輥和底板之間的間隙將瓜子從碎瓜中擠出。通過觀察發現破瓜軸采用細長軸，高速旋轉過程中易纏繞瓜秧，而壓瓜輥的結構為較粗的圓輥形，表面的撥板不易纏繞，不受瓜秧雜草的影響，因此，對破碎裝置進行改進設計，去除破瓜軸，改變壓瓜輥的結構，使壓瓜輥同時具有破瓜功能，提高其線速度，增加了破瓜效率，同時又大大減少了瓜秧雜草纏繞的概率，使瓜秧雜草進入脫籽機后隨瓜皮排出機體。該裝置由側板、防纏繞破瓜塊、壓瓜輥、心軸、帶座軸承、機架、破瓜凹板等組成（圖2）。防纏繞破瓜塊呈條狀均布固定于壓瓜輥的外圓周上，壓瓜輥通過固定在兩端的心軸安裝在帶座軸承上，與破瓜凹板形成間隙，帶座軸承固接于機架上[5]。作業時，由輸送帶將收集的籽瓜及雜草運送至防纏繞籽瓜破碎裝置中，籽瓜與部分瓜秧運行至破瓜塊與壓瓜輥形成的間隙中，籽瓜被帶入間隙并壓碎，由于壓瓜輥直徑較大，因此瓜秧很難纏繞，實現了防纏繞的功能，并完成了籽瓜破碎取籽的效果。

圖2 壓瓜輥式去瓜秧裝置結構

2.1.2 破瓜輥與底板間隙的確定

為得到破瓜輥與底板的間隙，我們對籽瓜的物理特性進行了田間調查，供試驗的籽瓜采自新疆瑪納斯境內芳草湖農場，品種為“蘭州黑大片”。在籽瓜成熟季節，隨機從田間抽取多組大小均勻、無機械損傷、無病蟲害的籽瓜果實，每組20個瓜，作為試驗樣本[6]。測量籽瓜的最小直徑，通過對籽瓜物理特性參數進行統計，可以看出籽瓜直徑在5～25 cm之間，大部分分布在8～22 cm之間，所以設計的籽瓜破碎裝置壓瓜輥與底板間隙應小于5 cm，否則部分小瓜會在沒有破碎的情況下進入脫籽部件，造成浪費。

2.1.3 試驗分析

通過試驗發現該裝置雖然能實現清除瓜秧和雜草的目的，但排出的瓜皮中含籽率過高，部分瓜子包裹在瓜秧雜草中一起排出機體，經測算瓜子損失率為3.7%，而安裝原破碎裝置的取籽機瓜子損失率僅為1.5%，故放棄該方案。

2.2 割刀式去瓜秧裝置

2.2.1 結構設計

割刀式去瓜秧裝置采用往復式切割刀將雜草和瓜秧切斷（圖3）。去瓜秧裝置安裝在撿拾輥后端的機架上，包括動刀片、定刀片、壓刃器、刀桿、傳動部件等組成，護刃器上鉚接定刀片，動刀片鉚接在刀桿上，動刀由曲柄連桿驅動做往復運動，使動刀片和定刀片構成穩定的剪切副，實現切斷雜草和瓜秧的目的。

2.2.2 割刀的設計及材料選擇

為達到有效切割和耐磨的作用，動刀片呈六邊形，采用65Mn鋼高頻等溫淬火制成，刃部熱處理寬度為10～15mm，淬火帶硬度為50～60HRC，刀片厚度為2～3mm，每厘米刀刃上有6～7個齒，刀刃寬度不超過0.15mm，為提高刀刃耐磨性和強度，刀的兩邊刃口用塑性變形法制成齒紋。為防止莖稈滑出，定刀片也采用齒刃，材料選用65Mn鋼高頻等溫淬火制成，硬度可達60 HRC。刀桿由35號冷拉扁鋼制成，斷面尺寸為20mm×5.5mm。壓刃器采用40號鋼制成，其摩擦面的熱處理硬度為40～48 HRC，每隔4～5個動刀片安裝一個壓刃器[7]（圖4）。

圖3 割刀式去瓜秧裝置結構

圖4 安裝了割刀去瓜秧裝置的籽瓜撿拾脫籽聯合作業機

割刀式去瓜秧裝置切割瓜秧時易將瓜割破，瓜子從瓜中漏出，造成浪費，且切割刀磨損嚴重工作一段時間后起不到切割瓜秧的作用。

2.3 旋轉橡膠條式去瓜秧裝置

2.3.1 結構設計

旋轉橡膠條式去瓜秧裝置采用安裝在旋轉軸上的橡膠條將雜草和瓜秧撥離撿拾輥（圖5）。去瓜秧裝置包括旋轉軸、帶座軸承、橡膠條、支架等組成，每隔7 cm處在旋轉軸的外圓面上相對安裝一對橡膠條，位置與扎瓜齒交錯排列。旋轉軸通過帶座軸承安裝在撿拾輥前端的支架上，在傳動軸帶動下旋轉軸轉動帶動橡膠條與撿拾輥做相對轉動，撿拾輥帶起的瓜秧和雜草被橡膠條撥下，達到去瓜秧和雜草的目的，為了防止橡膠條磨損，提高使用壽命，橡膠條采用無毒耐磨材料。

2.3.2 橡膠條的設計

為了達到去除瓜秧而不傷瓜的目的，同時具備一定的韌性和耐磨性，橡膠條采用柔性材料，橡膠的種類很多：有天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠等。其中，天然橡膠彈性大，耐磨性好，有非常好的機械性能，撕裂強度也較高，可達98 kN/m，具有耐磨性好、加工性好、耐水性優和耐沖擊性好等優點[8]。因此旋轉軸上固定的橡膠條選取天然橡膠，加工成寬度為30mm，厚度為20mm的橡膠條，長度選取300 mm，安裝在旋轉軸外圓柱面上，與扎瓜齒交錯排列，旋轉橡膠條與兩齒之間時有一定的重合量。

圖5 旋轉橡膠條式去瓜秧裝置結構

2.3.3 試驗分析

表1 試驗數據

試驗地選擇在新疆瑪納斯縣芳草湖農場，籽瓜由綠色轉變為黃綠色，成熟度較高的籽瓜地，通過試驗測定瓜秧及雜草含量、撿拾率和工作效率，試驗結果如表1所示。

由表1可以得出，采用旋轉橡膠條式去瓜秧裝置試驗所得的瓜秧雜草量、籽瓜撿拾率和作業效果較好，籽瓜收獲日工作效率可達4.07 hm2。

3 結論

通過設計壓瓜輥式和割刀式去瓜秧裝置，并在試驗中分析其存在的問題，在此基礎上設計了旋轉橡膠條式去瓜秧裝置，對該裝置進行了田間試驗，試驗數據顯示瓜秧雜草含量低，為0.576 kg/667m2，撿拾率達96.16%，工作效率達0.407 hm2/h。在籽瓜撿拾脫籽聯合作業機上配套安裝旋轉橡膠條式去瓜秧裝置，能有效地去除瓜秧和雜草，大大提高了籽瓜的機械化收獲效率。

[1]柳唐鏡等.籽瓜（籽用西瓜）產業前景展望[J].北京農業. 2007（11）：13～15.

[2]何金明.內蒙古籽用西瓜生長發育規律的研究[D].內蒙古農業大學，2006：55～57.

[3]牛長河，辛巖，蘇魯坦·巴達克，孫小麗.4ZGJT-110型籽瓜撿拾脫籽聯合作業機的改進設計[J].新疆農機化，2014（5）：7～9.

[4]王學農，牛長河等.籽用瓜撿拾脫籽聯合作業機[P].中國專利.CN200720183527.8，2007-02-01.

[5]牛長河，喬園園等.一種防纏繞籽瓜破碎裝置[P].中國專利.ZL201520327086.9，2015-05-20.

[6]王學農，牛長河，劉旋峰.基于打瓜力學特性的破碎裝置研究與分析[J].新疆農業科學，2012（11）：2108～2110.

[7]中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[M].中國農業科學技術出版社，2007：912～917.

[8]孫曉靖.苦蕎麥剝殼工藝及剝殼部件的試驗研究［D］.內蒙古農業大學，2007年碩士畢業論文.

表1 試驗條件

該機具2015年研制完成后，經過不斷地改進和完善，2016年6月分別在麥蓋提、阿克陶、拜城、和碩、達坂城等地進行田間試驗測試，平均一天可收割2～2.5 hm2小麥。試驗條件與試驗結果見表1、表2。

表2 試驗結果

試驗結果表明，該機具各項指標均達到設計要求，整機工作性能穩定，小麥秸稈粉碎效果良好、糧倉清潔，該機型得到了廣大農牧民的認可。目前4LZJ-3型自走式小麥秸稈籽粒聯合收獲機已在公司進行小批量生產。該機的成功研制，為牛羊養殖戶及畜牧養殖企業大大降低了飼料成本，提高了小麥的利用率。

參考文獻：

[1]中國農業機械化科學研究院.農業機械手冊[K].北京：中國農業科學技術出版社，2007.

[2]馬旭，馬成林.高等農業機械學[M].吉林:吉林大學出版社，2006，8.

[3]丁健，高杰，依瑪木·玉素浦，吾布利.淺析新疆小麥機械化收割存在的突出問題[J].新疆農機化，2012（1）：25～27.

[4]李紅艷.小麥聯合收割機莖稈樣品處理機的設計[J].當代農機，2013（11）：62～63.

[5]申洪源.2010年我國小麥產需和市場形勢回顧及2011年展望[J].糧食與油脂，2011（3）：31～32.

Design and Test Analysis of Three Kinds of Stalks Removing Device on Seed-using Melon Picking and Deseeding Machine

SHIXin1,2,N IU Chang-he1,2,QIAO Yuan-yuan1,2,WANG Xue-nong1,2

(1.Instituteofagriculturalmechanization,Xinjiang Academy ofAgriculturalSciences,Urumqi830091,Xinjiang,China;2.Ministry of agriculture cotton,fruitand agricultural facilitiesequipmentscienceObservation ExperimentalStation)

Taking seed-usingmelon picking and deseedingmachine asresearch subject,analyzed the existing problemsof the Pressmelon roller type and Cutter typemelon stalks removing devices.On the base of analyzing its structure and existing problems,project team designed the rotating rubber typemelon stalks removing device and did test on it.The result of experi ment indicatesthat the rotating rubber typemelon stalks removing device has the bestperformance and the lowestweed rate,the picking rate isup to 96.16%,work efficiency isup to 0.407 hm2/h.

Seed-usingmelon;Melon stalksremoving;Design;Experiment

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.05.007

S223.5

A

1007-7782（2016）05-0026-04

2016-09-06

新疆農業科學院優秀青年科技人才基金項目項目（xjnkq-2013014）