三种籽瓜捡拾脱籽联合作业机去瓜秧装置的设计及试验分析

石 鑫，牛长河，乔园园，王学农

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐830091；2.农业部林果棉与设施农业装备科学观测实验站）

三种籽瓜捡拾脱籽联合作业机去瓜秧装置的设计及试验分析

石 鑫1,2，牛长河1,2，乔园园1,2，王学农1,2

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐830091；2.农业部林果棉与设施农业装备科学观测实验站）

文中以籽瓜捡拾脱籽联合作业机为研究对象设计了压瓜辊式和割刀式去瓜秧装置，分析了其结构和存在的问题，并在此基础上设计了旋转橡胶条式去瓜秧装置，为籽瓜捡拾脱籽联合作业机提供适用、配套的去瓜秧装置，以便于籽瓜的机械化收获。试验数据显示，该装置瓜秧杂草含量低，捡拾率达96.16%，工作效率达0.407hm2/h。

籽瓜；去瓜秧；设计；试验

0 引言

籽瓜是指一切以取籽为主的瓜类植物，包括打瓜、裸仁南瓜、黑壳南瓜、光板南瓜、红小片等[1]，不论是种植面积还是瓜籽的产量，中国均居世界之首，盛产于我国西北地区，其中新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、青海五省区为主产区[2]，尤其新疆是我国最大的籽瓜种植基地；2015年新疆籽瓜种植面积超过40万hm2，已成为农民增收的特色经济作物之一。由新疆农业科学院农业机械化研究所研制的“籽用瓜捡拾脱籽联合作业机”已在我国籽瓜种植区大面积示范推广。籽瓜的生产过程中，收获阶段劳动强度大，

劳动成本高，“籽用瓜捡拾脱籽联合作业机”采用扎瓜的原理，由扎瓜辊将籽瓜扎起，升运至一定高度，再由脱瓜装置将瓜取下，滚入脱籽机内，但该机工作时，扎瓜辊捡瓜时易将瓜秧杂草带入脱籽机内，难以清理，机具作业时，需要1～2名人工跟随辅助扯瓜秧，工作一段时间需停机清理缠绕在旋转工作部件上的瓜秧杂草，大大降低了机具的工作效率[3]。随着籽瓜的种植规模越来越大，人力投入，生产成本的消耗等问题日益突出，解决瓜秧杂草缠绕问题已成为籽瓜机械化收获效率的关键所在。

1 整机介绍及工作原理

籽瓜捡拾脱籽联合作业机由捡拾装置、去瓜秧装置、脱籽装置、机架、行走装置、瓜子输送装置、粮仓等几部分组成（图1）。

作业时，拖拉机牵引机具前进，集拢器位于机具的前端，先将籽瓜集拢到捡拾辊的工作幅宽内，捡拾辊上布满扎瓜齿，随着捡拾辊的滚动，籽瓜连同瓜秧一起被扎瓜齿扎起[4]，随后在捡拾辊的运动下，去瓜秧装置将瓜秧清除，剩余的籽瓜被升运至取瓜齿处，随后落至脱籽装置脱籽。

图1 籽瓜捡拾脱籽联合作业机结构

2 去瓜秧装置的设计及试验分析

为解决瓜秧缠绕捡拾辊和破瓜部件的旋转轴，项目组成员先后设计了3种取瓜秧装置，并通过试验最终确定了去瓜秧装置的结构。

2.1 压瓜辊式去瓜秧装置

2.1.1 结构设计

通过分析瓜秧杂草缠绕的部位和原因，发现破瓜部件的旋转轴最易缠绕瓜秧杂草，造成籽瓜入料口的壅堵，影响籽瓜进入脱籽装置，经常需停机清理，大大降低了作业效率，因此我们设计了压瓜辊式去瓜秧装置。

压瓜辊式去瓜秧装置结合籽瓜破碎装置设计，籽瓜破碎部件工作原理是破瓜轴将瓜打碎成小块，再由压瓜辊和底板之间的间隙将瓜子从碎瓜中挤出。通过观察发现破瓜轴采用细长轴，高速旋转过程中易缠绕瓜秧，而压瓜辊的结构为较粗的圆辊形，表面的拨板不易缠绕，不受瓜秧杂草的影响，因此，对破碎装置进行改进设计，去除破瓜轴，改变压瓜辊的结构，使压瓜辊同时具有破瓜功能，提高其线速度，增加了破瓜效率，同时又大大减少了瓜秧杂草缠绕的概率，使瓜秧杂草进入脱籽机后随瓜皮排出机体。该装置由侧板、防缠绕破瓜块、压瓜辊、心轴、带座轴承、机架、破瓜凹板等组成（图2）。防缠绕破瓜块呈条状均布固定于压瓜辊的外圆周上，压瓜辊通过固定在两端的心轴安装在带座轴承上，与破瓜凹板形成间隙，带座轴承固接于机架上[5]。作业时，由输送带将收集的籽瓜及杂草运送至防缠绕籽瓜破碎装置中，籽瓜与部分瓜秧运行至破瓜块与压瓜辊形成的间隙中，籽瓜被带入间隙并压碎，由于压瓜辊直径较大，因此瓜秧很难缠绕，实现了防缠绕的功能，并完成了籽瓜破碎取籽的效果。

图2 压瓜辊式去瓜秧装置结构

2.1.2 破瓜辊与底板间隙的确定

为得到破瓜辊与底板的间隙，我们对籽瓜的物理特性进行了田间调查，供试验的籽瓜采自新疆玛纳斯境内芳草湖农场，品种为“兰州黑大片”。在籽瓜成熟季节，随机从田间抽取多组大小均匀、无机械损伤、无病虫害的籽瓜果实，每组20个瓜，作为试验样本[6]。测量籽瓜的最小直径，通过对籽瓜物理特性参数进行统计，可以看出籽瓜直径在5～25 cm之间，大部分分布在8～22 cm之间，所以设计的籽瓜破碎装置压瓜辊与底板间隙应小于5 cm，否则部分小瓜会在没有破碎的情况下进入脱籽部件，造成浪费。

2.1.3 试验分析

通过试验发现该装置虽然能实现清除瓜秧和杂草的目的，但排出的瓜皮中含籽率过高，部分瓜子包裹在瓜秧杂草中一起排出机体，经测算瓜子损失率为3.7%，而安装原破碎装置的取籽机瓜子损失率仅为1.5%，故放弃该方案。

2.2 割刀式去瓜秧装置

2.2.1 结构设计

割刀式去瓜秧装置采用往复式切割刀将杂草和瓜秧切断（图3）。去瓜秧装置安装在捡拾辊后端的机架上，包括动刀片、定刀片、压刃器、刀杆、传动部件等组成，护刃器上铆接定刀片，动刀片铆接在刀杆上，动刀由曲柄连杆驱动做往复运动，使动刀片和定刀片构成稳定的剪切副，实现切断杂草和瓜秧的目的。

2.2.2 割刀的设计及材料选择

为达到有效切割和耐磨的作用，动刀片呈六边形，采用65Mn钢高频等温淬火制成，刃部热处理宽度为10～15mm，淬火带硬度为50～60HRC，刀片厚度为2～3mm，每厘米刀刃上有6～7个齿，刀刃宽度不超过0.15mm，为提高刀刃耐磨性和强度，刀的两边刃口用塑性变形法制成齿纹。为防止茎秆滑出，定刀片也采用齿刃，材料选用65Mn钢高频等温淬火制成，硬度可达60 HRC。刀杆由35号冷拉扁钢制成，断面尺寸为20mm×5.5mm。压刃器采用40号钢制成，其摩擦面的热处理硬度为40～48 HRC，每隔4～5个动刀片安装一个压刃器[7]（图4）。

图3 割刀式去瓜秧装置结构

图4 安装了割刀去瓜秧装置的籽瓜捡拾脱籽联合作业机

割刀式去瓜秧装置切割瓜秧时易将瓜割破，瓜子从瓜中漏出，造成浪费，且切割刀磨损严重工作一段时间后起不到切割瓜秧的作用。

2.3 旋转橡胶条式去瓜秧装置

2.3.1 结构设计

旋转橡胶条式去瓜秧装置采用安装在旋转轴上的橡胶条将杂草和瓜秧拨离捡拾辊（图5）。去瓜秧装置包括旋转轴、带座轴承、橡胶条、支架等组成，每隔7 cm处在旋转轴的外圆面上相对安装一对橡胶条，位置与扎瓜齿交错排列。旋转轴通过带座轴承安装在捡拾辊前端的支架上，在传动轴带动下旋转轴转动带动橡胶条与捡拾辊做相对转动，捡拾辊带起的瓜秧和杂草被橡胶条拨下，达到去瓜秧和杂草的目的，为了防止橡胶条磨损，提高使用寿命，橡胶条采用无毒耐磨材料。

2.3.2 橡胶条的设计

为了达到去除瓜秧而不伤瓜的目的，同时具备一定的韧性和耐磨性，橡胶条采用柔性材料，橡胶的种类很多：有天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶等。其中，天然橡胶弹性大，耐磨性好，有非常好的机械性能，撕裂强度也较高，可达98 kN/m，具有耐磨性好、加工性好、耐水性优和耐冲击性好等优点[8]。因此旋转轴上固定的橡胶条选取天然橡胶，加工成宽度为30mm，厚度为20mm的橡胶条，长度选取300 mm，安装在旋转轴外圆柱面上，与扎瓜齿交错排列，旋转橡胶条与两齿之间时有一定的重合量。

图5 旋转橡胶条式去瓜秧装置结构

2.3.3 试验分析

表1 试验数据

试验地选择在新疆玛纳斯县芳草湖农场，籽瓜由绿色转变为黄绿色，成熟度较高的籽瓜地，通过试验测定瓜秧及杂草含量、捡拾率和工作效率，试验结果如表1所示。

由表1可以得出，采用旋转橡胶条式去瓜秧装置试验所得的瓜秧杂草量、籽瓜捡拾率和作业效果较好，籽瓜收获日工作效率可达4.07 hm2。

3 结论

通过设计压瓜辊式和割刀式去瓜秧装置，并在试验中分析其存在的问题，在此基础上设计了旋转橡胶条式去瓜秧装置，对该装置进行了田间试验，试验数据显示瓜秧杂草含量低，为0.576 kg/667m2，捡拾率达96.16%，工作效率达0.407 hm2/h。在籽瓜捡拾脱籽联合作业机上配套安装旋转橡胶条式去瓜秧装置，能有效地去除瓜秧和杂草，大大提高了籽瓜的机械化收获效率。

[1]柳唐镜等.籽瓜（籽用西瓜）产业前景展望[J].北京农业. 2007（11）：13～15.

[2]何金明.内蒙古籽用西瓜生长发育规律的研究[D].内蒙古农业大学，2006：55～57.

[3]牛长河，辛岩，苏鲁坦·巴达克，孙小丽.4ZGJT-110型籽瓜捡拾脱籽联合作业机的改进设计[J].新疆农机化，2014（5）：7～9.

[4]王学农，牛长河等.籽用瓜捡拾脱籽联合作业机[P].中国专利.CN200720183527.8，2007-02-01.

[5]牛长河，乔园园等.一种防缠绕籽瓜破碎装置[P].中国专利.ZL201520327086.9，2015-05-20.

[6]王学农，牛长河，刘旋峰.基于打瓜力学特性的破碎装置研究与分析[J].新疆农业科学，2012（11）：2108～2110.

[7]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].中国农业科学技术出版社，2007：912～917.

[8]孙晓靖.苦荞麦剥壳工艺及剥壳部件的试验研究［D］.内蒙古农业大学，2007年硕士毕业论文.

表1 试验条件

该机具2015年研制完成后，经过不断地改进和完善，2016年6月分别在麦盖提、阿克陶、拜城、和硕、达坂城等地进行田间试验测试，平均一天可收割2～2.5 hm2小麦。试验条件与试验结果见表1、表2。

表2 试验结果

试验结果表明，该机具各项指标均达到设计要求，整机工作性能稳定，小麦秸秆粉碎效果良好、粮仓清洁，该机型得到了广大农牧民的认可。目前4LZJ-3型自走式小麦秸秆籽粒联合收获机已在公司进行小批量生产。该机的成功研制，为牛羊养殖户及畜牧养殖企业大大降低了饲料成本，提高了小麦的利用率。

参考文献：

[1]中国农业机械化科学研究院.农业机械手册[K].北京：中国农业科学技术出版社，2007.

[2]马旭，马成林.高等农业机械学[M].吉林:吉林大学出版社，2006，8.

[3]丁健，高杰，依玛木·玉素浦，吾布利.浅析新疆小麦机械化收割存在的突出问题[J].新疆农机化，2012（1）：25～27.

[4]李红艳.小麦联合收割机茎秆样品处理机的设计[J].当代农机，2013（11）：62～63.

[5]申洪源.2010年我国小麦产需和市场形势回顾及2011年展望[J].粮食与油脂，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

新疆农业科学院优秀青年科技人才基金项目项目（xjnkq-2013014）