三種籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)去瓜秧裝置的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析

石 鑫，牛長(zhǎng)河，喬園園，王學(xué)農(nóng)

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2.農(nóng)業(yè)部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站）

三種籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)去瓜秧裝置的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析

石 鑫1,2，牛長(zhǎng)河1,2，喬園園1,2，王學(xué)農(nóng)1,2

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2.農(nóng)業(yè)部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站）

文中以籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)為研究對(duì)象設(shè)計(jì)了壓瓜輥式和割刀式去瓜秧裝置，分析了其結(jié)構(gòu)和存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)橡膠條式去瓜秧裝置，為籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)提供適用、配套的去瓜秧裝置，以便于籽瓜的機(jī)械化收獲。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該裝置瓜秧雜草含量低，撿拾率達(dá)96.16%，工作效率達(dá)0.407hm2/h。

籽瓜；去瓜秧；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

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(chǎn)量，中國(guó)均居世界之首，盛產(chǎn)于我國(guó)西北地區(qū)，其中新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、青海五省區(qū)為主產(chǎn)區(qū)[2]，尤其新疆是我國(guó)最大的籽瓜種植基地；2015年新疆籽瓜種植面積超過(guò)40萬(wàn)hm2，已成為農(nóng)民增收的特色經(jīng)濟(jì)作物之一。由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的“籽用瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)”已在我國(guó)籽瓜種植區(qū)大面積示范推廣。籽瓜的生產(chǎn)過(guò)程中，收獲階段勞動(dòng)強(qiáng)度大，

勞動(dòng)成本高，“籽用瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)”采用扎瓜的原理，由扎瓜輥將籽瓜扎起，升運(yùn)至一定高度，再由脫瓜裝置將瓜取下，滾入脫籽機(jī)內(nèi)，但該機(jī)工作時(shí)，扎瓜輥撿瓜時(shí)易將瓜秧雜草帶入脫籽機(jī)內(nèi)，難以清理，機(jī)具作業(yè)時(shí)，需要1～2名人工跟隨輔助扯瓜秧，工作一段時(shí)間需停機(jī)清理纏繞在旋轉(zhuǎn)工作部件上的瓜秧雜草，大大降低了機(jī)具的工作效率[3]。隨著籽瓜的種植規(guī)模越來(lái)越大，人力投入，生產(chǎn)成本的消耗等問(wèn)題日益突出，解決瓜秧雜草纏繞問(wèn)題已成為籽瓜機(jī)械化收獲效率的關(guān)鍵所在。

1 整機(jī)介紹及工作原理

籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)由撿拾裝置、去瓜秧裝置、脫籽裝置、機(jī)架、行走裝置、瓜子輸送裝置、糧倉(cāng)等幾部分組成（圖1）。

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

圖1 籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)

2 去瓜秧裝置的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析

為解決瓜秧纏繞撿拾輥和破瓜部件的旋轉(zhuǎn)軸，項(xiàng)目組成員先后設(shè)計(jì)了3種取瓜秧裝置，并通過(guò)試驗(yàn)最終確定了去瓜秧裝置的結(jié)構(gòu)。

2.1 壓瓜輥式去瓜秧裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)分析瓜秧雜草纏繞的部位和原因，發(fā)現(xiàn)破瓜部件的旋轉(zhuǎn)軸最易纏繞瓜秧雜草，造成籽瓜入料口的壅堵，影響籽瓜進(jìn)入脫籽裝置，經(jīng)常需停機(jī)清理，大大降低了作業(yè)效率，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了壓瓜輥式去瓜秧裝置。

壓瓜輥式去瓜秧裝置結(jié)合籽瓜破碎裝置設(shè)計(jì)，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(guò)觀察發(fā)現(xiàn)破瓜軸采用細(xì)長(zhǎng)軸，高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中易纏繞瓜秧，而壓瓜輥的結(jié)構(gòu)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(duì)破碎裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，去除破瓜軸，改變壓瓜輥的結(jié)構(gòu)，使壓瓜輥同時(shí)具有破瓜功能，提高其線速度，增加了破瓜效率，同時(shí)又大大減少了瓜秧雜草纏繞的概率，使瓜秧雜草進(jìn)入脫籽機(jī)后隨瓜皮排出機(jī)體。該裝置由側(cè)板、防纏繞破瓜塊、壓瓜輥、心軸、帶座軸承、機(jī)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(guò)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(jī)架上[5]。作業(yè)時(shí)，由輸送帶將收集的籽瓜及雜草運(yùn)送至防纏繞籽瓜破碎裝置中，籽瓜與部分瓜秧運(yùn)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(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)

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(duì)籽瓜的物理特性進(jìn)行了田間調(diào)查，供試驗(yàn)的籽瓜采自新疆瑪納斯境內(nèi)芳草湖農(nóng)場(chǎng)，品種為“蘭州黑大片”。在籽瓜成熟季節(jié)，隨機(jī)從田間抽取多組大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲害的籽瓜果實(shí)，每組20個(gè)瓜，作為試驗(yàn)樣本[6]。測(cè)量籽瓜的最小直徑，通過(guò)對(duì)籽瓜物理特性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(shè)計(jì)的籽瓜破碎裝置壓瓜輥與底板間隙應(yīng)小于5 cm，否則部分小瓜會(huì)在沒有破碎的情況下進(jìn)入脫籽部件，造成浪費(fèi)。

2.1.3 試驗(yàn)分析

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該裝置雖然能實(shí)現(xiàn)清除瓜秧和雜草的目的，但排出的瓜皮中含籽率過(guò)高，部分瓜子包裹在瓜秧雜草中一起排出機(jī)體，經(jīng)測(cè)算瓜子損失率為3.7%，而安裝原破碎裝置的取籽機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

割刀式去瓜秧裝置采用往復(fù)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(jī)架上，包括動(dòng)刀片、定刀片、壓刃器、刀桿、傳動(dòng)部件等組成，護(hù)刃器上鉚接定刀片，動(dòng)刀片鉚接在刀桿上，動(dòng)刀由曲柄連桿驅(qū)動(dòng)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)刀片和定刀片構(gòu)成穩(wěn)定的剪切副，實(shí)現(xiàn)切斷雜草和瓜秧的目的。

2.2.2 割刀的設(shè)計(jì)及材料選擇

為達(dá)到有效切割和耐磨的作用，動(dòng)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(gè)齒，刀刃寬度不超過(guò)0.15mm，為提高刀刃耐磨性和強(qiáng)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(dá)60 HRC。刀桿由35號(hào)冷拉扁鋼制成，斷面尺寸為20mm×5.5mm。壓刃器采用40號(hào)鋼制成，其摩擦面的熱處理硬度為40～48 HRC，每隔4～5個(gè)動(dòng)刀片安裝一個(gè)壓刃器[7]（圖4）。

圖3 割刀式去瓜秧裝置結(jié)構(gòu)

圖4 安裝了割刀去瓜秧裝置的籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)

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

2.3 旋轉(zhuǎn)橡膠條式去瓜秧裝置

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)橡膠條式去瓜秧裝置采用安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的橡膠條將雜草和瓜秧?yè)茈x撿拾輥（圖5）。去瓜秧裝置包括旋轉(zhuǎn)軸、帶座軸承、橡膠條、支架等組成，每隔7 cm處在旋轉(zhuǎn)軸的外圓面上相對(duì)安裝一對(duì)橡膠條，位置與扎瓜齒交錯(cuò)排列。旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)帶座軸承安裝在撿拾輥前端的支架上，在傳動(dòng)軸帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)橡膠條與撿拾輥?zhàn)鱿鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，撿拾輥帶起的瓜秧和雜草被橡膠條撥下，達(dá)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(wú)毒耐磨材料。

2.3.2 橡膠條的設(shè)計(jì)

為了達(dá)到去除瓜秧而不傷瓜的目的，同時(shí)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(jī)械性能，撕裂強(qiáng)度也較高，可達(dá)98 kN/m，具有耐磨性好、加工性好、耐水性優(yōu)和耐沖擊性好等優(yōu)點(diǎn)[8]。因此旋轉(zhuǎn)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(zhǎng)度選取300 mm，安裝在旋轉(zhuǎn)軸外圓柱面上，與扎瓜齒交錯(cuò)排列，旋轉(zhuǎn)橡膠條與兩齒之間時(shí)有一定的重合量。

圖5 旋轉(zhuǎn)橡膠條式去瓜秧裝置結(jié)構(gòu)

2.3.3 試驗(yàn)分析

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)地選擇在新疆瑪納斯縣芳草湖農(nóng)場(chǎng)，籽瓜由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色，成熟度較高的籽瓜地，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定瓜秧及雜草含量、撿拾率和工作效率，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

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

3 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)壓瓜輥式和割刀式去瓜秧裝置，并在試驗(yàn)中分析其存在的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)橡膠條式去瓜秧裝置，對(duì)該裝置進(jìn)行了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示瓜秧雜草含量低，為0.576 kg/667m2，撿拾率達(dá)96.16%，工作效率達(dá)0.407 hm2/h。在籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機(jī)上配套安裝旋轉(zhuǎn)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(jī)械化收獲效率。

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表1 試驗(yàn)條件

該機(jī)具2015年研制完成后，經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和完善，2016年6月分別在麥蓋提、阿克陶、拜城、和碩、達(dá)坂城等地進(jìn)行田間試驗(yàn)測(cè)試，平均一天可收割2～2.5 hm2小麥。試驗(yàn)條件與試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)具各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，整機(jī)工作性能穩(wěn)定，小麥秸稈粉碎效果良好、糧倉(cāng)清潔，該機(jī)型得到了廣大農(nóng)牧民的認(rèn)可。目前4LZJ-3型自走式小麥秸稈籽粒聯(lián)合收獲機(jī)已在公司進(jìn)行小批量生產(chǎn)。該機(jī)的成功研制，為牛羊養(yǎng)殖戶及畜牧養(yǎng)殖企業(yè)大大降低了飼料成本，提高了小麥的利用率。

參考文獻(xiàn)：

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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(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技人才基金項(xiàng)目項(xiàng)目（xjnkq-2013014）