李占濤，蔡云霄，趙鵬達(dá)，張宏文※

（1．新疆天鵝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有限公司，新疆 五家渠 831300；2．石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院）

0 引言

棉花是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物也是重要戰(zhàn)略物資，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)起到重要作用。隨著種植成本與人工成本的增加，降低采收成本、提升機(jī)械化水平成為提高植棉經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。在棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化進(jìn)程中，機(jī)械化采收是最復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一，水平摘錠式采棉機(jī)因其采摘質(zhì)量好、機(jī)器適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[1-2]。新疆是我國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)，2019年新疆植棉面積為2．541×106hm2，總產(chǎn)量為500．2 萬(wàn)t，分別占全國(guó)的76．08%和84．9%[3]，目前，全疆采棉機(jī)保有量為5 000 余臺(tái)，機(jī)械化采收率可達(dá)42%以上，根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，到2025 年棉花主產(chǎn)區(qū)，棉花收獲機(jī)械化率達(dá)到60%，采棉機(jī)市場(chǎng)仍有較大的發(fā)展前景[4]。但目前新疆所使用的主流采棉機(jī)仍依賴進(jìn)口，而進(jìn)口采棉機(jī)價(jià)格昂貴，不利于我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此研制一種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的棉花收獲機(jī)對(duì)提高采棉機(jī)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程、降低棉花采收成本具有重大的意義。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收獲機(jī)可按棉鈴的吐絮先后進(jìn)行分次采摘籽棉，且采摘過(guò)程中不損傷未開(kāi)裂棉鈴和莖稈，可實(shí)現(xiàn)多次采收。采摘時(shí)一次完成對(duì)籽棉采摘、脫卸、氣流輸送以及收集等系列作業(yè)，其具備工作效率高、采凈率高、撞落棉損失率低、國(guó)產(chǎn)化程度高、價(jià)格相較于進(jìn)口產(chǎn)品便宜等特點(diǎn)。

1.1 棉花收獲機(jī)結(jié)構(gòu)

該機(jī)具主要由采棉頭、棉花輸送系統(tǒng)、棉箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、行走系統(tǒng)、駕駛室、潤(rùn)滑和清洗系統(tǒng)、電氣控制和保護(hù)系統(tǒng)等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1。采棉機(jī)行走系統(tǒng)、采棉頭和棉花輸送系統(tǒng)動(dòng)力均由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力提供，采棉機(jī)作業(yè)速度與采棉頭工作轉(zhuǎn)速通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行速度匹配。采棉頭與棉花輸送系統(tǒng)相連接且懸掛在棉花收獲機(jī)最前端，采棉頭通過(guò)工作部件摘錠采摘籽棉，采摘后的籽棉通過(guò)棉花輸送系統(tǒng)氣力輸送至棉箱中。

1.2 工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收獲機(jī)具有3 個(gè)采摘頭，每個(gè)采摘頭具有兩個(gè)滾筒，采用先后同側(cè)布置方式，具有行距適應(yīng)性強(qiáng)、采凈率高以及維修便利等優(yōu)點(diǎn)。采摘頭是采棉機(jī)采收關(guān)鍵部件，其主要由扶導(dǎo)器、潤(rùn)濕器、脫棉器、導(dǎo)向槽、摘錠、采摘滾筒、棉株壓緊板、柵板等構(gòu)成。采棉機(jī)采摘頭作業(yè)過(guò)程如圖2。

扶導(dǎo)器將棉株聚集成行并沿著柵條方向擠壓，進(jìn)入由柵板與壓棉板組成寬度約為80～90 mm 的采摘室，工作部件摘錠按照特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)入采摘區(qū)被擠壓到棉株內(nèi)，當(dāng)摘錠與開(kāi)放的棉鈴相接觸時(shí)，摘錠表面的鉤齒對(duì)籽棉進(jìn)行鉤掛與纏繞，纏繞籽棉的摘錠進(jìn)入脫棉區(qū)，脫棉盤(pán)利用高速反向轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的沿摘錠軸線垂直方向的脫棉速度將籽棉脫下，籽棉通過(guò)棉花輸送系統(tǒng)的高速氣流送入棉箱中，然后淋潤(rùn)器對(duì)摘錠進(jìn)行潤(rùn)濕清除雜質(zhì)，摘錠重新進(jìn)入采摘室開(kāi)始下一個(gè)周期的采摘。

2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）4MZ-3A三行自走式棉花收獲機(jī)配備東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)其動(dòng)力為240 馬力，采用三速自走行駛，液壓轉(zhuǎn)向方式，最大轉(zhuǎn)彎半徑為5.8 m，采用液壓馬達(dá)動(dòng)力傳輸，性能可靠、低噪音。

（2）為了避免堵塞和提高籽棉輸送效率，棉花輸送系統(tǒng)的管道采用射流原理的吹吸風(fēng)結(jié)構(gòu)，在積棉室采用吹風(fēng)形式，將采摘的籽棉向出棉口方向吹，而積棉室的出口又是采用吸氣形式，這種吹吸氣流相結(jié)合輸送方式具有輸送能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

（3）燃油箱容積400 L、潤(rùn)滑脂箱容積300 L、水箱容積1150 L，采棉機(jī)通過(guò)棉箱側(cè)傾20°和卸棉絞龍實(shí)現(xiàn)棉花傾倒，采用3 級(jí)棉箱，棉箱容積為30 m3，棉箱裝有壓實(shí)機(jī)構(gòu)，使蓬松的棉花進(jìn)入棉箱后就進(jìn)行壓實(shí)，極大增加了裝棉量，為高效作業(yè)提供了條件。

（4）整機(jī)標(biāo)配3 個(gè)Pro16 采摘頭，采摘頭采用液壓驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速多檔無(wú)極調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)便利，采摘頭采用前16 排、后12 排座管，每個(gè)座管安裝20 個(gè)摘錠，一次可采收3 行機(jī)采棉種植模式（66+10）cm 和（66+8）cm 的棉花，初采作業(yè)速度可達(dá)到5.5 km/h，工作效率為6.7～10.7 hm2/天。

3 主要技術(shù)參數(shù)

4 性能試驗(yàn)

為驗(yàn)證采棉機(jī)的采摘性能，通過(guò)理論分析可知采摘速比系數(shù)是影響作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，采摘滾筒轉(zhuǎn)速和采棉機(jī)作業(yè)速度為影響因素，根據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1133-2006）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 21397-2008）設(shè)計(jì)試驗(yàn)[5-6]，將采凈率＞93%和撞落棉損失率＜2.5%作為試驗(yàn)指標(biāo)，2019 年10 月在新疆芳草湖進(jìn)行采摘試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：采摘速比系數(shù)為1.10～1.19，采棉機(jī)作業(yè)速度為3.287～5.497 km/h 時(shí)，采摘質(zhì)量均滿足采棉機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求。采摘效果好，平均每天采收9.5 hm2，采棉機(jī)穩(wěn)定性好、故障率低，能夠滿足采棉機(jī)田間作業(yè)質(zhì)量要求。