棉花收获机械简介

棉花收获机械简介1.1前言我国是世界上最大的棉花生产国。新疆是我国最大的优质商品棉基地和出口棉基地，棉花单产、总产和品质在全国一直名列前茅，棉花已成为新疆的支柱产业。由于新疆棉花种植面积大、收获期相对集中，因而对采棉工的需求量大。据统计，近两三年，每年由内地前往新疆采收棉花的农民工达到了70～80万人。随着内地农村生活水平的不断提高，愿意来新疆采收棉花的人员越来越少，棉花采收劳力不足的问题严重制约新疆棉花产业规模化发展。此外，棉花人工采收劳力的严重不足导致采收费用越来越高。同时，大量民工的进入也给新疆交通、教育、医疗、治安等带来诸多问题。“拾花难”成为阻碍新疆棉花产业发展的突出矛盾。目前，新疆大力推广实施的棉花生产全程机械化工程中，棉田耕整、播种、中耕施肥、植保、灌溉等环节已基本上实现了机械化作业，而我国自行研制和从国外引进的一些采棉机因价格较高，农民负担不起，未能普遍推广使用。因此，棉花机械化采收已成为制约新疆棉花产业发展的重要因素。新疆棉花生产迫切需要摆脱对劳动力的过度依赖，全面推行棉花机械采收势在必行。随着棉花机械采收面积的不断扩大，对采棉机的需求也越来越大。传统采棉机械设备一次性投资过大，据调查：一台国产采棉机的最低售价为人民币130万元，进口6行采棉机批量购进美方目前最低价为30万美元；一个棉花种植面积在8万亩的中型植棉团场若完全采用机械采收，至少需要16～20台采棉机，仅此一项需要购置费4000余万元。此外，每台采棉机需要配套4辆40立方米专用籽棉田间转运车，再加上配套的机采棉籽棉清理、烘干、轧花等加工设备，还需要资金2000～3000万元。投入巨大和投资回收期长，使得许多团场无力承担，望而却步。梳齿式采棉机与摘锭式采棉机出现于同一时期，由于棉花清理加工技术的滞后，导致梳指式采棉机发展缓慢，在采棉机市场渐渐以摘锭式采棉机为主。随着我国棉花清理加工技术的发展，已在大中型商品棉基地建立了棉花清理加工中心，棉花清理技术已比较成熟，2006年以阿根廷Dolbi农机公司成功研发梳指式采棉机有力论证了梳指式采棉机的可行性。因此引进、消化吸收、开发新型梳齿式采棉机对提高我国棉花收获机械化生产水平，变产品优势为市场优势，对增加农民收入，促进我国棉花产业的稳定发展，带动植棉生产技术进步，同时对稳定繁荣新疆具有十分重要的现实意义。1.2国内外棉花机械采收技术的发展与研究现状1.2.1国外棉花机械采收技术的发展与现状1924年由苏联人保罗霍甫斯切柯夫研制出了第一台棉花收获机，在之后的十几年中由苏联的科学工作者、发明家、设计师、以及生产者研制出了10多种棉花收获机。通过试验垂直摘定式采棉机获得了最为满意的结果。因此，经过改进提高，1948年垂直摘定式采棉机开始投入生产，牌号为CXM-48.到20世纪70年代末，苏联拥有采棉机3.3万台，棉花机械化采收程度高达70%。美国从1850年9月研制第一台采棉机，1942年开始批量生产采棉机，并以水平摘锭式采棉机为主。截止到1999年已拥有采棉机5万台左右。1953年机械收获面积仅占总面积的25%，1969年后，由于清花设备的不断完善，60%实现机械采收。20世纪70年代初棉花生产种植及采收实现全盘机械化。美国原有采棉机制造公司10多家，通过竞争目前只有迪尔公司和凯斯两家主要生产采棉机。目前采棉机在生产中应用比较成熟是前苏联的垂直摘锭自走式采棉机和美国约翰·迪尔公司、凯斯公司生产的水平摘锭自走式采棉机。其中水平摘锭式采棉机应用地域较广，覆盖了美国、澳洲、巴西及以色列等世界主要产棉区，垂直摘锭式采棉机仅在前苏联棉区应用。两种采棉机在技术水平上有一定差距，水平摘锭式采棉机以自动化程度高、适应性强、作业性能好，处于技术领先地位。梳齿式采棉机是近两年在南美国家阿根廷研发的一种新型采棉机，与70～80马力拖拉机配套作业。它最大的特点是结构简单、造价低、采收成本低、使用维护方便，作业效率每天可达到100～120亩。目前阿根廷生产梳式采棉机的主要公司是DOLB公司和STRONGENERGYS.A公司，这两个公司生产的梳式采棉机结构和性能有一定差别，其中STRONGENERGYS.A公司产品要优越些。主要在阿根廷本国进行使用，还出口到巴西、乌拉圭、澳大利亚、哈萨克斯坦等国家。1.2.2国内棉花机械采收技术发展现状20世纪50年代末60年代初，国家农业部就为新疆军垦农场引进了50余台原苏联生产的垂直摘锭式自走采棉机，由于受当时经济、技术水平和采棉机作业性能的制约，没有推广应用。1996年以来，兵团先后投入5000多万元进行了机采棉试验示范研究工作，在7项关键技术方面取得重大突破，为机采棉的推广应用奠定了良好的技术基础。2000年，兵团立项实施机采棉推广项目，10年来共引进采棉机315台，建成机采棉加工生产线36条，棉花机械化采收面积累计达到200多万亩，有效缓解了采摘期劳动力不足的矛盾，降低了棉花综合成本，经济和社会效益显著。2002年中国农业机械化科学研究院、贵航集团和兵团农八师协作攻关，通过对国外先进采棉机的引进，消化、吸收，完成了大型自走式4MZ-5型采棉机的研制和试验改进工作，2003年进行小批量生产，经生产考核和改进提高，完成采棉机熟化定型，国产化率达到80%以上。2004年3月10日通过国家科委新产品鉴定，经技术性能检测采净率达到95%；籽棉含杂率小于10%；籽棉含水率10%左右，机具性能和作业质量达到国外同类机型技术指标，造价降低了约40万元。4MZ-5型采棉机的研制工作由科研院校、军工企业和生产单位共同承担，机型定位准确、加工制作水平较高、试验充分，关键技术取得突破。整机采用机电液一体化综合技术，自动化程度高，可靠性好，适应性强，生产效率高，通过近5年的试验，虽存在一些问题，经过改进后基本符合兵团棉花生产的要求，该项目走出了一条从引进、应用、自主设计到小批量生产的国产采棉机发展道路，为我国采棉机工业化生产奠定了物质基础。1.3目前棉花机械采收的主要方式及基本原理采棉机按照采收头摘锭相对地面位置和采棉原理的不同，一般可分为水平摘锭式、垂直摘锭式两类。水平摘锭式又分为滚筒式、链式和平面式。1.棉珠扶导器2.润湿器供水管3.湿润器垫板4.气流输棉管5.脱棉器6.导向槽7.摘锭8.采棉滚筒9.曲柄滚轮10.棉珠压紧板11.栅板1.工作区摩擦带2.棉行3.扶导器4.彩棉滚筒5.摘锭6.脱棉摩擦区7.脱棉刷辊8.输棉风管摘锭式采棉机是用摘锭的钉齿将籽棉从棉铃中勾取，并靠籽棉缠绕在摘锭上的方法采棉。在摘锭反转区用脱棉刷辊脱下籽棉。这样，当摘锭潮湿或棉花含水分大时，水分会使棉花失去弹性，并且污染籽棉，摘锭缠上棉花后不易被脱掉；另外，在脱棉时也会把棉瓣拉碎成单粒籽棉并产生游离棉纤维。所有这些问题会使采棉工艺混乱及增加摘锭传动皮带和脱棉刷辊的磨损。由此会降低采棉作业的稳定性，降低采净率，增加落地棉。1.4摘定式采棉机优缺点1.4.1水平摘锭式采棉机自走水平摘定式采棉机结构复杂，制造工艺水平高，自动化控制水平高，操作性能好，质量可靠，因此造价高。适宜采收棉株高80-120cm，株形大，棉桃较松散，吐絮率高的棉花。机采籽棉含杂率低，采摘率高达90％以上，落地棉少。生产率及作业速度高，一般为5.67-6.7lkm／h。1.4.2垂直摘锭式采棉机：垂直摘定式采棉机多采用悬挂式，动力利用率高，结构简单，制造容易，价格低，操作性能较差，人工辅助作业较多。适宜采收棉株较矮(80cm以下)，分枝少，棉桃较集中，吐絮率在60％左右需多次采收的棉花。采摘性能较差，籽棉含杂率为10％-12％，采净率85％左右，落地棉在10%-12％之间。班次生产率较低，作业速度3-5km/h。就目前情况，新疆棉花主要靠人工采收，棉花机械采收技术在我国推广困难，采棉机国产化缓慢的主要原因是：①实现水平摘锭式采棉机国产化，由于制造工艺复杂，其核心技术（采摘头部件）及其它关键部件均是进口原装部件，国内配套生产一般部件组装而成，降低制造成本方面效果不明显。②水平摘锭式采棉机的核心——采摘头部件对材料、工艺要求高，国内很难满足。③水平摘锭式采棉机结构复杂，技术含量高，使用、维修、调整需要一支高素质的专业技术队伍，很难在短期内培养造就，这是棉花机械采收又一重要制约因素。1.4梳齿式采棉机采收原理的可行性分析：梳齿式采棉机采收过程可以归纳为：以上四个过程分别由不同的工作单元来完成。采收台负责棉铃的采收，采收台在行走的过程中，梳指型剥离器就会剥离棉铃，被剥离的带棉铃壳的籽棉在拨棉辊和输棉绞龙的作用下向出棉口聚集，籽棉在风机负压的作用下再由输送系统送至清理工作单元，清理后的籽棉再被输送到运棉车。项目拟引进阿根廷DOLBL公司生产的梳齿式采棉机。DOLBL公司是阿根廷较棉铃采收运棉车棉清理装置风力输送大的农业机械生产厂，主要生产与中大型拖拉机配套的播种机、整地机、采收机等各种农具，主要用于南美各处国家，技术实力强、产品质量可靠。生产的梳齿式采棉机经过三年试验技术已经成熟，性能可靠，开始大面积推广。据资料显示已有自走式、侧牵引梳齿式采棉机研究成功并投入市场使用，证明梳指式采棉机采摘原理上是可行的。另外，随着机采棉清理加工工艺日趋完善，加工水平和质量不断提高，兵团机采棉平均加工质量可达到手摘棉质量二级左右，机采棉皮棉销售形势逐步看好。通过多年的推广，改变了兵团棉花种植效益观念，特别是很多团场领导和职工对机采棉技术工程认识上更加全面和深刻，实施机采棉技术已成为兵团扩大植棉效益、降低生产成本、提高职人均收入的重要手段。从外部环境看，兵团机采棉技术推广工作已经充分引起国家、自治区和社会各界的关注和充分肯定。1.5本文研究的主要内容与技术路线本课题根据梳齿式采棉机的工作原理，结合新疆机采棉种植模式和采收工艺流程，采用理论分析计算、实物样机制作及田间试验相结合的方法，将实验得到的数据采用正交试验设计试验方案，对采收台的一些关键技术进行试验研究，确定关键技术参数，得到梳齿式采棉机在最佳工作状况下的关键结构尺寸参数，为梳齿式采棉机的设计和生产提供理论依据。主要进行以下几方面的工作：（1）对现有采收台进行优化及改进，搭建影响采净率的理论模型。（2）对采棉机采摘工作过程进行理论研究，分析以下因素对采净率的影响。1）采收速度，2）梳齿的间隙，3）拨棉辊转速，4）螺旋推运器的转速。（3）采用正交试验法设计试验方案，研究采收速度、梳齿的间隙及离地间隙，梳齿倾角、拨棉轮转速、螺旋推进器的转速及半径对采收效果的影响，以提高整机性能。（4）运用回归分析，建立试验指标与几个显著因素的关系式。（5）通过理论及试验得出结论，提出进一步研究设想。