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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流刷辊式采棉机采摘头总体暨机架设计43698.精品文档.南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 韩瑞兵 学 号： 201110811 系 部： 机械工程学院 专 业： 机械电子工程 题 目： 刷辊式采棉机采摘头总体暨机架设计 指导者： 袁建宁 研究院 评阅者： 2015 年 5月 南 京棉花摘采机器依旧是我国棉花产业需要改进的方面之一，现有的采棉机依旧存在许多问题。本设计涉及了4MSG3型这种新型刷辊式采棉机，研究了其基本结构及工作原理，并对其各部分参数，例如刷棉辊的倾角、的长度和半径，排列方式和数量等进行了设计和校核。在这新型的
2、采棉机，一对平行布置的刷棉辊作为摘采部件，它将以往的被动收获方式，改进为首创的主动刷辊方式。这种采棉机进一步解决机器摘采含杂较多，摘采后清花困难等难题，并且机器摘采的棉花质量虽然依旧赶不上人工，但是得到了很大改善。关键词 采棉机 刷辊式 棉花摘采南京工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称： 刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置设计与仿真 学 生 姓 名： 曹云柯 学 号： 20110803 指 导 教 师： 袁建宁 研究员 所在院(系)部： 机 械 工 程 学 院 专 业 名 称： 机械电子工程 2015 年 3 月 18 日说 明1根据南京工程学院毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕
3、业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第24周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份
4、开题情况总结报告。 毕业设计(论文)开题报告学生姓名曹云柯学 号201110803专 业机械电子工程指导教师袁建宁职 称研究员所在院(系) 机械工程学院课题来源自然科学基金与部、省、市级以上科研课题课题类型工程技术研究课题名称刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置设计与仿真毕业设计的内容和意义毕业设计的内容和意义课题背景：中国是棉花生产大国，中国目前有新疆棉区、黄淮流域棉区和长江流域棉区三大产棉区。目前全国有4300万户棉农，生产规模化、现代化水平有待提高。其中新疆棉区生产的机械化，现代化水平较高，并已形成规模经营。但是机械化主要集中在棉花的种植环节，棉花的采摘过程的机械化还没有得到普及。因此，
5、棉花采摘机对于棉花生产有着不可小觑的作用。此外，随着社会的发展，时代的进步，愿意做采棉工的人数正在逐年的减少，这将导致棉花采摘出现巨大的问题，有可能出现大量棉花会无人采摘的现象。这将极大的 影响棉花的产量，社会经济的平稳发展。采棉机的种类繁杂，本设计研究的采棉机型式为自走刷辊式，型号为4MSG 3。课题内容：1提出：我国还处在发展中，在采棉机制造这一方面的技术还没有成熟。自主研发的采棉机与国外的采棉机有着不小的差距，核心技术方面也有欠缺。2解决方法：随着国外采棉技术的提高，我国因采棉技术所造成的棉花成本却在不断增长，使得我国棉花在国际市场上失去了原有的竞争力。因而，需要着手研发拥有自主知识产权
6、的采棉机或者结合我国国情对采棉机进行技术改进。刷辊式采棉机用刷辊组间距与棉铃外形差将棉花从棉杆自下而上刷下，实现对行采摘，具有不增加籽棉含水量、不破坏棉花纤维长度等显著优点。3 设计内容：本设计为棉秆防拔起及横向输送装置的设计与分析，主要工作部件设计。应用AutoCAD或ProE、UG、Catia、SolidEdge、SolidWorks等计算机辅助设计软件进行刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构配置设计及三维实体设计课题意义：本课题研究的的是刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置，是研究刷辊式采棉机的一部分。刷辊式采棉机是一种新型的采棉机，较之传统采棉机有着许多优势。有助于棉花采摘过程的机
7、械化，同时能提高采棉机的采棉质量和效率。文献综述国内外研究现状：棉花纺织厂对于棉花的采摘质量要求较高而且国内棉花种植区域的情况各有不同，因而棉花采摘机的研发有着巨大的难度1。国家科技部“九五”科技攻关项目之一就是棉花采收机械化2。我国尚处于发展中，在采棉机制造这方面还没有绝对的优势。在不断的努力改进和创新发明新的棉种加工技术与设备的同时，还要在战略上保护国家的专利。并且尽量减少国外行业如迪尔、凯斯等公司在专利上的进攻和因知识产权而产生的纠纷3。中国是种棉产棉大国，但目前机械化采收水平很低。采收工作基本上还是靠人工完成。生产成本较高，降低了国内棉花的竞争力。国外很多农业技术发达的国家棉花机械化收
8、获率达到了80以上，像美国、澳大利亚等，更是实现了完全机械化采收。不但能生产出性能稳定的先进采棉机。而且形成了较成熟的技术体系。对国内该领域的发展有很大的借鉴意义。根据采棉机的不同工作原理，国外采棉机主要有以下两大类型。一种是棉花选收机，另一种是棉花统收机。棉花选收机是根据棉花的成熟程度分次对棉花进行选择性采收该机型对棉花的准备工作标准要求较低，适应性较强，采棉机收获后的子棉含仔率较低、等级质量较好，但机器的结构复杂、造价高。使用可靠性还不够理想。根据采摘棉头的部件和工作原理的不同。选收机主要有水平摘锭自走式采棉机和垂直摘锭自走式采棉机两种类型。棉花统收机是一次性将吐絮完全和未全部吐絮的棉桃完
9、成采摘：然后将籽棉同未成熟棉桃分开，用剥棉桃机从未成熟棉桃中剥出籽棉。该机型结构较简单成本低收摘效率和对棉桃的摘净率较高。但采摘后的子棉含杂率高质量等级下降优质皮棉获得率低下。统收式按工作原理不同分为刮板毛刷自走式和梳齿式两种类型4。美国和苏联是世界上棉花生产和出口大国，也是棉花生产机械化水平最高的国家。美国于1850 年研制出第一台采棉机，1942 年开始批量生产，1970 年机采棉率已在99%以上。目前美国采棉机市场基本被迪尔公司（Deere Co）和凯斯公司（JI Case Co）两家企业垄断5。我国机采棉技术发展起步较晚，对棉花收获机械的研制开始于20世纪50年代。新疆生产建设兵团自1
10、954年，先后引进了37台前苏联生产的CXM-48型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机，但都存在“水土不服”的问题6。棉花收获机械化至今已有150年的发展历史，当前世界上约30的棉花是机器采收。世界上生产采棉机的公司主要有3家，其中美国约翰迪尔公司是世界上最大的采棉机生产者，其采棉机占世界保有量的80以上，自走式采棉机主要有9965型、9970型、9976型和9996型4种型号7。1954 年，新疆生产建设兵团首次引进了37 台前苏联的CXM-48M 型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机和几十台X40 型剥铃机。19591974 年， 中国农业机械化科学研究院组织全国60 多名科技人员进行了国产棉田自动底盘拖
11、拉机及配套采棉机的研制。由国家科技部组织，从1996 年开始研制国产采棉机，1997 年第1 台国产自走式采棉机4MZ-3 问世，1998 年第2 台研制成功，该机驱动和工作部件传动采用静液压系统无级变速、电磁阀操作控制，光电循环监控主要运转工作部件，报警显示故障部件。不但能采收等行距60 cm、70 cm、90 cm 棉田，且适用于（30+6）cm、（68+8）cm 宽窄行采收。摘净率不小于90%，含杂率不大于10%。进入21 世纪以来，新疆机采棉基本上在推广应用国外采棉机8。由于棉花质量的因素导致机采棉的纺织成本上升或利润下降，这是机采棉推广不动的关键因素之一。为促进中国棉花产业的长远发展
12、，还需政府在机采棉营销和促销环节采取相关优惠、补贴政策，使出口畅通才能真正加快其推广工作。补贴的受益者将是中国棉花产业链的全体棉花生产加工领域和纺织领域9。相对国外，国内的机采棉技术不完善，但国内巨大的市场潜力必能推动该技术的发展使用进程。促进国内棉花产业的快速健康发展。参考文献：1. 樊建荣.采棉机的研究现状和发展趋势J.机械研究与应用，2011(1):1-42. 王新国.国产采棉机技术应用与发展前景展望，新疆农机化20033. 张若宇, 坎杂, 乔同勋等. 新疆兵团采棉机产业专利战略研究J. 安徽农业科学, 2011, 39(19)4. 端景波，张晓辉，范国强，王勇.棉花机械化采收技术的现
13、状与研究J.中国农机化学报.2014,(35)3:30-315. 郝付平 韩增德 韩科立 崔俊伟 王超 曾力. 国内外采棉机现状研究与发展对策. 中国农业机械化科学研究院,贵州平水机械有限责任公司6. 孙岩，胡延峰. 黄河三角洲棉花生产机械化发展现状及对策.农业工程,20147. 周亚立棉花收获机械化M新疆：新疆科学技术出版社，2012.8. 朱德文，陈永生，等我国棉花生产机械化技术现状与发展探讨J现代农业备，2007，(8)：40-439. 徐雪高，龙文军我国农机市场发展现状及未来展望J中国农村研究，20ll，38(1)：434610. Joel Curtis Faircloth*, Rob
14、ert Hutchinson, John Barnett, Kenneth Paxson,Alphonse Coco, and Paul Price III . AGRONOMY AND SOILS An Evaluation of Alternative Cotton Harvesting Methods in Northeast Louisiana A Comparison of the Brush Stripper and Spindle Harvester.The Journal of Cotton Science 8:5561 (2004)研究内容研究内容:本设计为棉秆防拔起及横向输
15、送装置的设计与分析，主要工作部件设计。应用AutoCAD或ProE、UG、Catia、SolidEdge、SolidWorks等计算机辅助设计软件进行刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构配置设计及三维实体设计，并对方案进行对比分析和运动学仿真分析。研究计划研究计划：第一周：熟悉课题内容，查阅相关资料，搜索配套件厂家，获取相关样 本；第二周：阅读相关文献，撰写开题报告，主要参数确定与计算，拟定初步方案；第三周：应用AutoCAD或ProE、UG、SolidWorks等计算机辅助设计软件进行刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构设计及三维实体设计；第四周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置
16、结构设计(AutoCAD透视图)或三维实体设计；完成外文文献资料翻译和开题报告的撰写；第五周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构设计及方案对比分析；第六周：参数调整、结构设计；第七周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构设计；第八周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置结构设计；第九周：绘制刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置装配图，主要工作部件设计；第十周：绘制刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置装配图，主要工作部件设计；第十一周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置主要工作部件设计；第十二周：刷辊式采棉机棉秆防拔起及横向输送装置主要工作部件设计；第十三周：图纸修改，撰写毕业设计说
17、明书(论文)；第十四周：完善开题报告，撰写设计说明书(论文)，查重、修改论文；第十五周：最终完成设计说明书(论文)，打印图纸、文件，参加答辩。特色与创新1. 把梳指杆式采棉机被动梳指收获方式进行改革，采用刷棉辊为刷辊式采棉机的主动刷辊方式。2. 这个采棉机有更加高的工作效率，而且生产的成本也得到了下降。3.避免或减少“三丝问题”指导教师意 见 指导教师签名： 年 月 日教研室意见院部意见 主任签名： 年 月 日教学院长签名： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要Title The design of head and overall frame for Brush roller cotto
18、n picker AbstractCotton picking machine is still one of the aspects of cotton industry in China.But the long-term problem of The cotton picker remains.The design involves the 4MSG-3 type cotton picker, a new brush roll cotton picker,Study its basic structure and working principle,and the various par
19、ts of its parameters, such as cotton brush roll angle, length and radius, arrangement and quantity were designed and checked.In this new type of cotton picker, a pair of rollers arranged in parallel as brush cotton picking parts, the passive harvesting method, improved active brush roller way first.
20、The cotton picker further solve the too many impurities in the picking process ,the cleaning difficulties after the cotton picking .though greatly improved but still not be able to catch up with the quality of labor.Keywords Cotton picking machine brush roll cotton picking毕业设计说明书（论文）外文摘要目 录前 言1第一章 绪
21、论31.1 研究刷辊式采棉机的背景及意义31.1.1研究背景31.1.2研究意义41.2国内外研究现状51.2.1国内研究现状51.2.2国外研究现状6第二章 棉株特性及采棉机工作原理82.1总述82.1.1棉株特性82.1.2棉株的植株特性82.1.3棉铃的开放程度92.2采摘头（摘采装置）的基本构成92.3采摘部件的工作原理12第三章 运动方案设计与选取133.1总体方案确定133.2各种数据参数133.3主要结构参数143.3.1刷棉辊长度及半径143.3.2纵向刷板16第四章 结构设计184.1采棉装置刷棉辊间距的确定184.2采棉装置采棉通道距离的确定194.3刷棉辊转速的确定19第
22、五章 3D建模与装配215.1单一零件建模过程215.2螺纹孔制作过程215.3零件装配过程22第六章 强度校核246.1螺纹紧固件联接的基本类型及应用246.2 低速链强度计算24第七章 全文总结与展望297.1全文总结297.2研究展望30参考文献31致谢32 前 言棉花是我国主要的经济作物,既是我国两亿农民的重要经济来源， 又关系到纺织行业近两千万人员的就业问题【1】 。机械化采棉是棉花摘采的必经之路。从摘采途径来看，人工摘采费时费力，而且人力资源短缺，如果在棉花开放的一个半月时间内不能摘采下来，棉花就荒废了。而机械摘采，仅仅数千采棉机就顶的上几十万人工的工作量，而且高效快捷，甚至可以昼
23、夜不停工作。从20世纪50年代研究采棉机以来，通过不断引进国外先进的采棉机，研究和仿制核心零件，我国的采棉机有了很大的发展，但是依旧存在很多问题，我国地域宽广，棉花品种众多，各地气候条件，田地状况不同，种种原因限制了我国采棉机机械化的道路。针对我国棉花品种多、纤维短、收获期长等特点，在短时间内无法改变棉花农艺的情况下， 研制智能型采棉机器人已迫在眉睫【2】。我国是棉花种植大国同时也是棉花消费大国，我国闻名世界的纺织品离不开棉花，可以说棉花的种植和生产关系到众多人民的经济命脉，可见一个规范成熟的机械化种植流程多么重要，再加上近年来棉花市场的不景气引起了众多棉农以及周边工作者们的担忧，他们渴望有一
24、个健全的机械化生产流程和市场。为了推着这健全市场的发展，更应该推出新型的能够广泛运用的采棉机。根据采棉机摘采方式的不同，采棉机可分为选收式和统收式两大类。其中选收式以水平摘锭式采棉机和垂直摘锭式采棉机为主要代表；而统收式主要有梳指杆式、摘辊式、气吸振动式采棉机。由于棉籽吐絮的时间不统一，棉花完全开放时间有早有晚，这种复杂情况就对采棉机摘采造成不小影响，选收式采棉机通过多次，先摘采完全开放的棉花而放过未开的，等到其开放再次摘采，这种摘采方式具有较高的采净率高和极低的含杂率，但是要达到以上要求，机器所需的结构就稍显复杂，自然制造工艺复杂，价格昂贵，导致摘采成本过大，无法大面积推广。统收式采棉机则是
25、一次性摘下所有的棉籽，这就不需要考虑太多，结构方面自然直接、简单，采净率较高，摘采成本低，但摘采的籽棉中会夹杂大量的断枝、碎叶等杂质，需要配置专门的清洗装置对其进行清洗。这额外的加工流程，既花费时间又增加了成本。以上种种说明现有的采棉机依旧存在很多问题，其相关技术任就需要改进。我们期望着一种能够更好适应我国实地条件并能大规模推广和应用的采棉机的到来。而这不是一蹴而就的，需要我们一代代改进现有的采棉机并不断改革创新。本设计涉及的4MSG3型刷辊式采棉机，就是采棉机上的一种创新。第一章 绪论1.1 研究刷辊式采棉机的背景及意义1.1.1研究背景在我国几个主要的农作物中棉花占据第二的位置，棉花是关系
26、到国家经济和人民生活的重要战略物资。是我国大约两亿农民的主要的经济来源，又关系到纺织业将近两千万人员的就业问题。我国既是世界上主要的产棉区之一，同时也是棉花的消费大国。目前我国主要有三大产棉大区,即新疆棉区、黄淮流域棉区和长江流域棉区【1】，其中最先发展，最具有代表性的就是新疆棉区了。据国家统计局统计公报数据，2014年棉花播种面积421.9万hm2，比上年减少12.7万hm2，同比下降了2.9%【3】。全国棉花平均单产1 460.3 kg/hm 2 ，比2013年增加10.8kg/hm 2，提高了0.7%。播种面积缩减，导致2014年棉花总产量下降。2014 年我国棉花产量616.1万 t
27、，比上年减产13.8万t ，下降了2.2%。据国际棉花咨询委员会（ ICAC ）2015年1月平衡表数据，2014/15 年度我国棉花产量649.0万t，环比减6.3%；消费量796.0万t ，环比增5.7%；产销缺口147万t【4】。可见，我国的棉花市场及其周边产业处于低迷状态。在生产棉花的主要环节中，棉田耕整、播种、中耕施肥、植保、灌溉等环节已经基本实现了机械化操作,而在采收方面，则是长期以人工采摘为主，由于起步较晚，机器采棉及其配套技术现在成为我国棉花基地建设中的薄弱环节，也是耗费劳动力最多最大的作业环节。人工采收棉花收获期长，用工量大，而且生产效率也不高。在棉花收获期内，劳动力会呈现一
28、种极度缺乏的局面，严重制约了棉花生产效益的提高。以上种种理由说明，面对现在的棉花市场以及为了棉花摘采的可持续发展，在摘采环节中，开发和改良采棉装置已经成了现状迫不及待的改变方案。 实现采棉环节的机械化是提高棉花生产作业效率、 降低生产所需成本， 以及规避或减少“三丝问题” 的有效方法。1.1.2研究意义在棉花生产全程机械化中，机械化采收是瓶颈，研究机采棉现状及发展制约因素，有利于加快现代农业的发展乃至全国推进棉花机采的步伐【5】。目前我国主要有三大产棉大区,即新疆棉区、黄淮流域棉区和长江流域棉区，其中最先发展，最具有代表性的就是新疆棉区了。2005年，仅仅石河子一个小县城就缺少棉花摘采工10万
29、人，如果不采取机械采摘的话，将有几十万亩棉花没法及时收采。从2001年起，新疆地区几乎每年需要雇佣大约50万人来摘采棉花。石河子作为新疆一个重要的植棉垦区，每年到了棉花摘采期间就需要拾花工20多万人，最多时人数高达24万人。可以说一到摘采棉花的季节，新疆地区几乎所有人的工作都以棉花为中心。自从上世纪八十年代以来，新疆兵团创造出了“优良品种、精量播种、测土施肥、矮密植、综合防治病虫害、节水灌溉”等六大精准栽培模式，其中种植、管理等环节都基本机械化了，唯独棉花摘采环节依旧靠人工招募大量民工采摘棉花，最多年份招募了近80万民工进行摘采，每年花费在雇人力摘采棉花上面的金额高达数亿甚至二十多亿元。近年来
30、拾花工越发难招，雇佣费用却一路飙升，导致了棉花成本增加，棉农无利可图。有专家做过计算，一台采棉机每天可摘采150亩棉花，一台采棉机可以代替完成600个工人的工作量，新疆全区有1700万亩棉花，需要雇佣100万拾花工，如果全用采棉机进行摘采只要1600台就可以替代。所以棉农渴望棉花摘采能够实现机械化。农业机械化呼唤中国采棉机制造业。近几年我国的机械化采棉道路才刚刚起步。棉花的现蕾、结铃和吐絮是逐步依序进行的，而不是一蹴而就的，其中吐絮是从上至下、由内向外依次开放，因此棉花收获不能一次完成，必要分期进行，这带来了一定的难度。机主要有一次收花法和分次收花法这两种两种机械化摘采棉花的方法。一次收花法是
31、用摘铃机一次性摘下棉桃（不管棉桃有没有完全开放）。分次收花法是先用采棉机多次摘采（由于棉花完全开放的时间有早有晚），最后再用摘铃机摘下未开的棉铃【6】。采摘头（也就是摘采装置）作为采棉机的核心部件，其性能优劣直接关系到采棉机的综合技术经济指标，而其材料的选择和结构特征对棉花的采摘性能、作业质量、能源消耗、花费成本、整机工作的可靠性和适应性等各项指标产生重要影响，同时也直接关系到制造工艺的复杂程度与价格高低。毋庸置疑，棉花是我国十分重要的的资源，不仅仅是只能用于纺织业的原料，大多数人并不知道棉花不但能榨取油脂，而且是富含高蛋白的粮食。所以其周边产业众多，涉及加工、纺织服装、贸易出口、食用油、医药
32、等多个行业，是上亿人民的生活来源。虽然我国现在的棉花产业看上去十分繁荣，但是实际情况却是，近年来一直处于低迷状态。产业结构的不合理，产业链的缺失，采棉工艺的不完善再加上近几年来棉花价格不断上涨都给这个行业带来了众多问题。针对这些问题，是时候做出一些改变了。具体到采棉机这个小的方面，新型的更智能更高效的采棉机是时候提上议程了。通过技术创新，提高棉花单产，降低生产成本，提高我国棉花参与世界棉花市场的竞争力，是我国棉花生产持续稳定发展的重要保证，也是二十一世纪新疆棉花生产可持续发展的关键【7】。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状目前，我国棉花种植的主要作业环节均已实现机械化，但棉花收获仍大量
33、采用人工作业。棉花收获用工约占总用工量的 1/5 1/3，且多在农忙季节【8】。从1950年代我国开始研究采棉机，在1952年在新疆兵团首次从前苏联引进了37台悬挂式采棉机和几十台剥铃机。隔年首次进行了采棉试验。1960年又从苏联引进了自走式采棉机，90年从乌兹别克引进全套棉田作业机械，三年后从美国引进了2022型采棉机进行机械采棉和清理加工试验。经过多年的引进和研究，从96年开始国家科技部组织开始研制国产采棉机。1997年中国农机院推出的4MZ-3型自走式采棉机，这标志着是我国采棉机发展进入了一个新纪元。采棉头能达到作业要求，这项核心技术的突破创新实现了100%的国产化。这是一款采棉头、割台
34、等核心技术完全属于我们自己的采棉机。这是一个艰难的发展历程，国外的先进采棉机并不能完全应用在我国。气候条件，田地状况，棉花品种种种因素的不同所需的采棉机的功能亦有所差异。棉花品种是首位制约机采棉发展的因素，目前品种的吐絮时间不一致，纤维品质差，结铃部位过于集中以及并不完善的配套栽培技术都制约了大面积推进采棉机械化的脚步。同时，机器摘采棉花前有一个重要的环节，那就是化学脱叶催熟过程，那么自然一种合适的脱叶催熟剂及其应用方式也十分重要。以上种种原因都制约着机采棉的推广应用及发展。由此看来，我国机采棉的道路依然曲折和漫长。但是相信，完全机械化采棉的那一天终将会到来。1.2.2国外研究现状国外对采棉机
35、的研究开始于19世纪四五十年代，起步十分早。至今棉花摘采机械化进程已有160年的历史，当前世界上约30的棉花是由采棉机摘采的。而且由单行采收发展到多行采收机型，由小型背负式机型发展到大型自走式采棉机，由统收机发展到统收机、分次选收机并存的局势，同时形成了包括机采前的化学脱叶催熟技术、机械采棉技术和机采棉的清理加工等相配套的技术体系【9】。当前世界上完全采用采棉机摘采棉花的国家有美国、以色列和澳大利亚。早在19世纪50年代年美国就开始进行机械化采棉的研究，但是由于没有任何先例可鉴，在长达100年的时间内没有任何突破性的进展。从1942年采棉机投入批量生产以来，7年后机械化采棉的程度仅仅才到6。为
36、了更好的适应机械化采棉的需要，美国开始对棉花的品种开始改良，试图培育出一种适合机械化采棉的棉花品种，这种品种枝干长度合理、棉铃没有过于密集并且抗风性好。同时也成功研制了配套棉花栽培技术及棉花清洗清花设备。在这种全方面的改革下，到1964年美国就基本实现了机械化采棉。另一方面，美国为提高棉花的亩产量，对棉花的窄行距、高密度栽培方式作了大量研究工作，但直到1970年前后开始生产适应窄行距作业的梳齿式采棉机后，这种栽培方式才得到大面积推广【10】。1975年的美国，机械采棉完全取代了人工摘采的方式。发展至今，采棉机分为机械式、气力式及气力机械综合式三种，其中广泛应用的是机械式采棉机。采棉机按摘采部件
37、的工作原理及其结构特征可分为4大类，一是美国约翰迪尔公司、凯斯公司生产的水平摘锭采棉机，二是前苏联（现乌兹别克斯坦）塔什干棉花机械局设计制造的垂直摘锭自走式采棉机，三是美国约翰迪尔公司生产的刮板毛刷统收采棉机，四是阿根廷生产的梳脱不对行统收采棉机【11】。第二章 棉株特性及采棉机工作原理2.1总述棉花由于其品种的差异导致其结构形态呈现多样化的局面，使之各部分具有独特的物理机械特性，这种性能直接关系到机器摘采的效应。机器摘采的重难点是在摘采棉花的过程中不能损伤到棉花以外的其他部分，例如棉秆等等，同样摘采下来的棉花也不能受到损坏，即出现籽棉破损，纤维扭曲等现象。2.1.1棉株特性棉铃在枝干上的分布
38、位置及其大小对摘采头（摘采装置）的设计具有重要意义。过于集中或是过于分散的棉铃对采棉机的摘采都对带来了不小困难。2.1.2棉株的植株特性 1、棉株密度 棉花种植的行距和株距决定了棉株的密度。在本设计中棉花的种植方式是是76+10cm和66+10cm的双行种植，其中66+10cm是最为常见的种植方式，平均行距38cm。2、棉杆的直径和高度 棉杆高度是棉株顶部和地面间的距离。棉杆高度通常控制在65-85cm之间，以新疆为例，其北部地区一般控制在60-75cm，而南部地区一般控制在70-90cm，棉杆直径大约为8-13mm【6】。 3、底部棉铃的位置 底部棉铃离地间隙大约10-15cm，离地间隙越小
39、的棉铃品种成熟的也就越快，相应的产量也就较高。但是底部棉铃的位置距离地面越近，机器摘采的难度也就越大【6】。 4、棉铃直径棉铃横轴断面的最大直径称作棉铃直径。因为这个断面不是真正意义上的圆形，所以取在互相垂直的两方向上的平均值，作为棉铃的直径。不同棉花品种的棉铃直径是不相同的，常见的用作机器采棉的棉铃直径为以下数据：棉铃未开时：25-35mm；半开放时35-45mm；完全开放时60-80mm【12】。 2.1.3棉铃的开放程度 棉铃并不是统一开放的，其完全开放时间有先有后，按照开放规模的大小可以分为3类：初开、半开和全开，棉铃的开放程度对采棉机摘采有重大影响，在不同时期进行摘采，其采净率有很大
40、差异。试验表明在三种不同开放程度下的采摘率分别为65、90和95【11】。 2.2采摘头（摘采装置）的基本构成4MSG 3 型刷辊式采棉机共安装有3组相同的采摘部件，各组间的间距布置与当前等行距棉花种植制度间距相对应。每组采摘部件由刷棉辊、侧斜输棉搅龙、气力输棉部件、防拔辊及传动系统等组成。刷棉辊、侧斜输棉搅龙和防拔辊与水平倾斜30安装，每个刷棉辊的轴线方向分布这6条纵向刷板，刷棉辊间互相平行排列。其基本结构如图图1：采棉机采摘部件结构图2：刷棉辊结构摘采装置位于采棉机前部，由主机的发动机供给动力，通过液压马达和机械传动系统将运动和动力传递到采摘装置的各个运动部件;机械传动系统包括 1 对标准
41、直齿圆柱齿轮传动及5组滚子链传动。其组成如图3所示，基本参数如表1所示。图3 机械传动系统组成表1 机械传动系统基本参数名称各主要参数齿轮传动z1=z2=43，模数:m=4，a =172.0mm链传动110A链，z1=z2=19，节数X=52，a=250.99mm链传动210A链，z1=z2=19，节数X=58，a=294.32mm链传动310A链，z1=z2=19，节数X=52，a=250.99mm链传动410A链，z1=z2=19，节数X=58，a=294.32mm链传动510A链，z1=z2=19，节数X=116，a=760.0mm2.3采摘部件的工作原理开始作业时，在传动系统中输入动力
42、和运动，摘采头两侧两个倾斜平行排列这一组刷棉辊，各自绕自身轴线旋转，相互间转动方向相反，在它们间的间隙就是采棉通道;刷棉辊的转动带动其上的纵向刷板运动，刷板对进入采棉通道的棉株自下而上对进行击打和挤压。这样经受刷板力的作用，当与物料(吐絮棉、棉壳、棉秆和棉叶等)接触，物料受挤压和击打时所承受的载荷超过其所能承受的极限时，就会从棉株分脱落，并在刷板离心力的作用下被甩入刷棉辊两侧的侧斜输棉搅龙中，经侧斜输棉搅龙及气力输棉部件的双重作用被输送到出料口，从而完成完整的棉花摘采过程。第三章 运动方案设计与选取方案一：现有的水平摘锭采棉机的滚筒是采用水平安置的形式，以此为参照，刷辊也采取水平放置的形式。但
43、是水平放置时采摘面积仅仅只有3个刷辊的长度，采摘效率低下，所以放弃这种方案。方案二：将刷棉辊倾斜30度放置，这样大大增加了摘采面积，自然也就提高了净采率。此方案使棉花得到充分摘采，提高了净采率，降低了损耗。因此，此方案确认为最终方案。3.1总体方案确定 该机具采用刷辊自走式 型号：4MSG 3 机具采收3 行, 采用全液压与机械混合传动, 作业速度为 1.8km/h 配套动力：80 kw 可采收 76cm+ 10 cm 及 66cm+ 10cm, 两种行距的棉花, 机具也相应能调整出两种轮距。3.2各种数据参数外形尺寸(长宽高） 2500mm x 1601.5mm x1136.5mm采收行数
44、3行作业速度 1.8km/h棉花种植行距 760mm/660+100mm双行种植株距 200 230 mm双行交错植株高度 750 1500 mm适摘最低棉铃高度 180 mm最高棉铃高度 1100 mm平均采摘力(断柄) 22N采摘辊工作转速 300r/min倾斜螺旋输送器(搅龙)转速n=200r/min水平螺旋输送器(搅龙)转速n=180-200r/min(出口)拨辊转速 n=180-200r/min防拔辊转速 n=200r/min3.3主要结构参数3.3.1刷棉辊长度及半径在刷辊式采棉机中刷棉辊是重要工作部件，其结构设计的好坏及相关参数的优劣直接关系到采棉质量和采摘效率。因此，对刷棉辊的
45、结构设计应充分考虑机器采棉的基本物理特性。为了尽可能地摘采更多棉花，刷棉辊的作业长度应当由棉株结桃高度的最大均值和刷棉辊的倾角，刷棉辊的作业长度和棉株在垂直方向上面所投影出来的长度应当相等，这距离可用下述公式确定：图 刷棉辊长度计算 (mm) （1） 式中，L为刷辊作业部分的长度，单位为mm；H为棉株竖直时棉铃结桃的最大平均高度，根据对现在我国大面积主要种植的棉花品种的测定做出一个估计，一般可取H=1500mm；h为刷棉辊能正常进行摘采工作时最底端的离地高度，充分考虑到4MSG3型刷辊式采棉机作业时地面环境的条件再加上根据采摘头结构设计计算，取h=180mm；为作业时刷棉辊的倾斜角，单位为；为