小型采棉机（精选7篇）
小型采棉机 篇1
0 引言
为了解决棉花采摘季节用工人数多、工人劳动强度大等问题,多年来,人们研制出各种各样的种植收获机械—采棉机。目前,采棉机的种类型号较多,按其规格的大小来分有大型、中型、小型和微型采棉机;按其动力来源来分有自走式、牵引式和电动式等型式;按其工作原理分有齿轮式和气吸式等。
在农业生产中采棉机没有得到普及和推广应用,究其原因,主要为以下几个方面:①目前的机械采棉设备虽然采棉效率高、但棉花质量等级低。②投资成本大,1台进口采棉机近200万元,1台国产机100多万元,设备维修费用高,一般的种棉户难以接受。③与之相配套的技术还不够成熟。④机采棉对棉田的前期种植和管理要求较高,从种植到采摘甚至后续加工,机器采棉均有高度的机械化“一条龙”作业,任何一个环节跟不上,采摘就受到限制。⑤适合大面积采摘,对目前实行的棉田分片作业的土地承包责任制形式不适合。
基于上述问题,项目组成员几年来一直致力于便携手提式小型采棉机的研发工作。自2005年以来,通过不断地研发和改进,先后对研发出的第一个捡棉机,进行了两次改进,申请了4项专利,最终于2008年研制出一个相对定型的样机产品。在此,笔者介绍了采棉机的结构、原理及改进设计情况。
1 结构、工作原理
1.1 结构
总体设计该采摘机如图1所示,包括其后部内装有电机的管状壳体,为了便于握持,在壳体的后端还设置着手柄,手柄上安装着电机开关。壳体的前端敞开构成采棉口,壳体的后端底部敞开构成落棉口;在壳体的前端采棉口处横向设置着导向轴,导向轴为固定轴或旋转轴。为了能够调整导向轴的位置,导向轴可以安装在一支架上,支架后端安装在壳体前部内壁上。在壳体的后端内设置着由电机通过主动轮、中间传动轮以及侧传动轮带动旋转的主传动轮,主传动轮为皮带轮或链轮,安装在主传动轮轴上。主传动轮轴与导向轴二者相互平行;主传动轮与导向轴之间通过捡棉输送带或捡棉输送链条连接在一起,为了减少摩擦,导向轴上还可以安装着皮带轮或链轮。捡棉输送带或捡棉输送链条的外周缘上均布设置着向外延伸的捡棉勾齿,捡棉勾齿的尖端最好能够向捡棉输送链条或捡棉输送带的运行方向倾斜,以利勾棉和卸棉。在导向轴与主传动轮之间的壳体内水平设置着隔板,隔板位于捡棉输送带的上、下带面之间或位于捡棉输送链条的上、下链条面之间,用以将棉花阻隔在壳体的下部,防止出现棉花被捡棉输送带或捡棉输送链条上部带出壳体的情况。
在壳体后部内设置着与主传动轮配合工作的卸棉装置。卸棉装置为同轴安装在主传动轮侧面的棘爪卸棉轮。倾斜安装在主传动轮后下部壳体内壁上的挡棉板的自由端向上翘起并靠近主传动轮。当带有棉纤维的捡棉输送带或捡棉输送链条运行到卸棉装置处时,卸棉装置就会将粘附在捡棉输送带或捡棉输送链条上的棉纤维阻挡剥离下来,继而通过壳体后部的落棉口落入棉花袋内。
1.捡棉输送链条 2.上链轮 3.导向轴 4.支架 5.壳体6.隔板 7.棘爪卸棉轮 8.电机 9.主传动轮 10.挡棉板11.电机开关 12.手柄 13.主动轮 14,15.中间传动轮16.主传动轮轴 17.侧传动轮
1.2 工作原理
使用时,将壳体采棉口对准棉桃内的棉花,接通电机电源,由其带动主传动轮转动,使捡棉输送带或捡棉输送链条在主传动轮和导向轴上旋转运行,并通过捡棉输送带或捡棉输送链条上设置的捡棉勾齿将棉桃内的棉纤维撕扯下来。当带有棉纤维的捡棉输送带或捡棉输送链条运行到卸棉装置处时,卸棉装置就会将粘附在捡棉输送带或捡棉输送链条上的棉纤维阻挡剥离下来,继而通过壳体后部的落棉口落入盛棉花袋内即可。
2 性能特点
2.1 主要性能参数
该采棉机由蓄电池向小型电动机提供动力,采用齿轮传动,以带有捡棉勾齿的链条组成输送装置,由与主传动轮配合工作的外周缘上均布设置着凹口的卸棉轮组成卸棉装置。其外形尺寸为450mm×100mm×250mm(长×宽×高)。主要性能参数为:质量1.1kg;设备噪音80dB以上。
2.2 特点
该采棉机的特点:①体积小、便携易带、操作方便、价格低廉,提高了人工摘花的效率。②以10min为单位,使用该设备可以采摘棉花2.6kg。一个手工采花工如果一天采花40kg,用该设备同等时间下可以采花80kg。③采摘的棉花质量等级高于机器采棉。④对分片作业的棉田更加适合。⑤设备使用成本费用低。设备使用10h所耗费的电量成本仅为0.2元。
3 存在的问题
该产品在试验和使用过程中存在下列问题:①拾花工在使用设备一段时间后感觉设备沉重,劳累。②工作过程中设备产生的噪音大,不利于长时间工作。
4 手提式小型采棉机的改进
4.1 改进的构想
为了提高拾花工的采花速度和经济收入,把拾花工从繁重的劳动中解放出来,解决生产中出现的有花无人摘的“民工荒”现象,使该产品得到推广和普及应用,笔者在原有样机的基础上,通过对其进行结构的分析和理论的推导,提出了改进构思:①对设备的结构进行改造,使结构更加紧凑。②对齿轮和链齿的制造材料进行重新选材,达到降低设备质量和减少噪音的目的。
4.2 改进的依据
该采棉机由蓄电池向小型电动机提供动力,采用齿轮传动,以带有捡棉勾齿的链条组成输送装置,由与主传动轮配合工作的棘爪卸棉轮组成卸棉装置。完全采用机械装置进行采棉、运棉和卸棉作业。从结构和理论上分析,在尽可能不提高产品成本的前提下,要减轻质量和降低噪音,可从以下几方面着手:
1)进行理论的计算和设计,减小零部件的尺寸,使其结构更加紧凑,从而达到减小外形尺寸、减小质量的目的。
2)在满足强度、刚度和工作性能要求的前提下,对零部件的制造材料进行重新选材。
3)提高零部件的尺寸精度和配合精度,特别是齿轮的啮合精度和链条的传动精度,以达到降低噪音的目的。
4)将带有捡棉勾齿的链条组成的输送装置改为由皮带组成的输送装置。
4.3 实际改进之处
改进后的采棉机装配图如图2所示。
1)外形尺寸减小为250mm×100mm×150mm(长×宽×高),改进后的采棉机质量轻,体积小,便于携带。
2)链条长度由原来的150节改为50节,使采棉机的结构更加紧凑。
3)电机由只能正转改进为可以进行正反转,当采棉机工作出现卡壳时,通过反转解决了棉花缠绕轴和链条的现象。
4)原有采棉机设计的挡棉板没有起到顺利卸棉的目的,反而容易使棉花堆积在出口,不易卸棉,导致采棉机电机的负荷加重。改进后的采棉机取消了挡棉板,卸棉更加顺畅。
5)原有采棉机在工作时棘爪卸棉轮转速高,夹紧在棘爪内的棉花不易脱落,导致采棉机不易卸棉。改进后的采棉机将棘爪卸棉轮的外形改为轮盘。
4.4 改进后的性能参数
质量降至0.9kg,噪音降至70dB。
4.5 改进后的效果
经过改进后的采棉机具备便携易带、操作方便、体积小、采花效率高、采花质量高于机采棉、适应性强、投资成本低、设备使用费用低和易进行产品推广的特点。样机在棉花地实验期间受到棉农的好评:
1)改进后的采棉机质量轻,体积小,棉农更易接受设备。
2)改进后的采棉机捡棉速度快,1个使用不熟练的人10min拾花2.5kg,合计每小时10kg以上。
3)改进后的采棉机比棉农手工采摘的干净、利落且不伤手,不破坏棉花纤维不伤棉籽,不存在棉花缠绕在轴、链条的现象。
4)改进后的采棉机环保,设备使用安全性较高。
5)与棉农使用过的同类产品比较,改进的采棉机体积小、质量轻、操作简单、携带方便。
5 结语
通过几年来的不断改进和研制,目前手提式小型采棉机的定型产品已具备便携易带、操作方便、体积小、采花效率高、采花质量高于机采棉、适应性强、投资成本低、设备使用费用低、质量轻、噪音小的特点。它的推广和普及应用,将成为农民朋友的好帮手,对新疆的棉花种植业具有积极的作用,具有良好的社会、经济价值和推广前景。
参考文献
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凯斯采棉机防火指南 篇2
1 火警卸棉系统
应保证采棉机火警卸棉系统的正常功能并要求驾驶员熟练掌握火警卸棉功能的启用。每天下地前, 驾驶员应该启动一次火警卸棉, 以保证火警卸棉系统的正常工作, 具体步骤如下。
(1) 启动发动机, 使采棉机处于风机结合、采棉头/棉箱转换开关放在采棉头位置、油门处于低怠速 (高速切断风机有可能造成风机V带损坏) 。
(2) 按下驾驶室顶部最左侧的火警卸棉开关。此开关是带锁定的开关, 应该将锁定凸起下上推然后按下此开关。
(3) 此时, 应该是风机切断、棉箱门打开、卸棉链耙转动等动作同步进行, 如果在此过程中发现系统不能正常工作, 应及时联系技术人员进行解决。
2 灭火器
随车配备了2个干粉灭火器。应该经常检查灭火器是否处于正常状态 (压力表指针应该处于绿色区域) 。驾驶员应该掌握灭火器的使用方法, 即先摇晃, 再拔下手柄上的锁定销, 然后一手压下手柄, 一手持喷管, 对准火源的根部进行灭火。需要注意的是, 随车配备的灭火器只是用来对车辆上的零星火源进行灭火, 不要试图用灭火器熄灭棉箱内燃烧的棉花。
3 保证采棉头等关键部件的正确调整及功能
(1) 确保采棉头报警系统的正常工作。报警系统的正常功能是告之驾驶员着火的先决条件, 应该经常检查报警系统的功能, 如果发现误报警或不报警的情况应该及时发现原因进行解决或联系技术人员。
(2) 保持压茎板的间隙 (压茎板间隙最小不能少于6mm) , 防止摘锭和压茎板碰触产生火星。
(3) 保证脱棉盘的正常调整, 脱棉盘和摘锭的间隙应该保证在0.1 mm之内, 否则极易发生摘锭缠绕棉花从而导致滚筒停转、摘锭高速旋转或与脱棉盘高速摩擦产生火星。
(4) 确保采棉头前倾角、采棉头高度及仿行系统的正常, 减少异物进入采棉头的几率。
(5) 保证湿润系统的正常工作, 按照说明书的要求保证湿润刷的高低和远近的正确调整, 同时, 应该经常检查每个滚筒湿润系统喷头的情况, 应保证喷头能产生锥形的喷雾, 应该根据不同的天气和棉田状况对喷水压力进行调整, 应保证摘锭清洗液的浓度 (1∶64) 以确保湿润系统正常的清洗功能。此外, 值得注意的是, 凯斯采棉机前滚筒配备的是6号喷嘴, 后滚筒配备的是3号喷嘴, 不能将前后滚筒喷嘴混装。
4 对风道、棉道和采棉头以及底盘部分进行清理
经常清理风道、棉道、采棉头底部和湿润刷、出棉口中的棉絮和积聚的杂物, 以降低采棉头堵塞的频率, 经常清理底盘部分尤其是风机周围、发动机仓、排气管周围、油箱附近、变速箱、制动、液压泵及马达周围的棉絮, 以防止底盘部位起火或增加棉箱着火后的灭火难度。
5 及时发现堵塞的原因并处理
每次发生滚筒堵塞后, 重新开始采摘前应该找到滚筒堵塞的根本原因 (风力系统、棉道堵塞脱棉盘调整或湿润系统等) , 因为摘锭上缠绕的棉花对脱棉盘的损伤非常大, 处理完堵塞后应重新检查调整该滚筒的脱棉盘磨损情况和间隙。
6 采收中应该时刻保持高度警惕
发现报警、异响声、异常的气味或者从后视镜中发现任何异常时应立即停车, 找到问题原因并及时解决。
7 火灾发生后应该怎么做
采棉机入库停放后启用的技术要求 篇3
(1) 去掉采棉机所有入库封存的覆盖物, 仔细检查、清理内外零部件表面残留的杂物和油污, 打开发动机、液压泵仓罩盖, 检查灰尘、油污及杂物情况, 记录机器上受损零部件的状态, 以便实施维修。
(2) 清理入库存放时使用的密封胶布、扎带或塑料袋等物品, 开封所有在存放期间密封的管口。特别注意发动机进、排气管橡胶软管是否有老化或管卡箍松动的情况, 如发现有破损, 必须更换橡胶软管和卡箍。
(3) 检查电瓶充电状态, 如发现未能达到技术要求, 务必给电瓶充电至标准电压后再安装到机器上 (参见驾驶员操作手册“电瓶”一节中“给电瓶充电”部分所述的正确充电方法) 。安装电瓶并连接电缆, 连接时特别要注意正负极性和安装方法是否正确。
(4) 检查发动机冷却液液位是否在标准刻线范围内, 如果不足, 须检查水泵、散热器及管路是否有泄漏, 确认后须添加约翰迪尔酷佳得冷却液至标准液位。严禁添加或混用其他品牌的冷却液, 防止因化学成分不同造成冷却液变质。
(5) 检查燃油箱油位并排放油水分离器滤芯内的水分和清理杂质, 需要时给燃油箱中加注符合标准的燃油。
(6) 检查燃油箱油位并排放油水分离器滤芯内的水分和清理杂质, 需要时给燃油箱中加注符合标准的燃油及调节剂。
(7) 检查发动机机油油位是否达到标准, 记录发动机工作小时数, 核对最后一次更换机油时的发动机工作小时数, 如果已经接近保养间隔时间, 须提前更换新的约翰迪尔正品发动机机油和机滤。
(8) 长时间停用发动机, 在首次启动前, 应松开发动机涡轮增压器上部的进油管, 给其加注适量的约翰迪尔正品发动机机油。针对配有燃油关断电磁阀的发动机, 可以考虑断开燃油关断电磁阀的电线接头, 短时间钥匙开关接通, 启动马达运转发动机 (但不着车) 给增压机“充油”的方法。严禁一次将发动机启动着车, 要求使用马达运转2次后才能正常着车。发动机启动后, 务必将其放在怠速油门位置 (800~900r/min) 运转, 严禁发动机启动后立即进入高速运转状态。
(9) 将钥匙开关旋到接通位置, 检查所有仪表和指示灯是否正常。当启动发动机后, 观察机油压力表或机油压力电子指示灯状态是否正常。如果发动机运转2min后仍然报警, 务必立即关闭发动机。检查并排除故障后方可再次启动。使用起动机启动时, 每次启动不要超过30s。再次使用起动机之前至少要等待2~3min直到起动机冷却下来才能继续启动。
(10) 按照驾驶员操作手册技术要求对采棉机全面进行润滑保养, 然后结合风机和采棉头, 将发动机设定在怠速, 中速度状态运转大约1h, 重点检查轴承等运转部件是否有发卡、过热、异常噪音或者间隙过大情况, 并根据技术要求进一步检查排除故障。
检查空调系统工作情况, 可观察干燥过滤器的玻璃观察窗。如果发现缺损制冷效果差则需要添加冷却剂。通常发动机启动后, 需要带空调压缩机空转4min以上, 才能使制冷剂充分润滑压缩机。
检查轮胎气压, 并按照驾驶员操作手册中相关技术要求进行充气。并且要求左右前轮及左右后轮气压值保持一致。
检查所有胶带和链条的张紧力是否正常, 并按照技术要求, 调整胶带及链条的张紧力。
检查液压油箱、变速箱及所有传动齿轮箱油位是否达到技术要求。如果油量不足则要检查是否有泄漏点, 如需添加, 须添加约翰迪尔正品液压油或齿轮油到标准位置。
检查所有仪表、灯光开关及电控机构是否功能正常, 特别是外部联接电缆、导线有无被虫类及老鼠等动物咬伤断裂的情况, 如有异常, 及时排除故障。
小型采棉机 篇4
新疆是中国重要的棉花生产基地,新疆棉花面积稳定在133.33万hm2左右,棉花总产占全国的40%,棉花单产连续16年位居全国之首。2010年,新疆棉花大丰收,棉花的采摘费从2009年的1元左右提高到2010年的2元多,但是采棉工严重不足,影响采收进度。棉花如果不及时采摘,一旦遭遇恶劣天气,会严重影响棉花品质甚至绝收。因此,发展农业机械化,使用大型采棉机械成为新疆采收棉花的必然趋势。使用采棉机采棉可以解决拾花工短缺问题,降低采棉成本,探究采棉机相关问题与技术,对新疆乃至全国的棉花种植都有非常重要的意义,将会推动新疆少数民族地区经济发展和社会进步。
采棉机的结构复杂,零部件种类繁多。采棉机传动部分作为支承回转零件、传递动力的部件,是采棉机不可缺少的重要组成部分。虚拟装配作为虚拟制造技术的重要环节,利用虚拟装配,可以发现装配中潜在的装配设计问题,对模型进行修改,并通过可视化显示装配过程,可以实现产品的工艺规划,从而指导生产过程的装配,提高了装配工作效率,降低了生产成本,因此虚拟装配越来越受到制造企业的青睐。本文主要讨论在nVsion虚拟装配仿真平台下对采棉机进行装配仿真。
1 UG,3ds max和nVsion软件简介
1.1 UG软件简介
UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software公司出品的一个产品,它是一个交互式CAD/CAM系统,功能强大,可以轻松实现各种复杂实体以及造型的建构,是目前产品设计最常用的设计工具之一,广泛应用于模具、航空和机械等行业的设计和制造。
1.2 3ds max简介
3ds max是由美国AutoDesk公司的子公司Discreet推出的建模和三维动画制作软件,具有强大的建模、动画、材质和渲染功能,以全面性、专业性和简单性的特点获得了全世界广泛的关注以及应用。目前在国内,3ds max主要应用于建筑装潢、工业设计、游戏制作和影视动画等方面。
1.3 nVsion虚拟仿真平台简介
nVsion虚拟仿真平台是虚拟现实技术中实现人机交流的一个三维可视化平台,其具有很强的三维可视化效果,可以与位置跟踪器、数据手套、力反馈器、头盔显示器整体应用,实现人机一体,已被广泛应用视景仿真、军事模拟、虚拟制造、虚拟设计和虚拟装配等领域。
2 传动轴的建模及装配
2.1 采棉机传动部分的建模
根据现有的设计数据尺寸资料,在UG5.0中依次画出采棉机传动部分的中心轴、轴承(如图1所示)、齿轮连接滚筒、转子、齿轮、垫片等零件[1]。把建模完成的零件直接导出,选用“*.iges”格式,即每个建模完成的零件输出一个名为“iges”文件,导出的显示模型可以自行选择输出模型文件的精度。
2.2 在3ds max中处理、装配采棉机传动部分
把从UG中导出的“*.iges”格式的零件,导入到3ds max中,可以观看导入后的效果,如图2所示。进行赋金属材质,可以得到如图3所示具有金属材质的零件[2]。全部零件赋过金属材质之后,依次组装各零件,完成采棉机传动部分的整体装配(如图4所示)。装配完成后,以“*.ive”格式直接导出,并保存。
2.3 零件的轴孔装配的自由度约束
3ds max中的装配过程零件运动主要是平移运动u=(x,y,z),旋转运动R=(en,α) 。其中,en为旋转轴单位法向矢量;α为旋转角度。
平移量为u(s),旋转量R(s)=(αa,αe,αr)。其中,αa,αe,αr分别表示零件旋转量的方位角、仰角和摆动角。
对轴孔插入约束运动,零件的平移限定为沿轴线方向,零件的旋转运动限定为绕轴线方向旋转。零件的实际运动可表示为:
平移量
u=u(s)·en
其中,en为轴线的单位法向矢量,en=(enx,eny,enz)。
旋转量
Δu=(en,α)
其中,en为约束平面法向单位矢量;α为旋转角,a=enzaα+enyae+enxaγ
3 基于nVsion平台装配过程的虚拟仿真
3.1 nVsion虚拟仿真平台的搭建
多通道输出显示设备(如图5所示):多通道输出设备是nVsion虚拟仿真平台的核心组成部分,通过这些设备能使观看装配仿真过程者有种身临其境、处身其中的感觉。
数据手套(如图6所示):数据手套把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境,而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者,使操作者以更加直接,更加自然,更加有效的方式与虚拟世界进行交互,大大增强了互动性和沉浸感,并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式。
立体眼镜(如图7所示):使用立体眼镜可以在多通道显示设备上看到的景象具有3D立体感,这使装配仿真过程看起来更加真实。
通过仿真平台的硬件组合,实现了观察装配仿真上视觉、触觉和听觉上的统一,整个装配过程更加形象、逼真。
3.2 各种模型间的关系表达
各种模型间的关系表达如图8所示。
3.3 nVsion虚拟仿真平台下确定装配路径
根据最初确定的装配路线(如图9所示),在nVsion虚拟仿真平台下进行装配仿真[3],经过观察人员观察发现在装配过程中存在碰撞、干涉。根据这个装配工艺,在实际装配过程中就会出现无法装配、难以装配的问题,这样将会浪费时间、降低工作效率。
经过多次装配过程的调整,确定最佳的装配工艺,如图10所示;最佳装配过程如图11～图16所示。
由以上研究,确定的最佳装配路径,具有很强的可实施性,可为企业制定装配工艺提供了新的方法。
4 结论
通过UG对采棉机传动部分进行建构,利用3ds max对建构的零件进行处理,然后利用nVsion 虚拟仿真平台进行虚拟装配过程仿真,实现了虚拟场景下的虚拟装配。经过多次装配过程的比较,确定了最佳的装配路径,企业以此为依据,可以确定装配工艺,大大节省了培训费用。运用nVsion虚拟装配平台,在缩短产品开发周期、降低生产成本、提高产品市场竞争力等方面,将会产生很大的作用。
目前,在我国采棉机械化的发展还刚刚起步,采棉机制造还处于发展研究阶段,如果生产出具有我国知识产权的采棉机,就能在我国特别是在新疆推广机采棉技术,这样就可以大大地降低采摘棉花的费用,减轻广大棉农的劳动强度,降低棉花种植成本,提高棉农种植棉花的积极性,从而利于棉花的规模化经营,推动我国棉花产业的发展。
参考文献
[1]郭圣路,韩德成.UG NX5.0[M].北京:电子工业出版社,2008:107-109.
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小型采棉机 篇5
2009年2月13日, 由新疆生产建设兵团农机局主办的“兵团农业机械高新技术研讨学习班”在新疆博格达宾馆召开, 包括各师场农机技术人员和有关专家在内的150余人参加。
凯斯纽荷兰公司新疆办事处应邀进行了产品介绍, 主要内容为凯斯拖拉机、喷药机及采棉机。凯斯采棉机在新疆兵团用户中具有很高的知名度, 是其引进的主要进口机型。在这次高新技术研讨班上, 凯斯技术人员主要介绍了凯斯新型采棉机——凯斯625型采棉机, 它可以在采棉的同时完成棉花的打捆功能, 与传统采棉机相比可节约20%的使用成本和50%的劳动力;与其他形状的棉垛相比, 所形成的大方捆棉垛, 更便于储存、运输和棉厂的轧棉, 并可节约配套设备的投资, 是代表行业技术水准的全新产品。与会专家对此新产品表现出深厚的兴趣, 认为凯斯625型采棉机实现了机采棉的又一次革命。
梳齿式采棉机籽棉清理装置的研制 篇6
中国是世界棉花主产国之一, 但多年来棉花收获机械化的整体水平比较低, 在农村劳动力逐步向二、三产业转移的形势下, 收获季节劳动力紧张的矛盾日益明显, 严重影响了棉花产业的发展。全世界采棉机的主要生产国有美国、苏联、以色列和中国, 目前在我国使用的主要有迪尔公司、凯斯公司以及新疆石河子贵航公司的采棉机。这些采棉机存在功率消耗大、结构复杂、生产成本高和采净率低等缺点[1,2,3,4,5]。梳齿式采棉机是近年来出现的一种新型采棉机械, 主要用于成熟棉花的一次性采收。其采摘方式是采用带倾斜梳齿的采收台将籽棉连同铃壳、棉叶、部分小枝杆和青铃等一起梳下, 属无选择采摘, 籽棉含杂很高, 因此, 采棉机上应设有一台高效率的初清理装置, 以清除大部分铃壳、棉叶和小枝秆[6,7]。
本文研制了一种与梳齿式采棉机配套使用的籽棉清理装置, 力图通过结构设计及工作参数优化, 研制开发一种成本低, 效率高的与梳齿式采棉机配套使用的清花设备。
1 总体结构与工作原理
1.1 总体结构
梳齿式采棉机籽棉清理装置由刺钉滚筒1、刺钉滚筒2、除杂筛网、锯齿滚筒、回收滚筒、起棉板、刷棉辊、格条栅、隔板、钢丝刷、传动系统和机架等组成, 结构如图1所示。
1.2 工作原理
籽棉由喂棉装置进入清理装置后, 通过刺钉滚筒1的打击篷松, 将混杂在其中的线绳、滴灌带清除。之后籽棉经过刺钉辊2, 均匀的喂给锯齿滚筒, 被锯齿钩拉的籽棉随锯齿滚筒一起向前运动, 当行至钢丝刷时, 钢丝刷将籽棉均匀刷附在锯齿滚筒表面, 在刷附时部分重杂物及僵瓣棉首先分离。其余杂质随锯齿滚筒旋转进入格条栅区, 在格条栅的多次冲击下, 大量的重杂物及僵瓣棉都被排落, 并且少量的细小杂质也被排落。经过清杂的籽棉继续随滚筒转动, 当转至与毛刷接触时, 在毛刷辊的高速旋转下, 钩拉在锯齿上的籽棉被刷下。清杂后的籽棉经搅轮运送至出棉口, 由风机吹入集棉箱。
1.刺钉滚筒2.刺钉滚筒3.除杂筛网4.锯齿滚筒5.隔板6.刷棉辊7.钢丝刷8.回收滚筒9.格条栅10.起棉板11.传动系统12.机架
2 主要工作部件设计
2.1 刺钉滚筒表面线速度、直径、数量的确定
刺钉滚筒的转速直接影响清杂、松棉效果。刺钉滚筒的转速与除杂效能关系如图2所示。在生产率为2 t/h、刺钉滚筒工作长度为2 m的条件下, 刺钉滚筒的表面线速度在8～11 m/s时清杂效能最好。超过11 m/s时, 刺钉就会击碎棉籽、损伤纤维[8,9]。
一般来说, 滚筒直径越大, 滚筒数量就越少。实践证明, 当刺钉滚筒与除杂筛网配合作用面积、刺钉滚筒表面线速度一定时, 滚筒直径大小、数量对清杂、松棉效果几乎没有影响[10,11]。经反复试验和调整, 确定刺钉滚筒表面线速度为10 m/s, 直径Φ250 mm和Φ260 mm, 数量为2个, 结构如图3所示。
1.刺钉2.滚筒3.除杂筛网
2.2 刺钉滚筒与除杂筛网的配合
籽棉在刺钉和筛网共同作用下, 受力情况如图4所示, 当籽棉和除杂筛网之间有间隙, 即F1=0时, 籽棉瓣在F2和f作用下, 被阻滞在刺钉上, 随刺钉一起前进, 同时由于滚筒表面气流的作用, 籽棉不断地抖动。当刺钉作用在籽棉瓣重心以上位置时, 即h>a, 籽棉瓣在重力作用下脱离刺钉, 在力P的作用下产生转动力矩M=P·a, 该力矩使籽棉瓣绕逆时针方向翻滚转动, 使籽棉得到松懈, 杂质在抖动过程中脱离籽棉, 从网孔排出。
1.刺钉滚筒2.除杂筛网3.籽棉P:刺钉对籽棉的冲击力;F1:除杂筛网对籽棉的摩擦力;F2:刺钉对籽棉的摩擦力;f:空气对籽棉的阻力;G:籽棉的重力;h:刺钉尖端与除杂网面间距;a:籽棉重心与除杂网面间距。
刺钉尖端与除杂筛网表面的距离, 应根据籽棉的品质及棉瓣的大小确定。一般在14～20 mm。
除杂筛网与刺钉滚筒配合形状一般呈圆弧形。除杂筛网的圆弧对应于刺钉滚筒的中心角Φ是一个比较重要的参数。Φ越大, 籽棉易随刺钉返回造成重复打击, 产生棉结、索丝等疵点;反之, Φ过小, 除杂筛网之间不可避免直线的连接段, 籽棉易在此处停留, 引起堵塞, 影响清杂效率。一般Φ应控制在110°～115°之间[11], 如图5所示。
2.3 除杂筛网
除杂筛网的清杂效率与筛孔的有效面积、筛孔的排列、筛孔的形状及筛网表面积等有关。根据文献[8], 筛孔有效面积 (S0) 与筛网表面积 (Sf) 的比叫做筛网的清理系数 (μ) , 即:
一般的, 筛网的清理系数越大, 筛网的清除效率越高。一些常见的除杂筛网形式见表1。
由表1可以看出, 矩形编织筛网的清理系数最大, 钢板冲孔筛网的清理系数最小, 尽管格条筛网的清理系数略小于编织筛网, 但实践证明其清杂效果却优于编织筛网, 故本装置采用圆钢格条筛网。
2.4 锯齿
籽棉在进入锯片时, 锯齿把籽棉卷中尚未从棉籽上拉脱的纤维钩住, 并使之随锯齿滚筒运动。由于摩擦力的作用, 处在锯齿之间凹口内的纤维开始从凹口离开, 凡分布在与摩擦力作用方向成β角的BD线右方的所有纤维都离开了凹口。只有在内的纤维可以留住不动, 如图6所示。
将锯齿截面轮廓的参数代入, 可得下列简式
f值说明一个锯齿的钩住能力主要取决与锯齿的齿距。F值越大, 则一个锯齿能钩住纤维的数量也越多。令整个锯片的钩住能力为F, 则
式中z为每根锯片的齿数。
当锯齿滚筒转速一定时,
即, f=Al2 (5)
即一个锯齿的钩住能力与齿距的平方成正比。
又齿距也决定于锯片的齿数, 因为
式中D为锯齿滚筒直径
将 (6) 代入 (5) 得,
将 (7) 代入 (3) 得:
式中C=Aπ2D2常数
由 (8) 可知, 锯齿的钩住能力与锯片的齿数成反比, 与齿距成正比。
2.5 锯齿滚筒直径、转速的确定
锯齿滚筒的直径和转速是决定皮棉含杂率和生产效率的重要因素。锯齿滚筒的直径越大, 表面线速度越大, 清杂效能越高, 但根据文献[3], 锯齿滚筒与刺钉滚筒的表面线速度比不得超过0.6∶1, 本装置确定其线速度为5 m/s, 直径为Φ250 mm。
2.6 刷棉辊
刷棉辊的作用是将锯齿辊上的籽棉刷拨下来, 保证锯齿辊的顺畅。结构如图7所示。
1.刷棉滚筒2.压条3.毛刷条4.拨花翼板5.刷棉辊轴
由于刷棉辊的线速度大于锯齿辊的线速度, 加之橡胶与纤维间的摩擦系数大于锯齿之间的摩擦系数[6], 故刷棉辊的作用足以克服锯齿的阻力, 将纤维从锯齿上刷下。毛刷刷力的作用主要是靠毛刷条对锯齿上纤维的连续作用来保证。依据连续作用原理[12,13,14]:
式中i———刷棉辊与锯齿辊的表面线速度比;
Φ0———相邻两根毛刷条对应毛刷滚筒的中心角;Φ0=360°/N, N是毛刷条数;
Dm———毛刷滚筒直径 (mm) ;
Dj———锯片滚筒直径 (mm) 。
由式 (9) 可知, 刷棉辊与锯齿辊的表面线速度必须大于某个值, 以保证毛刷刷力的作用。本装置Dm=300 mm, Dj=350 mm, Φ0=30°, 代入 (9) 式得i=2.5。调高刷棉辊的转速, 可以使锯齿辊上的棉层变薄, 有利于杂质的排除。
3 田间性能试验
3.1 试验地点
试验对象为新疆生产建设兵团农八师132团11连试验田中覆膜播种的棉花。棉花品种为新陆早33, 棉花平均株高70 cm, 棉铃最低12 cm, 棉花脱叶率82%、吐絮率85%, 籽棉含水率10%, 测产后该棉田平均产量4 500 kg/hm2。
3.2 试验方法
在一个40 hm2的棉田中, 划分出3块长100 m的试验区, 分别标定为A区、B区、C区, 机组以0.43 m/s的速度前进, 分3次取各区的棉花, 每次取2kg, 称出其中杂质的质量, 取平均值。试验时, 在装置底部用篷布接取所有排出杂质, 取3次2 kg的样本, 称出其中含有籽棉的质量, 并计算3区籽棉的损失率。
3.3 试验结果
试验结果见表2。由表2中试验数据可以看出, 该装置各项技术性能指标均达到设计要求和相关技术标准[15]。
4 结论
(1) 梳齿式采棉机籽棉清理装置通过刺钉辊、清杂辊、刷棉辊和格条栅等的配合使用使籽棉的含杂率大为降低。
(2) 本装置采用44.1～55.1 kW (60～75 hp) 拖拉机提供动力, 采用V带轮输送动力, 保证工作的平稳性。
梳齿式采棉机籽棉清理装置的研制 篇7
棉花是我国农业的重要大宗经济作物,我国棉花产量居世界第一[1]。近年来,随着棉花种植面积的不断增加,棉花收获机械化的发展显得尤为重要。目前,在我国使用的采棉机主要有美国迪尔公司、凯斯公司以及新疆石河子贵航生产的水平摘锭式采棉机。这种采棉机存在功率消耗大、结构复杂和维护成本高等缺点,因此有必要研制一种新型的采棉机来推动棉花生产机械化的发展。
梳齿式采棉机属于摘棉铃机[2]。该机结构简单,作业成本低,但由于不能分次采棉,采摘后的籽棉中含有大量铃壳、断果枝和碎叶片等杂质,所以该机配有专门的清杂装置。清杂装置性能的优劣直接影响棉花的含杂率,进而影响棉花的等级。本文针对这些问题,力图通过结构设计及工作参数优化,研制开发一种成本低、效率高的清花设备。
1 总体结构与工作原理
1.1 总体结构
梳齿式采棉机籽棉清理装置由刺钉滚筒(1)、刺钉滚筒(2)、除杂筛网(3)、锯齿滚筒(4)、回收滚筒(8)、起棉板(10)、刷棉辊(6)、格条栅(9)、隔板(5)、钢丝刷(7)、传动系统(11)和机架(12)等组成,其结构如图1所示。
1,2.刺钉滚筒3.除杂筛网4.锯齿滚筒5.隔板6.刷棉辊7.钢丝刷8.回收滚筒9.格条栅10.起棉板11.传动系统12.机架
1.2 工作原理
籽棉由喂棉装置进入清理装置后,通过刺钉滚筒(1)的打击松懈,将混杂在其中的线绳或滴灌带清除;然后籽棉经过刺钉辊(2),均匀地喂给锯齿滚筒,被锯齿钩拉的籽棉随锯齿滚筒一起向前运动;当行至钢丝刷时,钢丝刷将籽棉均匀刷附在锯齿滚筒表面,在刷附时部分重杂物及僵瓣棉首先分离;其余杂质随锯齿滚筒旋转进入格条栅区,在格条栅的多次冲击下,大量的重杂物及僵瓣棉都被排落,并且少量的细小杂质也被排落;经过清杂的籽棉继续随滚筒转动,当转至与毛刷接触时,在毛刷辊的高速旋转下,钩拉在锯齿上的籽棉被刷下;清杂后的籽棉经搅轮运送至出棉口,由风机吹入集棉箱。
2 主要工作部件设计
2.1 刺钉滚筒表面线速度、直径和数量的确定
刺钉滚筒的转速直接影响清杂和松棉效果。刺钉滚筒的转速与除杂效能关系如图2所示。在生产率为2t/h、刺钉工作长度为2m的条件下,刺钉滚筒的表面线速度为8~11m/s时清杂效能最好;超过11m/s时,刺钉就会击碎棉籽,损伤纤维。
一般来说,滚筒直径越大,滚筒数量就越少。实践证明,当刺钉滚筒与除杂筛网配合作用面积、刺钉滚筒表面线速度一定时,滚筒直径大小与数量对清杂、松棉效果几乎没有影响[3]。经反复试验和调整,确定刺钉滚筒表面线速度为10m/s,直径为250mm和260mm,数量为2个,其结构如图3所示。
1.刺钉2.滚筒3.除杂筛网
2.2 刺钉滚筒与除杂筛网的配合
籽棉在刺钉和筛网共同作用下,受力情况如图4所示。当籽棉和除杂筛网之间有间隙(即F1=0)时,籽棉瓣在F2和f作用下,被阻滞在刺钉上,随刺钉一起前进。同时,由于滚筒表面气流的作用,籽棉不断地抖动。当刺钉作用在籽棉瓣重心以上位置(即h>a)时,籽棉瓣在重力作用下脱离刺钉,在力P的作用下产生转动力矩M=P·a。该力矩使籽棉瓣绕逆时针方向翻滚转动,使籽棉得到松懈,杂质在抖动过程中脱离籽棉,从网孔排出。
图中P—刺钉对籽棉的冲击力;
F1—除杂筛网对籽棉的摩擦力;
F2—刺钉对籽棉的摩擦力;
f—空气对籽棉的阻力;
G—籽棉的重力;
h—刺钉尖端与除杂网面间距;
a—籽棉重心与除杂网面间距。
1.刺钉滚筒2.除杂筛网3.籽棉
刺钉尖端与除杂筛网表面的距离应根据籽棉的品质及棉瓣的大小确定。一般为14~20mm。
除杂筛网与刺钉滚筒配合形状一般呈圆弧形。除杂筛网的圆弧对应于刺钉滚筒的中心角是一个比较重要的参数[4]。越大,籽棉易随刺钉返回造成重复打击,产生棉结、索丝等疵点;反之,过小,除杂筛网之间不可避免直线的连接段,籽棉易在此处停留,引起堵塞,影响清杂效率。一般应控制在110°~115°之间,如图5所示。
2.3 除杂筛网
除杂筛网的清杂效率与筛孔的有效面积、筛孔的排列、筛孔的形状及筛网表面积等有关。根据文献[3],筛孔有效面积(S0)与筛网表面积(Sf)的比为筛网的清理系数(μ),即
μ=S0/Sf
一般的,筛网的清理系数越大,筛网的清除效率越高。一些常见的除杂筛网形式见表1所示。
由表1可以看出,矩形编织筛网的清理系数最大,钢板冲孔筛网的清理系数最小。尽管格条筛网的清理系数略小于编织筛网,但实践证明:其清杂效果却优于编织筛网[5],故本装置采用圆钢除杂筛网。
2.4 锯齿
籽棉在进入锯片时,锯齿把籽棉卷中尚未从棉籽上拉脱的纤维钩住,并使之随锯齿滚筒运动。由于摩擦力的作用,处在锯齿之间凹口内的纤维开始从凹口离开,凡分布在与摩擦力作用方向成β角的BD线右方的所有纤维都离开了凹口,只有在△BCD内的纤维可以留住不动,如图6所示。
将锯齿截面轮廓的参数代入,可得下列简式
f值说明一个锯齿的钩住能力主要取决于锯齿的齿距。f值越大,则一个锯齿能钩住纤维的数量也越多。令整个锯片的钩住能力为F,则
式中z—每根锯片的齿数。
当锯齿滚筒转速一定时,则
即一个锯齿的钩住能力与齿距的平方成正比,齿距也决定于锯片的齿数,即
式中D—锯齿滚筒直径。
将式(6)代入式(5)得
将式(7)代入式(3)得
式中,C=Aπ2D2=常数。
由式(8)可知,锯齿的钩住能力与锯片的齿数成反比,与齿距成正比。
2.5 锯齿滚筒直径和转速的确定
锯齿滚筒的直径和转速是决定皮棉含杂率和生产效率的重要因素。锯齿滚筒的直径越大,表面线速度越大,清杂效能越高,但根据文献[3],锯齿滚筒与刺钉滚筒的表面线速度比不得超过0.6:1。本装置确定其线速度为5m/s,直径为250mm。
2.6 刷棉辊
刷棉辊的作用是将锯齿辊上的籽棉刷拨下来,保证锯齿辊的顺畅,其结构如图7所示。
1.刷棉辊轴2.拨花翼板3.毛刷条4.压条5.刷棉滚筒
由于刷棉辊的线速度大于锯齿辊的线速度,加之橡胶与纤维间的摩擦系数大于锯齿之间的摩擦系数[6],故刷棉辊的作用足以克服锯齿的阻力,将纤维从锯齿上刷下。毛刷刷力的作用主要是靠毛刷条对锯齿上纤维的连续作用来保证。依据连续作用原理[7,8]可得
式中i—刷棉辊与锯齿辊的表面线速度比;
φ0—相邻两根毛刷条对应毛刷滚筒的中心角,φ0=360°/N;
N—毛刷条数;
由式(9)可知,刷棉辊与锯齿辊的表面线速度必须大于某个值,以保证毛刷刷力的作用。本装置Dm=300mm,Dj=350mm,φ0=30°,代入式(9)得i=2.5。
Dm—毛刷滚筒直径(mm);
Dj—锯片滚筒直径(mm);
调高刷棉辊的转速,可以使锯齿辊上的棉层变薄,有利于杂质的排除。
3 田间性能试验
3.1 试验地点
试验对象为新疆兵团农八师132团11连试验田中覆膜播种的棉花。棉花品种为新陆早33,平均株高70cm,棉铃最低12 cm,棉花脱叶率为82%,吐絮率为85%,籽棉含水率为10%,测产后该棉田产量为4 500kg/hm2。
3.2 试验方法
在40hm2的棉田中,划分出3块长100m的试验区,分别标定为A区、B区、C区。机组以0.43m/s的速度前进,分3次取各区的棉花,每次取2kg,称出其中杂质的质量,取平均值。试验时,在装置底部用篷布接取所有排出杂质,取3次2kg的样本,称出其中含有籽棉的质量,计算3区籽棉的损失率,如表2所示。
%
3.3 试验结果
由表2中试验数据可以看出,该装置各项技术性能指标均达到设计要求和相关技术标准[9]。
4 结论
1)梳齿式采棉机籽棉清理装置通过刺钉辊、清杂辊、刷棉辊和格条栅等的配合使用,使籽棉的含杂率大为降低。
2)本装置采用44.13~55.16k W拖拉机提供动力,采用皮带轮输送动力,保证工作的平稳性。
3)梳齿式采棉机籽棉清理装置的各项性能指标均达到了技术规范要求。
摘要：针对现有采棉机结构复杂、维护成本高以及采收后棉花含杂率高等问题,设计了梳齿式采棉机,首次将清杂装置与采摘台同机使用,降低了籽棉的含杂率。工作时,刺钉滚筒将籽棉打松,并输送到除杂筛网表面,通过与网面的摩擦,使粒径小的杂质与籽棉脱离。随后,籽棉被抛掷到锯齿滚筒上,根据籽棉与杂质在锯齿滚筒上的反弹性能和附着力的不同,使铃壳、僵瓣在惯性离心力的作用下与籽棉分离。田间试验表明:该清理装置工作顺畅,纯小时生产率为2t/h,籽棉含杂率为16%,将籽棉送美国原装机采籽棉生产线进行试轧,综合等级达到3级,纤维长度29mm,12mm以下的短绒含量为8.3%,性能达到设计规范要求。
关键词：梳齿式采棉机,籽棉,清理装置,创新设计
参考文献
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[2]李生军,周亚立,闫向辉,等.棉花收获机械化[M].乌鲁木齐:新疆科学技术出版社,2008.
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[4]虞华,房兰平,陈东胜.几种籽棉清理部件的分析[J].中国棉花加工,2004(2):15-16.
[5]姚兰新.如何提高刺钉滚筒清杂效能[J].中国棉花加工,1997(6):16-17.
[6]中国农业大学.农业机械学[M].北京:机械工业出版社,1998.
[7]刘小民,张旭杰.毛刷滚筒装配中如何提高平衡等级[J].中国棉花加工,2005(6):16-17.
[8]中国科学院农业机械化研究所.棉花收获机械译文集[M].北京:机械工业出版社,1960.