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本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告書 題 目 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 學(xué)生姓名 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 學(xué) 號 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 專業(yè)班級 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指導(dǎo)老師 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 年 月 日 設(shè)計題目 設(shè)計便攜式采棉機(jī) 課題目的、意義及相關(guān)研究動態(tài)： 我國是一個農(nóng)業(yè)大國,但目前主要以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主,仍存在著生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)落后等缺點(diǎn)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷加快,以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我國農(nóng)業(yè)發(fā)展也進(jìn)入了一個關(guān)鍵時期,農(nóng)業(yè)將在更大范圍和更深層次上參與國際競爭。我國農(nóng)業(yè)只有加快現(xiàn)代化進(jìn)程,才能在國際競爭中立于不敗之地。要想實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化,必須加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化建設(shè), 提高機(jī)械化的綜合水平,從而提高勞動生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本, 提高產(chǎn)品質(zhì)量,使我國農(nóng)產(chǎn)品在國際市場上具有競爭力。20 世紀(jì)80年代以來，我國已成為世界上棉花生產(chǎn)的大國，種植面積穩(wěn)定在 533.33萬公頃左右，皮棉產(chǎn)量達(dá)到 580 萬噸。 其中，長江、黃河和西棉區(qū)是我國棉花3大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，其面積和產(chǎn)量分別占全國的97.5%和98.2%年采棉季節(jié)除動員學(xué)生、干部一起參加搶收外，還要從外省雇傭數(shù)十萬勞動力搶收棉花[1]。我國最大的商品棉基地—， 每僅人工費(fèi)用就高達(dá)8億元，且往往因勞動力不足延長了采棉期，影響了棉花的質(zhì)量，妨礙了秋耕灌溉和來年的春耕生產(chǎn)。在棉花收獲中采用機(jī)械化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)棉花采摘的自動化和智能化，是解決上述問題的最佳方案。研究和開發(fā)機(jī)械化采棉技術(shù)對解放勞動力、提高勞動生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證新鮮棉花品質(zhì)等方面都有著重要的意義。 常德是湖南省的棉花產(chǎn)業(yè)基地,但由于棉花收獲機(jī)械沒有全面推廣,許多棉農(nóng)仍然采用手工的方法進(jìn)行剝桃凈棉, 生產(chǎn)率低, 嚴(yán)重浪費(fèi)了勞動力資源。因此, 為了使棉農(nóng)能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益, 研制簡便、低廉的采棉機(jī)就十分重要。而本文設(shè)計的新型棉花采摘機(jī)就能實(shí)現(xiàn)上述的這些功能，具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義[2]。 美國是最早開始從事棉花采摘機(jī)試驗(yàn)研究的國家，其工作可以追溯到1850年；但到1949年，棉花收獲機(jī)械化的作業(yè)面積僅達(dá)到當(dāng)時棉花種植面積 6%。這期間許多人試驗(yàn)了不同的方法來進(jìn)行棉花采摘，具體包括采用真空吸力抽吸棉花，采用靜電吸力采摘棉花，采用機(jī)械收割型將棉花整棵切斷再將纖維分離，采用采摘型機(jī)器人直接對棉花進(jìn)行采摘等。到了1970 年，美國棉花收獲機(jī)械化程度達(dá)到95%，居世界第一位。美國生產(chǎn)的兩種真空抽[3]。原蘇聯(lián)也從1924年開始開展了機(jī)械化采棉的研制工作，目前棉花較集中的烏茲別克共和國機(jī)械采棉率達(dá) 90%以上。吸式采棉機(jī)我國除了引進(jìn)國外先進(jìn)采棉機(jī)械外，我國也大力開展了自主研發(fā)工作。1996 年，自走式采棉機(jī)研制被列入國家科技部“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目[1]，從此我國開始正式進(jìn)行國家級棉花采摘收貨的研究。 然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，直到目前為止，盡管該項(xiàng)目得到國家財政的大力支持，但是其產(chǎn)業(yè)化效果并不理想。采棉機(jī)在推廣使用中存在的困難，概括起來主4個方面：一是機(jī)采棉的質(zhì)量不高，含雜質(zhì)較多，二是交花時，被扣除的雜質(zhì)比例太高； 三是使用機(jī)采作業(yè)成本過高；四是用人工采棉的標(biāo)準(zhǔn)來評定機(jī)采棉的等級 造成棉農(nóng)收入下降[5]。 課題的主要內(nèi)容、創(chuàng)新之處： 課題的主要內(nèi)容是：完成整個采棉機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出其原理圖，裝配圖，零件圖，自行設(shè)計其尺寸。由于傳統(tǒng)的手持式采摘機(jī)包括其后部內(nèi)裝有電機(jī)的管狀殼體，在殼體的前端和后端平行設(shè)有鏈輪，撿棉鏈條通過前端和后端的鏈輪連接在一起，驅(qū)動裝置通過驅(qū)動采棉鏈輪來帶動采棉鏈條轉(zhuǎn)動來進(jìn)行棉花采摘。這種手持采棉機(jī)長時間工作后棉花會纏繞在前端鏈輪和后端鏈輪上，導(dǎo)致鏈條拉緊，轉(zhuǎn)速減慢，載荷加重，電機(jī)發(fā)熱導(dǎo)致電機(jī)線圈燒毀而無法工作[6]。本畢業(yè)設(shè)計目的在于提供一種新型的便攜式手持采棉機(jī)。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作穩(wěn)定正常工作， 能夠克服現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的缺陷。 為達(dá)到上述目的， 其創(chuàng)新之處具體如下： 便攜式手持采棉機(jī)，包括帶有手柄且左右對稱的殼體，手柄的底端面設(shè)有連接電機(jī)的軟軸螺母，軟軸螺母和傳動裝置連接，傳動裝置和采摘裝置連接傳動，其特征在于：所述的采摘裝置設(shè)置于殼體前端采棉口處和中間部之間，所述的采摘裝置設(shè)有主動撿棉輸送帶輪、向下延伸突出兩軸線的輸送帶凸出傳動輪和從動撿棉輸送帶輪形成三角形排列設(shè)置，主動撿棉輸送帶輪、輸送帶凸出傳動輪和從動撿棉輸送帶輪的側(cè)緣端設(shè)有防纏擋板，撿棉輸送帶為同軸環(huán)繞覆蓋在主動撿棉輸送帶輪、 輸送帶凸出傳動輪和從動撿棉輸送帶輪之間的外緣部連接在一起，所述的撿棉輸送帶的外緣部均布地設(shè)置撿棉勾齒組合，設(shè)置于撿棉勾齒側(cè)面的卸棉裝置均布地安裝在撿棉輸送帶外緣部上，所述的撿棉輸送帶的左右兩側(cè)邊緣部與落棉口上方內(nèi)側(cè)壁緊密接觸。 研究方法、設(shè)計方案： 深入研究國內(nèi)外現(xiàn)有果實(shí)采摘機(jī)，主要以棉花采摘機(jī)為例， 并借助圖書館和互連網(wǎng)獲取相關(guān)資料和信息,分析總結(jié)資料 確定棉花采摘機(jī)總體設(shè)計方案。按照棉花采摘機(jī)的特點(diǎn)和棉花的性質(zhì)，利用計算機(jī)進(jìn)行繪圖和機(jī)構(gòu)分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。設(shè)計方案：一種帶有手柄且左右對稱的殼體、手柄的底端面設(shè)有連接電機(jī)軟軸的傳動裝置和殼體中間部采摘裝置連接傳動，其特征在于殼體的前端采棉口處和中間部橫向平行地設(shè)置采摘裝置的從動輸送帶輪、向下延伸突出兩軸線的凸出傳動輪和主動撿棉輸送帶輪，撿棉輸送帶為同軸環(huán)繞覆蓋在從動撿棉輸送帶輪、輸送帶凸出傳動輪和主動撿棉輸送帶輪的外 緣端，撿棉輸送帶的外緣部上均布設(shè)置安裝向外延伸的撿棉勾齒的貫通孔，設(shè)置于撿棉勾齒側(cè)面的卸棉裝置均布地安裝在撿棉輸送帶的外緣部的貫通孔上，主動撿棉輸送帶、凸出傳動輪、從動撿棉輸送帶的外側(cè)面設(shè)有防纏擋板。動力傳輸室和采棉室密封隔離[ 11]。 完成期限和預(yù)期進(jìn)度： ①畢業(yè)設(shè)計課題調(diào)研階段：（第1~2周）：課題調(diào)研及文獻(xiàn)檢索、完成英文翻譯。 ② 畢業(yè)設(shè)計開題報告階段：（第3～4周）：完成開題報告。 ③ 畢業(yè)設(shè)計主要工作階段：（第5～12周）： （1）完成總體規(guī)劃。（第5～6周） （2）完成方案設(shè)計。（第7周） （3）產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計，輸出產(chǎn)品裝配圖及零件圖。（第8~10周） （4）完成設(shè)計說明書的撰寫工作。（第11～12周） ④ 畢業(yè)設(shè)計答辯階段：（第13～15周） 主要參考資料： [1]Holley, Donald.Mechanical Cotton Picker.?EH.?Net Encyclopedia, edited by Rob ertWhaples[EB/OL].2003-07-13.Cottonpicker. [2]陳欣成.農(nóng)墾農(nóng)機(jī)化工作與農(nóng)機(jī)更新?lián)Q代的一些思路[J].農(nóng)村機(jī)械化, 1998(3) : 21-22． [3]任豐蘭.基于PRO/E的新型棉花采摘機(jī)的設(shè)計[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2012, 34(7) ：93～96． [4]黃頂元.機(jī)械采棉發(fā)展概況及必要性[J].農(nóng)村科技, 2005(5): 51.? [5]沈家濤.兵團(tuán)機(jī)采棉技術(shù)推廣存在的問題及原因分析[J].中國棉花2005, 32(3) : 42-43.? [6]徐思兵.機(jī)采棉加工工藝的推廣與使用[J].中國棉花加工, 2007, (2) :30-32. [11]Aono.CPX420Cotton ?pickerServiceManual(Book4)[ K] .U.S.AChassis.Rac6 -16840.CNH AmericaLLCPrinted, 2005. [12]陳永毅.我國棉花收獲機(jī)械化的回顧與展望[ J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械, 2000(7):14 -15. [13]王學(xué)農(nóng),陳發(fā).9976新型六行采棉機(jī)結(jié)構(gòu)分析及應(yīng)用[ J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 1998, 29(8):130 -134. 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日 開 題 報 告 會 紀(jì) 要 時 間 地 點(diǎn) 與 會 人 員 姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱） 會議記錄摘要： 會議主持人： 記 錄 人： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 棉花采摘頭設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年級 XXX級 學(xué)生姓名 XXX 學(xué) 號 XXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 XXX 1 棉花采摘頭設(shè)計 機(jī)械設(shè)計及其自動化 學(xué)生 指導(dǎo)老師 【摘 要】 棉花生產(chǎn)己經(jīng)成為農(nóng)業(yè)中得支柱產(chǎn)業(yè)，近年來，由于勞動力短缺，勞動力價格不斷提高，使用采棉機(jī)進(jìn)行棉花的采收符合棉花生產(chǎn)的現(xiàn)狀。滾筒式采棉機(jī)是一種統(tǒng)收式的采棉機(jī)，在采摘頭摘錠結(jié)構(gòu)設(shè)計上較為新穎。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究過程中，試驗(yàn)臺是一種應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)設(shè)備。采用試驗(yàn)臺對滾筒式采棉機(jī)進(jìn)行研究，有效的避免了田間不確定因素對采摘頭試驗(yàn)結(jié)果的影響，有利于對采摘頭的采摘效果進(jìn)行定量研究。采摘頭是采棉機(jī)的關(guān)鍵部件，本文基于采摘試驗(yàn)臺，通過試驗(yàn)方法對采棉機(jī)采摘頭的采收性能進(jìn)行研允，通過對數(shù)據(jù)的處理分析采摘頭參數(shù)對采摘性能的影響規(guī)律，完成對采摘頭土;作參數(shù)的優(yōu)化。 本文的主要研究內(nèi)容如下: 1通過對采摘頭工作原理進(jìn)行分析 從理論上研究摘錠機(jī)滾筒的運(yùn)動規(guī)律，并結(jié)合Adams軟件對摘錠的運(yùn)動進(jìn)行模擬分析，應(yīng)用sQlidwarks的有限a t}分析模塊對摘錠的受力進(jìn)行了模擬分析，為摘錠的設(shè)計制造奠定理論基礎(chǔ)。 2設(shè)計制造采摘試驗(yàn)臺 （1）采集棉株樣本，應(yīng)用minitab軟件分析棉桃在棉株上的分布規(guī)律，確定采摘滾筒的尺寸參數(shù)，同時對K值及滾筒傾角rx及兩滾筒,_.f}』距D等重要參數(shù)進(jìn)行研究。 （2）設(shè)計試驗(yàn)臺的輸送系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等主要部分，完成主要設(shè)備的選型。對風(fēng)送系統(tǒng)的進(jìn)行了理論分析，結(jié)合采摘頭工作過程完成風(fēng)送系統(tǒng)的設(shè)計。 （3）應(yīng)用V}軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)臺輸送系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的扭矩、功率及轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)采集，通過分析采收過程中的扭矩、功率及轉(zhuǎn)速曲線分析，研究采摘頭的土作狀況。 （4）應(yīng)用so! id}rorks軟件完成試驗(yàn)臺的三維建模井進(jìn)行千涉檢驗(yàn)，為試驗(yàn)臺的實(shí)際裝配提供參考，對關(guān)鍵部件的運(yùn)動及受力情況進(jìn)行了模擬分析。 （5）通過性能測試試驗(yàn)對試驗(yàn)臺性能進(jìn)行測試，分析試驗(yàn)過程中所采集數(shù)據(jù)存在的誤差，對試驗(yàn)臺的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。 3試驗(yàn)研究 ①進(jìn)行采摘錠材料單因素試驗(yàn)，分析采摘錠材料對采收效果的影響，為后續(xù)試驗(yàn)奠定基石出。 ②進(jìn)行采摘頭運(yùn)動參數(shù)與摘錠材料正交試驗(yàn)，確定采收參數(shù)的最有組合井分析各試驗(yàn)因素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響。 ③根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行田間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果:采凈率大于95.20!0 ,含雜率小于25 %。 ④本文研究結(jié)果為采摘頭的設(shè)計提供指濘意義，在采摘頭的后續(xù)研究提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。 【關(guān)鍵詞】采摘頭，試驗(yàn)臺，虛擬設(shè)計，試驗(yàn)研究，田間試驗(yàn) 目 錄 緒論………………………………………………………………………………5 第1章 引言……………………………………………………………………..5 一、課題背景及研究意義…………………………………………………………..5 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢…………………………………………………...7 三、研究內(nèi)容……………………………………………………………….........15 第二章試驗(yàn)裝置的設(shè)計……………………………………………….……….16 一、摘錠運(yùn)動分析………………………………………………………………...16 二、摘錠運(yùn)動理論分析……………………………………………………………17 三、摘錠運(yùn)動軌跡仿真分析……………………………………………………….18 四、采摘錠的受力分析……………………………………………………………20 第三章試驗(yàn)因素的單因素分析………………………………………………..22 一、試驗(yàn)儀器設(shè)備與材料………………………………………………………….22 二、采樣方法與測定指標(biāo)………………………………………………………….23 三、試驗(yàn)?zāi)康摹?........23 第四章采收參數(shù)的優(yōu)選及田間試驗(yàn)…………………………………………..24 一、采摘頭設(shè)計參數(shù)和摘錠材料試驗(yàn)研究………………………………………….24 二、田間試驗(yàn)……………………………………………………………….........25 3、 采樣方法……………………………………………………………….........25 四、試驗(yàn)結(jié)果分析………………………………………………………………..27 第5章 結(jié)論與展望……………………………………………………………..27 1、 主要結(jié)論……………………………………………………………….........27 二、展望………………………………………………………………...............28 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………..29 致謝……………………………………………………………………………..31 緒論 大家都知道我們身上穿的各種衣物絕大多數(shù)都源于棉花，棉花能制成各種織物包括高級布料、棉紗和針織品，它既是最重要的纖維作物，又是重要的油料作物，也是含高蛋白的糧食作物，棉花對我們的生活有著非常重要的價值，棉花也是世界上最主要的農(nóng)作物之一。因此對棉花的產(chǎn)量也便有了要求。 第1章 引言 一、課題背景及研究意義 是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉種植區(qū)。地區(qū)棉花的單產(chǎn)、總產(chǎn)、國內(nèi)銷售量以及出口量連續(xù)多年在全國位居首位。棉花生產(chǎn)己經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)中的支柱性產(chǎn)業(yè)。有實(shí)現(xiàn)棉花全程機(jī)械化的優(yōu)越條件即人均種植而積大，擁有大而積高產(chǎn)連片一棉田和國家及政府相關(guān)政策及經(jīng)濟(jì)支持等。日前棉花采收己基本達(dá)到機(jī)械化水平，但是棉花的采收仍然以手工采收為主，近年來，隨著從內(nèi)地組織勞力采棉難度加大，同時勞動力價格的不斷上漲各棉花生產(chǎn)區(qū)都存在著不同程度的人力不足現(xiàn)象，棉花不能及時采摘。棉花采收已經(jīng)成為了棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展中巫待突破的“瓶頸”。采棉機(jī)的應(yīng)用推廣成為了棉花生產(chǎn)的必然趨勢。實(shí)施和推廣機(jī)械采棉技術(shù)，能夠把廣大農(nóng)止從繁重的體力勞動中解放出來，分流轉(zhuǎn)移到二、三產(chǎn)業(yè)中去，對于農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、切實(shí)解決“三農(nóng)一問題，對建設(shè)社會主義新農(nóng)村具有重要現(xiàn)實(shí)意義。采棉機(jī)采摘頭根據(jù)工作原理及采收特點(diǎn)，可以分成選收機(jī)(摘錠有選擇的采收)和統(tǒng)收機(jī)(摘錠無選擇性的采收)2類。其中選收機(jī)中，具有代表性的是垂直摘錠采棉機(jī)(spindle harvester )和水平摘錠采棉機(jī)。統(tǒng)收機(jī)主要有滾筒結(jié)構(gòu)(brush-roll stripper)和指桿結(jié)構(gòu)(timerstripper )采棉機(jī)。選收式采棉機(jī)具有采凈率高、含雜率低、機(jī)器適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是該類機(jī)型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造困難，制造成本高，收獲成本大，這些問題限制了其大規(guī)模的推廣。統(tǒng)收采棉機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單，采收效率和采凈率較高，收獲成本較低。 目前使用的采棉機(jī)主要是以水平摘錠采棉機(jī)為主的選收機(jī)，這種采棉機(jī)雖然工作可靠、性能穩(wěn)定，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，關(guān)鍵部件未能國產(chǎn)化，致使購機(jī)成本高、零配件價格高、維修費(fèi)用高、服務(wù)不及時等因素的影響，農(nóng)民接受不了，大量推廣短期內(nèi)存在一些困難。當(dāng)前，在美國南部的平原地區(qū)有一種采收單行棉花的滾筒式結(jié)構(gòu)采棉機(jī)得到廣泛的應(yīng)用，該采棉機(jī)的采摘頭摘錠由一組傾斜安裝的滾筒構(gòu)成，在滾筒圓周上均勻的安裝著毛刷和膠板，這種采棉機(jī)的采凈率超過95，含雜率在30%左右。經(jīng)過HV工檢測系統(tǒng)(大容量棉纖維快速檢測儀器)檢測，滾筒式采棉書L采摘下的籽棉品級和水平摘錠采棉機(jī)的品級沒有明顯的差別。統(tǒng)收式采棉機(jī)作為選收式采棉機(jī)的一種補(bǔ)充，近幾年在得到廣泛的研究。本項(xiàng)目研究對象膠棒滾筒式采棉機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，土作部件價格低廉，以采棉機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)—采凈率、總含雜率作為評價指標(biāo)，開展對其影響因素的試驗(yàn)研究，綜合評價各因素對采摘性能影響程度，達(dá)到優(yōu)化采摘頭關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)的目的，對膠棒滾筒式采棉機(jī)采摘頭的設(shè)計其有重要的意義 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國外選收機(jī)研究現(xiàn)狀 日前，國外采棉機(jī)上的采摘頭摘錠形式主要有2種:滾筒式水平摘錠以及垂直摘錠。在美國應(yīng)用較為廣泛的是滾筒式的水平摘錠采棉機(jī)，該機(jī)型的采摘頭主要是由采摘室、水平摘錠采摘滾筒、淋潤器、脫棉盤、扶導(dǎo)器、集棉室及傳動系筒等部分構(gòu)成。每組采摘頭配兩個滾筒，安裝前后相對或一側(cè)排列兩種方式配置，把摘錠成組的安裝在摘錠座管體上而，傳動主軸安裝在摘錠，每個座管體內(nèi)安裝一套，其作用是帶動相應(yīng)摘錠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，摘錠座管體總成均勻配置在滾筒圓上，同時在摘錠座管上安裝帶滾輪的曲拐。采摘滾筒做圓周運(yùn)動時，滾筒與摘錠座管“公轉(zhuǎn)”，與此同時每組摘錠也在“自轉(zhuǎn)”。上作過程中，由于摘錠座管上的曲拐滾輪嵌入到滾筒上方的浮向槽內(nèi)，在滾筒旋轉(zhuǎn)時，拐軸滾輪按照其特定的軌道曲線運(yùn)動，而摘錠座管總成進(jìn)行擺動一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使成組摘錠都在與棉行成直角的狀態(tài)下進(jìn)出采摘室，并以適當(dāng)?shù)慕嵌韧ㄟ^淋潤器和脫棉器。采摘室內(nèi)，摘錠上下、左右的間距一般設(shè)計為3Smm，呈正方形方式排列，以包圍棉鈴，由柵板和擠壓板組成采摘室。水平摘錠式采摘部件的特點(diǎn)主要有:摘錠多，布局介理(每組288至48。個)，摘錠與棉鈴的接觸面積大，采凈率達(dá)到95 }o;適應(yīng)性強(qiáng)，對棉花株形大、分枝多、結(jié)鈴較分散的棉株也能達(dá)到較高的采凈率;水平摘錠工作區(qū)域比較寬，對棉株 的擠壓力小，棉枝、棉葉和鈴殼不易被壓碎而粘附在棉纖維上，因此，棉花的含雜率在8%以下[[33]0垂直摘錠式采棉機(jī)和水平摘錠式采棉機(jī)的主耍區(qū)別在于:垂直摘錠式采棉機(jī)的摘錠是垂直安裝的，其采棉部件主要由摘錠、垂直摘錠滾筒、脫棉刷輥、扶導(dǎo)器及傳動機(jī)構(gòu)等組成。每個采摘頭有四個滾筒，安呈前后成對方式排列，每個滾筒上有巧個摘錠，摘錠為圓柱形，侮組}l根，摘錠上有4排齒，直徑約2}IT1II1(長絨棉摘錠3 C)mm) o每對滾筒的相鄰摘錠呈交錯相間排列，摘錠上端有傳動皮帶槽輪，在采棉室從外側(cè)團(tuán)定皮帶傳動，滾筒旋轉(zhuǎn)方向與摘錠旋轉(zhuǎn)方向相反，摘錠為圓柱形，表面有幾條縱槽，棱邊上有齒，摘錠齒迎著棉株轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行采棉。每對滾筒之間留有26至30~的上作間隙，形成采棉工作區(qū)。土作過程中，摘錠用齒鉤住開放的棉花纖維，并將其纏繞在摘錠桿上，隨后摘錠和脫棉器相遇進(jìn)入脫棉區(qū)。在脫棉區(qū)內(nèi)，摘錠上端槽輪由內(nèi)側(cè)固定皮帶傳動從而使摘錠反向轉(zhuǎn)動，使摘錠上的錠齒拋送出籽棉瓣從而實(shí)現(xiàn)脫棉。垂直摘錠式采棉部件的主要特點(diǎn)是:棉株被兩個滾筒擠壓在1至3 mm的采摘間隙中，其結(jié)構(gòu)較水平摘錠式采摘部件簡單，容易制造，制造成本低，適宜一于采摘棉鈴集中、分枝少而短、株高低于$Omm的棉花。垂直摘錠的有效土作區(qū)比較小，棉花的采凈率及工作效率較水平摘錠要低1 L7%至15%，采收籽棉含雜率的為8%一16%,落地棉為10%一12%，對棉 株損傷較大?？偟膩碚f，前蘇聯(lián)的垂直摘錠式采棉打L結(jié)構(gòu)和原理相對來說比較簡單，制造方便，成本低廉，采棉作業(yè)各項(xiàng)指標(biāo)較之水平摘錠式采棉機(jī)也比較低。而美國的水平摘錠式采棉機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工藝水平要求較高，價格也更昂貴。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自上世紀(jì)80年代開始，在美國等發(fā)達(dá)國家，自動及半自動的專用生產(chǎn)設(shè)一備及工藝對摘錠等關(guān)鍵部件的生產(chǎn)加上取得了巨大的改進(jìn)，降低了生產(chǎn)成本，同時也縮短了生產(chǎn)周期。因水平摘錠式采棉機(jī)采摘質(zhì)量更好，土作效率高，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。在國外，通過對各種摘棉器的試驗(yàn)和研究，得出了滾筒式水平摘錠式摘棉器效果最好的結(jié)論此外，還有關(guān)于氣流式采棉機(jī)和摘棉鈴機(jī)的一些研究，但由于這些機(jī)型功率損耗大，采收的棉花含雜率高而采棉效率低，至今還沒有在生產(chǎn)上進(jìn)行推廣。 美國研究現(xiàn)狀 梳齒式采棉機(jī)與摘錠式采棉機(jī)出現(xiàn)于同一時期，由于當(dāng)時棉花清理加工技術(shù)的滯 后，致使梳齒式采棉機(jī)發(fā)展緩慢，在采棉機(jī)市場逐漸以摘錠式采棉機(jī)為主。梳齒式采棉 機(jī)改變了原有采棉機(jī)的采摘臺，其結(jié)構(gòu)簡單、購置成本及使用維修費(fèi)用低，無需專門的 配備設(shè)施，大大降低了棉花收獲成本。 1920年美國最早研制的梳齒式采棉機(jī)，是采用馬或者騾子拉動的單行木質(zhì)收獲機(jī) 械。該結(jié)構(gòu)采用錐形開口。當(dāng)棉株通過錐形開口時，錐口將棉株上的棉鈴連同棉葉、棉 枝擼掉。棉花含雜質(zhì)較大，嚴(yán)重時雜質(zhì)占總收獲量的50%左右。 20世紀(jì)60年代，梳齒式采棉機(jī)是為了解決窄行距棉花的機(jī)械收獲而發(fā)展起來的，在 70年代初開始有商品問世，它也可用于一般行距的棉花，機(jī)型多數(shù)為自走式。其工作原 理為：當(dāng)機(jī)器前進(jìn)時，梳齒向上穿過棉株，每棵棉株都被強(qiáng)制通過相鄰兩齒間狹小間隙， 常用間隙為16mm左右，梳齒后端下方的一個小直徑翅片滾輪對棉株施加一個向下的的 拉力，使不能通過間隙的棉鈴脫離棉株，由梳齒上方的撥棉鈴器撥到后面的橫置雙向螺 旋輸送器內(nèi)；兩側(cè)的螺旋輸送葉片將摘下的棉鈴向中間輸送，然后向后經(jīng)撥送輪送入一 個較短而轉(zhuǎn)速較高的螺旋輸送器，由此進(jìn)入氣流輸送系統(tǒng)，其中的上升氣流將成熟的籽 棉吸走并送入棉箱，較重的未開青鈴則從氣流中下落，由青鈴分離器落入青鈴箱或排到 地上 。 20世紀(jì)中期，美國研制出多種采摘棉花的機(jī)械，其中毛刷滾筒結(jié)構(gòu)和梳齒結(jié)構(gòu)兩種 一次性采棉機(jī)尤為盛行。毛刷滾筒結(jié)構(gòu)采棉機(jī)是由若干毛刷和刮板組成的商業(yè)化采棉 機(jī)，其在堪薩斯州南部、俄克拉荷馬西部等地廣泛使用，另外德克薩斯州85%收獲的棉 花是采用毛刷滾筒結(jié)構(gòu)采棉機(jī)。在梳齒結(jié)構(gòu)采棉機(jī)研究上，JohnDeere 公司JD7460 八行自走式采棉機(jī)是這方面的代表，該機(jī)作業(yè)速度0～6km/h，采凈率97%以上。20世紀(jì) 70年代JohnDeere公司制造的33型牽引式梳齒式采棉機(jī)和International Harvester 公司生 滾筒摘錠式采棉機(jī)采摘頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 3 產(chǎn)了1076型自走式梳齒式采棉機(jī)。 此外，在對一次性采棉機(jī)研制的基礎(chǔ)上，美國農(nóng)業(yè)技術(shù)人員對采棉技術(shù)適用條件也 進(jìn)行了大量研究并在主要植棉區(qū)做了對比試驗(yàn)。在德克薩斯州的試驗(yàn)表名，該地區(qū)的棉 花品種用摘錠式采棉機(jī)的采凈率為76%，遠(yuǎn)不如在其它地區(qū)的91%。對毛刷滾筒結(jié)構(gòu)采 棉機(jī)采摘棉花質(zhì)量的研究表明，與水平摘錠相比，使用高精度儀器檢測HVI時，在棉花 主纖維和纖維的強(qiáng)度、長度、均勻度等方面，差異并不明顯。使用高級纖維信息系統(tǒng)AFIS 檢測結(jié)構(gòu)表明，毛刷滾筒結(jié)構(gòu)采棉機(jī)收獲的皮棉質(zhì)量劣于摘錠式，主要是由于過多的外 來物質(zhì)、棉結(jié)、不成熟纖維和短纖維。盡管摘錠式采棉機(jī)收獲的棉花質(zhì)量更高，但其價 格昂貴，保養(yǎng)困難。 毛刷式滾筒結(jié)構(gòu)采棉機(jī)在使用中也暴露出許多問題。采棉機(jī)在工作中，連同籽棉一 起，收入了大量雜質(zhì)(15%～25%) 。雜質(zhì)包括鈴殼、枝稈、細(xì)雜(葉屑和土渣)。雖然可 以通過采棉機(jī)上的清雜裝置清除大部分雜質(zhì)，但是雜質(zhì)中包含的枝稈在軋花過程中會導(dǎo) 致棉稈皮的脫落，污染皮棉，使其品級降低，給棉農(nóng)造成損失。研究還表明，機(jī)器作業(yè) 時，其前進(jìn)速度高于5km/ h時，籽棉中棉花枝稈和棉株表皮的含量就會增加，導(dǎo)致棉花 品級降低。 在對采棉機(jī)械研究的同時，美國和前蘇聯(lián)在20世紀(jì)20-50年代對棉花物理機(jī)械特性 進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，對棉花的物理機(jī)械特性進(jìn)行詳細(xì)地研究是正確設(shè)計棉花收 獲機(jī)的必要條件，是機(jī)械收獲棉花的理論依據(jù)，因?yàn)椴上碌拿藁ú荒軌虮黄茐模缑拮?破裂、纖維扭曲或扯斷等，而棉花的混雜率應(yīng)力求降低。棉花品種不同，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、 機(jī)械特性也不同，這就給機(jī)械采棉造成各種難易不同的問題 ，而采棉機(jī)的發(fā)展歷史正 是這些問題不斷被解決的過程。 盡管梳齒式采棉機(jī)結(jié)構(gòu)較摘錠式采棉機(jī)簡單，價格低廉，使用維修費(fèi)用低，但仍需 恰當(dāng)?shù)氖斋@條件，即棉花落葉水平、棉稈的直徑、棉株高度和寬度及棉稈含水率等因素， 這些因素決定了合理的機(jī)械調(diào)整。維持和調(diào)整合理的梳齒間距對提高棉花收獲效率和保 持棉纖維至關(guān)重要。 阿根廷研究現(xiàn)狀 據(jù)資料顯示，作為棉花種植面積大、采棉機(jī)械化程度較高的阿根廷從20世紀(jì)40年代 就開始了棉花收獲機(jī)械化技術(shù)研究，面向用戶為中小規(guī)模棉花種植戶，采取不對行采摘， 設(shè)計理念也迥異于美國等摘錠式采棉機(jī)“機(jī)械手”概念。2006 年，由阿根廷國家農(nóng)業(yè) 科學(xué)院設(shè)計、DOLBI公司生產(chǎn)的JAVIYU梳齒式采棉機(jī)，是一種新型的棉花采摘機(jī)械， 即將籽棉、青鈴、枝葉等收回，并自帶簡易清花設(shè)備，可將大部分枝葉分離清選出。 此外，該機(jī)結(jié)構(gòu)與美國梳齒式采棉機(jī)類似，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低的特點(diǎn)。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 棉花是我國的主要經(jīng)濟(jì)作物。近幾年，我國棉花種植面積穩(wěn)定在533公頃，我國的棉花主要產(chǎn)區(qū)為長江棉區(qū)、黃淮棉區(qū)和棉區(qū)。棉花產(chǎn)量維持在每年400萬t的水平。棉花種植的主要作業(yè)環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但棉花收獲目前仍基本由人工采摘。人工采摘棉花是需要彎腰和肢體屈伸的勞動，從勞動強(qiáng)度看，人工采摘是棉花生產(chǎn)中一項(xiàng)勞動強(qiáng)度非常大的農(nóng)事活動。然而令人遺憾的是，我國棉花收獲機(jī)械的發(fā)展極慢，棉花收獲幾乎完全由人工完成，少數(shù)地區(qū)的大型采棉機(jī)也多為國外引進(jìn)。人工采摘不僅勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且生產(chǎn)成本高。顯而易見，人工采棉已不能適應(yīng)棉花生產(chǎn)大發(fā)展的需要，加速發(fā)展機(jī)械化采棉技術(shù)，促進(jìn)棉花生產(chǎn)向全程機(jī)械化邁進(jìn)，是實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)向“低成本、高效益、外向型、大規(guī)?！卑l(fā)展的必由之路。石河子開發(fā)區(qū)福順安防電器科技有限責(zé)任公司開始研制滾筒式軟摘錠采棉機(jī)。采棉 機(jī)軟摘錠，用彈性橡膠材料制做，表面有橫向凸起的條紋。其工作原理是：在機(jī)器前進(jìn) 的過程中，棉花經(jīng)過采摘頭前部導(dǎo)棉區(qū)受到擠壓后進(jìn)入采棉區(qū)，采摘滾筒上的軟摘錠對 滾筒摘錠式采棉機(jī)采摘頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 4 采棉區(qū)內(nèi)部的棉花進(jìn)行梳刷抽打，利用軟摘錠對吐絮棉梳刷抽打過程中制造的離心力， 以及軟摘錠對棉纖維的勾掛和橡膠棒的粘附作用，將吐絮棉從棉株上梳刷脫離，脫下的 棉花被甩入采摘頭側(cè)面風(fēng)道，由風(fēng)力通過采摘頭后部的集棉管道輸送到集棉箱，實(shí)現(xiàn)采收。 目前存在的主要問題是： (1) 機(jī)器性能不穩(wěn)定。 經(jīng)過幾年的研制，生產(chǎn)了幾種樣機(jī)， 積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是由于理論研究不足，使得試制出來的樣機(jī)性能不穩(wěn)定，不能實(shí) 現(xiàn)持續(xù)大面積作業(yè)。 (2) 試驗(yàn)周期長。 由于棉花是一種季節(jié)性作物，在自治區(qū)內(nèi)屬于 一年一熟，受其生物特性的影響，使得機(jī)器下地試驗(yàn)周期長，試驗(yàn)時間短，嚴(yán)重制約了 機(jī)器的研制進(jìn)度。 設(shè)計棉花采摘機(jī)需滿足的基本條件： 第一，對采摘棉花質(zhì)量的保證，相比手工采摘棉花時的質(zhì)量如何，能否符合紡織的要求。 第二，采摘的同時不損傷棉珠、青鈴等棉花本身的部分。 第三，機(jī)型本身是否結(jié)構(gòu)簡單、易操作和制造，造價低等優(yōu)秀的工藝和特性。 中國是世界棉花產(chǎn)量大國也是棉花消費(fèi)大國，棉花的種植面積可達(dá)550萬公頃，主要種植區(qū)在、山東、湖北、湖南、江蘇等地，這些棉花種植區(qū)種大面積集中種植和其特殊的天氣條件引進(jìn)了大型的國外棉花采摘機(jī)，這些大型采摘機(jī)多數(shù)都非常昂貴，且對種植本身和地形有一定的要求，難以普及實(shí)現(xiàn)棉花收獲的機(jī)械化。在國內(nèi)與大型棉花采摘機(jī)相比小型棉花采摘機(jī)更適合我國棉花種植的基本現(xiàn)狀，小型棉花采摘機(jī)對地形和種植以及棉珠沒有特殊的要求，其適應(yīng)性強(qiáng)。在我國有90%的棉花為人工采摘，人工采摘勞動強(qiáng)度大，采摘效率低，嚴(yán)重制約了棉花產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化進(jìn)程。小型棉花采摘機(jī)的效率是人工采摘的3-4倍，而且小型采摘機(jī)的成本低。 從上世紀(jì)5C1年代初開始，的棉花生產(chǎn)機(jī)械化開始起步，主要依賴引進(jìn)前蘇聯(lián)設(shè)備技術(shù)和設(shè)備。1852年，引進(jìn)4SM型單行和垂直摘錠式CXM-48型兩款前蘇聯(lián)采棉機(jī)，在1959年又引進(jìn)雙4行采棉機(jī)，進(jìn)行地域適應(yīng)性試驗(yàn)。但由于在使用采棉機(jī)采收時，所采收的棉花含雜率高，采棉機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時沒有完善的清花設(shè)備，改采棉機(jī)未能在實(shí)際生產(chǎn)中得到推廣口“]。1971年兵團(tuán)根據(jù)棉花生產(chǎn)的需要，在農(nóng)七師重新成立了機(jī)器采棉試驗(yàn)研究小組，提出了使用氣吸外加機(jī)械采摘棉花的設(shè)想。由于上作過程中生產(chǎn)效率較低，用來采收的滾筒鋸齒會對棉株造成嚴(yán)重的損傷而放棄研究娜〕。1972至1973年間，生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)七師采棉機(jī)研制小組在參考國外資料的基礎(chǔ)土，對初步的研究結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)，研制了一種氣吸振動式的分次采棉部件，在試驗(yàn)臺上進(jìn)行了b0多次室內(nèi)試驗(yàn)，取得了較好效果，但是該項(xiàng)研究僅僅是局限在原理性部件的研究階段，沒有進(jìn)行更深入的改進(jìn)}}'3 0 1995年，農(nóng)機(jī)化研允所與美國約翰迪爾公司在農(nóng)二師進(jìn)行了試驗(yàn)，該試驗(yàn)使用鐵牛型拖拉機(jī)作為動力，采用雙行后懸掛方式，在右側(cè)布置水平摘錠式采摘頭，該機(jī)一可采收以50+3}cm寬窄行為種植模式的棉花。試驗(yàn)表明，機(jī)器有比較高的采收性能，但同時對棉株會造成損傷現(xiàn)象，而且采棉部件的尺寸較寬，使得機(jī)器的總體布置困難，只能進(jìn)行隔行采棉，從而造成撞落棉較多。美國相關(guān)資料顯示，該型號采棉機(jī)的采凈率可達(dá)95%-98%,含雜率低于8%，作業(yè)速度可以達(dá)到5.fikm"h-1 Ea,-4}t o 2004年，公司生產(chǎn)出我國第一臺貴航}M}-S型自走式采棉機(jī)，并在石河子墾區(qū)部分團(tuán)場進(jìn)行試采井獲得成功。月前這種采棉機(jī)已通過國家農(nóng)機(jī)鑒定總站的鑒定，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了世界先進(jìn)水平[f}}-5?l。生產(chǎn)率O.b7- l .Ohrn.h2,采凈率為95 %，作業(yè)速度5.61-5.77km.h-1，含雜率m o}n。針對滾筒式軟摘錠采棉機(jī)各系統(tǒng)的研究，主要對滾筒式軟摘錠采摘頭進(jìn)行了研究，介紹了其設(shè)計過程;FS4M-2R型采棉機(jī)進(jìn)行了設(shè)計，闡述了這種軟摘錠采棉機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，介紹了各組成部分的設(shè)計，井進(jìn)行了試驗(yàn)分析【sad葉偉等02009)對采摘物進(jìn)行輸送系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，井對風(fēng)送流場進(jìn)行了分析;馬娟等02010)針對滾筒式采摘頭的設(shè)計與研究，建立了滾筒的運(yùn)動方程，討論了k值和滾筒摘錠材料的選擇本文研究的是一種滾筒式結(jié)構(gòu)的采棉機(jī)，該采棉機(jī)的采摘頭摘錠結(jié)構(gòu)比較新穎，是由一對滾筒和在安裝在滾筒上的柔性橡膠棒構(gòu)成。采摘頭采摘時，快速旋轉(zhuǎn)的膠棒對成熟的棉鈴進(jìn)行多次梳嚕和掃一擊，完成對棉花的采摘。該結(jié)構(gòu)可以非常有效的避免一斷棉枝和采摘上未成熟的棉鈴。這種摘錠的采棉機(jī)在國內(nèi)和國外都未見相關(guān)研究報道。通過在地區(qū)的試驗(yàn)表明，該機(jī)其有很好地采收性能。本課題研究的意.義在于通過搭建試驗(yàn)臺架，采用正交試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，改變采摘頭滾筒的轉(zhuǎn)速、采棉機(jī)的行走速度以及采摘頭滾筒上的軟摘錠排列規(guī)律這幾個參數(shù)，再抽樣測量所采棉花的采凈率和含雜率，從而確定最佳的采棉機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速、采棉機(jī)行走速度以及摘錠的排列規(guī)律;為采棉機(jī)采摘頭的優(yōu)化設(shè)計提供理淪依據(jù)。 三、研究內(nèi)容 采摘性能試驗(yàn)臺的搭建 （1)利用SolidWorks軟件設(shè)計試驗(yàn)臺井建立其三維模型，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動態(tài)干涉檢杳，模擬仿真其運(yùn)動、動力學(xué)特性。 (2)設(shè)計采摘試驗(yàn)臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采摘試驗(yàn)臺功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等數(shù)據(jù)的采集，開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件。 （3)設(shè)計采摘試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳送帶行走速度、滾筒轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)控。 試驗(yàn)研究 （1）各試驗(yàn)因素及水平的確定。 （2)單因素試驗(yàn)研究，確定各因素對采摘質(zhì)量(即采凈率、總含雜率)影響的顯著程度，并考察其對采摘作業(yè)消耗功率的影響。 (3)多因素試驗(yàn)研究。 (4)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)采摘頭的參數(shù)優(yōu)化。 通過搭建采摘頭試驗(yàn)臺，采用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳送帶速度、滾筒轉(zhuǎn)速以及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)控，利用智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)測試驗(yàn)臺的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，研究膠棒滾筒式采棉機(jī)采摘頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、土作參數(shù)對采摘質(zhì)量一一采凈率、含雜率的影響規(guī)律。以期實(shí)現(xiàn)對采摘頭結(jié)構(gòu)及上作參數(shù)的優(yōu)化，提高膠棒滾筒采棉機(jī)采摘質(zhì)量。 研究方法 技術(shù)路線 試驗(yàn)方法 （1）總體試驗(yàn)方案 （2）各影響因素的單因素及多因素試驗(yàn)研究。 （3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集滾筒轉(zhuǎn)速及傳送帶速度等數(shù)據(jù)。 采凈率和含雜率進(jìn)行采摘試驗(yàn)后，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過采集樣本，分別測量采凈率和含雜率。 回歸方程的擬合使用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸方程的擬合。 數(shù)據(jù)分析對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行方差分析、試驗(yàn)參數(shù)單因素和多因素影響規(guī)律分析。 參數(shù)優(yōu)化依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對采摘頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 第二章試驗(yàn)裝置的設(shè)計 一、摘錠運(yùn)動分析 滾筒式采棉機(jī)采摘頭的摘錠是由一定直徑的滾筒和其上按一定形式排列的數(shù)百個摘錠組成，工作時，滾筒與地而成一定角度，自下向上對棉株進(jìn)行打擊，棉花在摘錠的韻一擊力作用下從棉殼中被帶出。摘錠作為采棉機(jī)的關(guān)鍵部件，其轉(zhuǎn)速及對棉花的打擊力對棉花的采收有重要的影響，對摘錠運(yùn)動及受力進(jìn)行分析有重要的意義。圖2-1為采摘頭結(jié)構(gòu)圖。 二、摘錠運(yùn)動理論分析 采棉機(jī)土作時，斜置的膠棒滾筒一而旋轉(zhuǎn)，一而隨采棉機(jī)前進(jìn)，因此膠棒任意一點(diǎn)運(yùn)動的絕對運(yùn)動V是該點(diǎn)繞滾筒回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圓周線速度咋和采棉機(jī)作業(yè)速度Vm在這一點(diǎn)兩種運(yùn)動在其矢量平而內(nèi)的合成，其軌跡為該點(diǎn)旋轉(zhuǎn)圓沿前進(jìn)方向拉伸構(gòu)成的橢圓柱而_L的螺旋線，其矢量平而為過該點(diǎn)橢圓柱而的切平而。如圖2-2所示，圖示為采摘頭右側(cè)膠棒滾筒，旋轉(zhuǎn)方向順時針。 設(shè)膠棒初始位置在}Y平而內(nèi)，膠棒端點(diǎn)A點(diǎn)的參數(shù)位移方程 膠棒端點(diǎn)絕對速度的大小v為 其中Rr}= v}是膠棒端點(diǎn)的圓周線速度，令K=Rr}l}},則式(5)可表示為 K為膠棒端點(diǎn)圓J}J線速度與采棉機(jī)作業(yè)速度的比值，又稱采摘頭采摘速比。K的大小對膠棒掃’擊棉鈴的土作角度、運(yùn)動軌跡及采摘頭上作狀況有重要的影響。由于滾筒安裝角度一般為，300，且當(dāng)膠棒運(yùn)動到采摘區(qū)水平位置時，此時sinr}}二一1，式(6)可簡化為 極位夾角θ=70。取 αal =60。根據(jù)公式 (12) P0=c/a p1=-m/n p2=(m2+n2+1-1)/2n 由此可算出 計算齒輪傳遞的力矩 査資料可得齒寬系數(shù) ∮d=1 査表可得材料的彈性影響系數(shù) ZE =189.8 MP 按齒面硬度査得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為KHN =550MPa 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N = 60njL=1.574xl0 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù) S=1 由上可得 計算齒輪與齒高之比b/h 己知角速度，可以求出圓周速度為 模數(shù) 齒高 計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=9.04m/s , 7級精度，查表的動載系數(shù) 按齒根彎曲強(qiáng)度計算 因齒輪比符合要求的最小齒輪大很多，固無須彎度強(qiáng)度計算。 三、摘錠運(yùn)動軌跡仿真分析 SolidWork、軟件是專門針對機(jī)械行業(yè)而開發(fā)的一款三維CAD軟件，它提供非常強(qiáng)大的參數(shù)化和基于特征的實(shí)體造型技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計和模型設(shè)計行業(yè)都得到了很廣泛的使用。能與ADAMS , ANSYS等多款軟件良好的結(jié)合起來進(jìn)行建模和仿真。將其應(yīng)用于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計當(dāng)中，能在產(chǎn)品設(shè)計的.甲一期階段進(jìn)行虛擬運(yùn)動仿真從而找出設(shè)計可能存在的問題，在提高土作效率的同時，也能夠降低產(chǎn)品設(shè)計成本，方便人們進(jìn)行產(chǎn)品信息交流。利用SolidWorks軟件及其CDSMDSMotian插件模塊制作滾筒摘錠模型及其運(yùn)動動畫，可以真實(shí)顯現(xiàn)摘錠_L作時的過程和運(yùn)行狀態(tài)，在一定程度上反映了滾筒摘錠的真實(shí)運(yùn)動情。 本次仿真的滾筒與地而所成的角度為30"i由此應(yīng)用solidworks運(yùn)動模塊仿真的軌跡及其質(zhì)心的各運(yùn)動參數(shù)如圖2-3所示。根據(jù)實(shí)際作業(yè)的需求取，和時，滾筒取不同轉(zhuǎn)速時的軌跡曲線，如表2-1所示: 由公式K=Ac}IVz,通過公式轉(zhuǎn)換可知K=2n}RJ6flvt，取R= I}f3mm，如圖2-4。在表4-1中:隨著速比系數(shù)K的增大，摘錠相對于地而軌跡的扣環(huán)寬度逐漸增大，當(dāng)扣環(huán)寬度增大時，摘錠對棉桃的有效打擊次數(shù)逐漸增加。但是當(dāng)扣環(huán)寬度過大時，就會造成對棉株的過度打擊，棉葉棉枝等雜質(zhì)的數(shù)量增加造成含雜率上升。在保證采棉機(jī)作業(yè)質(zhì)量和生產(chǎn)率的情況下，K值的取值范圍一般為5 ---12，膠棒滾筒轉(zhuǎn)速在 400!--55d r.mir} } ,其體大小應(yīng)由試驗(yàn)確定 2.1.4摘錠的速度及加速度 四、采摘錠的受力分析 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如ProfEngineer, NASTRAN, Alo}or, I一DEAS,AutaCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE土其之一。結(jié)構(gòu)靜力分析和結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析是AN5 YS軟件提供的兩種分析類型，結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅一可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時}}J變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括:瞬態(tài)動力學(xué)分析模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動晌應(yīng)分析。下而是摘錠選擇橡膠和尼龍材料時應(yīng)力分析結(jié)果，如下: 第三章試驗(yàn)因素的單因素分析 一、試驗(yàn)儀器設(shè)備與材料 試驗(yàn)所需儀器設(shè)備:加拿大CPL-M570K CMOS高速相機(jī)(拍攝速度5200幀/秒)、南京冉控RI}L3bL35L3型扭矩傳感器(量程}-50 N-m，度}--C3.15-1C}.25 F} S )、南京冉控RK060200型扭矩傳感器(量程1200 N- m,精度10.5-11 0IoF} S ) , Scout.Pro.SPS402F電子天平(量程bOfl}，可讀性O(shè).OIg,線性誤差1-0.()1g)、變頻器、采摘試驗(yàn)臺等。 試驗(yàn)工具: 鑷子、托盤、電子秤、修枝剪、溫濕度計等。 試驗(yàn)選用石河子總場種植的棉花品種中棉293，此塊棉田采用66cm+ 1 f}cm的寬窄行種植模式。 二、采樣方法與測定指標(biāo) 試驗(yàn)性能指標(biāo):采凈率、含雜率(參照農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一采棉機(jī)機(jī)作業(yè)質(zhì)量》(NYIT 1133-2(l}lb))。 本試驗(yàn)選用石河子14fi團(tuán)種植的棉花，品種為中棉293，此塊棉田采用bbcrn+l f3cm的寬窄行種植模式(適應(yīng)機(jī)械化棉花收獲)，抽樣測量顯示棉花平均高度為724mm ,采樣時吐絮率大于8()0}0，脫葉率大于800,籽棉產(chǎn)量3401 kgf畝。 在采收前測定采收區(qū)域的棉株數(shù)及開裂棉鈴總數(shù)，計算出開裂棉鈴的籽棉總質(zhì)量。潔理自然落棉及地上枯枝。采收后收集撞落棉、掛枝棉及漏采棉，分別稱重。按公式分別計算: 式中:f為采凈率，%;W:為撞落在地的籽棉重量， 收的開裂籽棉質(zhì)量，g; W:為掛在棉株上的籽棉質(zhì)量g;}I為遺留在鈴殼內(nèi)米被采為開裂棉鈴的籽棉總重量，}.z摘錠材料的單因素試驗(yàn)分析 三、試驗(yàn)?zāi)康? 為研允摘錠材料對采摘頭采收效果的影響，使用單因素試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，對試驗(yàn) 結(jié)果進(jìn)行方差分析，為后續(xù)研究提供試驗(yàn)依據(jù)。方差分析表3-1表所示。 第四章采收參數(shù)的優(yōu)選及田間試驗(yàn) 一、采摘頭設(shè)計參數(shù)和摘錠材料試驗(yàn)研究 試驗(yàn)研究目標(biāo) 試驗(yàn)日的是考察和分析采摘頭滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器作業(yè)速度和摘錠材料對采收性能(采凈率、含雜率)的影響規(guī)律，為進(jìn)一步研究采摘頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能提供依據(jù)。 試驗(yàn)儀器設(shè)備與材料 試驗(yàn)所需儀器設(shè)備:加拿大CPL-M570K CMDS高速相機(jī)〔拍攝速度5200幀/秒)、Scout.Pro.SPS}OZF電子火平〔量程600g，可讀性O(shè).OIg,線性誤差a-Ul.()1 g )、變頻器、采摘試驗(yàn)臺等。 試驗(yàn)選用石河子總場種植的棉花品種中棉293，此塊棉田采用66cm}- l Ocm的寬窄行種植模式。 試驗(yàn)設(shè)計 正交試驗(yàn)方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究過程中具有廣泛的應(yīng)用[[}3-}}}。本文采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計是多因素分析的有力上具[77〕0采用正交試驗(yàn)方法，在研究每個因素對試驗(yàn)結(jié)果影響情況的同時，還可以得到影響指標(biāo)的主次因素和‘已們之間的交互作用關(guān)系，從而得到其中的最優(yōu)水平組合。設(shè)計正交試驗(yàn)方案簡單方便，但卻可以用較少的試驗(yàn)次數(shù)得到最多的信息[[}s}。正交試驗(yàn)設(shè)計使用正交表來安排試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 正交試驗(yàn)法，由于安排的試驗(yàn)其有較強(qiáng)的代表性，能夠較為全而地反映各因素水平對指標(biāo)影響的大致情祝，因而是最廣為應(yīng)用的一種試驗(yàn)設(shè)計方法。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計的方法對采摘頭采收性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。 采用正交試驗(yàn)設(shè)計安排試驗(yàn)，根據(jù)上一章節(jié)對采棉機(jī)采收效果的影響因素的分析，選取兩滾筒轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和摘錠材料為三個因素。 二、田間試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康? 本次試驗(yàn)的目的是對采摘頭采收參數(shù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，同時對樣機(jī)進(jìn)行性能測試。 三、采樣方法 取樣 隨機(jī)選取一地塊，沿地塊長度方向?qū)叺闹悬c(diǎn)線連十字線，把地塊化成4塊，隨機(jī)選取對角的2塊作為檢測樣本。 檢測點(diǎn)位置 沿檢測樣本的對角線，從地角算起以1r4, 3r4點(diǎn)處作為測點(diǎn)，確定出4個檢測點(diǎn)的位置再加上兩個檢測樣本的焦點(diǎn)。 各監(jiān)測指標(biāo)的計算 采收前在檢測樣本內(nèi)臨近測點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)選取5點(diǎn)，每點(diǎn)不少于2m2，測定該區(qū)域內(nèi)所有棉株數(shù)及各開裂棉鈴數(shù)，手工采摘開裂棉鈴井稱重，計算出開裂棉鈴單鈴重。求5點(diǎn)的平均值得出檢測地平均開裂棉鈴的單鈴重。沿前進(jìn)的行程劃出一定的長度，使檢測而積大于5m2。在采收前}1定該區(qū)域的棉株 數(shù)及開裂棉鈴總數(shù)，計算出開裂棉鈴的籽棉總質(zhì)量。清理自然落棉及地上枯枝。采收后收集撞落棉、掛枝棉及漏采棉，分別稱重。 試驗(yàn)淮備 (1)試驗(yàn)條件調(diào)查:了解所選棉田地勢、坡度及土壤類型、行距、地膜覆蓋寬度、雜草種類、密度及高度等。 (2)作物調(diào)杳:了解棉花的品種、每畝株樹、株距、自然高度、倒伏率、最低棵枝高度、每株平均棉桃數(shù)，每個棉桃籽棉平均質(zhì)量，噴灑脫葉劑的時間，脫葉率，棉花n-I率及估測單產(chǎn)等。 (3)作業(yè)性能試驗(yàn):性能試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括機(jī)具的主要技術(shù)參數(shù)及各主要部位的調(diào)整數(shù)據(jù)。 試驗(yàn)過程 試驗(yàn)時間為2011年10月11日。試驗(yàn)地選擇石河子總場4分場6連17-2號條田。條田東酉向長800米，東高西低，坡度5-7%o，地形較平坦，而積15畝。天氣晴，氣溫lfl--}25 0C，風(fēng)力小于3級。棉花品種是297-5 0采收前于9月7日噴施脫川一劑，脫葉率90%以上，棉花成熟度0_85 0棉田雜草主要是田旋花、灰黎、野漿果等平均高度40cm 0棉花平均高度61 cm,最高$5cm，最低果枝高度平均18cm}試驗(yàn)地符合采棉機(jī)的適應(yīng)范圍，其有一定代表性。 試驗(yàn)地和作物調(diào)杳:在作業(yè)質(zhì)量測定前進(jìn)行。在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)對角線選取5個測點(diǎn)。測定區(qū)確定:在條田長度范圍內(nèi)，上行和一下行各取三個測區(qū)，每個測區(qū)長5(1m, `'}}},1J區(qū)f'}J隔1 OOm o測定點(diǎn)確定:在每個測區(qū)內(nèi)取2個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)取單行長度4.4rn，測點(diǎn)間隔15mo試驗(yàn)時，設(shè)定采棉機(jī)的行走速度為2.8km"h-} ,采摘滾筒的轉(zhuǎn)速為4DC1 r"mir} } ,滾筒單位長度上安裝的摘錠數(shù)量為25個。試驗(yàn)開始后，開始測定數(shù)據(jù)。 采前測試:檢測點(diǎn)內(nèi)自然落地棉全部收盡，稱重;并分別記錄n-1絮棉，半開棉及青鈴個數(shù);記錄測定點(diǎn)內(nèi)棉株數(shù)。 采中測試:測試并記錄每一測區(qū)內(nèi)的機(jī)組作業(yè)速度。 采后測試:分別記錄掛枝棉、遺留棉、落地棉及未采下的青鈴數(shù)，計算出采凈率和總損失率。 在棉箱內(nèi)取9個棉樣，每個樣本取lk}，分別送泉水地加上廠、13Z團(tuán)3和石河子加土廠軋花，樣品送石河子纖維檢驗(yàn)所和銀力棉業(yè)纖維檢驗(yàn)所測試，雜率。營加上廠。計算出含。 四、試驗(yàn)結(jié)果分析 試驗(yàn)后的結(jié)果分析如下: 采凈率達(dá)93%以上，總損失率小于3%,含雜率為22.6%。機(jī)器的作業(yè)速度最高為2.8km}h-1，最低為1.7km}h-1，平均為2.25km}h-1。此時單個采摘頭的生產(chǎn)率為1.4畝/小時。 第6章 結(jié)論與展望 一、主要結(jié)論 本文結(jié)合滾筒式采棉機(jī)的采收原理，采用虛擬設(shè)計方法，對試驗(yàn)臺重要部件進(jìn)行虛擬分析，完成采摘試驗(yàn)臺的設(shè)計，虛擬設(shè)計方法在采摘試驗(yàn)臺的設(shè)計其有重要的作用。 通過試驗(yàn)方法對影響采摘頭上作性能的因素進(jìn)行分析，采用單因素試驗(yàn)，正交試驗(yàn)，試驗(yàn)優(yōu)化分析等方法對影響采摘頭采摘性能的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果說明采用試驗(yàn)設(shè)計的方法對采摘頭的上作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是切實(shí)有效，合理可行的，是研究采摘頭上作性能的一個止確的方向。 (1)在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)要求，設(shè)計采摘頭采收綜合試驗(yàn)臺。 C2)對機(jī)采棉品種巾棉293和48 C3)輸送帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計:設(shè)計輸送帶滾筒直徑} =32C}mnz。b棉桃分布做出分析: (4) 通過單因素試驗(yàn)分析摘錠材料對采摘頭采收性能的影響: C5)田間試驗(yàn)表明，采棉機(jī)的行走速度為2.8km-h-} ,采摘滾筒的轉(zhuǎn)速為4C3D r} min-} ,滾筒單位長度上安裝的摘錠數(shù)量為25個時，棉花采凈率達(dá)93%以上，含雜率為22.600 0 二、展望 本文使用虛擬設(shè)計方法對采摘試驗(yàn)平臺的設(shè)計提供依據(jù)，采用試驗(yàn)方法對影響采棉的重要參數(shù)與采摘頭的采收效果之間的關(guān)系做了相應(yīng)的研究。然而采棉機(jī)采摘頭的研究是一個復(fù)雜的系統(tǒng)土程，采摘頭的采收性能受到諸多因素的影響，采摘頭所使用的材料、不斷變化的作業(yè)環(huán)境、不同的作業(yè)參數(shù)等因素都會對采棉機(jī)采摘頭的采收效果造成},響。同時對采摘頭部分參數(shù)所做的埋淪分析還處在起步階段、計算機(jī)虛擬設(shè)計在設(shè)計中所其的作用也沒有充分發(fā)揮，試驗(yàn)臺的功能也需進(jìn)一步完善，這些問題在以后的研究中需要進(jìn)一步深入探討。主要集中在以下幾點(diǎn)。 <1)對摘錠的研究主要是在靜力學(xué)方而，摘錠與棉花的相互作用是一個動態(tài)們一擊的過程，要準(zhǔn)確的分析摘錠與棉花接觸時的受力情況，需對摘錠進(jìn)行動力學(xué)分析。 C2)采摘頭具有調(diào)節(jié)輸送帶速度、滾筒轉(zhuǎn)速、采集扭矩功率等數(shù)據(jù)的功能，但其控制沒有實(shí)現(xiàn)自動化和智能化，在以后的研究中需進(jìn)一步完善其功能，如試驗(yàn)臺運(yùn)轉(zhuǎn)以后，如果采摘頭內(nèi)發(fā)生擁堵現(xiàn)象一導(dǎo)致傳送帶受阻時，系統(tǒng)不能將信息反饋到控制裝置，機(jī)器也不會自動停!卜上作。 (3)影響采摘頭采收性能的因素很復(fù)雜，如空氣的濕度、溫度、棉花的品種、采收時間等因素都可能對采收效果產(chǎn)生影響，在后續(xù)的研究中，對可能影響采收效果的因素所做的研究需要進(jìn)一步完善。 參考文獻(xiàn) [1] 樊建榮.采棉機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.機(jī)械研究與應(yīng)用 2011.-0001-04. 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[21] David D M,Clarence D R, The Effect of Harvesting Procedures on Fiber and Yarn Quality of Ultra-narrow-row Cotton[J].The Journal of Cotton Science,2005,(9):15-23 致謝 時光如梭，轉(zhuǎn)眼碩士學(xué)習(xí)即將結(jié)束，興奮和欣慰之余，不禁感慨萬千，·一值此畢業(yè)之際，向我的教授表示最衷心的感謝! 本論文從選題、研究、試驗(yàn)以至最后論文的定稿每個階段都傾注著一濘師無盡的心血和智慧。張老師高尚的品德、嚴(yán)謀的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、敏銳的洞察力以及正直謙遜、無私奉獻(xiàn)的精神和平易近人的人格魅力，對于學(xué)生來說耳濡日染，受益匪淺;同時老師對我在學(xué)習(xí)和生活上無微不至的關(guān)懷，我也將終生銘記在心。值此論文完成之際，謹(jǐn)向表示我崇高的敬意和衷心的感謝，并誠摯地祝愿一呼師工作順利，身體安康，合家幸福三在論文的研究過程中，得到了老師們的悉心指一錚，使我能夠順利完成碩十學(xué)位論文，在此一并表示感謝!感謝老師、及全體研究生同學(xué)在學(xué)習(xí)、生活和作中給予我的支持和幫助:感謝等師兄弟在學(xué)習(xí)和研究及試驗(yàn)過程中給予我的無私幫助。 感謝我的家人朋友，是你們讓我在漫長的求學(xué)道路上不感到孤單，讓我在拼搏和奮斗的歷程中不感到疲倦，你們是我永遠(yuǎn)的牽掛和眷念，真心地感謝你們!同時也要感謝曾經(jīng)關(guān)心過我，幫助過我每一個人! 此外，在本文的撰寫和研究過程中，參考了大量的文獻(xiàn)和資料，在此向它們的作者表示衷心的謝意 最后，向在百忙之中抽出時間參加本論文評閱和答辯的專家們致以衷心的感謝! 32 -