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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題 目 棉花采摘頭設(shè)計(jì)
學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年級(jí) XXX級(jí)
學(xué)生姓名 XXX
學(xué) 號(hào) XXXXXXXXX
指導(dǎo)教師 XXX
1
棉花采摘頭設(shè)計(jì)
機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)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(dòng)力短缺，勞動(dòng)力價(jià)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(jì)上較為新穎。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究過程中，試驗(yàn)臺(tái)是一種應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)設(shè)備。采用試驗(yàn)臺(tái)對(duì)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(duì)采摘頭試驗(yàn)結(jié)果的影響，有利于對(duì)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(tái)，通過試驗(yàn)方法對(duì)采棉機(jī)采摘頭的采收性能進(jìn)行研允，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析采摘頭參數(shù)對(duì)采摘性能的影響規(guī)律，完成對(duì)采摘頭土;作參數(shù)的優(yōu)化。
本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
1通過對(duì)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(dòng)規(guī)律，并結(jié)合Adams軟件對(duì)摘錠的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬分析，應(yīng)用sQlidwarks的有限a t}分析模塊對(duì)摘錠的受力進(jìn)行了模擬分析，為摘錠的設(shè)計(jì)制造奠定理論基礎(chǔ)。
2設(shè)計(jì)制造采摘試驗(yàn)臺(tái)
（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(shí)對(duì)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(jì)試驗(yàn)臺(tái)的輸送系統(tǒng)、傳動(dòng)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(duì)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(jì)。
（3）應(yīng)用V}軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)輸送系統(tǒng)及傳動(dòng)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(tái)的三維建模井進(jìn)行千涉檢驗(yàn)，為試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際裝配提供參考，對(duì)關(guān)鍵部件的運(yùn)動(dòng)及受力情況進(jìn)行了模擬分析。
（5）通過性能測(cè)試試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)性能進(jìn)行測(cè)試，分析試驗(yàn)過程中所采集數(shù)據(jù)存在的誤差，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(dòng)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(duì)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(jì)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(tái)，虛擬設(shè)計(jì)，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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………...7
三、研究?jī)?nèi)容……………………………………………………………….........15
第二章試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)……………………………………………….……….16
一、摘錠運(yùn)動(dòng)分析………………………………………………………………...16
二、摘錠運(yùn)動(dòng)理論分析……………………………………………………………17
三、摘錠運(yùn)動(dòng)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(cè)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(jì)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(jí)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(duì)我們的生活有著非常重要的價(jià)值，棉花也是世界上最主要的農(nóng)作物之一。因此對(duì)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(guó)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(guó)內(nèi)銷售量以及出口量連續(xù)多年在全國(guó)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(guó)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(shí)勞動(dòng)力價(jià)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(shí)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(shì)。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(dòng)中解放出來，分流轉(zhuǎn)移到二、三產(chǎn)業(yè)中去，對(duì)于農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、切實(shí)解決“三農(nóng)一問題，對(duì)建設(shè)社會(huì)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(duì)簡(jiǎn)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(guó)產(chǎn)化，致使購(gòu)機(jī)成本高、零配件價(jià)格高、維修費(fèi)用高、服務(wù)不及時(shí)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(guó)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(cè)系統(tǒng)(大容量棉纖維快速檢測(cè)儀器)檢測(cè)，滾筒式采棉書L采摘下的籽棉品級(jí)和水平摘錠采棉機(jī)的品級(jí)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(duì)象膠棒滾筒式采棉機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，土作部件價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)，開展對(duì)其影響因素的試驗(yàn)研究，綜合評(píng)價(jià)各因素對(duì)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(duì)膠棒滾筒式采棉機(jī)采摘頭的設(shè)計(jì)其有重要的意義
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)外選收機(jī)研究現(xiàn)狀
日前，國(guó)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(guó)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(rùn)器、脫棉盤、扶導(dǎo)器、集棉室及傳動(dòng)系筒等部分構(gòu)成。每組采摘頭配兩個(gè)滾筒，安裝前后相對(duì)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(dòng)主軸安裝在摘錠，每個(gè)座管體內(nèi)安裝一套，其作用是帶動(dòng)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(shí)在摘錠座管上安裝帶滾輪的曲拐。采摘滾筒做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾筒與摘錠座管“公轉(zhuǎn)”，與此同時(shí)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(shí)，拐軸滾輪按照其特定的軌道曲線運(yùn)動(dòng)，而摘錠座管總成進(jìn)行擺動(dòng)一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(rùn)器和脫棉器。采摘室內(nèi)，摘錠上下、左右的間距一般設(shè)計(jì)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(gè))，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(duì)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(duì)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(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。每個(gè)采摘頭有四個(gè)滾筒，安呈前后成對(duì)方式排列，每個(gè)滾筒上有巧個(gè)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(zhǎng)絨棉摘錠3 C)mm) o每對(duì)滾筒的相鄰摘錠呈交錯(cuò)相間排列，摘錠上端有傳動(dòng)皮帶槽輪，在采棉室從外側(cè)團(tuán)定皮帶傳動(dòng)，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(dòng)方向進(jìn)行采棉。每對(duì)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(dòng)從而使摘錠反向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(gè)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(jiǎn)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(duì)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(duì)來說比較簡(jiǎn)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(guó)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(jià)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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)及半自動(dòng)的專用生產(chǎn)設(shè)一備及工藝對(duì)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(shí)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(guó)外，通過對(duì)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(guó)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(shí)期，由于當(dāng)時(shí)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(chǎng)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(tái)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、購(gòu)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(guó)最早研制的梳齒式采棉機(jī)，是采用馬或者騾子拉動(dòng)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(gè)小直徑翅片滾輪對(duì)棉株施加一個(gè)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(gè)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(guó)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(jì) 3 產(chǎn)了1076型自走式梳齒式采棉機(jī)。 此外，在對(duì)一次性采棉機(jī)研制的基礎(chǔ)上，美國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)HVI時(shí)，在棉花 主纖維和纖維的強(qiáng)度、長(zhǎng)度、均勻度等方面，差異并不明顯。使用高級(jí)纖維信息系統(tǒng)AFIS 檢測(cè)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(jià) 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(huì)導(dǎo) 致棉稈皮的脫落，污染皮棉，使其品級(jí)降低，給棉農(nóng)造成損失。研究還表明，機(jī)器作業(yè) 時(shí)，其前進(jìn)速度高于5km/ h時(shí)，籽棉中棉花枝稈和棉株表皮的含量就會(huì)增加，導(dǎo)致棉花 品級(jí)降低。 在對(duì)采棉機(jī)械研究的同時(shí)，美國(guó)和前蘇聯(lián)在20世紀(jì)20-50年代對(duì)棉花物理機(jī)械特性 進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，對(duì)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(jì)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?，如棉?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(jiǎn)單，價(jià)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(duì)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(duì)行采摘， 設(shè)計(jì)理念也迥異于美國(guó)等摘錠式采棉機(jī)“機(jī)械手”概念。2006 年，由阿根廷國(guó)家農(nóng)業(yè) 科學(xué)院設(shè)計(jì)、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(jiǎn)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(guó)梳齒式采棉機(jī)類似，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低的特點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
棉花是我國(guó)的主要經(jīng)濟(jì)作物。近幾年，我國(guó)棉花種植面積穩(wěn)定在533公頃，我國(guó)的棉花主要產(chǎn)區(qū)為長(zhǎng)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(dòng)，從勞動(dòng)強(qiáng)度看，人工采摘是棉花生產(chǎn)中一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度非常大的農(nóng)事活動(dòng)。然而令人遺憾的是，我國(guó)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(guó)外引進(jìn)。人工采摘不僅勞動(dòng)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(duì) 滾筒摘錠式采棉機(jī)采摘頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 4 采棉區(qū)內(nèi)部的棉花進(jìn)行梳刷抽打，利用軟摘錠對(duì)吐絮棉梳刷抽打過程中制造的離心力， 以及軟摘錠對(duì)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(zhǎng)。
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(zhǎng)，試驗(yàn)時(shí)間短，嚴(yán)重制約了 機(jī)器的研制進(jìn)度。
設(shè)計(jì)棉花采摘機(jī)需滿足的基本條件：
第一，對(duì)采摘棉花質(zhì)量的保證，相比手工采摘棉花時(shí)的質(zhì)量如何，能否符合紡織的要求。
第二，采摘的同時(shí)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(jiǎn)單、易操作和制造，造價(jià)低等優(yōu)秀的工藝和特性。
中國(guó)是世界棉花產(chǎn)量大國(guó)也是棉花消費(fèi)大國(guó)，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(guó)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(duì)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(guó)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(guó)棉花種植的基本現(xiàn)狀，小型棉花采摘機(jī)對(duì)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(guó)有90%的棉花為人工采摘，人工采摘?jiǎng)趧?dòng)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(shí)，所采收的棉花含雜率高，采棉機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)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(huì)對(duì)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(guó)外資料的基礎(chǔ)土，對(duì)初步的研究結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)，研制了一種氣吸振動(dòng)式的分次采棉部件，在試驗(yàn)臺(tái)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?jī)H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(guó)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(dòng)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(shí)對(duì)棉株會(huì)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(guó)相關(guān)資料顯示，該型號(hào)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(guó)第一臺(tái)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(chǎng)進(jìn)行試采井獲得成功。月前這種采棉機(jī)已通過國(guó)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(duì)滾筒式軟摘錠采棉機(jī)各系統(tǒng)的研究，主要對(duì)滾筒式軟摘錠采摘頭進(jìn)行了研究，介紹了其設(shè)計(jì)過程;FS4M-2R型采棉機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，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(jì)，井進(jìn)行了試驗(yàn)分析【sad葉偉等02009)對(duì)采摘物進(jìn)行輸送系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，井對(duì)風(fēng)送流場(chǎng)進(jìn)行了分析;馬娟等02010)針對(duì)滾筒式采摘頭的設(shè)計(jì)與研究，建立了滾筒的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(shí)，快速旋轉(zhuǎn)的膠棒對(duì)成熟的棉鈴進(jìn)行多次梳嚕和掃一擊，完成對(duì)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(guó)內(nèi)和國(guó)外都未見相關(guān)研究報(bào)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(tái)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(gè)參數(shù)，再抽樣測(cè)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(jì)提供理淪依據(jù)。
三、研究?jī)?nèi)容
采摘性能試驗(yàn)臺(tái)的搭建
（1)利用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)井建立其三維模型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)干涉檢杳，模擬仿真其運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)特性。
(2)設(shè)計(jì)采摘試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采摘試驗(yàn)臺(tái)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(jì)采摘試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(duì)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(tái)，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(cè)試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)采摘頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
第二章試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)
一、摘錠運(yùn)動(dòng)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(gè)摘錠組成，工作時(shí)，滾筒與地而成一定角度，自下向上對(duì)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(duì)棉花的打擊力對(duì)棉花的采收有重要的影響，對(duì)摘錠運(yùn)動(dòng)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(dòng)理論分析
采棉機(jī)土作時(shí)，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(dòng)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(duì)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(duì)膠棒掃’擊棉鈴的土作角度、運(yùn)動(dòng)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(dòng)到采摘區(qū)水平位置時(shí)，此時(shí)sinr}}二一1，式(6)可簡(jiǎn)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(jì)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(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N = 60njL=1.574xl0
計(jì)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(jì)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(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=9.04m/s , 7級(jí)精度，查表的動(dòng)載系數(shù)
按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)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(jì)算。
三、摘錠運(yùn)動(dòng)軌跡仿真分析
SolidWork、軟件是專門針對(duì)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(jì)和模型設(shè)計(jì)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(jì)當(dāng)中，能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的.甲一期階段進(jìn)行虛擬運(yùn)動(dòng)仿真從而找出設(shè)計(jì)可能存在的問題，在提高土作效率的同時(shí)，也能夠降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)動(dòng)畫，可以真實(shí)顯現(xiàn)摘錠_L作時(shí)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(dòng)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(dòng)模塊仿真的軌跡及其質(zhì)心的各運(yùn)動(dòng)參數(shù)如圖2-3所示。根據(jù)實(shí)際作業(yè)的需求取，和時(shí)，滾筒取不同轉(zhuǎn)速時(shí)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(duì)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(shí)，摘錠對(duì)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(shí)，就會(huì)造成對(duì)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(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)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(guó)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(jì)中的高級(jí)CAE土其之一。結(jié)構(gòu)靜力分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)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(duì)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(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)}}J變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括:瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)晌應(yīng)分析。下而是摘錠選擇橡膠和尼龍材料時(shí)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(tái)等。
試驗(yàn)工具:
鑷子、托盤、電子秤、修枝剪、溫濕度計(jì)等。
試驗(yàn)選用石河子總場(chǎng)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(cè)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(guó)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(cè)量顯示棉花平均高度為724mm ,采樣時(shí)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(cè)定采收區(qū)域的棉株數(shù)及開裂棉鈴總數(shù)，計(jì)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(jì)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(duì)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(duì)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(jì)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(duì)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(tái)等。
試驗(yàn)選用石河子總場(chǎng)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(jì)
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(jì)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(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響情況的同時(shí)，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(jì)正交試驗(yàn)方案簡(jiǎn)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(jì)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(duì)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(jì)方法。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對(duì)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(jì)安排試驗(yàn)，根據(jù)上一章節(jié)對(duì)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(gè)因素。
二、田間試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康?
本次試驗(yàn)的目的是對(duì)采摘頭采收參數(shù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試。
三、采樣方法
取樣
隨機(jī)選取一地塊，沿地塊長(zhǎng)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(duì)角的2塊作為檢測(cè)樣本。
檢測(cè)點(diǎn)位置
沿檢測(cè)樣本的對(duì)角線，從地角算起以1r4, 3r4點(diǎn)處作為測(cè)點(diǎn)，確定出4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的位置再加上兩個(gè)檢測(cè)樣本的焦點(diǎn)。
各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的計(jì)算
采收前在檢測(cè)樣本內(nèi)臨近測(cè)點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)選取5點(diǎn)，每點(diǎn)不少于2m2，測(cè)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(jì)算出開裂棉鈴單鈴重。求5點(diǎn)的平均值得出檢測(cè)地平均開裂棉鈴的單鈴重。沿前進(jìn)的行程劃出一定的長(zhǎng)度，使檢測(cè)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(jì)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(shì)、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(gè)棉桃籽棉平均質(zhì)量，噴灑脫葉劑的時(shí)間，脫葉率，棉花n-I率及估測(cè)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(shí)間為2011年10月11日。試驗(yàn)地選擇石河子總場(chǎng)4分場(chǎng)6連17-2號(hào)條田。條田東酉向長(zhǎng)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(jí)。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(cè)定前進(jìn)行。在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)對(duì)角線選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)定區(qū)確定:在條田長(zhǎng)度范圍內(nèi)，上行和一下行各取三個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)長(zhǎng)5(1m, `'}}},1J區(qū)f'}J隔1 OOm o測(cè)定點(diǎn)確定:在每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)取2個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)取單行長(zhǎng)度4.4rn，測(cè)點(diǎn)間隔15mo試驗(yàn)時(shí)，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(zhǎng)度上安裝的摘錠數(shù)量為25個(gè)。試驗(yàn)開始后，開始測(cè)定數(shù)據(jù)。
采前測(cè)試:檢測(cè)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(gè)數(shù);記錄測(cè)定點(diǎn)內(nèi)棉株數(shù)。
采中測(cè)試:測(cè)試并記錄每一測(cè)區(qū)內(nèi)的機(jī)組作業(yè)速度。
采后測(cè)試:分別記錄掛枝棉、遺留棉、落地棉及未采下的青鈴數(shù)，計(jì)算出采凈率和總損失率。 在棉箱內(nèi)取9個(gè)棉樣，每個(gè)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(cè)試，雜率。營(yíng)加上廠。計(jì)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(shí)單個(gè)采摘頭的生產(chǎn)率為1.4畝/小時(shí)。
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(jì)方法，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)重要部件進(jìn)行虛擬分析，完成采摘試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)方法在采摘試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)其有重要的作用。
通過試驗(yàn)方法對(duì)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(duì)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(jì)的方法對(duì)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(gè)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(jì)采摘頭采收綜合試驗(yàn)臺(tái)。
C2)對(duì)機(jī)采棉品種巾棉293和48
C3)輸送帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)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(duì)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(zhǎng)度上安裝的摘錠數(shù)量為25個(gè)時(shí)，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(jì)方法對(duì)采摘試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，采用試驗(yàn)方法對(duì)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(gè)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(huì)對(duì)采棉機(jī)采摘頭的采收效果造成},響。同時(shí)對(duì)采摘頭部分參數(shù)所做的埋淪分析還處在起步階段、計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中所其的作用也沒有充分發(fā)揮，試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(gè)動(dòng)態(tài)們一擊的過程，要準(zhǔn)確的分析摘錠與棉花接觸時(shí)的受力情況，需對(duì)摘錠進(jìn)行動(dòng)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(dòng)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(tái)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(shí)，系統(tǒng)不能將信息反饋到控制裝置，機(jī)器也不會(huì)自動(dòng)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(shí)間等因素都可能對(duì)采收效果產(chǎn)生影響，在后續(xù)的研究中，對(duì)可能影響采收效果的因素所做的研究需要進(jìn)一步完善。
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致謝
時(shí)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(gè)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(shí)、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(duì)于學(xué)生來說耳濡日染，受益匪淺;同時(shí)老師對(duì)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(chéng)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(zhǎng)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(shí)也要感謝曾經(jīng)關(guān)心過我，幫助過我每一個(gè)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(shí)間參加本論文評(píng)閱和答辯的專家們致以衷心的感謝!
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