0 引言

随着棉花种植面积不断扩大，新疆对棉花生产机械化的要求也越来越迫切。在棉花采收环节，常规的人工作业生产效率低、收获期长、工作量大、生产条件艰苦、劳动强度大，不仅需要动员机关干部、职工、学生一起参加采收，每年还得从省外雇佣百万拾花工进行作业。尽管如此，每年仍有大量后期花因缺乏劳力采收而损失掉。据了解，由于近年来“民工荒”问题日益突出，主要产棉区的拾花工越来越少，导致棉农高价雇佣拾花工，致使人工采摘棉花成本加大，相当一部分棉农面临“丰产不丰收”的局面，严重制约了新疆棉花产业的发展。

为此，针对棉花收获环节，在目前广泛使用的自走型采棉机基础上，依托多项关键自有专利技术，研制出一种自走型梳脱式采棉机。该采棉机能适应于各种植棉模式，可一次完成采摘和清花预处理两项作业。机具工作原理新颖、结构简单可靠、产品价格低廉，可适应一般农机经营者购买能力，可实现整套设备跨区流动服务作业，大幅度减轻采棉者的劳动强度，降低植棉成本，显著提高棉农收入。

1 总体结构及工作原理

1.1总体结构

采棉机样机采用 CASE2022 为底盘，利用其风力输送、液压传动、棉箱等部件与梳脱式采摘台挂接，如图1 所示。

1． 2 梳脱式采摘台工作原理

梳脱式采摘台是该采棉机的核心工作部件，直接影响整机的性能和采摘质量。其三维模型与结构如图2 和图 3 所示。

自走型梳脱式采棉机田间作业时，将采摘台调整至合适的工作位置，启动采棉部件，如图 3 所示。随着机具前进，棉株被压棉秆装置压斜后，梳齿从棉株底部将棉叶、棉桃等梳下，使含杂籽棉沿倾斜向上的梳齿面方向运动;由输送装置将含有杂质的棉花输送到装置后部的喂花辊处，棉桃被喂花辊打散后，均匀落入预清理装置，经过清理和排杂，将棉花输送到后端输送装置，气力输送至棉箱。图 3 中，梳齿下部的防拔辊能有效避免机具在作业过程中将棉株连根拔起。

2 主要技术参数

棉花采摘率:≥93%

机具使用可靠度:≥95%

落地棉率:≤5%

含杂率:≤20%

3 关键结构及部件设计

3.1 梳齿的结构和参数设计

作为采摘台的关键部件，梳齿工作示意图如图 4所示。

梳齿工作有效长度为L = Ljcosα (1)

式中 L—梳齿工作有效长度(mm);

α —梳齿倾斜角，一般可设为 25° ～ 30°;

Lj—棉桃结铃的长度(mm)。

在新疆北疆地区，Lj一般在 60 ～75cm;在南疆地区，一般控制在 70 ～100cm。图 4 中，La为一般最低棉铃离地高度，约 11 ～16cm，因此适宜机械化采收的棉铃最低高度≤16mm。整株高度取 80cm，则 Lj= 80-16 = 64cm。

在参考国内外同类机型的基础上，取梳齿倾角为30°，则梳齿工作有效长度 L 为L = Ljcosα = 65 × cos30°≈55mm

为了避免棉株顶部的棉花漏采现象，在保证整机的质量合理的前提下，加长梳齿的工作长度，最终确定梳齿有效工作段长度 L 为60cm。

3.2 梳齿间距的设计

测得棉铃的尺寸和棉株茎基部直径如表 1 所示。参考经验数据及采集的基础数据，梳齿间距应按照最小的棉铃直径和棉株茎基部直径决定。间隙大小应该保持一致，进口端的宽度 ＞ 出口端的宽度，以防止楔住棉杆。

根据表1，确定间隙最合适的宽度为 20mm。由于茎秆直径以及棉铃大小不一致，因此梳齿须需具有弹性调节作用，间隙可在1．5 ～3cm 内变动。

3.3 链耙式输送器的结构及参数设计

链耙式输送器由主、从动链轮及套筒滚子链、L 形齿板等组成。选择输送链时，可根据输送物料的质量、种类、尺寸，以及输送类型、输送速度、输送距离、环境条件等因素来决定。

3.3.1 确定输送条件

输送物料特性如表2 所示。

如图5 所示，籽棉悬浮速度共 9 种形态:6、12、18分别为单朵籽棉、2 朵籽棉、3 朵籽棉的速度状态;其它为细小碎籽棉速度状态。

3.3.2输送的路线

套筒滚子链上装有刮板，装配倾斜角度 0° ～30°，可保证物料在完全充满下槽或倾角较大的情况下能够连续输送。

3.3.3 链耙的设计

由于方向的不同，链耙式输送器输送方式分为上刮式和下刮式。上刮式具有卸料干净的优点，但物料容易夹在链轮和链条处，适用于倾角较大或垂直升运。因此，根据物料的特性，为保证物料卸尽，选用下刮式输送方式。

链耙式输送装置应在保证输送要求的前提下尽可能短，输送链耙底板的倾角 ＜50°，便于链耙抓取和输送物料。在输送链中部，允许齿顶由于链耙的自重而接触底板，输送装置本身应该具有较强的刚性和较高的密封性能。中间两组隔板将输送装置分为左、中、右3 个室，每个室有一组输送链，链耙将物料刮取后向上方输送，喂入预清理装置。一组输送链耙的装配示意如图6 所示。

3.4预清理装置的设计

梳脱式采摘台采用目前比较成熟的锯齿式清花装置，主要包括钢丝刷、喂棉辊、剥棉辊、锯齿滚筒、格条栅及排杂棒等结构。

如图3 所示，当棉花进入预清理装置时，籽棉随锯齿滚筒的锯齿拉至钢丝刷，籽棉被钢丝刷均匀地吸附在锯齿滚筒的表面。同时，在刷附过程中，不易被锯齿钩住的重杂物和僵瓣棉首先分离;在锯齿滚筒旋转的过程中，其余的杂质与籽棉由于排杂棒的多次冲击产生抖动，大量的杂质经过底部的格条栅排出机外；剥棉辊将钩在锯齿上的籽棉刷下，再由风机送入 CASE2022 输棉管道。

4 试验及存在的问题

4.1试验地点

在农五师102、共青团等团场进行自走型梳脱式采棉机的性能、适应性试验和示范，同时当地轧花厂对梳齿采棉机采摘后的棉花进行轧花处理，如图 7、图8 所示。

4.2 试验方法

4.2.1试验地的选择

试验地块长度200m、宽度50m 以上。

4.2.2 试验作物要求

1) 棉花种植模式必须符合采棉机采收的要求，待采棉田的地表应较平坦，无沟渠和较大田埂，便于采棉机通过，无法清除的障碍物应做出明显标记。

2) 棉花需经脱叶催熟技术处理，喷洒过脱叶剂的棉花脱叶率应在 80% 以上，棉桃的吐絮率应在 80%以上，籽棉含水率不大于12%，棉株上应无杂物(如塑料残物、化纤残条等)。

3) 棉花生长高度 65cm 以上，最低结铃离地高度应大于18cm，不倒伏，籽棉产量3 750kg/hm2以上。

4.2.3测区的选择

采棉机作业前后分别在试验地块中随机交错抽取3 个测区，每测区取长 1m，宽为一个采棉机作业幅宽，每个测区横向、纵向之间的距离不少于10m。

试验前，在测区内记录植株数和各个植株上棉桃的个数及自然脱落的数量，并且记录测区内单个棉桃的平均质量。试验完成后，记录各个测区内掉落在地面上和棉杆上的未摘净的棉花的质量，然后计算实验结果。

4.3 试验结果

梳齿型采棉机由于其采收原理的原因，采收后的棉花保持原来的棉瓣形状，棉团形状完整，没有摘锭式采棉机在采收时摘锭对棉花的缠绕、撕扯作用，对棉花的纤维破坏较小。经检测，轧花后的棉花达到国家皮棉二级标准。

田间试验与检测结果如表3 所示。由表3 可以看出，该机具的各项技术性能均达到设计要求。

5 结语

棉花机械化收获技术不是一般的农业机械化技术的简单组合，而是由棉花的育种技术、栽培技术、机械设计制造、农业机械应用等诸多学科组成的技术体系。该项目研发的梳齿型采棉机主要借鉴了阿根廷机采棉相关技术。阿根廷的棉花种植技术相对落后，棉花采用单行种植、大水漫灌，棉花根系较深，可满足梳脱式采棉机的正常作业。新疆的棉花主要以66 + 10 的小双行覆膜播种滴管的模式为主，种植密度大，棉花单产大约是阿根廷的 3 ～4 倍。同时，由于多年的覆膜滴灌，导致棉花根系非常浅，梳脱式采棉机作业时易将棉秆连根拔起，造成堵塞。以上这些原因导致梳脱式采棉机工作速度较慢、效率较低。

自走型梳脱式采棉机采摘装置可以安装在 CASE和 JohnDeere 自走型采棉机上用于复采作业。自走型梳齿型采棉机具有购置成本和使用成本低的特点，采收效果达到生产要求，是棉花机械化收获机型的一种补充，尤其适用于低产田、复采和小面积地块使用。

参考文献（略）