梳脫式采棉機研究現狀分析

李智勇，李亞萍*，蒙賀偉

（1.新疆生產建設兵團農機技術推廣總站，新疆烏魯木齊830002；2.石河子大學機械電氣工程學院）

梳脫式采棉機研究現狀分析

李智勇1，李亞萍2*，蒙賀偉2

（1.新疆生產建設兵團農機技術推廣總站，新疆烏魯木齊830002；2.石河子大學機械電氣工程學院）

棉花是兵團主要種植作物，種植規模大，棉花單產及種植水平位于全國前列。多年來，兵團一直致力于棉花生產全程機械化的研究，重點在機械化收獲領域進行了大量試驗推廣，在積極引進、消化、吸收水平摘錠式采棉機基礎上，相關企業及科研院所也對梳脫式采棉機進行了研究、試驗，該機以其高采凈率、適應性強、使用維護費用低的特點已成為水平摘錠式采棉機的有益補充。本文通過對兵團機械化采棉技術進行調研，分析了梳脫式采棉機使用現狀，對裝備特點進行了簡述。

梳脫式；采棉機；研究現狀；分析

1 兵團棉花產業發展現狀

棉花產業是新疆生產建設兵團（以下簡稱“兵團”）農業的支柱產業，為兵團經濟的重要組成部分，也是實現團場增盈、職工增收的重要保障因素。2014年兵團農作物播種面積達到132.79萬hm2，其中，棉花種植面積達到70.06萬hm2，占兵團播種總面積的52.76%，2014年兵團人均棉花占有量615kg/人，皮棉單產達到155.67kg/667m2，位列全國第一[1]。

兵團棉花種植面積較大，收獲期主要集中在9月下旬和10月，棉花收獲季節勞動力緊張的矛盾凸顯，加之近年來人工勞動成本不斷提高[2]，采摘費用由20世紀90年代的0.8元/667m2上升至2014年的1.8元/667m2以上，棉花收獲成本不斷提高，按照兵團2014年棉花種植面積70.06萬hm2，棉花籽棉單產按480kg/667m2計算，僅人工采摘費用就超過90億元，平均支付棉花采摘費用超過900元/667m2，對兵團植棉職工的收入影響很大。

2 兵團機采棉的發展情況

為加快兵團棉花收獲機械化推廣進度，兵團于2000年成立了機采棉領導小組，領導小組由兵團農業局、兵團財務局、兵團發改委、兵團商務局等部門組成，同時各植棉師也成立了相應的機構，集兵團之力全力攻克棉花收獲機械化問題，經過多年來的發展，2014年兵團擁有采棉機達到1720臺，棉花機械化采收面積達到43.33萬hm2，機械化大生產的優勢已在農業生產中充分體現，兵團棉花收獲邁入機械化大生產時代[3]。

當前機械化采收裝備主要為水平摘錠式采棉機，該機一般由行走底盤、采摘部件、淋潤系統、自動潤滑系統、靜液壓系統、駕駛室（含操縱系統）、氣力輸棉系統、電子監控系統、電器系統、行走防護系統、棉箱及機具外圍的防塵系統等部分組成（如圖1），棉花的采摘工作由采摘部件完成，采摘部件由2個采摘滾筒組成，呈直線型前后排列或交錯相對排列。作業時，由分禾器將棉株導入采摘部件，通過柵條及壓緊板時，將棉株擠壓至一定厚度后進入采摘區。旋轉著的摘錠按特定的運動軌跡進入采摘區將棉絮纏繞于自身，然后進入脫棉室，并由脫棉板脫下落入集棉室，至此完成棉花采摘工作。落入集棉室的棉花在風力的作用下，經輸棉管進入棉箱。卸棉時，在卸棉油缸及鏈耙的作用下，將棉花卸入運棉拖車。

圖1 水平摘錠式采棉機

圖2 梳齒式采棉機結構示意圖

通過歷年來兵團農機農藝融合工作的深入進行，棉花生產農藝生產條件，已基本適應水平摘錠式采棉機生產的需要，為機械化大生產奠定了基礎[4]。同時在機采棉推廣過程中，我國農業機械裝備水平有了很大提高，貴州航空集團也研制出了國產五行自走式水平摘錠式采棉機，使我國成為能夠制造自走式水平摘錠式采棉機的國家之一，但核心部件還是以引進國外部件為主。從使用效果來看，水平摘錠式采棉機大田作業中技術優勢明顯，得到兵團廣大干部職工的認可，但也存在一次性投入過高，對作業環境及作業條件要求較高，在小型棉田和復采作業中具有作業成本高等局限性。為此相關企業和科研院所積極探索梳脫式采棉機的研究，該機以造價低、維護簡單、不受種植模式影響等特點，更適于小幅條田和復采作業[5]，可作為大型棉花收獲機械的有益補充[6]。

3 梳脫式采棉機研究使用現狀

梳脫式采棉機研究與水平摘錠式采棉機處于同一歷史時期，主要結構由收割臺、梳棉齒、撥棉輪、螺旋輸送器、升降油缸、液壓馬達、風機、青鈴分離裝置、防棉稈撥起裝置、動力傳輸器籽棉清理裝置、集棉車、拖拉機等部分組成（圖2）。在工作過程中，棉株通過梳棉齒，將籽棉帶鈴殼一起梳下，撥棉輪將收割臺梳下來的物質送入螺旋推運器，螺旋推運器在轉動過程中將籽棉送往吸棉管，推運過程中部分雜質通過柵條管壁排入棉田，風機產生負壓將采收籽棉通過吸棉管經鈴棉分理箱吸入雜質清理裝置，進入清理裝置的籽棉，經2道凈棉裝置清除大部分雜質后由風機通過送棉管將籽棉送入集棉車，裝滿籽棉后拖拉機牽引采棉機到達地頭棉花堆放場，升降油缸頂起集棉車，進行卸棉作業。其工作原理造成了梳脫式采棉機采收籽棉含雜率高，對籽棉清理加工工藝提出了特殊要求，與水平摘錠式采棉機相比梳脫式采棉機研究較為滯緩。

3.1 國外研究使用現狀

梳脫式采棉機的研制源于1920年的美國[7]，為采用畜力拉動的木質機具，收獲行數為1行。到20世紀60年代，由于農業生產中窄行種植農藝栽培模式的應用，梳脫式采棉機得到了發展，并且在20世紀70年代開始生產應用，當前德克薩斯州85%收獲的棉花是采用毛刷滾筒結構采棉機收獲[8]。

阿根廷對棉花收獲機械的研究源于20世紀40年代，2006年，阿根廷國家農業科學院研制了梳脫式采棉機，并由DOBIL生產，機具采用統收式結構，并附帶簡易的清雜裝置。當前梳脫式采棉機作為該國的主要研究機型，得到了大力發展，在美國、中國申報了產品專利，2008年新疆生產建設兵團對該試驗機型進行了引進，并于當年進行了試驗。

3.2 國內研究使用現狀

梳脫式采棉機作為新型棉花收獲機械，引起了我國部分生產企業及科研院所的關注，新疆農墾科學院、新疆大學、新疆農科院農機化研究所、天津盛大機械裝備有限公司等均對該領域進行了研究，天鵝棉機、邯鄲棉機等籽棉清理加工企業也參與了機具的相關優化設計。從2008年起有關單位在引進、消化、吸收的基礎上制作出樣機進行了田間試驗（圖3），研究機型包含了自走式、逆駛式、偏牽引式、偏擺式等，并進行了大量試驗。

4 梳脫式采棉機技術特點

梳脫式采棉機進行了大量了生產考核和試驗研究，從試驗情況來看，梳脫式采棉機雖具備采凈率高、適應性好[9]等方面的優勢，但在工作可靠性、作業效率、籽棉含雜率等方面較水平摘定式采棉機存在著一定的差距。

4.1 梳脫式采棉機的優點

4.1.1 高采凈率

梳脫式采棉機因其特殊的采收方式，從原理上分析，該采棉機的采凈率應當會保持在較高的水平，通過試驗數據來看，梳脫式采棉機，其采凈率均能達到96%以上，在測試中甚至能夠達到99%以上，采凈率優勢明顯。

4.1.2 適應性強

梳脫式采棉機采用梳脫式結構，無種植行距要求，可實現不對行作業，廣泛的應用于各種種植模式的棉田，具有較強的適應性。

4.1.3 維護費用低

梳脫式采棉機的結構簡單，零部件更換方便，多數零部件可使用標準件，非標準件加工無特殊工藝要求，使用維護費用低；在使用過程中，操作手和維修工通過簡單培訓即可進行機具操作、保養、維修，無需對操作人員進行專門培訓，降低了人力成本；該機使用拖拉機作為動力，可有效提高拖拉機利用率。

4.2 梳脫式采棉機的不足

在生產效率方面，受作業幅寬和作業速度的影響，純小時生產率較低；在籽棉含雜率方面，由于其特殊的工作原理和清理加工方式，籽棉含雜率較高；在日功效方面，機具故障率較高，卸花效率較低，機具性能有待進一步提高；從皮棉品質方面來看，經梳脫式采棉機作業后，對皮棉品質有一定影響。

4.2.1 籽棉含雜率較高

梳脫式采棉機其特殊的采收方式，保證了非常高的采凈率，籽棉含雜率也較水平摘錠式采棉機高出很多，主要是梳脫式采棉機在工作過程中，屬無選擇收獲，在采收的棉花中有籽棉、鈴殼、枝桿、葉屑甚至土渣、殘膜等，雖機具的籽棉清理裝置能夠清除大部分雜質，但清理后的籽棉仍含有大量的雜質，根據試驗狀況來看，梳脫式采棉機的籽棉含雜率一般均達到15%以上，籽棉含雜率較高。

4.2.2 作業效率較低

梳脫式采棉機的作業效率受棉花密度、產量、脫葉率、作業方式、作業速度等方面的因素影響較大，且收獲過程中同時承擔著機載籽棉清理設備處理運行，梳脫式采棉機工作效率較低，在作業條件理想，試驗狀況下其純小時工作效率也僅維持在0.30hm2/h左右。

4.2.3 工作可靠性有待進一步提高

兵團棉花畝收獲株數極大，且產量較高，極易引起梳齒部件和喂入口的擁堵，部分零部件因設計不合理，也曾出現過零件損壞、斷裂現象，因此，梳脫式采棉機勢必進行優化設計，進一步提高工作可靠性。

5 結語

由于梳齒式采棉機在種植模式、收獲方式、使用維護等方面優于摘錠式采棉機，作為一種獨特的棉花機械收獲方式，梳脫式采棉機在小規模收獲需求方面表現出較好的技術適用性，有助于滿足不同作業條件對采棉機的需求，在小規模收獲作業技術層次表現出一定的技術先進性。

[1]新疆生產建設兵團統計局，國家統計局兵團調查總隊.新疆生產建設兵團統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2012.

[2]高新康，胡潔.機采棉：降低棉花生產成本的現實選擇——新疆兵團機采棉推廣現狀及對策研究[J].調研世界，2006（6）：28-30，33.

[3]劉向新，閆向輝，周亞立，等.兵團棉花機械化采收工程[J].新疆農機化，2007（5）：8-11.

[4]周亞立，劉向新.棉花采收機在新疆生產建設兵團的應用[J].農業機械，2005（8）：66-67.

[5]袁逸萍，孫文磊，黃帥，等.梳指式采棉機關鍵部件設計與仿真[J].農機化研究，2011，33（9）：132-135.

[6]沈玲鳳.兵團農場采棉機械化發展的制約因素及對策[J].新疆農墾經濟，2004（3）：16-17，30.

[7]劉曉麗，陳發，王學農，等.國內外梳齒式采棉機技術比較分析研究[J].農機化研究，2012，34（3）：14-17，24.

[8]亓丹丹，史建新，王學農，等.4MZ-5梳齒式采棉機采摘頭工作參數的確定[J].農機化研究，2012，34（3）：64-67.

[9]康建明，陳學庚，溫浩軍，等.梳齒式采棉機籽棉清理裝置的設計與性能試驗[J].石河子大學學報（自然科學版），2010，28（5）：631-635.

2016—05—24

*通訊作者：李亞萍（1980-），石河子大學，副教授，研究方向為電力電子及電力傳動。E-mail：1015883488@qq.com。