水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832000）

水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

肖宇星，張宏文＊

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832000）

目前新疆地區(qū)水平摘錠式采棉機(jī)應(yīng)用十分普及，但采棉機(jī)核心部件采摘頭性能的檢測易受外部環(huán)境影響，且不易檢測，影響了采摘頭整體結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化及采摘性能的提升，阻礙了新疆采棉機(jī)的發(fā)展。根據(jù)新疆機(jī)采棉種植模式，提出試驗(yàn)臺整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對其工作原理進(jìn)行闡述，同時(shí)通過試驗(yàn)臺實(shí)際檢測采棉機(jī)采凈率試驗(yàn)，驗(yàn)證了試驗(yàn)臺的合理性及可靠性。

采摘頭；試驗(yàn)臺；性能檢測

1 研究背景與意義

采棉機(jī)在全國得到普及，尤其是新疆地區(qū)，水平摘錠式采棉機(jī)十分普及。采棉機(jī)的采摘性能不僅與采棉機(jī)上的核心部件采摘頭有關(guān)，還與采棉機(jī)的作業(yè)速度和棉花品種有直接的關(guān)系。但目前，采棉性能的測試易受采棉時(shí)段和天氣好壞的影響，不易探討采棉機(jī)核心部件采摘頭、不同棉花品種、采棉機(jī)行進(jìn)速度三者與棉花采凈率的關(guān)系，若針對采棉機(jī)進(jìn)行采摘性能影響因素的探討試驗(yàn)，每次測試都將耗費(fèi)大量人力財(cái)力，因此結(jié)合新疆棉花“矮、早、密”的機(jī)采棉種植模式，研制一種可室內(nèi)運(yùn)行、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)驗(yàn)參數(shù)可調(diào)可控、操作簡單方便的水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺。為水平摘錠式采摘頭的性能檢測、工作狀態(tài)監(jiān)測、工作參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供技術(shù)支持。

2 水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)組成

水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺主要由機(jī)械部分（包括采摘頭懸掛調(diào)節(jié)裝置、棉株傳輸裝置、風(fēng)機(jī)）、采摘頭動力提供部分（動力傳輸裝置）、測控系統(tǒng)（包括測控軟件、動力電柜箱、工控機(jī)）組成，如圖1所示。

其各部件主要作用如下（圖1）：采摘頭懸掛調(diào)節(jié)裝置用于懸掛采摘頭，并保證其距離棉株傳輸裝置高度為10～5cm；動力傳輸裝置固定于采摘頭懸掛調(diào)節(jié)裝置上端調(diào)整版上，用于與采摘頭主軸相連，為采摘頭提供工作所需轉(zhuǎn)速與動力；棉株傳輸裝置，用于夾持與傳輸棉株；風(fēng)機(jī)用于提供采摘頭采摘后棉花收集時(shí)所需的風(fēng)力；動力電柜箱內(nèi)裝有變頻器、PLC等電氣元件，用于控制動力傳輸裝置、風(fēng)機(jī)、棉株傳輸裝置中配備的電機(jī)轉(zhuǎn)速；工控機(jī)與電柜箱相連，用于遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)臺中電機(jī)轉(zhuǎn)速，并對采摘頭工作中轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖1 水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖

3 水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺工作原理

工作時(shí)，棉株夾持裝置將棉株固定在棉株傳輸裝置的傳送皮帶上，工控機(jī)通過電柜箱遠(yuǎn)程調(diào)控棉株傳輸臺傳輸速度與采摘頭工作速度，以完成采摘頭田間行進(jìn)速度與采摘速度的真實(shí)模擬，并通過株傳輸臺傳輸速度與采摘頭工作速度比值的選配，以實(shí)現(xiàn)采摘頭田間工況的真實(shí)模擬。動力傳輸裝置中安裝有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀，通過工控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測動力傳輸裝置中主軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速變化，以實(shí)現(xiàn)對采摘過程中轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化的監(jiān)測。棉株采摘完一組后，風(fēng)機(jī)與集棉箱相配合，完成采摘棉花的收集，其試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)操作界面如圖2。通過對采摘頭實(shí)際工況的模擬與監(jiān)控，結(jié)合采摘頭性能檢測試驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)采摘頭采摘性能的測試。

4 試驗(yàn)臺性能測試試驗(yàn)

在試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)后，對試驗(yàn)臺整機(jī)進(jìn)行了制造，通過試驗(yàn)臺對采摘頭采凈率性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，以保證試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)能夠真實(shí)模擬田間采摘頭工作狀況，并如實(shí)反應(yīng)工作時(shí)采摘頭性能。其試驗(yàn)結(jié)果如表1。

圖2 工控機(jī)操控界面圖

表1

測試試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)周邊機(jī)采棉種植情況，選取新陸早62機(jī)采棉與貴航4MZ-5采棉機(jī)采摘頭作為檢測對象，通過工控機(jī)操控界面調(diào)控采摘頭配套電機(jī)轉(zhuǎn)速與棉株傳輸裝置電機(jī)轉(zhuǎn)速，形成不同速度比，以模擬不同采摘速度下，采凈率的變化，通過對比測試試驗(yàn)結(jié)果與4MZ-5采棉機(jī)采摘頭田間真實(shí)采凈率，得出在不同速比系數(shù)下，前后的性能基本一致，符合試驗(yàn)臺對采摘頭真實(shí)性能的模擬，從而驗(yàn)證了試驗(yàn)臺性能測試的可靠性。

5 結(jié)語

通過闡述水平摘錠式采摘頭性能綜合測試試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，為解決水平摘錠式采摘頭性能檢測提供一種方案，并通過后期制造與試驗(yàn)，驗(yàn)證了試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)的合理性及可靠性，為采摘頭性能的檢測及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了良好的平臺。

[1]朱會義. 1980年以來中國棉花生產(chǎn)向新疆集中的主要原因[J].地理研究,2013,(04):744-754.

[2] 洪榮榮. 基于軌跡及形態(tài)變異的大型采棉機(jī)械采摘機(jī)理研究[D].新疆大學(xué),2015.

[3] 張智明. 水平摘錠式采棉機(jī)采摘機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)研究[D].石河子大學(xué),2014.

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