4MZ-3A 型自走式棉花收獲機的研制

李占濤，蔡云霄，趙鵬達，張宏文※

（1．新疆天鵝現代農業機械裝備有限公司，新疆 五家渠 831300；2．石河子大學機械電氣工程學院）

0 引言

棉花是我國主要的經濟作物也是重要戰略物資，對我國經濟穩步增長起到重要作用。隨著種植成本與人工成本的增加，降低采收成本、提升機械化水平成為提高植棉經濟效益的重要途徑。在棉花生產全程機械化進程中，機械化采收是最復雜的環節之一，水平摘錠式采棉機因其采摘質量好、機器適應性好等優點被廣泛應用[1-2]。新疆是我國最大的優質棉產區，2019年新疆植棉面積為2．541×106hm2，總產量為500．2 萬t，分別占全國的76．08%和84．9%[3]，目前，全疆采棉機保有量為5 000 余臺，機械化采收率可達42%以上，根據國務院《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》，到2025 年棉花主產區，棉花收獲機械化率達到60%，采棉機市場仍有較大的發展前景[4]。但目前新疆所使用的主流采棉機仍依賴進口，而進口采棉機價格昂貴，不利于我國棉花產業的發展，因此研制一種自主知識產權的棉花收獲機對提高采棉機國產化進程、降低棉花采收成本具有重大的意義。

1 結構及工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收獲機可按棉鈴的吐絮先后進行分次采摘籽棉，且采摘過程中不損傷未開裂棉鈴和莖稈，可實現多次采收。采摘時一次完成對籽棉采摘、脫卸、氣流輸送以及收集等系列作業，其具備工作效率高、采凈率高、撞落棉損失率低、國產化程度高、價格相較于進口產品便宜等特點。

1.1 棉花收獲機結構

該機具主要由采棉頭、棉花輸送系統、棉箱、發動機、行走系統、駕駛室、潤滑和清洗系統、電氣控制和保護系統等組成，具體結構如圖1。采棉機行走系統、采棉頭和棉花輸送系統動力均由發動機輸出動力提供，采棉機作業速度與采棉頭工作轉速通過控制系統進行速度匹配。采棉頭與棉花輸送系統相連接且懸掛在棉花收獲機最前端，采棉頭通過工作部件摘錠采摘籽棉，采摘后的籽棉通過棉花輸送系統氣力輸送至棉箱中。

1.2 工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收獲機具有3 個采摘頭，每個采摘頭具有兩個滾筒，采用先后同側布置方式，具有行距適應性強、采凈率高以及維修便利等優點。采摘頭是采棉機采收關鍵部件，其主要由扶導器、潤濕器、脫棉器、導向槽、摘錠、采摘滾筒、棉株壓緊板、柵板等構成。采棉機采摘頭作業過程如圖2。

扶導器將棉株聚集成行并沿著柵條方向擠壓，進入由柵板與壓棉板組成寬度約為80～90 mm 的采摘室，工作部件摘錠按照特定的運動規律進入采摘區被擠壓到棉株內，當摘錠與開放的棉鈴相接觸時，摘錠表面的鉤齒對籽棉進行鉤掛與纏繞，纏繞籽棉的摘錠進入脫棉區，脫棉盤利用高速反向轉動所形成的沿摘錠軸線垂直方向的脫棉速度將籽棉脫下，籽棉通過棉花輸送系統的高速氣流送入棉箱中，然后淋潤器對摘錠進行潤濕清除雜質，摘錠重新進入采摘室開始下一個周期的采摘。

2 技術特點

（1）4MZ-3A三行自走式棉花收獲機配備東風康明斯發動機其動力為240 馬力，采用三速自走行駛，液壓轉向方式，最大轉彎半徑為5.8 m，采用液壓馬達動力傳輸，性能可靠、低噪音。

（2）為了避免堵塞和提高籽棉輸送效率，棉花輸送系統的管道采用射流原理的吹吸風結構，在積棉室采用吹風形式，將采摘的籽棉向出棉口方向吹，而積棉室的出口又是采用吸氣形式，這種吹吸氣流相結合輸送方式具有輸送能力強，結構簡單、實用等優點。

（3）燃油箱容積400 L、潤滑脂箱容積300 L、水箱容積1150 L，采棉機通過棉箱側傾20°和卸棉絞龍實現棉花傾倒，采用3 級棉箱，棉箱容積為30 m3，棉箱裝有壓實機構，使蓬松的棉花進入棉箱后就進行壓實，極大增加了裝棉量，為高效作業提供了條件。

（4）整機標配3 個Pro16 采摘頭，采摘頭采用液壓驅動，轉速多檔無極調節，轉速調節便利，采摘頭采用前16 排、后12 排座管，每個座管安裝20 個摘錠，一次可采收3 行機采棉種植模式（66+10）cm 和（66+8）cm 的棉花，初采作業速度可達到5.5 km/h，工作效率為6.7～10.7 hm2/天。

3 主要技術參數

4 性能試驗

為驗證采棉機的采摘性能，通過理論分析可知采摘速比系數是影響作業質量的關鍵因素，采摘滾筒轉速和采棉機作業速度為影響因素，根據國家農業行業標準（NY/T 1133-2006）和國家標準（GB/T 21397-2008）設計試驗[5-6]，將采凈率＞93%和撞落棉損失率＜2.5%作為試驗指標，2019 年10 月在新疆芳草湖進行采摘試驗，試驗結果如表1。

表1 試驗結果

試驗結果表明：采摘速比系數為1.10～1.19，采棉機作業速度為3.287～5.497 km/h 時，采摘質量均滿足采棉機作業質量要求。采摘效果好，平均每天采收9.5 hm2，采棉機穩定性好、故障率低，能夠滿足采棉機田間作業質量要求。