DM4-11 型棉花割臺(tái)的研制

劉玉龍，李 林，艾合買提江·司馬義，李奇福

（新疆中收農(nóng)牧機(jī)械有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

新疆地區(qū)氣候干燥，光熱資源豐富，非常適宜種植棉花，是我國(guó)的棉花主產(chǎn)區(qū)[1]。由于干旱少雨，棉花種植時(shí)需鋪設(shè)地膜及滴灌帶，為適應(yīng)后期機(jī)械化收獲，大多采用660+100mm行距的種植模式。因新疆天山南北氣候存在差異，北疆降溫較早，棉花采收時(shí)間為每年9月～10月下旬；南疆氣候較溫暖，棉花采收時(shí)間為每年10月～11月中旬。早期采收會(huì)有一些未成熟的棉桃在采收后成熟開花，成為棉稈上的遺留棉；后期采收由于棉花吐絮時(shí)間較長(zhǎng)，一部分會(huì)自行掉落在地面，另一部分在采收時(shí)會(huì)因采棉機(jī)碰撞掉落在地面，成為落地棉。

新疆中收農(nóng)牧機(jī)械有限公司于2021年10月用ST-11型棉花割臺(tái)在昌吉呼圖壁縣地區(qū)進(jìn)行了一輪試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出現(xiàn)的問題，研制了DM4-11型棉花割臺(tái)，該割臺(tái)可與9LRZ-2.7型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)配套使用，能撿拾棉稈上殘留的和掉落于地表的棉花，采凈率達(dá)到94%。

1 ST-11 型棉花割臺(tái)問題分析

ST-11 型割臺(tái)因割幅大導(dǎo)致割臺(tái)重量大，機(jī)手不能及時(shí)調(diào)整割臺(tái)高度，造成棉花采凈率低、雜質(zhì)多。棉花割臺(tái)防塵蓋因網(wǎng)孔過大，在撿拾梳刷棉花時(shí)粉塵飛揚(yáng)，造成駕駛員視野差。物料輸送攪龍中間的撥板在攪龍轉(zhuǎn)速高和物料喂入量大時(shí)容易將物料返帶出去，造成浪費(fèi)。U 型梳刷彈齒座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，棉花撿拾梳刷輪在梳刷棉花時(shí)容易纏繞滴灌帶，影響整機(jī)工作效率。兩地膜之間的交接行處有溝槽，故而撿拾效果不佳，棉花易堆積在溝槽處，割臺(tái)分禾效果差，割臺(tái)兩側(cè)有漏收現(xiàn)象，造成棉花浪費(fèi)。

2 DM4-11 型割臺(tái)結(jié)構(gòu)

DM4-11 型棉花割臺(tái)主要由棉花割臺(tái)大焊合體、物料輸送攪龍、棉花撿拾梳刷輪、棉花割臺(tái)加強(qiáng)梁、棉花割臺(tái)防塵蓋、棉花割臺(tái)主傳動(dòng)軸、棉花割臺(tái)換向箱、物料輸送攪龍擋簾、限位仿形地輪、防纏擋圈、棉花撿拾膠皮、棉花撿拾梳刷彈齒、駕駛員引導(dǎo)桿、棉花割臺(tái)前弧板及棉花割臺(tái)分禾板組成，割臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2。

圖1 DM4-11 型棉花割臺(tái)主視圖

圖2 DM4-11 型棉花割臺(tái)左視圖

2.1 割臺(tái)攪龍底板設(shè)計(jì)分析

為解決前次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的雜質(zhì)含量高，以及需要進(jìn)一步清理雜質(zhì)的問題，割臺(tái)攪龍底板采用鋼管間隔排列。經(jīng)田間實(shí)際測(cè)得棉花分杈處棉稈的直徑大部分在5～10mm之間，棉花花瓣殼寬度大部分在10～20mm之間，結(jié)合軋花廠落地棉清選設(shè)備采用的間距確定相鄰兩個(gè)圓管直徑的最小間隙為14mm，根據(jù)割臺(tái)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)確定圓管橫向間距為209mm，如圖3。

圖3 割臺(tái)攪龍底板圓管間距

2.2 棉花撿拾梳刷彈齒排列設(shè)計(jì)分析

前次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)純彈齒結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中離地過高會(huì)造成遺漏棉花多，離地過低則容易帶起滴灌帶和損壞彈齒。由于彈齒強(qiáng)度高，因此極易打斷棉花杈稈，造成雜質(zhì)過多，所以新的撿拾梳刷輪采用純撿拾膠皮組成的梳刷桿與撿拾膠皮與彈齒交錯(cuò)組成的梳刷桿，兩排一組，交錯(cuò)排布，5組構(gòu)成撿拾梳刷輪，如圖4。梳刷桿中間的膠皮長(zhǎng)于兩側(cè)的膠皮，便于撿拾棉花交接行槽內(nèi)遺留的棉花，如圖5，在工作中使割臺(tái)中間部位的長(zhǎng)膠皮處于交接行位置，如圖6。

圖4 撿拾梳刷彈齒排列

圖5 中間膠皮加長(zhǎng)

圖6 割臺(tái)工作示意圖

3 主要技術(shù)參數(shù)

割臺(tái)尺寸（長(zhǎng)×寬×高，mm） 4 549×1 863×1 128

割臺(tái)質(zhì)量（kg） 990

割臺(tái)幅寬（mm） 4 447

割臺(tái)工作效率（hm2/h） 1.1～2.4

割臺(tái)拔凈率（%) 94

割臺(tái)工作速度（m/s） 0.7～1.5

4 工作原理

DM4-11 型割臺(tái)作為9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)的一種新型割臺(tái)，由9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)過橋提供動(dòng)力，動(dòng)力通過棉花割臺(tái)主傳動(dòng)軸一分為二，一部分經(jīng)過棉花割臺(tái)換向箱為棉花撿拾梳刷輪提供動(dòng)力，一部分直接為物料輸送攪龍?zhí)峁﹦?dòng)力。

掛留在棉花莖稈上以及掉落在地面上的棉花經(jīng)過棉花撿拾梳刷輪上的撿拾膠皮和撿拾梳刷彈齒的撿拾梳刷，通過離心力拋送到后方的物料輸送攪龍上，再通過物料輸送攪龍將棉花和棉稈等雜質(zhì)從兩側(cè)向中間輸送，喂入9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)過橋，通過調(diào)節(jié)棉花割臺(tái)調(diào)節(jié)擋板高度和物料輸送攪龍擋簾的位置來防止物料輸送攪龍將棉花和棉稈等雜質(zhì)反帶拋向棉花梳刷輪，導(dǎo)致棉花落入田間造成浪費(fèi)。

5 主要特點(diǎn)

（1）該棉花割臺(tái)中間采用長(zhǎng)膠皮來收獲交接行槽里掉落堆積的棉花，所以采用對(duì)行方式來收獲棉花。因長(zhǎng)膠皮長(zhǎng)度為1 385 mm，遠(yuǎn)大于交接行寬660 mm，所以降低了對(duì)行難度，方便駕駛?cè)藛T操作機(jī)器。（2）該割臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，擴(kuò)大了9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)適用范圍，適合中小型農(nóng)場(chǎng)及農(nóng)戶使用。（3）棉花梳刷輪上的撿拾梳刷彈齒與撿拾膠皮根據(jù)棉花的種植模式采用交錯(cuò)式布局可減少棉稈上掛留的棉花及地面的棉花殘留。（4）該棉花割臺(tái)能通過調(diào)節(jié)割臺(tái)調(diào)節(jié)擋板的位置和物料輸送攪龍擋簾的位置來阻止棉花落入田間造成浪費(fèi)，進(jìn)而提高采凈率。（5）物料輸送攪龍中間軸直徑減小，在保持原有物料輸送攪龍直徑的同時(shí)增加了物料的容積。在提高物料輸送能力的同時(shí)有效減少了棉花和棉稈等雜質(zhì)反帶的情況。（6）割臺(tái)攪龍底板采用鋼管間隔排列的方式，在輸送物料的同時(shí)減少了棉殼、棉稈和粉塵等雜質(zhì)進(jìn)入后續(xù)工序，降低了整機(jī)的功率損耗。粉塵從割臺(tái)底部排出，提高了駕駛?cè)藛T的視野清晰度。（7）棉花割臺(tái)防塵蓋網(wǎng)孔直徑縮小，進(jìn)一步降低了粉塵對(duì)駕駛?cè)藛T視野的影響。（8）限位仿形地輪能有效降低駕駛?cè)藛T的操作難度，提高棉花的采凈率。（9）彈齒座改為類Z 型結(jié)構(gòu)（圖7），提高了易損件更換效率，從而提高整機(jī)工作效率。（10）在棉花撿拾梳刷輪兩側(cè)靠近割臺(tái)側(cè)壁位置加裝防纏擋圈，減少滴灌帶的纏繞，防止軸承損壞，提高整機(jī)工作效率。（11）割臺(tái)前端兩側(cè)增加分禾尖，減少漏收現(xiàn)象，提高了采凈率。

圖7 彈齒座結(jié)構(gòu)

6 試驗(yàn)情況、存在的問題及建議

6.1 試驗(yàn)情況

該機(jī)于2022 年1 月中旬在阿克蘇五團(tuán)地區(qū)采棉機(jī)采收過的棉田里進(jìn)行了試驗(yàn)（圖8），此棉田為沙土地，滴灌帶未抽去，地膜較易損壞。此棉田棉花枝稈上掛留的棉花較少，地上掉落的棉花較多。此次割臺(tái)掛接的主機(jī)為9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機(jī)，功率為108 kW，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速2 200 r/min。該試驗(yàn)地點(diǎn)棉花種植情況為：棉稈株高：500～1200 mm；棉稈株距：80～100 mm；棉稈行距：660+100 mm。此次田間試驗(yàn)主要是對(duì)該割臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)原理性試驗(yàn)，在驗(yàn)證結(jié)構(gòu)原理適宜的情況下進(jìn)一步尋找最佳的采凈率與行走速度的配合。

圖8 DM4-11 型割臺(tái)田間試驗(yàn)

割臺(tái)采凈率具體試驗(yàn)方式如下，在此割臺(tái)未工作過的試驗(yàn)田避開棉田兩端及滴灌主出水樁隨機(jī)選取3 處長(zhǎng)勢(shì)均勻的位置，手工撿拾寬度為4 447 mm（兩地膜寬度范圍），長(zhǎng)度為1 000 mm 范圍內(nèi)的殘留棉花重量，取平均值m1。

采用此割臺(tái)連續(xù)穩(wěn)定工作后，手工撿拾寬度4 447 mm（兩地膜寬度范圍），長(zhǎng)度1 000 mm 范圍內(nèi)割臺(tái)工作后殘留的棉花重量，重復(fù)操作3 次，取平均值m2。

割臺(tái)采凈率為：

式中W—割臺(tái)采凈率，%；m1—割臺(tái)未工作田間殘留棉花重量，kg；m2—割臺(tái)工作后田間殘留棉花重量，kg。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在2 000 r/min，采用不同的行走速度進(jìn)行試驗(yàn)，分別為0.6 m/s、0.7 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s、1.5 m/s。通過試驗(yàn)可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)行走速度越快采凈效果越差，當(dāng)行走速度為0.6m/和0.7 m/s 時(shí)，采凈效果差別不大，約為94%。

通過田間試驗(yàn)并結(jié)合工作效率可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，整機(jī)行走速度為0.7m/s 時(shí)采收效果最佳，試驗(yàn)計(jì)算得出采凈率為94%左右。

6.2 存在的問題

（1）該棉花割臺(tái)幅寬較大，轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭、轉(zhuǎn)場(chǎng)較困難。

（2）因試驗(yàn)時(shí)間太晚，地膜經(jīng)風(fēng)吹日曬變得易碎，所以此次收獲中殘膜含量較高。

（3）此次彈齒座上裝配的撿拾膠皮為市場(chǎng)上采購(gòu)的平皮帶加工而來，皮帶較硬，磨損較快。

（4）由于割臺(tái)割幅較大，限位仿形地輪在遇到不平整的區(qū)域時(shí)會(huì)局部懸空，影響撿拾效果，同時(shí)限位仿形地輪的上下調(diào)節(jié)范圍小，造成撿拾膠皮長(zhǎng)度受限，導(dǎo)致?lián)焓澳z皮更換頻率較高，進(jìn)而影響整機(jī)工作效率和經(jīng)濟(jì)性。

6.3 建議

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于試驗(yàn)時(shí)間太晚以及大部分殘留的棉花都已掉落在地面，因此撿拾難度和含雜率增加，同時(shí)地膜經(jīng)過風(fēng)吹日曬后易被撕裂而帶入后續(xù)工序中，所以該機(jī)的工作環(huán)境需要跟農(nóng)藝生產(chǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)，建議在采棉機(jī)收獲后和滴灌帶抽取前進(jìn)行作業(yè)，此條件下采凈率、工作效率和含雜情況都將有所改善。