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采棉机风力输送装置设计詹龙生（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）摘要: 采棉机风力输送装置主要部件由高压离心式风机构成，本设计主要是对离心式风机的优化设计，已保证其在特殊工作环境下正常运转，通过对风机的合理选型及对叶轮的优化，使风机有了更好的气动性能和较高的转速。关键词：采棉机；离心式风机；叶轮；优化设计中图分类号： 文献标识码：ACotton picker wind conveying device design ZhanLongSheng（Mechanical Electrical Engineering College of Tarim University, Xinjiang in843300）Abstract : Cotton picker wind conveying device mainly consists of high pressure centrifugal fan, this is mainly designed for centrifugal fan design, has guaranteed the special working environment under normal operation, the fan selection and optimization of the impeller, the fan has better aerodynamic performance and higher rotational speed.Keywords: Cotton picker; centrifugal fan; impeller; optimization designCLC: Document Code: A1.引言新疆是全国最大的商品棉生产基地，也是中国唯一的长绒棉产地，棉花种植面积、单产、总产及收购量连续15年位居全国第1位，棉花产业已成为新疆农业的支柱产业。 据最新统计数据显示，2009 年新疆棉花产量合计达275万t。随着新疆棉花种植面积的不断扩大及产量的逐渐增长，每逢秋季棉花收获季节，最突出的问题就是亟须大批季节性劳动力，新疆每年雇请的拾花工50余万人，为此支付的劳务费高达十几亿元，使得植棉成本大幅度提高。而机采棉效率高，费用低，因此实现机采棉已成为大势所趋。采棉机按其收获方式分为选收机和统收机。目前使用的采棉机多为进口选收机，价格在100万元/台以上，其售价高、维护费用高且维护不便，推广和普及受到很大限制1。而统收机可以实现小型化，价格比较低廉，能被大多数农民所接受。统收式采棉机的核心部分由采摘系统、风送系统、清杂系统和储棉系统4部分组成。风送系统是将采摘系统、清杂系统及储棉系统联系到一起的纽带，是采棉机的重要组成部分，该系统性能的优劣直接关系到棉花是否输送通畅以及输运过程中对棉花纤维破坏程度。 因此，对采棉机风送系统的设计与研究有着重要意义。采棉机的工作原理类似吸尘器。由柴油机作动力，带动风机运转，这时在风机的进风口产生一定的负压，形成有一定流速的空气流，棉枝上的棉花在空气流的吸引作用下进入采棉机，这相当于人工将棉花从棉枝上采摘下来。棉花在采棉机中与空气流分离，通过出棉口直接进入棉花收集箱，而不含棉花的洁净空气通过风机的排风口直接排入大气中。风机运转所形成的空气流只起到输送介质的作用，在采棉机之前，棉花与空气流共同流动，而在采棉后，由于棉花已经被分离出来，所以只有洁净的空气经过风机。减速机主要给采棉机提供动力，它将柴油机的高转速转变为低转速，通过机械传动与采棉机相连，使棉花从采棉机中连续输出。采棉机采用风力将采摘下的籽棉输送到棉箱。高压离心式风机是风力输送系统中的关键部件。在风机的选型过程中，针对风力系统对风机的性能要求以及采棉机总体设计对风机外形尺寸的限制，对以上存在的问题，本文通过对棉花物料特性进行研究，对风送系统进行设计优化，最终设计出更顺畅的采棉机风力输送装置。2.结构原理和工作过程离心式风机要由叶轮、机壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴、皮带轮、电动机等部件组成。旋转的叶轮和蜗壳式的外壳。旋转叶轮的功能是使空气获得能量；蜗壳的功能是收集空气，并将空气的动压有效地转化为静压。图2-1 离心式风机基本结构1-吸气口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-叶轮后盘；6-机壳；6-排气口；7-截流板；8-支架采棉机主要对采摘物进行风力输送，但由于棉桃、棉枝等杂质的存在，单独使用风送系统很难实现采摘物的完整输送（即采摘头清杂系统棉箱），所以通常情况下设置少量机械装置辅助输送，采用风力、机械混合输送的方式。风机3提供正压风，将采摘下的棉花送入集棉器2，并进行横向机械输送，将集棉器中棉花推送至吸棉管道的喇叭口；风机4提供的负压风将籽棉以及杂质吸入6辊清杂机构6，进行籽棉与杂质的分离；杂质经旋风分离器排出。除杂后的籽棉通过避风器后由风机3提供的正压风吹入棉箱2。图2-2 风送系统原理图1-采摘头；2-集棉器；3-正压风机；4-负压风机；5-旋风分离器；6-辊除杂机构；7-集棉箱3. 风送系统参数的确定采棉机风送系统的设计（包括风速大小、空气流量及管道设计）均以采摘物（采摘物包括棉花、铃壳、棉叶及枝秆等杂物，下面将采摘物统称为含杂籽棉）的物理特性为基础，其中包括含杂籽棉的输送量、含杂籽棉的悬浮临界速度等因素。3.1含杂籽棉输送量的确定据采棉机田间试验测试可得，统收式采棉机（3行机）田间收获行驶速度v=2.50km/h（0.70 m/s）；棉花产量约为 m=400.00kg/亩（1亩1/15hm2）。采棉机（3行机）实际扫掠宽度为c=662+103+66/2=195.00cm（现新疆机采棉的播种模式为66cm+10 cm），得 （3-1）式中 U单位时间内输送含杂籽棉的质量；含杂修正系数，取1.33；k棉花单位面积，k=0.0667hm2由公式（3-1）得 （3-2）vm机采棉单位质量所占体积（约 0.027 m3/kg）；vu采棉机单位时间内理论输送含杂籽棉的体积。因为工作中采棉机行驶速度、棉花种植密度及产量各不相同，需考虑采摘膨胀系数（约 1.52.0） （3-3）3.2气流输送参数的确定3.2.1混合比的确定3混合比又称为输送浓度，即在该管道中同一时间内所输送的含杂籽棉质量G物与G气之比。因，所以式中 空气密度（kg/m3）；Q输送风量（m3/h）。由此可见，输送风量与混合比成反比，混合比的大小受通风机压力、气流输送方式、输送距离、输送风速以及输棉管直径和物料性质等多方面因素的影响。 混合比推荐见表1。表3-1混合比推荐物料名称籽棉毛籽棉光棉籽锯齿集棉短绒集棉 值0.60.81.02.02.02.50.150.120.005-0.013.2.2输送风速的确定气流输送含杂籽棉，是借助空气动力的作用，籽棉受到空气动力的大小，与空气对含杂棉花的相对速度有关。确定输送速度，必须以棉花的悬浮临界速度为基本依据4。2009 年10月，测得本采棉机所采棉花的悬浮临界速度如表2所示，考虑到棉花采摘过程受到温度、湿度以及成熟度等因素的影响，取临界速度补充系数为 1.4，输送速度为悬浮临界速度的 1.92.0倍。最终输送风速约为。表8-2 棉花临界速度 （m/s）物料名称临界速度1 瓣棉花1朵棉花（不带铃壳）1朵棉花（带铃壳）4朵棉花（采摘棉）1团棉花（采摘棉）3.66.06.26.47.03.3配用风量 配的确定配用风量是作为选择通风机时的风量。 为了保证机采棉输送通畅进行，应考虑到管道漏风及其它不利因素的影响，应在确定输送风量的基础上适当考虑储备系数，一般取 为 1.151.205，即3.4输送管道直径的确定6输棉管道直径根据输送风速和输送风量计算 5结论（1）对于采棉机来说，杂质（尤其是棉花收获初期棉桃及较长棉枝）的存在对含杂籽棉的输送有很大影响，应减小收获过程中对棉花植株的打击力度，减少杂质的输入量。（2）由于单朵棉花的重量一般不超过(包括棉花粘在棉枝上有一定的连接力),因此吸棉口风速一般控制在之间，这个风速可以有效的将棉花吸入采棉机中。吸棉口形状采用圆形喇叭口,材料选用塑料或不锈钢,内壁一定要光滑，无毛刺,吸口直径控制在左右。（3）输棉系统结构进一步改进，对参数进行优化，减小了输送过程中对棉花纤维的破坏，提高了质量等级。参考文献1陈发,王学农.棉花现代生产机械化技术与装备M.乌鲁木齐:新疆科学技术出版社,2008:156 -1572仇建龙.采棉机的工作原理及设备选