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采棉机采摘头适应性农艺参数分析,采棉机,采摘,适应性,农艺,参数,分析
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采棉机采摘头适应性农艺参数分析姚振涛1 李平1(1. 塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔 843300）摘要：棉花是我国新疆地区的一种主要经济作物，从上世纪80年代新疆被列为国家重点商品棉生产基地以来，新疆地区植棉业迅速发展，但随之带来的是棉花收获问题越来越突出，早期的人力采收棉花已不适应植棉产业以及植棉全程机械化的需要。从本世纪初，新疆地区开始大量引进国外大型自走式采棉机，国内也有一些厂家引进国外先进技术或自主研发部分采棉机机型。这些采棉机在生产实际中都得到逐步应用，随着人们观念的改变以及机采棉种植面积的扩大，以采棉机为主的机械采收棉花的形式也会被越来越多的人认同。采摘头是采棉机的核心部件，目前在新疆地区工作的采棉机采摘头都为水平摘锭式，新疆兵团使用的采棉机大多为国外买进，而近几年采棉机采净率严重影响新疆的棉花质量。因此，对于采摘头适应性的棉花农艺参数的分析具有重要意义。关键词：采摘头；农艺参数；分析0引言新疆具有独特的种植环境，幅员辽阔，植棉业是新疆最大的农业支柱产业。然而长期以来，人工采摘劳动强度大，采摘成本高，经济效益差，国外进口的采棉机棉田适应性差、价格昂贵、维护费用比较高。棉花采收已成为严重制约南疆棉花产业发展的瓶颈，发展棉花收获机械化势在必行1-4。本文针对南疆地区棉花机械收获，以水平摘锭式采棉机为研究对象，为提高采棉机田间作业适应性，以采棉机采摘系统田间试验调查结果为依据，从棉花品种选择、棉花种植模式、棉花水肥管理、气候条件、脱叶剂喷洒情况、棉花采收时期、棉花采收前植株特性等影响采棉机采收质量的诸多因素开展采棉机农机农艺融合技术研究。通过对各个因素分析得到影响采棉机采摘质量的主要因素，并获得与采棉机相适应的最佳农艺参数范围。1 机采棉植物特性及成熟度脱叶情况分析1.1棉花的植物特性测定（1） 对采收前的棉花样本进行选取测定：从新疆兵团第一师一团的机采棉田间进行采样。生物特性采样：随机五点采样，每点取一平方米所有棉花植株。对棉花植株特性、成熟度和脱叶情况的测定。（2） 测试参数有：植株株高、植株宽度、整株分枝数、底桃高度、吐絮个数、最高棉铃高度和棉桃个数。1.2植株特性测定结果与分析 棉花植株特性测定结果见表1-1。指标均值平均值株高/mm659.73701.59639.47666.93植株宽度/mm312.69327.32320.21320.07整株分枝数/个9.39.058.128.82底桃高度/mm232.66263.08237.98244.57吐絮个数/个5.156.585.085.60最高棉铃高度/mm496.29598.02516.87537.06棉桃个数/个0.110.040.120.09表1-1植株特性测定结果统计表图1-1株高的分布规律图由图1-1从三块田地的株高分布来看，株高是指地面到植株顶部的距离。其测定棉花植株株高大部分分布在600mm-800mm之间，其平均值为666.93mm，而适合机采的棉花理论株高应控制在650mm-850mm。棉株过高会增长滚筒的高度，加大工作部件的复杂性和生产成本。棉株过高会造成漏采，降低采棉机的采净率，株高的控制主要方法是打顶, 适时打顶、整枝，控制棉株的高度，便于机械采摘。打顶可以防止整枝徒长，减少蕾铃脱落，提高结铃率，减少烂铃，促进早熟，提高产量和品质。图1-2底桃高度的分布规律图 由图1-2从三块田地的底桃高度分布来看，底桃高度是指地面到第一果枝的距离。其测定棉花底桃高度大部分分布在150mm-300mm之间，其平均值为244.57mm 。此外，由于受结构设计限制和保护摘锭的需要，底桃高度应距地面150mm以上为宜，这样防止漏采提高采净率。而棉铃位置过低导致最低位置的摘锭不能采摘上，使之成为遗留棉等待二次处理。应在田间管理时就应注意或选用适宜的棉花品种。图1-3植株宽度的分布规律图图1-4整株分枝数的分布规律图 对于上图1-3、1-4的植株宽度和整株分枝数两个参数，若这两参数的数值过大，会使株型过于集中会影响采摘效率及采收质量，且分支数过多则植株叶片也相应增多，并会影响脱叶剂的脱叶效果。若两参数数值过小，会使棉株株型过于松散，使得棉铃分布松散从而影响采净率，并出现“挂白毛”等现象。而在常态下棉株应保证即不过于松散，又不过于集中，并且控制这两参数应当在打顶时期就进行处理，分枝数控制在8枝-9枝。这可以提高采摘速度并保证采摘质量。图1-5吐絮个数的分布规律图图1-6最高棉铃高度的分布规律图由上图1-5、1-6的吐絮个数和最高棉铃高度两个参数上来看。吐絮个数从折线图上来看，大部分数据在4-8个之间，其均值为5.6，而平均单株有效结铃数在6-7个左右。最高棉铃高度是指最顶部的棉铃到地面的距离。最高棉铃过高会影响采摘头的采摘效果，降低采摘效率并影响采收质量。所以在打顶时期就应控制好最高枝节的高度防止在采收时期的造成漏采、碰落，减少落地棉、遗落棉和挂枝棉的数量。就植株特性这部分的影响采摘质量的主要因素有：棉株株高、底桃高度和最高棉铃高度。这三种因素因为机械结构的限制，过高或过低都会在不同程度上影响采摘效率、采摘质量及采净率。避免这些因素应注意田间管理。合理的化学调控。底桃高度控制在150mm以上，以减少机采棉的含杂率，提高采净率，适时的调整化调时间。合理均匀的水肥控制，保证棉田棉株整体长势均匀，避免棉田中棉株高矮参差不齐的现象发生，提高采净率。适时打顶整枝。对于长势偏旺的棉田要进行整枝打顶，以改善棉田通风透光条件，促进早熟打顶坚持“枝到不等时、时到不等枝”的原则。使得打顶后分枝数在8-9枝。自然株高在650mm-850mm之间。1.3 成熟度和脱叶程度测定与分析 成熟度脱叶程度测定结果见表1-2。指标均值平均值脱 叶 情 况青叶棉株上部0.20.250.420.29棉株中上部1.340.381.521.08棉株下部3.272.54.093.29干叶棉株上部0.930.970.410.77棉株中上部0.410.690.440.51棉株下部0.090.260.160.17成熟度吐絮铃/个4.966.585.055.53半开铃/个0.060.020.120.07青铃/个0.10.040.120.09表1-2成熟度和脱叶情况测定结果统计表 图1-7脱叶情况青叶数量统计图 由图1-7所示，机采棉采收前青叶数量统计百分比图。根据图上显示的青叶主要分布在棉株下部，中上部稍多上部最少，出现这种情况通常是脱叶剂喷洒不均匀、脱叶剂喷洒的药量不够或者脱叶剂浓度太低。青叶过多会影响采收质量，采收时高速旋转的摘锭把青叶搅碎和棉花一起带走，而青叶搅碎后的汁液会把籽棉污染。而被污染的籽棉掺杂在正常棉中直接降低棉花的品质和价格。 图1-8脱叶情况干叶数量统计图 由上图1-8所示，是机采棉采收前干叶数量统计的百分比图。根据上图显示，干叶主要分布在棉株上部，棉株下部最少。与图2-7相比呈现出来的是相反的，致其主要原因也相同。而脱叶剂喷洒后的效果应是干叶基本自然落下，而干叶较多在采棉机采摘时摘锭在高速自传带走棉花的过程中，会把干叶卷碎一起带走。这样籽棉中的含杂率过高，在后期籽棉评级时降低籽棉等级。图1-9成熟度对比统计图 由图1-9所示，是成熟度的对比图。是根据青铃、半开铃、吐絮铃与棉铃总量相比的出。根据图1-7、1-8、1-9来看，成熟度和青叶干叶的数据相关联。从图上可以看出当脱叶催熟剂不够或者浓度不够时会影响其成熟度影响其产出，并直接会降低收入。 对于成熟度和脱叶情况影响采摘质量的主要因素有：脱叶催熟剂药量不够或未喷洒均匀，导致青叶过多，干叶不脱落，影响采收后棉花品质，并使籽棉含杂率过高。避免这些因素需合理选择脱叶催熟药剂，使用理想喷雾机械使其上下药量均匀且不伤棉株。根据棉田的情况灵活选择合适的喷药时间。最终使叶片基本脱落提高采净率，减少籽棉的含杂率，提升籽棉品质。2 水平摘锭的原理及其影响2.1水平摘锭式采棉滚筒工作原理水平摘锭式的采棉单体工作过程为：扶导器将棉株扶起导人采摘室，采摘室是一条缝隙，它的一面是水平栅板，另一面是压紧板。水平安装的摘锭在转动过程中有规律地伸出栅板，垂直地(与前进方向垂直)插入到被挤压在工作室中的棉株里。摘锭一面受滚筒和导向槽控制，按一定轨迹运动；一面本身又通过锥齿轮转动(见图2-1)，以高速旋转。当遇到开裂的棉铃时，用钩齿挂住籽棉，把吐絮棉瓣从开裂的棉铃中拉出来，并缠绕在自身上，然后依次退出工作室，并将籽棉带到脱棉器处。脱棉器（如图2-2）是一组带橡胶凸起的圆盘，它利用高速反向旋转所形成的沿摘锭杆垂直方向的脱棉速度将籽棉脱卸下来。籽棉继而由气流输送系 统通过输棉管送入棉箱中。已脱卸籽棉的摘锭随滚筒转到湿润器处进行清洁，湿润器由供水管定期供水，摘锭与湿润器接触时，湿润器用有纹路的像皮垫，清洗和擦掉摘锭工 作面上残留的棉纤维、叶浆和有碍采摘的其它夹杂物。摘锭被湿润清洁之后表面上附有薄层液体(以利下次采棉和脱棉)，再重新进入采棉室采棉。1.底座2.脱棉盘3.脱棉轴轴套4.脱棉轴5.曲拐6.摘锭连接件7.传动齿轮8.摘锭传动齿轮9摘锭10.摘锭底座11.摘锭管座轴12.中心管13.中心支撑杆14.轴承15.摘锭底座图2-1水平摘锭式采摘器系统简图图2-2脱棉盘水平摘锭式采棉滚筒有左右排列和前后排列。凯斯的采摘滚筒为左右排列（图2-3）。而约翰.迪尔为前后排列，贵州生产的国产采棉机也采用这种布置（图2-4）。这两种采摘头摘锭有合理的运动轨迹进入工作室，摘锭和棉花接触机会多，进而采摘率较高而落地棉少，含杂率低。且这两种也是最常用的排列方式。1.扶导器2.湿润器供水管3.润湿器垫板4.输棉管5.脱棉器6导向槽7.摘锭8.采棉滚筒9.曲柄滚轮10.压紧板11.栅板 图2-3凯斯水平摘锭式采棉机1.扶导器2.摘锭清洗器3.前置滚筒4.水平摘锭5.脱棉盘6.集棉管道7.前置滚筒8.排杂口9.栅板10.棉珠压紧板 图2-4 约翰.迪尔水平摘锭式采棉机2.2 水平摘锭的工作原理采棉机工作时，绕轴旋转的摘锭（如图2-5）把籽棉从棉铃中扯出来，并将它缠绕在自己的工作表面上，摘锭表面开始先扯取少部分纤维，然后依靠这部分纤维把其余的纤维全部带出，在其表面缠卷成棉条状。摘锭的工作情况取决于它的尺寸、形状和表面状态、旋转速度以及摘锭相对于棉株运动的大小和方向;取决于摘锭压紧棉铃力的大小以及棉铃的状态(包括棉铃开裂程度，棉铃苞叶的形状，籽棉和棉瓣相互间的联接，棉瓣和铃瓣的联结力，棉瓣的长度和它们在拉伸时延长的特性)等许多因素。摘锭与开裂棉铃相遇的机会取决于棉株的特点，摘锭的分布密度以及棉株通过采摘工作室时棉株被压紧收缩的程度。摘锭的工作过程为:（1）摘锭进入工作区域;(2)个别棉花纤维被摘锭表面抓住并缠绕起来;(3)从一个或几个铃瓣中摘取整瓣籽棉;(4)摘锭带着缠绕在它上面的籽棉旋转;(5)从工作区退出来。图2-5 摘锭2.3影响摘锭采摘效率的因素(1)采棉头离地的高度目前种植的棉花始节高度一般都在15厘米左右，如果采棉头调整的过高，就会造成棉株底部的棉花漏采，降低采摘率。如果的过低会造成采棉头割破地膜，使地膜混入籽棉，造成机器部件损坏。采摘头顶部应当是水平的从而使得采摘头上的喂入口和地面保持垂直，这将使得采摘时棉花能达到最好的喂入状况。(2)采摘头的压紧板压紧板的压紧度直接影响到采净率和采摘棉花的质量。如果压紧板压力太小，棉株在采摘区域将不能很好地压缩导致采摘率下降，然而，压紧板压力小对植株和绿桃的损伤小，但是如果压紧板压力太大，植株将在采摘区域能被很好地压缩使得采净率提高，但是植株和绿桃的损伤大。调整压紧板的压力，用脚蹬压紧板直到感觉力量合适为好，然后根据实地采摘时的情况，在保证最大采摘率和合适的植株损坏的条件下，适当进行调整。 (3)压紧板与摘锭的间隙 摘锭与压紧板应保持适当间隙，原则上以摘锭不碰压紧板为主，如果间隙过小可以与棉铃充分接触防止了漏棉，获得较高的采净率，但是也会使摘锭贯穿植株造成未开棉铃的破损，增加含杂率。如果间隙过大则能避免绿桃的损伤，但会造成漏棉情况，降低采摘率。所以摘锭与压紧板之间应保持适当的间隙，一般为应保持一定的间隙。(4)脱棉盘与摘锭的间隙 脱棉盘和摘锭摘锭之间应当确保合适的距离。如果距离过大，会造成摘锭上的棉花受到脱棉盘上橡胶凸起的力过小，不能很好的把棉絮从摘锭上脱下，影响下次摘锭的采棉工作，降低采净率，使采棉质量下降;如果距离过小，会造成摘锭与脱棉盘摩擦加大，使摘锭和脱面盘磨损加快，甚至造成摘锭的弯曲断裂。因此脱棉盘和摘锭应当保持合适的距离，既能采净摘锭上的棉絮，又能避免摘锭与脱棉盘的过度磨损，提高采摘质量。除以上影响采摘质量的因素外，还有其他方面的也影响着采摘质量，如采棉机前进速度、滚筒转速、摘锭转速以及驾驶员技术水平等。3 结论本文工作是围绕水平摘锭和机采棉农艺参数展开的，目的是为提高采棉机田间作业适应性，以采棉机采摘系统田间试验调查结果为依据，通过对南疆本地机采棉的测量数据的收集。并对影响机采棉采摘的各种因素进行分析。根据测量到的棉花采收期植株特性、成熟度、脱叶情况测定的数据，通过数据处理，并进行合理化分析，然后与水平摘锭能影响采摘质量的因素进行分析总结。得出影响机采棉采摘的主要因素。并获得与采棉机相适应的最佳农艺参数范围。为了采棉机在田间作业时对参数的适时调节。来提高采棉机的采摘质量，保证采摘效率。本文的主要内容和结论
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