棉花收獲機(jī)收臺(tái)的設(shè)計(jì)

棉花收獲機(jī)收臺(tái)的設(shè)計(jì)

0統(tǒng)收式或稱廣式采集整新疆的棉花生產(chǎn)在全國占有重要地位，是中國重要的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地之一。采棉機(jī)的研制不僅帶動(dòng)植棉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步,還推動(dòng)了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)采棉機(jī)采摘頭的工作原理和采收特點(diǎn),采收方式可分為選收式(采摘頭摘錠有選擇性的采收)和統(tǒng)收式(采摘頭摘錠無選擇性的采收)兩類。其中,選收式以水平摘錠式和垂直摘錠式為主要代表;統(tǒng)收式代表主要是軟摘錠式、梳指式和梳齒式。選收式采摘頭采凈率高、含雜率低、適應(yīng)性較好;但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、造價(jià)高。統(tǒng)收式采摘頭結(jié)構(gòu)簡單,采收效率和采凈率較高,收獲成本低;但收獲的籽棉中含有大量的鈴殼、斷枝以及碎葉等雜質(zhì)。與國外采棉機(jī)相比,新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)有限公司研制的4MCS-300梳齒式棉花收獲機(jī),在采收臺(tái)、風(fēng)機(jī)輸送、清理裝置方面有了很大的改進(jìn);但其采收清理后的棉花含雜率仍比較高,清理能力還需進(jìn)一步提高。針對(duì)這一問題,通過對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采收平臺(tái)、輸送系統(tǒng)和清理系統(tǒng)3個(gè)方案進(jìn)行確定,研制了具有清理功能的梳齒式棉花采收臺(tái)。該采收臺(tái)集采收與清理于一體;棉花經(jīng)梳齒采摘后,在采收臺(tái)上就能進(jìn)行清雜工作,減小了后繼清理難度,提高了棉花清理的質(zhì)量,降低了籽棉含雜率。1采購平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)和工作原則1.1風(fēng)機(jī)輸送系統(tǒng)該梳齒式棉花采收臺(tái)增加了清理裝置,棉花經(jīng)梳齒采收后,直接進(jìn)行清理,后經(jīng)輸棉攪龍輸送到風(fēng)機(jī)輸送裝置。其結(jié)構(gòu)主要包括:梳齒總成、撥棉輥、刺釘輥、回收輥、機(jī)架、鋸齒輥、回收鋸齒輥、刷棉輥、減速器、輸棉攪龍、仿形架和防起棉輥等,如圖1所示。1.2撥向今后的刺釘輥拋給嘴唇輥隨著采棉機(jī)的前進(jìn),棉株進(jìn)入梳齒之間的縫隙,棉鈴經(jīng)梳齒梳下來向后移動(dòng),由撥棉輥撥向后面的刺釘輥,經(jīng)刺釘輥輸送到一定高度,再由回收輥拋給鋸齒輥;刷棉輥把鋸齒輥和回收鋸齒輥上鉤住的棉花刷下來,落入輸棉攪龍,由輸棉攪龍將棉鈴輸送到出口位置,進(jìn)入風(fēng)管。2改進(jìn)的梳齒采收臺(tái)目前,針對(duì)4MCS-300梳齒式棉花收獲機(jī)存在的問題,對(duì)梳齒采收臺(tái)進(jìn)行改進(jìn):在采收臺(tái)上增加清理裝置,在棉花進(jìn)入風(fēng)機(jī)輸送之前清理掉部分大雜,降低了后繼清理中的難度。2.1梳齒總成主要組成部件采收平臺(tái)是梳齒式棉花采收臺(tái)的核心,作為主要工作部件,對(duì)棉花收獲有著至關(guān)重要的影響,主要包括梳齒總成和防起棉輥。梳齒焊合作為梳齒總成的重要焊合部件,主要包括梳齒齒尖、梳齒和梳齒立板。梳齒呈長條狀;截面采用V型,梳齒齒尖和梳齒立板焊合到梳齒上。整個(gè)梳齒焊合部分以14cm的間隙均勻縱向分布,并與地面形成一定的角度,結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.2刺釘輥式輸送除雜系統(tǒng)主要特點(diǎn)有輸送系統(tǒng)作為連接采收平臺(tái)和清理系統(tǒng)的重要部分,是梳齒式棉花采收臺(tái)的關(guān)鍵。采摘的棉鈴需要輸送到一定高度,才能進(jìn)行清理。該輸送系統(tǒng)采用的輸送方式主要有刺釘輥式和鏈扒式兩種。根據(jù)它們各自的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),鏈扒式結(jié)構(gòu)簡單,但輸送和除雜效果不好;刺釘輥式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,能夠最大限度地把棉花和雜質(zhì)分開,在進(jìn)入清理系統(tǒng)前能夠清理掉部分雜質(zhì),經(jīng)刺釘輥擊打后的棉鈴蓬松,便于清理系統(tǒng)的清理工作。刺釘輥式輸送系統(tǒng)主要由刺釘輥和圓鋼格條篩網(wǎng)組成。刺釘輥與圓鋼格條篩網(wǎng)共同作用,能夠達(dá)到很好的清雜和松棉效果。該系統(tǒng)采用3個(gè)刺釘輥配合圓鋼格條篩網(wǎng)方式輸送。為保證籽棉在輸送過程更暢通,3個(gè)刺釘輥轉(zhuǎn)速是遞增的,遞增率大于3%。根據(jù)刺釘輥轉(zhuǎn)速與除雜效能之間關(guān)系可知:刺釘輥表面線速度為8～11m/s時(shí)清雜效能最好,圓鋼格條篩網(wǎng)的圓弧度控制在110°～115°。根據(jù)籽棉的品質(zhì)和棉瓣的大小,刺釘尖端與圓鋼格條篩網(wǎng)表面距離一般為14～20mm。其配合示意圖如圖3所示。2.3籽棉清理部件該系統(tǒng)作為梳齒式采收臺(tái)的主要清理部分,目的就是在進(jìn)行后繼清理前,清理掉部分大雜,以減少風(fēng)機(jī)輸送量和后繼清理箱的清雜難度。籽棉清理的好壞對(duì)扎花質(zhì)量起著很大的作用。目前主要有以下幾種清理部件:刺釘滾筒、鋸齒滾筒、鋸片滾筒、絞龍式棒條滾筒和氣流式等。不同清理部件有不同的清理特性,鋸齒滾筒式清理既可以清除籽棉中的大顆粒雜物,如鈴殼、僵瓣,也可以清除籽棉中的小顆粒雜物,如棉葉、不孕籽,還能起到松棉的作用。該系統(tǒng)的清理部件由鋸齒輥及周圍的鋼絲刷、塵棒、隔條柵、刷棉輥構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。3主要工作設(shè)備的設(shè)計(jì)3.1鉤住能力梳齒采收后的棉花由刺釘輥輸送給鋸齒輥。含雜籽棉進(jìn)入鋸齒,鋸齒把籽棉中的纖維鉤住,并隨鋸齒輥運(yùn)動(dòng)。籽棉與雜質(zhì)在鋸齒上有不同的物理特性,籽棉被鉤住,雜質(zhì)隨鋸齒輥產(chǎn)生很大的離心力,鋸齒的鉤住能力影響了籽棉的清雜效果。由于摩擦力的作用,在ΔABC內(nèi)的纖維可以鉤住不動(dòng),如圖5所示。一個(gè)鋸齒的鉤住能力為f,則f=l2sinα2[cosβcos(α+β)?cosγcos(γ?α)]f=l2sinα2[cosβcos(α+β)-cosγcos(γ-α)](1)當(dāng)鋸齒輥轉(zhuǎn)速一定時(shí),有sinα2[cosβcos(α+β)?cosγcos(γ?α)]=Csinα2[cosβcos(α+β)-cosγcos(γ-α)]=C(2)式中C—常數(shù)。由公式知鋸齒的鉤住能力與齒距的平方成正比。對(duì)于整個(gè)鋸片來說,齒距也取決于鋸片的齒數(shù),則整個(gè)鋸片的鉤住能力為F=Cπ2D2/z(3)其中,D為鋸齒輥直徑。由式(3)可知,鋸齒的鉤住能力與鋸片的齒數(shù)成正比。3.2優(yōu)化鋼絲刷條籽棉經(jīng)刺釘輥喂給鋸齒輥后,鋸齒輥鉤住含有雜質(zhì)的籽棉,隨鋸齒輥轉(zhuǎn)動(dòng);與鋼絲刷接觸時(shí),由于鋼絲刷具有彈性,從而使籽棉被鋸齒鉤的更緊;并對(duì)籽棉進(jìn)行擦拭梳理使其松解,使纖維內(nèi)部的雜質(zhì)暴露于表面,有助于雜質(zhì)與籽棉的分離。本方案設(shè)計(jì)鋼絲刷刷條伸入鋸齒齒尖1～2mm;鋼絲規(guī)格為絲長145mm,直徑0.6mm。3.3籽棉的受力情況鋸齒輥與除雜棒共同作用,可以刮落籽棉表層的雜質(zhì)。籽棉隨鋸齒輥轉(zhuǎn)動(dòng),并在離心力的作用下,有向外甩出的可能;但在鋸齒鉤拉和纖維間的抱合力(鋸齒對(duì)纖維的摩擦力)作用下,不會(huì)飛出去。其受力情況如圖6所示。籽棉受到的主要力是離心力和鋸齒對(duì)籽棉的摩擦力。雜質(zhì)在離心力R的作用下脫離籽棉,由離心力公式R=m·a可知,當(dāng)雜質(zhì)所受的離心力大于與纖維之間的抱合力,雜質(zhì)就會(huì)脫離纖維飛出去。鋸齒輥直徑越大,表面的線速度越大,被鉤住的籽棉的加速度就越大,雜質(zhì)所受的離心力就越大。當(dāng)雜質(zhì)碰到除雜棒時(shí),由于碰撞減小了雜質(zhì)與纖維的抱合力,雜質(zhì)更容易脫離籽棉。除雜棒與鋸齒的間距及除雜棒間隙,對(duì)籽棉的清理也具有一定的影響。本裝置鋸齒輥直徑為?420mm,轉(zhuǎn)速為255r/min;回收鋸齒輥直徑為?350mm,轉(zhuǎn)速為294r/min。3.4刷棉輥與齒輪輥的線速比n刷棉輥的作用是將鋸齒輥上鉤住的籽棉刷撥下來,以保證鋸齒輥不間斷地清理籽棉。當(dāng)籽棉與毛刷接觸時(shí),由于毛刷的線速度大于鋸齒輥線速度,以及毛刷條與纖維的摩擦因數(shù)大于鋸齒齒表面與纖維的摩擦因數(shù),這樣毛刷對(duì)鋸齒上的籽棉有一個(gè)刷力;刷棉輥轉(zhuǎn)速越大,對(duì)鋸齒上的籽棉的刷力就越大,更易刷掉鉤住的籽棉。要將鋸齒上的籽棉纖維完全吹刷下來,必須保證刷棉輥與鋸齒輥的線速比大于某個(gè)值。依據(jù)線速度公式可得i=D1n1D2n2i=D1n1D2n2(4)式中i—刷棉輥與鋸齒輥的線速比;D1—刷棉輥直徑;D2—鋸齒輥直徑;n1—刷棉輥轉(zhuǎn)速;n2—鋸齒輥轉(zhuǎn)速。本裝置取線速比i=2.5,D1=300mm,D2=420mm,n2=255r/min,則刷棉輥的轉(zhuǎn)速n2=892r/min。刷棉輥與回收鋸齒輥線速比為2.6,滿足條件。4清理裝置、仿真裝置的測試在兵團(tuán)農(nóng)八師145團(tuán)試驗(yàn)田對(duì)樣機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn),主要試驗(yàn)設(shè)備:帶清理裝置采收臺(tái)、4MCS-300梳齒式棉花收獲機(jī)清理裝置、福田雷沃55.015kW(75馬力)拖拉機(jī)、電子天平和機(jī)械天平。測試指標(biāo)包括:采凈率、撞落棉率和經(jīng)梳齒式棉花收獲機(jī)清理裝置清理后的含雜率。測試結(jié)果如表1所示。由表1中測試結(jié)果可以看出,帶清理裝置的梳齒式采收臺(tái)