1.1前言
我國是世界上最大的棉花生產國。新疆是我國最大的優質商品棉基地和出口棉基地，棉花單產、總產和品質在全國一直名列前茅，棉花已成為新疆的支柱產業。由於新疆棉花種植面積大、收穫期相對集中，因而對採棉工的需求量大。
據統計，近兩三年，每年由內地前往新疆採收棉花的農民工達到了70～80萬人。隨著內地農村生活水平的不斷提高，願意來新疆採收棉花的人員越來越少，棉花採收勞力不足的問題嚴重制約新疆棉花產業規模化發展。此外，棉花人工採收勞力的嚴重不足導致採收費用越來越高。
同時，大量民工的進入也給新疆交通、教育、醫療、治安等帶來諸多問題。「拾花難」成為阻礙新疆棉花產業發展的突出矛盾。目前，新疆大力推廣實施的棉花生產全程機械化工程中，棉田耕整、播種、中耕施肥、植保、灌溉等環節已基本上實現了機械化作業，而我國自行研製和從國外引進的一些採棉機因**較高，農民負擔不起，未能普遍推廣使用。
因此，棉花機械化採收已成為制約新疆棉花產業發展的重要因素。新疆棉花生產迫切需要擺脫對勞動力的過度依賴，全面推行棉花機械採收勢在必行。隨著棉花機械採收面積的不斷擴大，對採棉機的需求也越來越大。
傳統採棉機械裝置一次性投資過大，據調查：一台國產採棉機的最低售價為人民幣130萬元，進口6行採棉機批量購進美方目前最低價為30萬美元；乙個棉花種植面積在8萬畝的中型植棉團場若完全採用機械採收，至少需要16～20台採棉機，僅此一項需要購置費4000餘萬元。此外，每台採棉機需要配套4輛40立方公尺專用籽棉田間轉運車，再加上配套的機採棉籽棉清理、烘乾、軋花等加工裝置，還需要資金2000～3000萬元。
投入巨大和投資**期長，使得許多團場無力承擔，望而卻步。
梳齒式採棉機與摘錠式採棉機出現於同一時期，由於棉花清理加工技術的滯後，導致梳指式採棉機發展緩慢，在採棉機市場漸漸以摘錠式採棉機為主。隨著我國棉花清理加工技術的發展，已在大中型商品棉基地建立了棉花清理加工中心，棉花清理技術已比較成熟，2023年以阿根廷dolbi農機公司成功研發梳指式採棉機有力論證了梳指式採棉機的可行性。
因此引進、消化吸收、開發新型梳齒式採棉機對提高我國棉花收穫機械化生產水平，變產品優勢為市場優勢，對增加農民收入，促進我國棉花產業的穩定發展，帶動植棉生產技術進步，同時對穩定繁榮新疆具有十分重要的現實意義。
1.2國內外棉花機械採收技術的發展與研究現狀
1.2.1國外棉花機械採收技術的發展與現狀
2023年由蘇聯人保羅霍甫斯切柯夫研製出了第一台棉花收穫機，在之後的十幾年中由蘇聯的科學工作者、發明家、設計師、以及生產者研製出了10多種棉花收穫機。通過試驗垂直摘定式採棉機獲得了最為滿意的結果。因此，經過改進提高，2023年垂直摘定式採棉機開始投入生產，牌號為cxm-48.
到20世紀70年代末，蘇聯擁有採棉機3.3萬台，棉花機械化採收程度高達70%。
美國從2023年9月研製第一台採棉機，2023年開始批量生產採棉機，並以水平摘錠式採棉機為主。截止到2023年已擁有採棉機5萬台左右。2023年機械收穫面積僅佔總面積的25%，2023年後，由於清花裝置的不斷完善，60%實現機械採收。
20世紀70年代初棉花生產種植及採收實現全盤機械化。美國原有採棉機製造公司10多家，通過競爭目前只有迪爾公司和凱斯兩家主要生產採棉機。
目前採棉機在生產中應用比較成熟是前蘇聯的垂直摘錠自走式採棉機和美國約翰·迪爾公司、凱斯公司生產的水平摘錠自走式採棉機。其中水平摘錠式採棉機應用地域較廣，覆蓋了美國、澳洲、巴西及以色列等世界主要產棉區，垂直摘錠式採棉機僅在前蘇聯棉區應用。兩種採棉機在技術水平上有一定差距，水平摘錠式採棉機以自動化程度高、適應性強、作業效能好，處於技術領先地位。
梳齒式採棉機是近兩年在南美國家阿根廷研發的一種新型採棉機，與70～80馬力拖拉機配套作業。它最大的特點是結構簡單、造價低、採收成本低、使用維護方便，作業效率每天可達到100～120畝。目前阿根廷生產梳式採棉機的主要公司是dolb公司和strong energys.
a公司，這兩個公司生產的梳式採棉機結構和效能有一定差別，其中strong energys.a公司產品要優越些。主要在阿根廷本國進行使用，還出口到巴西、烏拉圭、澳大利亞、哈薩克等國家。
1.2.2國內棉花機械採收技術發展現狀
20世紀50年代末60年代初，國家農業部就為新疆軍墾農場引進了50餘台原蘇聯生產的垂直摘錠式自走採棉機，由於受當時經濟、技術水平和採棉機作業效能的制約，沒有推廣應用。2023年以來，兵團先後投入5000多萬元進行了機採棉試驗示範研究工作，在7項關鍵技術方面取得重大突破，為機採棉的推廣應用奠定了良好的技術基礎。2023年，兵團立項實施機採棉推廣專案，10年來共引進採棉機315臺，建成機採棉加工生產線36條，棉花機械化採收面積累計達到200多萬畝，有效緩解了採摘期勞動力不足的矛盾，降低了棉花綜合成本，經濟和社會效益顯著。
2023年中國農業機械化科學研究院、貴航集團和兵團農八師協作攻關，通過對國外先進採棉機的引進，消化、吸收，完成了大型自走式4mz-5型採棉機的研製和試驗改進工作，2023年進行小批量生產，經生產考核和改進提高，完成採棉機熟化定型，國產化率達到80%以上。2023年3月10日通過國家科委新產品鑑定，經技術效能檢測採淨率達到95%；籽棉含雜率小於10%；籽棉含水率10%左右，機具效能和作業質量達到國外同類機型技術指標，造價降低了約40萬元。4mz-5型採棉機的研製工作由科研院校、軍工企業和生產單位共同承擔，機型定位準確、加工製作水平較高、試驗充分，關鍵技術取得突破。
整機採用機電液一體化綜合技術，自動化程度高，可靠性好，適應性強，生產效率高，通過近5年的試驗，雖存在一些問題，經過改進後基本符合兵團棉花生產的要求，該專案走出了一條從引進、應用、自主設計到小批量生產的國產採棉機發展道路，為我國採棉機工業化生產奠定了物質基礎。
1.3目前棉花機械採收的主要方式及基本原理
採棉機按照採收頭摘錠相對地面位置和採棉原理的不同，一般可分為水平摘錠式、垂直摘錠式兩類。水平摘錠式又分為滾筒式、鏈式和平面式。
1.棉珠扶導器 2.潤濕器供水管 3.濕潤器墊板4.氣流輸棉管5.脫棉器
6.導向槽 7.摘錠8.採棉滾筒 9.曲柄滾輪 10.棉珠壓緊板 11.柵板
1.工作區摩擦帶 2.棉行 3.扶導器 4.彩棉滾筒
5.摘錠6.脫棉摩擦區 7.脫棉刷輥 8.輸棉風管
摘錠式採棉機是用摘錠的釘齒將籽棉從棉鈴中勾取，並靠籽棉纏繞在摘錠上的方法採棉。在摘錠反轉區用脫棉刷輥脫下籽棉。這樣，當摘錠潮濕或棉花含水分大時，水分會使棉花失去彈性，並且汙染籽棉，摘錠纏上棉花後不易被脫掉；另外，在脫棉時也會把棉瓣拉碎成單粒籽棉並產生游離棉纖維。
所有這些問題會使採棉工藝混亂及增加摘錠傳動皮帶和脫棉刷輥的磨損。由此會降低採棉作業的穩定性，降低採淨率，增加落地棉。
1.4 摘定式採棉機優缺點
1.4.1 水平摘錠式採棉機
自走水平摘定式採棉機結構複雜，製造工藝水平高，自動化控制水平高，操作效能好，質量可靠，因此造價高。適宜採收棉株高80-120cm，株形大，棉桃較鬆散，吐絮率高的棉花。機採籽棉含雜率低，採摘率高達90％以上，落地棉少。
生產率及作業速度高，一般為5.67-6.7lkm／h。
1.4.2 垂直摘錠式採棉機：
垂直摘定式採棉機多採用懸掛式，動力利用率高，結構簡單，製造容易，**低，操作效能較差，人工輔助作業較多。適宜採收棉株較矮(80cm以下)，分枝少，棉桃較集中，吐絮率在60％左右需多次採收的棉花。採摘效能較差，籽棉含雜率為10％-12％，採淨率85％左右，落地棉在10%-12％之間。
班次生產率較低，作業速度3-5km/h。
就目前情況，新疆棉花主要靠人工採收，棉花機械採收技術在我國推廣困難，採棉機國產化緩慢的主要原因是：①實現水平摘錠式採棉機國產化，由於製造工藝複雜，其核心技術（採摘頭部件）及其它關鍵部件均是進口原裝部件，國內配套生產一般部件組裝而成，降低製造成本方面效果不明顯。②水平摘錠式採棉機的核心——採摘頭部件對材料、工藝要求高，國內很難滿足。
③水平摘錠式採棉機結構複雜，技術含量高，使用、維修、調整需要一支高素質的專業技術隊伍，很難在短期內培養造就，這是棉花機械採收又一重要制約因素。
1.4梳齒式採棉機採收原理的可行性分析：
梳齒式採棉機採收過程可以歸納為：
以上四個過程分別由不同的工作單元來完成。採收臺負責棉鈴的採收，採收臺在行走的過程中，梳指型剝離器就會剝離棉鈴，被剝離的帶棉鈴殼的籽棉在撥棉輥和輸棉絞龍的作用下向出棉口聚集，籽棉在風機負壓的作用下再由輸送系統送至清理工作單元，清理後的籽棉再被輸送到運棉車。
專案擬引進阿根廷dolbl公司生產的梳齒式採棉機。dolbl公司是阿根廷較大的農業機械生產廠，主要生產與中大型拖拉機配套的播種機、整地機、採收機等各種農具，主要用於南美各處國家，技術實力強、產品質量可靠。生產的梳齒式採棉機經過三年試驗技術已經成熟，效能可靠，開始大面積推廣。
據資料顯示已有自走式、側牽引梳齒式採棉機研究成功並投入市場使用，證明梳指式採棉機採摘原理上是可行的。
另外，隨著機採棉清理加工工藝日趨完善，加工水平和質量不斷提高，兵團機採棉平均加工質量可達到手摘棉質量二級左右，機採棉皮棉銷售形勢逐步看好。通過多年的推廣，改變了兵團棉花種植效益觀念，特別是很多團場領導和職工對機採棉技術工程認識上更加全面和深刻，實施機採棉技術已成為兵團擴大植棉效益、降低生產成本、提高職人均收入的重要手段。從外部環境看，兵團機採棉技術推廣工作已經充分引起國家、自治區和社會各界的關注和充分肯定。
1.5本文研究的主要內容與技術路線
本課題根據梳齒式採棉機的工作原理，結合新疆機採棉種植模式和採收工藝流程，採用理論分析計算、實物樣機製作及田間試驗相結合的方法，將實驗得到的資料採用正交試驗設計試驗方案，對採收臺的一些關鍵技術進行試驗研究，確定關鍵技術引數，得到梳齒式採棉機在最佳工作狀況下的關鍵結構尺寸引數，為梳齒式採棉機的設計和生產提供理論依據。
主要進行以下幾方面的工作：
（1） 對現有採收臺進行優化及改進，搭建影響採淨率的理論模型。
（2） 對採棉機採摘工作過程進行理論研究，分析以下因素對採淨率的影響。1）採收速度，2）梳齒的間隙，3）撥棉輥轉速，4）螺旋推運器的轉速。
機械基礎簡介
機械基礎 是機械類專業的核心課程和基礎課程，是一門系統地講解機械製造過程中的普遍規律 基本原理和一般方法的科學。它的研究目的就在於尋找機械運動過程中的客觀規律，總結出機械運動過程中的一般原理和方法用於指導機械設計與製造的實踐過程，滿足機械裝置的使用效能。通過本課程的學習，要求學生能夠系統地掌握機構原...
石材工藝機械簡介
也可以把石材機械總結為 石材礦山開採裝置 石材加工機械 金剛石鋸片 磨具 磨料 石材化學防護用品 各類石材監測儀器。石材新技術裝備種類與創新 石材機械也如其他行業的機械一樣正在發生著迅猛的變化，在今天，根據石材 體驗網統計，石材機械在許多種類上都比以往有了更多的進步 如加工花崗石的砂 鋸，已發展到可...
《國際工程機械》雜誌簡介
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