【文章內(nèi)容簡介】 .................................................................................................................. 32 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 前 言 棉 花 是 我 國 主 要 的 經(jīng) 濟 作 物 ,既 是 我 國 兩 億 農(nóng) 民 的 重 要 經(jīng) 濟 來源， 又關系到紡織行業(yè)近兩千萬人員的就業(yè)問題 【 1】 。 機械化采棉是棉花摘采的必經(jīng)之路。從摘采途徑來看，人工摘采費時費力，而且人力資源短缺，如果在棉花開放的一個半月時間內(nèi)不能摘采下來，棉花就荒廢了。而機械摘采，僅僅數(shù)千采棉機就頂?shù)纳蠋资f人工的工作量，而且高效快捷，甚至可以晝夜不停工作。 從 20 世紀 50 年 代 研 究 采 棉機 以 來 ，通 過 不 斷引 進 國 外先 進 的采棉機，研究和仿制核心零件，我國的采棉機有了很大的發(fā)展，但是依舊存在很多問題，我國地域?qū)拸V，棉花品種眾多，各地氣候條件，田地狀況不同，種種原因限制了我國采棉機機械化的道路。 針對我國棉花品種多、纖維短、收獲期長等特點，在短時間內(nèi)無法改變棉花農(nóng)藝的情況下， 研制智能型采棉機器人已迫在眉睫 【 2】 。 我國是棉花種植大國同時也是棉花消費大國，我國聞名世界的紡織品離不開棉花，可以說棉花的種植和生產(chǎn)關系到眾多人民的經(jīng)濟命脈，可見一個規(guī)范成熟的機械化種植流程多么重要，再加上近年來棉花市場的不景氣引起了眾多棉農(nóng)以及周邊工作者 們 的 擔 憂 ，他們渴望有一個健全的機械化生產(chǎn)流程和市場。為了推著這健全市場的發(fā)展，更應該推出新型的能夠廣泛運用的采棉機。 根據(jù)采棉機摘采方式的不同，采棉機可分為選收式和統(tǒng)收式兩大類。其中選收式以水平摘錠式采棉機和垂直摘錠式采棉機為主要代表；而統(tǒng)收式主要有梳指桿式、摘輥式、氣吸振動式采棉機。 由于棉籽吐絮的時間不統(tǒng)一，棉花完全開放時間有早有晚，這種 復 雜 情 況就 對 采 棉機 摘 采 造成 不 小 影響 ， 選 收式 采 棉 機通 過 多次 ，先摘采完全開放的棉花而放過未開的，等到其開放再次摘采，這種摘采方式具有較高的采凈率高和極低的含雜率，但是要達到 以上要求，機器所需的結構就稍顯復雜，自然制造工藝復雜，價格昂貴，導致摘采成本過大，無法大面積推廣。統(tǒng)收式采棉機則是一次性摘 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 下所有的棉籽，這就不需要考慮太多，結構方面自然直接、簡單，采凈率較高，摘采成本低，但摘采的籽棉中會夾雜大量的斷枝、碎葉等雜質(zhì)，需要配置專門的清洗裝置對其進行清洗。這額外的加工流程，既花費時間又增加了成本。 以上種種說明現(xiàn)有的采棉機依舊存在很多問題，其相關技術任就需要改進。我們期望著一種能夠更好適應我國實地條件并能大規(guī)模推廣和應用的采棉機的到來。而這不是一蹴而就的，需要我們一代 代 改 進 現(xiàn)有 的 采 棉機 并 不 斷改 革 創(chuàng) 新。 本 設 計涉 及 的 4MSG– 3 型刷輥式采棉機，就是采棉機上的一種創(chuàng)新。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 第一章 緒論 研究刷輥式采棉機的背景及意義 研究背景 在我國幾個主要的農(nóng)作物中棉花占據(jù)第二的位置，棉花是關系到國家經(jīng)濟和人民生活的重要戰(zhàn)略物資。是我國大約兩億農(nóng)民的主要的經(jīng)濟來源，又關系到紡織業(yè)將近兩千萬人員的就業(yè)問題。我國既是世界上主要的產(chǎn)棉區(qū)之一，同時也是棉花的消費大國。 目前我國 主 要 有 三大 產(chǎn)棉 大區(qū) ,即新疆 棉區(qū) 、黃 淮 流 域 棉區(qū) 和 長江 流 域 棉區(qū)【 1 】 ， 其 中 最 先 發(fā) 展， 最 具 有 代表 性 的 就 是新 疆 棉 區(qū) 了。 據(jù) 國 家 統(tǒng)計局 統(tǒng) 計 公 報數(shù) 據(jù) ， 20xx 年棉 花 播 種面 積 萬 hm2，比 上 年 減少 萬 hm2，同 比 下 降了 %【 3 】 。全 國棉 花 平均 單 產(chǎn) 1 kg/hm 2 ，比 20xx 年增加 ， 提 高了 %。 播 種 面積 縮 減 ，導致 20xx 年 棉花 總 產(chǎn) 量下 降 。 20xx 年 我國 棉 花 產(chǎn)量 萬 t ，比上年減產(chǎn) 萬 t ，下降 了 %。據(jù)國 際 棉 花咨 詢 委員 會（ ICAC ）20xx 年 1 月 平 衡 表 數(shù)據(jù) ， 20xx/15 年度 我 國 棉花 產(chǎn) 量 萬 t，環(huán)比減 %；消 費 量 萬 t ，環(huán) 比 增 %；產(chǎn) 銷 缺口 147 萬 t【 4 】 ?？?見，我 國的 棉 花 市場 及 其 周邊 產(chǎn) 業(yè)處 于 低 迷狀 態(tài) 。在 生 產(chǎn) 棉花的主要環(huán)節(jié)中，棉田耕整、播種、中耕施肥、植保、灌溉等環(huán)節(jié)已 經(jīng) 基 本 實現(xiàn) 了 機 械化 操 作 ,而在 采 收方 面 ， 則是 長 期 以人 工 采 摘為主，由于起步較晚，機器采棉及其配套技術現(xiàn)在成為我國棉花基地建設中的薄弱環(huán)節(jié)，也是耗費勞動力最多最大的作業(yè)環(huán)節(jié)。人工采收棉花收獲期長，用工量大，而且生產(chǎn)效率也不高。在棉花收獲期內(nèi)，勞動力會呈現(xiàn)一種極度缺乏的局面，嚴重制約了棉花生產(chǎn)效益的提高。以上種種理由說明， 面 對 現(xiàn) 在 的 棉 花 市 場 以 及 為 了 棉 花 摘采的可持續(xù)發(fā)展，在摘采環(huán)節(jié)中，開發(fā)和改良采棉裝置已經(jīng)成了現(xiàn)狀 迫 不 及 待的 改 變 方案 。 實現(xiàn) 采 棉 環(huán)節(jié) 的 機 械化 是 提 高棉 花 生 產(chǎn)作業(yè)效率、 降 低 生產(chǎn) 所 需成 本 ， 以 及 規(guī)避 或 減 少“ 三絲 問 題” 的有 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 效方法。 研究意義 在棉花生產(chǎn)全程機械化中，機械化采收是瓶頸，研究機采棉現(xiàn)狀及發(fā)展制約因素，有利于加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展乃至全國推進棉花機采的步伐 【 5 】 。 目 前 我 國 主要 有 三 大 產(chǎn)棉 大區(qū) ,即新疆 棉區(qū) 、 黃淮 流 域 棉區(qū) 和長江流域 棉區(qū) ，其 中最 先 發(fā) 展，最 具有 代 表性 的 就 是新 疆 棉 區(qū)了 。 20xx年 ， 僅 僅 石河 子 一 個小 縣 城 就缺 少 棉 花摘 采 工 10 萬 人 ，如 果 不 采取機 械 采 摘 的話 ， 將 有幾 十 萬 畝棉 花 沒 法及 時 收 采。 從 20xx 年 起 ，新疆 地 區(qū) 幾 乎每 年 需 要雇 傭 大 約 50 萬 人來 摘 采 棉花 。 石 河子 作 為 新疆一 個 重 要 的植 棉 墾 區(qū)， 每 年 到了 棉 花 摘采 期 間 就需 要 拾 花工 20 多萬人 ， 最 多 時人 數(shù) 高 達 24 萬 人。 可 以 說一 到 摘 采棉 花 的 季節(jié) ， 新 疆地區(qū)幾乎所有人的工作都以棉花為中心。自從上世紀八十年代以來，新疆兵團創(chuàng)造出了“優(yōu)良品種、精量播種、測土施肥、矮密植、綜合防治病蟲害、節(jié)水灌溉”等六大精準栽培模式，其中種植、管理等環(huán)節(jié)都基本機械化了，唯獨棉花摘采環(huán)節(jié)依舊靠人工 —— 招募大量 民 工 采 摘棉 花 ， 最多 年 份 招募 了 近 80 萬 民 工進 行 摘 采， 每 年 花費在雇人力摘采棉花上面的金額高達數(shù)億甚至二十多億元。近年來拾花工越發(fā)難招，雇傭費用卻一路飆升，導致了棉花成本增加，棉農(nóng)無 利 可 圖 。有 專 家 做過 計 算 ，一 臺 采 棉機 每 天 可摘 采 150 畝 棉 花，一 臺 采 棉 機可 以 代 替完 成 600 個 工 人 的工 作 量 ，新 疆 全 區(qū)有 1700 萬畝 棉 花 ，需 要 雇傭 100 萬拾 花 工，如 果 全用 采 棉機 進 行 摘采 只 要 1600臺就可以替代。所以棉農(nóng)渴望棉花摘采能夠?qū)崿F(xiàn)機械化。農(nóng)業(yè)機械化呼喚中國采棉機制造業(yè)。 近幾年我國的機械化采棉道路才剛剛起步。棉花的現(xiàn)蕾、結鈴和 吐絮是逐步依序進行的，而不是一蹴而就的，其中吐絮是從上至下、由內(nèi)向外依次開放，因此棉花收獲不能一次完成，必要分期進行，這帶來了一定的難度。機主要有一次收花法和分次收花法這兩 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 種兩種機械化摘采棉花的方法。一次收花法是用摘鈴機一次性摘下棉桃（不管棉桃有沒有完全開放）。分次收花法是先用采棉機多次摘采（由于棉花完全開放的時間有早有晚），最后再用摘鈴機摘下未開的棉鈴 【 6】 。采 摘 頭（也 就 是摘 采 裝 置 ）作 為 采 棉機 的 核 心部 件 ，其性能優(yōu)劣直接關系到采棉機的綜合技術經(jīng)濟指標，而其材料的選擇 和 結 構 特征 對 棉 花的 采 摘 性能 、 作 業(yè)質(zhì) 量 、 能源 消 耗 、花 費 成本 、整機工作的可靠性和適應性等各項指標產(chǎn)生重要影響，同時也直接關系到制造工藝的復雜程度與價格高低。 毋庸置疑，棉花是我國十分重要的的資源，不僅僅是只能用于紡織業(yè)的原料，大多數(shù)人并不知道棉花不但能榨取油脂，而且是富含高蛋白的糧食。所以其周邊產(chǎn)業(yè)眾多，涉及加工、紡織服裝、貿(mào)易出口、食用油、醫(yī)藥等多個行業(yè)，是上億人民的生活來源。雖然我國現(xiàn)在的棉花產(chǎn)業(yè)看上去十分繁榮，但是實際情況卻是，近年來一直處于低迷狀態(tài)。產(chǎn)業(yè)結構的不合理，產(chǎn)業(yè)鏈的缺失，采棉工藝的不完善再加上近幾年來棉花價格不斷上漲都給這個行業(yè)帶來了 眾多問題。針對這些問題，是時候做出一些改變了。具體到采棉機這個小的方面，新型的更智能更高效的采棉機是時候提上議程了。 通過技術創(chuàng)新，提高棉花單產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高我國棉花參與世界棉花市場的競爭力，是我國棉花生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要保證，也是二十一世紀新疆棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關鍵 【 7】 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，我國棉花種植的主要作業(yè)環(huán)節(jié)均已實現(xiàn)機械化，但棉花收 獲 仍 大 量 采 用 人 工 作 業(yè) 。 棉 花 收 獲 用 工 約 占 總 用 工 量 的 1/5 ～ 1/3，且多在農(nóng)忙季節(jié) 【 8 】 。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 從 1950 年代我國開始研究 采 棉 機， 在 1952 年 在 新疆 兵 團 首次從 前 蘇 聯(lián) 引進 了 37 臺懸 掛 式 采棉 機 和幾 十 臺 剝鈴 機 。 隔年 首 次 進行了 采 棉 試 驗。 1960 年又 從 蘇 聯(lián)引 進 了 自走 式 采 棉機 ， 90 年 從 烏 茲別克 引 進 全 套棉 田 作 業(yè)機 械 ， 三年 后 從 美國 引 進了 2022 型采 棉 機 進行機 械 采 棉 和清 理 加 工試 驗 。 經(jīng)過 多 年 的引 進 和 研究 ， 從 96 年 開 始國家 科 技 部 組織 開 始 研制 國 產(chǎn) 采棉 機 。 1997 年 中國 農(nóng) 機 院推 出 的 4MZ3 型 自 走 式 采棉 機 ，這 標 志 著是 我 國 采棉 機 發(fā) 展進 入 了 一個 新 紀 元。采棉頭能達到作業(yè)要求，這項核心技術的突破創(chuàng)新實現(xiàn)了 100%的國產(chǎn)化。這是一款采棉頭、割臺等核心技術完全屬于 我 們 自 己的 采 棉機。 這是一個艱難的發(fā)展歷程，國外的先進采棉機并不能完全應用在我國。氣候條件，田地狀況，棉花品種種種因素的不同所需的采棉機的功能亦有所差異。棉花品種是首位制約機采棉發(fā)展的因素，目前品種的吐絮時間不一致，纖維品質(zhì)差，結鈴部位過于集中以及并不完善的配套栽培技術都制約了大面積推進采棉機械化的腳步。同時，機器摘采棉花前有一個重要的環(huán)節(jié)，那就是化學脫葉催熟過程，那么自然一種合適的脫葉催熟劑及其應用方式也十分重要。以上種種原因都制約著機采棉的推廣應用及發(fā)展。由此看來，我國機采棉的道路依然曲折和漫長。但是相 信，完全機械化采棉的那一天終將會到來。 國外研究現(xiàn)狀 國 外 對 采 棉機 的 研 究開 始 于 19 世 紀 四五 十 年 代， 起 步 十分 早 。至 今 棉 花 摘采 機 械 化進 程 已有 160 年 的 歷史 ， 當 前世 界 上約 30％的棉花是由采棉機摘采的。 而且由單行采收發(fā)展到多行采收機型，由小型背負式機型發(fā)展到大型自走式采棉機，由統(tǒng)收機發(fā)展到統(tǒng)收機、分次選收機并存的局勢，同時形成了包括機采前的化學脫葉催熟技術、機械采棉技術 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）