高愛弟，郭　健，高治國，王玲玲，孫芳霞，邵葉文

（1.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆　石河子　832000；2.新疆石河子職業(yè)技術學院）

國產4MZ-5型自走式采棉機改進

高愛弟1，郭健2，高治國1，王玲玲1，孫芳霞1，邵葉文1

（1.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子職業(yè)技術學院）

摘要：介紹了國產4MZ- 5型自走式采棉機的結構及工作原理，研發(fā)情況，試驗改進及產品優(yōu)勢。

關鍵詞：采棉機；國產；自走式；改進

4MZ-5采棉機是由中國農業(yè)機械化科學研究院、貴州平水機械有限責任公司，通過“產學研”方式合作設計，由石河子貴航農機裝備有限責任公司進行改進設計后研制生產的。樣機于2002年由國家農機具質量監(jiān)督檢測中心組織進行了采收測試，通過中國機械工業(yè)聯(lián)合會科技成果鑒定，2004年由中國農業(yè)機械試驗鑒定總站進行檢測，通過中國機械工業(yè)聯(lián)合會小批鑒定，2007年由新疆自治區(qū)農業(yè)機械試驗鑒定站（棉花機械專業(yè)站）進行檢測，獲得了“農業(yè)機械推廣鑒定證書”，于2007年12月25日納入“國家支持推廣的農業(yè)機械產品目錄”（農業(yè)部第969號公告），在國家農業(yè)部農業(yè)機械化信息網站上公布。2008年列入農業(yè)部機械購置補貼項目，享受農業(yè)機械銷售國家財政最高補貼（農辦財[2008]26號）。產品性能及指標相當于美國迪爾公司的“9970”型采棉機，采凈率、含雜率指標與“9970”型采棉機相當，研制起點高、技術含量高，其技術指標、性能達到世界先進水平。

1　主要結構及工作原理

本采棉機可根據棉花吐絮情況分一次或者多次采收棉花，其主要結構由采棉頭、水路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、駕駛室（含電器操縱系統(tǒng)）、氣力輸棉系統(tǒng)、棉箱、燃油箱、空調系統(tǒng)、自走底盤、液壓系統(tǒng)、標示牌等組成（圖1）。

采棉機在采摘棉花時，由采棉頭上的分禾器將棉株扶起并導入采摘室，隨著采棉機向前運動，棉株寬度被擠壓到80～90 mm，旋轉著的摘錠有規(guī)律的伸出柵板，呈水平狀垂直插入被擠壓的棉株，與吐絮的棉鈴相遇，摘錠上的鉤齒掛住籽棉，把吐絮棉瓣從開裂的棉鈴中拉出，并纏在摘錠上，同時摘錠隨滾筒旋轉由采摘室經柵板退出進入脫棉區(qū)，高速旋轉的脫棉盤將摘錠上的籽棉反向脫下。脫下的籽棉被氣流自集棉室經輸棉管道輸送至棉箱。采棉機作業(yè)是由凸輪機構控制摘錠座管，使摘錠垂直插入和退出棉株，提高了采凈率，減少了摘錠對棉稈的傷害及植物汁液對籽棉的污染，工作過程見圖2。

圖1　采棉機立體1.采棉頭2.水路系統(tǒng)3.潤滑系統(tǒng)4.駕駛室（含電器操縱系統(tǒng)）5.氣力輸棉系統(tǒng)6.棉箱7.燃油箱8.空調系統(tǒng)9.自走底盤10.液壓系統(tǒng)11.標示牌

圖2　采棉頭采收過程示意

2　改進、研發(fā)情況

從2008年開始，石河子貴航農機裝備有限責任公司和貴州平水有限責任公司組織技術力量，針對現(xiàn)有機型（4MZ-5）在裝配和田間采收時出現(xiàn)的問題進行研究，為使采棉機性能更優(yōu)越，確定改進優(yōu)化采棉機動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和采摘系統(tǒng)；同時為提高采棉機采收質量，公司組織技術力量對采棉機進行技術升級。

2.1改進部分

（1）動力系統(tǒng)：由于原發(fā)動機進氣和散熱系統(tǒng)不能很好地適應采棉機的作業(yè)環(huán)境和要求，并且工作時油耗相對較高，技術人員在遵從原發(fā)動機系統(tǒng)參數的基礎上，重新選擇東風康明斯發(fā)動機有限公司的6CTA8.3-C260型發(fā)動機。同時對動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機進氣系統(tǒng)、空氣過濾和散熱系統(tǒng)等進行了重新設計，使之更適應采棉機的作業(yè)環(huán)境和要求。

（2）液壓系統(tǒng)：對原有的液壓管路包括液壓油箱、液壓泵、馬達、閥站、過濾器、油缸、膠管、鋼管等進行了改進。

原液壓油箱出油口與鋼管連接輸出液壓油，由于采棉機工作時震動較大，在使用中發(fā)現(xiàn)經常出現(xiàn)油管被撕裂，空氣隨之進入液壓油箱，導致液壓泵和馬達的配流盤因氣蝕而損壞；同時由于此鋼管管徑偏小，輸出壓力不足。根據以上缺陷，將原輸出管更換材質，選用膠管，同時增大了管徑。

根據新發(fā)動機的系統(tǒng)性能要求，將原來的液壓泵、馬達、閥站等關鍵部件更換為美國伊頓公司的進口配件，并對原液壓系統(tǒng)管路中膠管長度和壓力進行重新設計，根據新更換液壓件的性能，最終確定液壓膠管的長度和管徑。液壓鋼管的走向、直徑大小及壁厚和折彎角度也根據新系統(tǒng)的需求做出調整。

（3）采摘系統(tǒng)：針對原機型采棉頭上錐齒箱經常出現(xiàn)弧齒輪崩齒的現(xiàn)象，改進了弧齒輪的加工工藝；為解決錐齒箱漏油、高溫的問題，重新設計了油封和錐齒箱上蓋；原中間軸裝配中的零件六方形軸易磨損、注油困難，對此設計人員調整了六方形軸外徑，將原軸外徑加大，加深注油孔深度；中間軸裝配中兩端軸承因高溫容易燒壞抱死，我們加大了軸承裝配處的外徑公差。

2.2自動化控制研發(fā)情況

從2012年至今，先后在4MZ-5采棉機上進行了以下幾項技術革新：

（1）棉花在線產量測量技術。此技術通過測量輸棉管內的棉花對近紅外光的吸收率，換算出單位時間的平均棉花流量，得出棉花的產量，方便農戶測算產量。

（2）自動對行技術。采棉機在田間作業(yè)時，采棉頭與棉花壟對的越正，采摘效果越好。目前國內主要依靠駕駛員的操作技能來保證，增大了駕駛員的勞動強度。通過研發(fā)自動對行操作系統(tǒng)，使采棉頭保持較準確的對準棉花，實現(xiàn)作業(yè)時的巡航，通過切換作業(yè)與運輸模式，在運輸與地頭轉彎時采用人工駕駛。

（3）采棉機自動化控制系統(tǒng)。將現(xiàn)場總線技術應用于采棉機的控制，完成系統(tǒng)數據的數字化傳輸，完成采棉機各測控點數據的采集和控制，利用嵌入式設備實現(xiàn)CAN網絡傳輸，為采棉機提供通用的自動化控制平臺。

改進后的機型技術參數如下：

3　試驗情況

從2009年至今每年公司都要對新型采棉機進行田間采收試驗，對改進后的系統(tǒng)著重測試，并記錄相關參數，具體的比較如下：

3.1動力系統(tǒng)的發(fā)動機具有以下優(yōu)勢

（1）故障率低，用戶反映良好；

（2）發(fā)動機震動?。?/p>

（3）功率滿足使用要求，燃油消耗在原發(fā)動機油耗3 L/667m2基礎上降至2 L/667m2，與迪爾9970機型畝油耗基本相同，大幅度降低了用戶使用成本。

3.2液壓系統(tǒng)

液壓油箱出油口連接鋼管的改進以及液壓成品件的更新，有效保證了液壓系統(tǒng)高效可靠的驅動能力，具體提升內容如下：

（1）液壓泵配油盤被磨損的現(xiàn)象得到了改善，2009年投入165臺采棉機田間采收，先后更換配油盤95套，2010年公司針對2009年生產的采棉機進行了改進，大幅度降低了故障率。2010年對液壓系統(tǒng)管路改進后，液壓系統(tǒng)的可靠性能大大提高。2011年和2012年采摘期間新機配油盤損壞更換的數量分別是12件和1件。2013年與2014年采摘期間新機沒有出現(xiàn)配油盤磨損更換的現(xiàn)象。

（2）2014年將10臺機器液壓缸更換為國產件，通過一個采季的對比驗證，國產液壓缸可靠性明顯比進口液壓缸高；至今一直采用國產液壓缸，鮮少出現(xiàn)損壞更換現(xiàn)象。

（3）2014年將10臺液壓泵更換成薩澳牌的液壓泵后，因為該泵內置過濾裝置，避免了泵和馬達故障，動力性能得到了提高，采頭預熱時間比液壓泵短，對用戶來說采摘效率提高了很多；

3.3采摘系統(tǒng)改進

在采收試驗階段，改進后的采摘系統(tǒng)比之前工作效率有所提高，具體提升如下：

（1）錐齒箱油封更換后，使漏油情況得到緩解；

（2）錐齒箱上蓋改進后，提高了錐齒箱的可靠性；

（3）錐齒箱力矩更改后，故障率降低；

（4）弧齒輪加工工藝改進后，崩齒現(xiàn)象減少；

（5）中間軸改進后，與老機對比，新機的可靠性大大提高，沒有出現(xiàn)中間軸損壞現(xiàn)象，但老機中間軸損壞嚴重。

3.4性能穩(wěn)定性有待提高

經過2012～2014年的試驗驗證，該產品在質量、可靠性、穩(wěn)定性等方面都有較大的提高。技術性能基本穩(wěn)定，但還是存在一些裝配質量和工藝的問題，在今后的裝配過程中將逐步完善。

4　產品特點

4.1技術參數

我公司生產的4MZ-5采棉機與迪爾公司9970技術參數非常接近，在整機重量方面存在一定差距。經過多年改進后，整體性能有所提高。與凱斯公司生產的2555對比，發(fā)動機功率相同，重量較輕。具體參數如表1。

4.2與同類采棉機性能指標對比情況（表2）

4.3質量狀況方面對比情況

2010年224臺采棉機進行田間作業(yè)，采收面積達到5.3萬hm2左右，單臺采棉機平均采收面積達到233 hm2以上，超出了公司對用戶每個采季采收200hm2的承諾。采收面積與迪爾9970相近，約高于凱斯170 hm2的平均采收面積?？梢姡瑖a采棉機質量狀況接近進口采棉機水平，存在的差距通過良好的售后服務得到彌補，用戶滿意度得到較大提升。

4.4售后服務

零備件供應和售后服務是公司突出的亮點，公司售后服務體系健全，在每個片區(qū)均有售后服務站，售后服務成本大大降低。及時的備件供應和售后服務得到了用戶好評?？傊擅迿C質量狀況已得到大幅度提升，用戶滿意度大大提高，2011年以后訂貨量也大幅度攀升。采棉機完全具備了投放市場的技術狀態(tài)和生產能力。

5　應用情況

截至2014年我公司已累計生產4MZ-5采棉機共計615臺，其中612臺（其余作為備用機使用）投入田間采摘作業(yè)。經多年的持續(xù)不斷改進，采棉機質量已經得到了較大提高，同時也出現(xiàn)了多種機型，因此采棉機質量狀況的反映也不盡相同。主要分為三種：2007年及之前的30臺；2008年～2009年的167臺；2010年～2014年的418；2011年前單臺價格為128萬元，2011年以后為158萬。通過對比，目前產品可靠性大幅提高，得到了廣大用戶的認可。經銷商及售后服務網點遍及伊犁、博樂、阿克蘇、塔城、昌吉、哈密、農一師、農五師、農六師、農七師、農八師、農十師、農十三師等地，覆蓋范圍逐步擴大。

表1　采棉機性能對比

表2　國內外采棉機性能指標對比

基金項目：新型自走式采棉機的開發(fā)與示范（2014YJ04）

收稿日期：2015-08-22

文章編號：1007-7782（2015）04-0029-03

中圖分類號:S225.91

文獻標識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.04.012