李紅斌，鄭 炫，何艷紅（.新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆　石河子　83000；.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機(jī)械裝備研究所）

4MSB-300型背負(fù)式采棉機(jī)的改進(jìn)

李紅斌1，鄭 炫2，何艷紅1
（1.新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)股份有限公司，新疆石河子832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機(jī)械裝備研究所）

針對目前背負(fù)式采棉機(jī)存在的連接方式不合理，造成田間轉(zhuǎn)彎困難，卸棉箱的開門機(jī)構(gòu)需要人工進(jìn)行開啟、鎖緊，浪費(fèi)勞力等問題，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并進(jìn)行了試驗(yàn)，達(dá)到改進(jìn)效果。

采棉機(jī)背負(fù)式改進(jìn)

近幾年人工采摘棉花成本逐年提高，棉花機(jī)械化采摘越來越受歡迎，因此科神公司研發(fā)了4MSB-300新型梳齒背負(fù)式采棉機(jī)。該采棉機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，只需配套中型馬力拖拉機(jī)即可作業(yè)，采摘不受種植模式影響，通過這幾年的田間試驗(yàn)、反饋、改進(jìn)，經(jīng)兵團(tuán)檢驗(yàn)檢測中心檢驗(yàn)：該機(jī)作業(yè)性能良好，采凈率96.5%，含雜率15.1%，符合棉花收獲機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)［1］，但是該機(jī)型還存在作業(yè)效率低，性能不穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化等問題，試驗(yàn)中比較突出的問題是掛接方式不合理，轉(zhuǎn)彎困難；卸棉箱的開門機(jī)構(gòu)需要人工開啟、鎖緊，浪費(fèi)勞力等。

1　問題提出

4MSB-300型梳齒式采棉機(jī)采頭與拖拉機(jī)前端安裝的配重鐵機(jī)頭的螺紋孔連接，屬于一體連接；清理箱前伸出的兩懸臂通過圓柱銷掛接在拖拉機(jī)左右后橋上；裝載棉花的卸棉箱又掛接在清理箱后面，整個(gè)采棉機(jī)屬于三段連接，連接后的總長度在13 m左右。如果轉(zhuǎn)彎半徑過小，有可能造成清理箱的帶輪擠在清理箱牽引架上或者清理箱擠在卸棉箱上，容易形成三角形閉環(huán)，直接影響中間段的轉(zhuǎn)動(dòng)功能，因此中間段是改造的重點(diǎn)。

對于卸棉箱的開門機(jī)構(gòu)每次需要人工完成，是不符合全程機(jī)械化要求的，屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，必須進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。

2　改進(jìn)設(shè)計(jì)

方案一：將清理箱固定在拖拉機(jī)后方，卸棉箱掛接在清理箱后，采頭固定在拖拉機(jī)前方，整體屬于兩體連接。由于清理箱重，必須設(shè)計(jì)固定架，而固定架和風(fēng)機(jī)都固定在拖拉機(jī)上，占用空間大，因此需另外設(shè)計(jì)固定架，造成了安裝、拆卸麻煩，所以該方案未采納。方案二：將風(fēng)機(jī)與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛，清理箱與卸棉箱采用整合設(shè)計(jì)，即采用一個(gè)大架一套地輪，整體屬于兩體連接。該方案相對簡單，最終確定采用此方案，2015年春制造了樣機(jī)（圖1、圖2）。

卸棉箱的開門機(jī)構(gòu)參考公司研發(fā)的自走式采棉機(jī)的開門機(jī)構(gòu)，以及礦用自卸汽車四種后開門機(jī)構(gòu)［2］，其特點(diǎn)是開門主動(dòng)機(jī)構(gòu)，關(guān)門靠自身重量完成，而采棉機(jī)的廂門面積大，結(jié)構(gòu)輕，關(guān)門撞擊又出現(xiàn)回彈，影響鎖緊機(jī)構(gòu)的同步鎖緊，必須采用主動(dòng)開門，主動(dòng)關(guān)門機(jī)構(gòu)，通過研究采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)將門的開啟、關(guān)閉動(dòng)作固定化，減少回彈，方便實(shí)現(xiàn)鎖緊功能。

圖1　背負(fù)式采棉機(jī)改造前

圖2　背負(fù)式采棉機(jī)改造后

2.1風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)機(jī)架與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛連接屬于成熟技術(shù)，在樣機(jī)做好后進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)動(dòng)測試時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)吹棉軟管出現(xiàn)問題，原因是由于連接距離過長，距離轉(zhuǎn)動(dòng)中心較遠(yuǎn)，大角度轉(zhuǎn)動(dòng)后，被延伸拉長，出現(xiàn)下吹棉伸縮軟管一頭被掰掉。原先風(fēng)機(jī)是多功能雙管路風(fēng)機(jī)，既要實(shí)現(xiàn)吸棉作業(yè)，又要實(shí)現(xiàn)吹棉作業(yè)，而吹棉軟管剛好在轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)內(nèi)。通過技術(shù)討論決定將風(fēng)機(jī)功能單元分離，將吹棉風(fēng)機(jī)和吹棉管路后移，即雙管路風(fēng)機(jī)變單管路風(fēng)機(jī)，后面單另增加一個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹棉作業(yè)。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造如圖3、圖4所示。

2.2清理箱與卸棉箱的整合

原先清理箱掛接在拖拉機(jī)后橋大梁上，清理箱裝有轉(zhuǎn)向萬向輪，在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，拖拉機(jī)后輪著地，摩擦力很大，后面牽引的清理箱重，其地輪摩擦力大，清理箱前面與拖拉機(jī)又屬于一體連接，所以轉(zhuǎn)彎時(shí)負(fù)荷很重，轉(zhuǎn)彎困難。改進(jìn)設(shè)計(jì)后將清理箱與卸棉箱固定在一個(gè)大機(jī)架上，采用了一組地輪支撐，前端懸掛銷活連接掛接在風(fēng)機(jī)架上，方便了轉(zhuǎn)彎。

樣機(jī)在工廠空載移動(dòng)測試中，發(fā)現(xiàn)地輪前端偏重嚴(yán)重，重量都?jí)涸陲L(fēng)機(jī)架上。設(shè)計(jì)時(shí)只考慮了作業(yè)裝滿棉花前后要達(dá)到平衡，沒有考慮到空載及公路運(yùn)輸時(shí)的狀況，空載運(yùn)輸時(shí)速度快，顛簸較大，危險(xiǎn)性高。綜合考慮，將整個(gè)重心向后偏移，使空載時(shí)，前端稍重，重心依然壓在拖拉機(jī)端，而滿棉花后，雖然重心在后面的卸棉箱上，但是由于前端拖拉機(jī)的自重，再加上作業(yè)速度慢，安全也沒有問題。經(jīng)過對樣機(jī)地輪位置的重新變換，再進(jìn)行移動(dòng)運(yùn)輸測試，機(jī)架前后重量均衡，達(dá)到了技改效果。

圖3　風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造前

圖4　風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造后

2.3卸棉箱開門機(jī)構(gòu)的改造

圖5　棉箱開門機(jī)構(gòu)改造前

圖6　棉箱開門機(jī)構(gòu)改造后

原先的卸棉箱的開門機(jī)構(gòu)是在棉箱升舉時(shí)通過鋼絲繩拉動(dòng)，打開棉箱后面的廂門板，關(guān)門時(shí)靠廂門板的自身重量關(guān)閉，考慮到鋼絲繩都是彈性連接，為防止在作業(yè)過程中門意外打開出現(xiàn)漏花現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了鎖緊機(jī)構(gòu)。而門的鎖緊機(jī)構(gòu)必須由人來打開和鎖緊，增加了勞動(dòng)量，而且繁瑣。因此參考采棉機(jī)集棉廂廂門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了曲柄連桿機(jī)構(gòu)［3］，其中鎖緊機(jī)構(gòu)在自走式采棉機(jī)已經(jīng)使用，效果好，可直接采用。采用曲柄連桿全新設(shè)計(jì)的卸棉箱開門機(jī)構(gòu)開關(guān)門位置固定準(zhǔn)確，方便同步鎖緊，已經(jīng)申報(bào)專利。

3　試驗(yàn)情況

2015年10月改造后的采棉機(jī)在141團(tuán)3連進(jìn)行田間采收試驗(yàn)，重點(diǎn)是對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行負(fù)荷測試，結(jié)果如下：

3.1風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

（1）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)架強(qiáng)度足夠；

（2）吸棉管道通暢，沒有卡塞現(xiàn)象；

（3）田間轉(zhuǎn)彎過程中，傳動(dòng)軸沒有別死現(xiàn)象；

改造前清理箱與拖拉機(jī)屬于死連接一體化設(shè)計(jì)，沒有轉(zhuǎn)彎問題，這次重點(diǎn)測試了在工作轉(zhuǎn)速較高、重負(fù)荷、極限角度下傳動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，經(jīng)過多次轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)問題。

3.2清理箱、卸棉箱系統(tǒng)

（1）清理箱與卸棉箱的一體化設(shè)計(jì)，減少了一組地輪的支撐，前后部件更加緊湊。

（2）行走平穩(wěn)，一體機(jī)架沒有出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，強(qiáng)度足夠。

（3）吹棉管道通暢，沒有卡塞現(xiàn)象。

（4）田間轉(zhuǎn)彎過程中，轉(zhuǎn)彎靈活。

3.3卸棉箱開門機(jī)構(gòu)

開門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了田間反復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中開門、關(guān)門過程連貫、流暢，沒有死點(diǎn)位置，達(dá)到了自動(dòng)開門、關(guān)門的目的，同時(shí)為下面的鎖緊機(jī)構(gòu)提供了準(zhǔn)確的開關(guān)位置和時(shí)間，方便鎖緊。

4　結(jié)論

經(jīng)空載、負(fù)荷試驗(yàn)測試，改裝的三點(diǎn)懸掛風(fēng)機(jī)和清理箱與卸棉箱整體設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)彎靈活，機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；開關(guān)門機(jī)構(gòu)靈活實(shí)用，其他作業(yè)參數(shù)不受影響，符合原設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了改進(jìn)的目的，為機(jī)具的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化又推進(jìn)了一步。

［1］康建明，溫浩軍，王士國等.4MCS-3000型梳齒式棉花聯(lián)合收獲機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.中國農(nóng)機(jī)學(xué)報(bào)，2014（1）：145～151.

［2］鄒彬，聶尚波，王秀麗.礦用自卸汽車四種后開門機(jī)構(gòu)［J］.礦用汽車，2009（4）：12～14

［3］秦朝民 陳學(xué)庚 溫浩軍等.采棉機(jī)集棉廂廂門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.新疆農(nóng)機(jī)化，2012（6）：22～23.

Improvement of 4MSB-300 backpack cotton picker

LI Hong-bin1，ZHENG Xuan2，HE Yan-hong1
（1.Xinjiang Keshen agricultural equipment science and technology development Co.，Ltd，Shihezi，832000，Xinjiang，China.2. Mechanical equipment research institut，Xinjiang academy of agricultural reclamation.）

The present type of backpack cotton picker hasmany defectsand existing problemssuch asunreasonable link mode and so on，these defectsresult in difficulties in turning around in field and waste of labour force when opening and locking the opening mechanism of cotton unloading trunk.Aim at these problems，researchers have improved the structure of these mechinery and carried on related experiments and tests，the results indicted that，through the improvement，each index and function ofthe backpack cotton picker have both met the requirments.

Cotton picker；Backpack；Improvement

1007-7782（2015）06-0018-03

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.06.007

S225.911

A

2015-12-19

“：十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAF07B02）