4MZ-3A 型自走式棉花收获机的研制

李占涛，蔡云霄，赵鹏达，张宏文※

（1．新疆天鹅现代农业机械装备有限公司，新疆 五家渠 831300；2．石河子大学机械电气工程学院）

0 引言

棉花是我国主要的经济作物也是重要战略物资，对我国经济稳步增长起到重要作用。随着种植成本与人工成本的增加，降低采收成本、提升机械化水平成为提高植棉经济效益的重要途径。在棉花生产全程机械化进程中，机械化采收是最复杂的环节之一，水平摘锭式采棉机因其采摘质量好、机器适应性好等优点被广泛应用[1-2]。新疆是我国最大的优质棉产区，2019年新疆植棉面积为2．541×106hm2，总产量为500．2 万t，分别占全国的76．08%和84．9%[3]，目前，全疆采棉机保有量为5 000 余台，机械化采收率可达42%以上，根据国务院《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》，到2025 年棉花主产区，棉花收获机械化率达到60%，采棉机市场仍有较大的发展前景[4]。但目前新疆所使用的主流采棉机仍依赖进口，而进口采棉机价格昂贵，不利于我国棉花产业的发展，因此研制一种自主知识产权的棉花收获机对提高采棉机国产化进程、降低棉花采收成本具有重大的意义。

1 结构及工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收获机可按棉铃的吐絮先后进行分次采摘籽棉，且采摘过程中不损伤未开裂棉铃和茎秆，可实现多次采收。采摘时一次完成对籽棉采摘、脱卸、气流输送以及收集等系列作业，其具备工作效率高、采净率高、撞落棉损失率低、国产化程度高、价格相较于进口产品便宜等特点。

1.1 棉花收获机结构

该机具主要由采棉头、棉花输送系统、棉箱、发动机、行走系统、驾驶室、润滑和清洗系统、电气控制和保护系统等组成，具体结构如图1。采棉机行走系统、采棉头和棉花输送系统动力均由发动机输出动力提供，采棉机作业速度与采棉头工作转速通过控制系统进行速度匹配。采棉头与棉花输送系统相连接且悬挂在棉花收获机最前端，采棉头通过工作部件摘锭采摘籽棉，采摘后的籽棉通过棉花输送系统气力输送至棉箱中。

1.2 工作原理

4MZ-3A 型自走式棉花收获机具有3 个采摘头，每个采摘头具有两个滚筒，采用先后同侧布置方式，具有行距适应性强、采净率高以及维修便利等优点。采摘头是采棉机采收关键部件，其主要由扶导器、润湿器、脱棉器、导向槽、摘锭、采摘滚筒、棉株压紧板、栅板等构成。采棉机采摘头作业过程如图2。

扶导器将棉株聚集成行并沿着栅条方向挤压，进入由栅板与压棉板组成宽度约为80～90 mm 的采摘室，工作部件摘锭按照特定的运动规律进入采摘区被挤压到棉株内，当摘锭与开放的棉铃相接触时，摘锭表面的钩齿对籽棉进行钩挂与缠绕，缠绕籽棉的摘锭进入脱棉区，脱棉盘利用高速反向转动所形成的沿摘锭轴线垂直方向的脱棉速度将籽棉脱下，籽棉通过棉花输送系统的高速气流送入棉箱中，然后淋润器对摘锭进行润湿清除杂质，摘锭重新进入采摘室开始下一个周期的采摘。

2 技术特点

（1）4MZ-3A三行自走式棉花收获机配备东风康明斯发动机其动力为240 马力，采用三速自走行驶，液压转向方式，最大转弯半径为5.8 m，采用液压马达动力传输，性能可靠、低噪音。

（2）为了避免堵塞和提高籽棉输送效率，棉花输送系统的管道采用射流原理的吹吸风结构，在积棉室采用吹风形式，将采摘的籽棉向出棉口方向吹，而积棉室的出口又是采用吸气形式，这种吹吸气流相结合输送方式具有输送能力强，结构简单、实用等优点。

（3）燃油箱容积400 L、润滑脂箱容积300 L、水箱容积1150 L，采棉机通过棉箱侧倾20°和卸棉绞龙实现棉花倾倒，采用3 级棉箱，棉箱容积为30 m3，棉箱装有压实机构，使蓬松的棉花进入棉箱后就进行压实，极大增加了装棉量，为高效作业提供了条件。

（4）整机标配3 个Pro16 采摘头，采摘头采用液压驱动，转速多档无极调节，转速调节便利，采摘头采用前16 排、后12 排座管，每个座管安装20 个摘锭，一次可采收3 行机采棉种植模式（66+10）cm 和（66+8）cm 的棉花，初采作业速度可达到5.5 km/h，工作效率为6.7～10.7 hm2/天。

3 主要技术参数

4 性能试验

为验证采棉机的采摘性能，通过理论分析可知采摘速比系数是影响作业质量的关键因素，采摘滚筒转速和采棉机作业速度为影响因素，根据国家农业行业标准（NY/T 1133-2006）和国家标准（GB/T 21397-2008）设计试验[5-6]，将采净率＞93%和撞落棉损失率＜2.5%作为试验指标，2019 年10 月在新疆芳草湖进行采摘试验，试验结果如表1。

表1 试验结果

试验结果表明：采摘速比系数为1.10～1.19，采棉机作业速度为3.287～5.497 km/h 时，采摘质量均满足采棉机作业质量要求。采摘效果好，平均每天采收9.5 hm2，采棉机稳定性好、故障率低，能够满足采棉机田间作业质量要求。