基于机采棉物理机械特性的水平摘锭棉花采摘机理研究

Cotton picker developed in our country has poor harvesting performance and adaptability. To solve these problems, we should fully understand harvesting mechanism of the horizontal spindle as a key parts.Firstly,the physical and mechianical properties cotton from different cotton planting pattern are to be measured to obtain basic design data of spindle.Furthermore,the kinematics and dynamics models for picking cotton of spindle are to created to study the harvesting mechanism.Additional,the simulations of spindle models are to be verified using a cotton picking testing bed.Finally,the effect of structural and working parameters on havesting performance of spindle are to be tested for optimization of cotton picker.Our research results will provide theory foundation and technological reserve for our cotton picker to grasp core technology and attain independent intellectual property rights.

针对国产采棉机研发中存在的采摘机理不清、采摘质量低、适应性差等问题，结合新疆机采棉“矮、密、早”种植模式，以水平摘锭采摘关键部件为研究对象，研究机采棉棉花种植模式、棉花物理形态及机械力学特性，形成设计采摘关键部件的理论依据；建立摘锭采摘棉花的数学模型及摘锭关键部件的虚拟模型，进行运动学、动力学分析，探明摘锭采摘棉花的工作机理；搭建试验测试平台，建立及验证摘锭—棉花采摘动力学模型，形成适合新疆机采棉特性的摘锭式棉花采摘关键部件的设计基础理论和创新技术；开展采摘头采摘关键部件结构参数和工作参数对采摘质量的影响因素的试验研究，确定各因素对采棉质量的影响关系，优化采摘头结构参数和工作参数，提高国产采棉机的采摘质量及适应性。研制基于新疆机采棉种植模式及棉花物理机械特性相匹配的采摘关键部件的优化模型及采摘关键部件样机，为我国在棉花机械化收获理论的研究及具有自主产权机采棉核心技术提供理论基础和技术储备。

棉花机械化收获是棉花生产全程机械化的重要环节，是一项技术性、季节性强的作业，其收获条件严格，收获期短。及时采收棉花，提升棉花收获品质和效率，是棉花收获的焦点。我国棉花收获机械主要依靠进口，国产采棉机研发中存在采摘机理不清、采摘作业质量和作业速度低、适应性差等问题。因此，探索和研究摘锭式采摘机构的采摘机理，能为我国棉花机械化收获理论研究和突破机采棉核心技术提供理论基础和技术储备。.项目以水平摘锭采摘关键部件为对象，结合新疆机采棉种植模式，探明水平摘锭式棉花采摘机理。主要研究内容和结果如下：（1）研究棉花物理和机械力学特性。测定了收获期棉花的棉株特性、棉铃特性，棉株形态等物理特性，为水平摘锭采摘头的结构设计提供依据；测定了籽棉与铃壳、铃壳与果蒂和果柄与果枝连结力、籽棉纤维结合力等机械力学特性，结果表明籽棉与铃壳的分离力小于其他各部分的连结力，为采摘机理分析提供基础数据。（2）研究水平摘锭式采棉机采摘头关键部件的运动学和动力学特性。构建了摘锭缠绕力、速比系数、缠绕圈数和采摘时间的数学模型；建立了水平摘锭式采摘机构的虚拟模型，从结构参数和工作参数上分析摘锭的运动轨迹和动力学特性，摘锭缠绕棉花和对棉株的动力学特性；搭建了棉花采摘分离试验台，测定了不同转速下的采摘分离力，利用高速摄像技术采集了籽棉的分离过程，验证了理论分析结果。为采摘性能试验提供基础数据。（3）研究采摘头结构和作业参数对采摘性能的影响。分析了采摘滚筒结构、采摘室内宽度、栅条形状和摘锭配置形式对采摘性能的影响；搭建了棉花采摘性能试验台，以采摘头滚筒转速、作业速度为试验因素进行单因素采摘试验，得出了采摘头最佳采摘速比系数。以滚筒转速、作业速度为试验因素，采净率、含杂率和撞落棉损失率为响应指标的采摘性能试验。确定了采摘作业质量最佳时采摘头作业工作参数，对机采棉作业提供技术支持。