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1、
畢業論文開題報告
學 校：
學 院：機械電氣化工程學院
姓 名：
學 號：
課題題目：手持氣吸式采棉機的設計
指導教師：
手持氣吸式采棉機構的設計
一、課題研究的意義
中國是世界上最
2、大棉花生產國,同時又是最大紡織用棉消費大國,紡織品出口是我國出口創匯的大宗產品,直接影響國民經濟和外匯儲備。同時,棉花作為經濟欠發達地區農民的主要經濟來源,對促進地區農村經濟發展,增加農民收入都具有十分重要的現實意義。自20世紀50年代末到70年代末,我國自育棉花良種種植面積由8.8%上升到80%以上。由于棉花生產具有用工多等特點,從而使經濟欠發達地區擁有更突出的生產優勢,并成為本地區農民脫貧致富、增加收入的重要源泉。我國市場上出現的手持氣吸式采棉機告別繁重枯燥重復的采摘動作，解放勞動力，一臺機械可抵10個人工！棉花采摘機，操作簡單，棉花采摘可達到99%的摘凈率！真正的實現了高效采摘，比人工采
3、摘提高3倍，每人每天可采摘200公斤以上籽棉，減輕了勞動強度，告別人為彎腰采摘的歷史，實現選擇性高效采摘。大大的減輕了棉農負擔，同時有很好的工作效益和實惠的價格。
二、國內外手持氣吸式采棉機的發展狀況及存在的問題
2.1國外手持氣吸式采棉機的發展狀況
美國、以色列、澳大利亞是世界上全部用機器采棉的國家。早在 1850 年美國開始了對采棉機的研究，到 20 世紀 40 年代開始批量生產采棉機。到目前為止，采棉機有機械式、氣力式及氣力機械綜合式，廣泛應用的是機械式。采棉機按采摘部件的工作原理及結構可分為 4 大類，一是美國約翰迪爾公司、凱斯公司生產的水平摘錠采棉機，二是前蘇聯（現烏茲別克斯坦
4、）塔什干棉花機械局設計制造的垂直摘錠自走式采棉機，三是美國約翰迪爾公司生產的刮板毛刷統收采棉機，四是阿根廷生產的梳脫不對行統收采棉機。烏茲別克斯坦采棉機的主要特點是全部采用垂直摘錠式采摘部件，結構簡單，制造容易，價格低；適宜采收棉株較矮（80 cm 以下）、分枝少、棉桃集中、吐絮率在 60% 左右、需多次采收的棉花；采摘性能差，籽棉含雜率在 10% ～ 20% ，采摘率 85% 左右，落地棉 10% ～ 20% ；班次生產率較美國采棉機低20% ， 作業速度為 3 ～ 5 km /h；采棉機多采用懸掛式，動力利用率高，但自動化控制水平低，操作性能較差，人工輔助作業時間多。由于上述特點，僅在其國
5、內應用，我國新疆生產建設兵團引進后試驗效果較差，已停止使用。有人曾經總結了美國采棉機的主要特點，其中包括全部采用水平摘錠，結構復雜（2 行型配 96 個摘錠），但制造工藝水平高，質量可靠；適宜采收棉株高 80 ～ 120 cm ，株形大，棉桃較松散，吐絮率高（90%）以上的棉花；機采籽棉含雜率低（6% ～ 8% )，采摘率高達 90% 以上，落地棉少（約 5% ～ 10% ）；生產率及作業速度高，一般為 5. 67 ～ 6. 7 km /h；采用自走式， 自動化控制水平高， 操作性能好， 但造價高。
2.2國內手持氣吸式采棉機的發展狀況
1954 年，新疆生產建設兵團首次引進了 37
6、臺前蘇聯的 CXM -48M 型單行垂直摘錠后懸掛式采棉機和幾十臺 X40 型剝鈴機。1959—1974 年，中國農
業機械化科學研究院組織全國 60 多名科技人員進行了國產棉田自動底盤拖拉機及配套采棉機的研制。由國家科技部組織，從 1996 年開始研制國產采棉機，
1997 年 第 1 臺 國 產 自 走 式 采 棉 機 4M Z-3 問 世，1998 年第 2 臺研制成功，該機驅動和工作部件傳動采用靜液壓系統無級變速、電磁閥操作控制，光電循環監控主要運轉工作部件，報警顯示故障部件。不但能采收等行距 60 cm 、70 cm 、90 cm 棉田，且適用于（30+6）cm 、（68+8）c
7、m 寬窄行采收。摘凈率
不小于 90% ，含雜率不大于 10% 。進入 21 世紀以來，新疆機采棉基本上在推廣應用國外采棉機。2007 年，由新疆建設兵團農八師與貴州航空工業集團聯合研制31開發的“平水”牌采棉機 4M Z-5 自走式采棉機開始投入使用，打破了國外采棉機壟斷市場的局面。該機是一種采用前置懸掛式采摘工作臺，翻轉自動輸卸式棉箱，液壓與機械混合式傳動的大型（5 行）水平摘錠自走式采棉機。作業效率 0. 4 ～ 0. 67 hm2 /h、吐棉采凈率可達 90% 、籽棉含雜率約為 10% 、機械撞落棉損失率約 10% 。目前我國小型采棉機械研制的類型較多，但大部
分處于研究開發階段，
8、在生產上推廣應用較少。2013年 5 月 10—12 日，在昌吉舉行的新疆農業機械博覽會上， 浙江 “大宇” 牌便攜式采棉機引起了觀眾的注意。每臺機組可適配 4 ～ 6 只采摘頭，滿負荷作業時，每只采摘頭按 10 h 工作，可拾棉 200 多 kg。
2.3國內外手持氣吸式采棉機械存在的問題
分析采棉機生產中存在的問題,包括機采棉栽培品種、采棉機與發展機采棉不配套,脫葉催熟技術掌握不到位等方面,提出今后機采棉的發展對策,以促進機采棉技術的應用。
（1）沒有與機采精搭配的早熟品種
在機采棉品種上,通過十幾年的推廣實踐,雖然也選育了一些比較適宜機采棉特性的中熟品種,但是沒有與機采棉搭配
9、的早熟品種 。 特別是棉農對種植早熟品種的思想觀念沒有轉變, 擔心早熟品種影響棉花產量和效益。由于沒有早熟品種搭配,機采棉的開花吐絮時間、脫葉時間向后推遲,機采收獲時間也向后推遲 。 特別在棉花田管的中后期若遇到下雨降溫天氣,這個問題更加突出 。 尤其到了采棉機作業時間, 棉田內青鈴仍然比較多,吐絮率達不到95%以上,不能收積。
正常作業,使機采時間向后推遲 。到中期棉花集中盛開,采棉機又非常緊張 。到后期有些棉田內棉花由于吐絮時間過長沒及時采收出現“流鼻涕”,還有些棉花吐絮后風吹日曬時間過長,造成含水量減少、纖維變粗變脆等。 由于以上問題,對機采棉作業時問、作業質量、產量和品級都造成了較
10、大的影響。
（2）機采棉裁培密度偏大影響脫葉質量
各團場在機采棉的種植上,除雜交棉外,大部分都是采取常規棉的高密度植培模式, 理論株數一般都在l.75～1.85萬株/667m2左右。高密度栽培技術對提高棉花產量起到了重要作用。但由于機采棉66+l0 cm特殊的行距配置,種植密度過大時,對脫葉質量的影響比較大。 打脫葉劑時棉株中下部受藥面積小,中下部脫葉質量差 。打脫葉劑后有些棉株上部的葉片又掉落在下面的棉枝上, 采棉機作業時就會將棉葉一起收人棉倉, 從而增加了機采棉籽棉的含雜量 。籽棉含雜量的增加,又給機采棉加工質量帶來了難度,同時也影響了機采棉的質量 。
（3） 機采棉中含有殘膜等異
11、性纖維
機采棉中含帶殘膜等異性纖維是棉紡企業最為擔心的問題,也是影響機采棉推廣的重要因素 。殘膜等異性纖維的原因: 一是有些團場對機采棉條田在機采前進行了人工揭膜,由于揭膜不干凈,殘膜掛在棉枝上或遺留在棉田內, 當采棉機作業時就被吸入棉倉;二是有些團場雖然在機采前沒有揭膜,但由于棉花種植過矮或下部果節太低, 采棉機作業時采摘頭放的比較低,將地面薄膜掛起而吸人棉倉。
（4）機采精含雜量較高
近年來各團場加工廠對機采棉籽棉水雜測定結果:含水率前期普遍較高,,一般在10～l4%左右,含雜率一般也在12~15%左右, 都分別超出兵團機采棉技術規程要求的標準 。加工時為了提高清雜效果, 對前期含水
12、率偏高的機采棉還要進行烘干處理,若烘干溫度過高,就會導致皮棉反光度降低、色澤下降、纖維變脆,從而影響加工后的皮棉等級。由于籽棉含雜率偏高, 在加工過程中又增加了籽棉和皮棉
的清雜次數,導致皮棉纖維長度損傷大、短纖維率增加、皮棉外觀形態紊亂等,最終對皮棉質量造成比較大的影響。
2.4研究內容和方法
一種小型采棉機由機架、集棉箱、風機、進出氣管道及小型發動機等部分組成，其特征是：進氣管道的進氣口端頭裝有一對采棉輪，采棉輪附近的進氣管內設有進氣控制閥，在進氣管的手握部位安裝有控制按扭；有兩組這樣的帶采棉裝置的進氣管其后部的軟管最后合并在一起與風機的進氣口相接。采棉輪以發動機為動力源，通過減速機
13、構和軟軸驅動旋轉 小型采棉機是一種棉花采收機具，主要用于代替人工采摘棉花，其特征是由人力手持半牽引行走。機架上裝有小型發動機、輸送風機和集棉箱（袋）。風機的進氣口引出兩個進氣管，進氣管上有采棉裝置，包括由軟軸驅動的采棉輪，可改變氣流通道的進氣控制閥門，進氣管手握部位的控制按鈕。作業時采棉工雙手各持一個進氣管，操縱按鈕并將采棉輪對準棉花即可將棉花摘下并被氣流送至集棉箱（袋）。
2.5預期目標
其具有結構簡單、重量輕、體積小。價格低，效率高。操作方便、成本低等特點，使用該棉花采摘機，不但能降低采棉勞動強度，且能較大幅度地降低采棉成本，提高采棉效率和所采棉花的質量告別繁重枯燥重復的采摘動作，解放
14、勞動力長時間破壞性實地采棉實驗，證明小型機動采棉機能做到：
（1） 大幅提高采棉效率，正常情況下，一臺機械可抵20個人工的棉花采摘量。不要起早貪黑的干活，一臺機械，輕輕松松采摘15畝地,是人工的30多倍。讓人們從繁重的體力勞動解放出來 。
（2） 性能穩定可靠，能超長時間連續工作，不易出故障，不卡不堵，適合各種棉花（包括長絨棉花、潮濕棉花，開始變質的棉花等）。
三、重點研究的關鍵問題及解決思路
柴油機通過動力傳動裝置，帶動風機、物料分離器、蔽風器、棉花清潔器、棉花集棉箱、行走輪、變速裝置等部件同時運轉。當用吸花軟管近距離對準棉朵時，利用風機產生的負壓將籽棉經吸花軟管吸至物料分離器 ，
15、通過蔽風器葉片將籽棉送至棉花清潔器，在棉花清潔器的作用下使粘連在籽棉上的棉葉、枝干等雜質與籽棉分離，干凈的籽棉進入集棉箱內。行走裝置可調，驅動機具在棉花行間勻速運動。
（1）選擇采棉機類型-設計傳動裝置、風力輸送裝置、工作裝置。
（2）運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
四、工作條件及解決方法
塔里木大學位于南疆中心位置，校內有溫室實驗基地，土壤條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內擁有優良的硬件環境，機械電氣化工程學院擁有先進的使用時和機械加工制造設備，并且師資力量雄厚，完全可以滿足手持氣吸式
16、采棉機的工作條件。
五、工作方案及進度
第1～2周 查閱相關文獻，撰寫開題報告。
第3～4周 根據現有的手持氣吸式采棉機確定手持氣吸式采棉機的種類和的總體設計方案，繪制總體結構簡圖。
第5～6周 根據工作要求，計算并查閱相關手冊，選擇和設計各零部件。
第7～9周 運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。
第12周 從工藝性能，經濟性能，實用性能等方面對產品進行綜合評價、校核、修正。
第13周 完成設計說明書。
第14周 整理材料，準備答辯。
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手持氣吸式采棉機構的設計開題報告
