DM4-11 型棉花割臺的研制

劉玉龍，李 林，艾合買提江·司馬義，李奇福

（新疆中收農牧機械有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

新疆地區氣候干燥，光熱資源豐富，非常適宜種植棉花，是我國的棉花主產區[1]。由于干旱少雨，棉花種植時需鋪設地膜及滴灌帶，為適應后期機械化收獲，大多采用660+100mm行距的種植模式。因新疆天山南北氣候存在差異，北疆降溫較早，棉花采收時間為每年9月～10月下旬；南疆氣候較溫暖，棉花采收時間為每年10月～11月中旬。早期采收會有一些未成熟的棉桃在采收后成熟開花，成為棉稈上的遺留棉；后期采收由于棉花吐絮時間較長，一部分會自行掉落在地面，另一部分在采收時會因采棉機碰撞掉落在地面，成為落地棉。

新疆中收農牧機械有限公司于2021年10月用ST-11型棉花割臺在昌吉呼圖壁縣地區進行了一輪試驗，在試驗的基礎上總結出現的問題，研制了DM4-11型棉花割臺，該割臺可與9LRZ-2.7型自走式青黃貯秸稈收獲機配套使用，能撿拾棉稈上殘留的和掉落于地表的棉花，采凈率達到94%。

1 ST-11 型棉花割臺問題分析

ST-11 型割臺因割幅大導致割臺重量大，機手不能及時調整割臺高度，造成棉花采凈率低、雜質多。棉花割臺防塵蓋因網孔過大，在撿拾梳刷棉花時粉塵飛揚，造成駕駛員視野差。物料輸送攪龍中間的撥板在攪龍轉速高和物料喂入量大時容易將物料返帶出去，造成浪費。U 型梳刷彈齒座結構復雜，棉花撿拾梳刷輪在梳刷棉花時容易纏繞滴灌帶，影響整機工作效率。兩地膜之間的交接行處有溝槽，故而撿拾效果不佳，棉花易堆積在溝槽處，割臺分禾效果差，割臺兩側有漏收現象，造成棉花浪費。

2 DM4-11 型割臺結構

DM4-11 型棉花割臺主要由棉花割臺大焊合體、物料輸送攪龍、棉花撿拾梳刷輪、棉花割臺加強梁、棉花割臺防塵蓋、棉花割臺主傳動軸、棉花割臺換向箱、物料輸送攪龍擋簾、限位仿形地輪、防纏擋圈、棉花撿拾膠皮、棉花撿拾梳刷彈齒、駕駛員引導桿、棉花割臺前弧板及棉花割臺分禾板組成，割臺結構如圖1、圖2。

圖1 DM4-11 型棉花割臺主視圖

圖2 DM4-11 型棉花割臺左視圖

2.1 割臺攪龍底板設計分析

為解決前次試驗中發現的雜質含量高，以及需要進一步清理雜質的問題，割臺攪龍底板采用鋼管間隔排列。經田間實際測得棉花分杈處棉稈的直徑大部分在5～10mm之間，棉花花瓣殼寬度大部分在10～20mm之間，結合軋花廠落地棉清選設備采用的間距確定相鄰兩個圓管直徑的最小間隙為14mm，根據割臺總體機械結構確定圓管橫向間距為209mm，如圖3。

圖3 割臺攪龍底板圓管間距

2.2 棉花撿拾梳刷彈齒排列設計分析

前次試驗中發現純彈齒結構在實際工作中離地過高會造成遺漏棉花多，離地過低則容易帶起滴灌帶和損壞彈齒。由于彈齒強度高，因此極易打斷棉花杈稈，造成雜質過多，所以新的撿拾梳刷輪采用純撿拾膠皮組成的梳刷桿與撿拾膠皮與彈齒交錯組成的梳刷桿，兩排一組，交錯排布，5組構成撿拾梳刷輪，如圖4。梳刷桿中間的膠皮長于兩側的膠皮，便于撿拾棉花交接行槽內遺留的棉花，如圖5，在工作中使割臺中間部位的長膠皮處于交接行位置，如圖6。

圖4 撿拾梳刷彈齒排列

圖5 中間膠皮加長

圖6 割臺工作示意圖

3 主要技術參數

割臺尺寸（長×寬×高，mm） 4 549×1 863×1 128

割臺質量（kg） 990

割臺幅寬（mm） 4 447

割臺工作效率（hm2/h） 1.1～2.4

割臺拔凈率（%) 94

割臺工作速度（m/s） 0.7～1.5

4 工作原理

DM4-11 型割臺作為9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機的一種新型割臺，由9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機過橋提供動力，動力通過棉花割臺主傳動軸一分為二，一部分經過棉花割臺換向箱為棉花撿拾梳刷輪提供動力，一部分直接為物料輸送攪龍提供動力。

掛留在棉花莖稈上以及掉落在地面上的棉花經過棉花撿拾梳刷輪上的撿拾膠皮和撿拾梳刷彈齒的撿拾梳刷，通過離心力拋送到后方的物料輸送攪龍上，再通過物料輸送攪龍將棉花和棉稈等雜質從兩側向中間輸送，喂入9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機過橋，通過調節棉花割臺調節擋板高度和物料輸送攪龍擋簾的位置來防止物料輸送攪龍將棉花和棉稈等雜質反帶拋向棉花梳刷輪，導致棉花落入田間造成浪費。

5 主要特點

（1）該棉花割臺中間采用長膠皮來收獲交接行槽里掉落堆積的棉花，所以采用對行方式來收獲棉花。因長膠皮長度為1 385 mm，遠大于交接行寬660 mm，所以降低了對行難度，方便駕駛人員操作機器。（2）該割臺結構簡單，維修方便，擴大了9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機適用范圍，適合中小型農場及農戶使用。（3）棉花梳刷輪上的撿拾梳刷彈齒與撿拾膠皮根據棉花的種植模式采用交錯式布局可減少棉稈上掛留的棉花及地面的棉花殘留。（4）該棉花割臺能通過調節割臺調節擋板的位置和物料輸送攪龍擋簾的位置來阻止棉花落入田間造成浪費，進而提高采凈率。（5）物料輸送攪龍中間軸直徑減小，在保持原有物料輸送攪龍直徑的同時增加了物料的容積。在提高物料輸送能力的同時有效減少了棉花和棉稈等雜質反帶的情況。（6）割臺攪龍底板采用鋼管間隔排列的方式，在輸送物料的同時減少了棉殼、棉稈和粉塵等雜質進入后續工序，降低了整機的功率損耗。粉塵從割臺底部排出，提高了駕駛人員的視野清晰度。（7）棉花割臺防塵蓋網孔直徑縮小，進一步降低了粉塵對駕駛人員視野的影響。（8）限位仿形地輪能有效降低駕駛人員的操作難度，提高棉花的采凈率。（9）彈齒座改為類Z 型結構（圖7），提高了易損件更換效率，從而提高整機工作效率。（10）在棉花撿拾梳刷輪兩側靠近割臺側壁位置加裝防纏擋圈，減少滴灌帶的纏繞，防止軸承損壞，提高整機工作效率。（11）割臺前端兩側增加分禾尖，減少漏收現象，提高了采凈率。

圖7 彈齒座結構

6 試驗情況、存在的問題及建議

6.1 試驗情況

該機于2022 年1 月中旬在阿克蘇五團地區采棉機采收過的棉田里進行了試驗（圖8），此棉田為沙土地，滴灌帶未抽去，地膜較易損壞。此棉田棉花枝稈上掛留的棉花較少，地上掉落的棉花較多。此次割臺掛接的主機為9LRZ-2.7 型自走式青黃貯秸稈收獲機，功率為108 kW，發動機額定轉速2 200 r/min。該試驗地點棉花種植情況為：棉稈株高：500～1200 mm；棉稈株距：80～100 mm；棉稈行距：660+100 mm。此次田間試驗主要是對該割臺進行結構原理性試驗，在驗證結構原理適宜的情況下進一步尋找最佳的采凈率與行走速度的配合。

圖8 DM4-11 型割臺田間試驗

割臺采凈率具體試驗方式如下，在此割臺未工作過的試驗田避開棉田兩端及滴灌主出水樁隨機選取3 處長勢均勻的位置，手工撿拾寬度為4 447 mm（兩地膜寬度范圍），長度為1 000 mm 范圍內的殘留棉花重量，取平均值m1。

采用此割臺連續穩定工作后，手工撿拾寬度4 447 mm（兩地膜寬度范圍），長度1 000 mm 范圍內割臺工作后殘留的棉花重量，重復操作3 次，取平均值m2。

割臺采凈率為：

式中W—割臺采凈率，%；m1—割臺未工作田間殘留棉花重量，kg；m2—割臺工作后田間殘留棉花重量，kg。

當發動機轉速維持在2 000 r/min，采用不同的行走速度進行試驗，分別為0.6 m/s、0.7 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s、1.5 m/s。通過試驗可知，當發動機轉速不變時行走速度越快采凈效果越差，當行走速度為0.6m/和0.7 m/s 時，采凈效果差別不大，約為94%。

通過田間試驗并結合工作效率可知，當發動機轉速為2 000 r/min，整機行走速度為0.7m/s 時采收效果最佳，試驗計算得出采凈率為94%左右。

6.2 存在的問題

（1）該棉花割臺幅寬較大，轉彎、調頭、轉場較困難。

（2）因試驗時間太晚，地膜經風吹日曬變得易碎，所以此次收獲中殘膜含量較高。

（3）此次彈齒座上裝配的撿拾膠皮為市場上采購的平皮帶加工而來，皮帶較硬，磨損較快。

（4）由于割臺割幅較大，限位仿形地輪在遇到不平整的區域時會局部懸空，影響撿拾效果，同時限位仿形地輪的上下調節范圍小，造成撿拾膠皮長度受限，導致撿拾膠皮更換頻率較高，進而影響整機工作效率和經濟性。

6.3 建議

在試驗中發現，由于試驗時間太晚以及大部分殘留的棉花都已掉落在地面，因此撿拾難度和含雜率增加，同時地膜經過風吹日曬后易被撕裂而帶入后續工序中，所以該機的工作環境需要跟農藝生產進行協調，建議在采棉機收獲后和滴灌帶抽取前進行作業，此條件下采凈率、工作效率和含雜情況都將有所改善。