新疆棉花收获统收式采棉机的应用现状与发展

新疆棉花收获统收式采棉机的应用现状与发展

新疆是中国最大的商品棉生产基地，也是中国唯一的长棉产区。15年来，棉花种植面积、产量、税收和材积一直是全国的重点。棉花行业已成为新疆农业的主要支柱。据最新统计数据显示,2009年新疆棉花产量合计达275万t。随着新疆棉花种植面积的不断扩大及产量的逐渐增长,每逢秋季棉花收获季节,最突出的问题就是亟须大批季节性劳动力,新疆每年雇请的拾花工50余万人,为此支付的劳务费高达十几亿元,使得植棉成本大幅度提高。而机采棉效率高,费用低,因此实现机采棉已成为大势所趋。采棉机按其收获方式分为选收机和统收机。目前使用的采棉机多为进口选收机,价格在100万元/台以上,其售价高、维护费用高且维护不便,推广和普及受到很大限制。而统收机可以实现小型化,价格比较低廉,能被大多数农民所接受。统收式采棉机的核心部分由采摘系统、风送系统、清杂系统和储棉系统4部分组成。风送系统是将采摘系统、清杂系统及储棉系统联系到一起的纽带,是采棉机的重要组成部分,该系统性能的优劣直接关系到棉花是否输送通畅以及输运过程中对棉花纤维破坏程度。因此,对采棉机风送系统的设计与研究有着重要意义。1机械装置辅助输送统收式采棉机主要对采摘物进行风力输送,但由于棉桃、棉枝等杂质的存在,单独使用风送系统很难实现采摘物的完整输送(即采摘头→清杂系统→棉箱),所以通常情况下设置少量机械装置辅助输送,采用风力、机械混合输送的方式。1.1采棉机的输送统收式采棉机输棉系统分类如图1所示。根据棉花的物理特性及棉纺织企业对棉花质量评定的要求,应尽量减小对棉花纤维的破环,所以采棉机最佳输棉方式为风力输送。1.2棉棉和杂质分离图2所示,风机3提供正压风,将采摘下的棉花送入集棉器2,并进行横向机械输送,将集棉器中棉花推送至吸棉管道的喇叭口;风机4提供的负压风将籽棉以及杂质吸入6辊清杂机构6,进行籽棉与杂质的分离;杂质经旋风分离器排出。除杂后的籽棉通过避风器后由风机3提供的正压风吹入棉箱。2含杂籽棉的道设计统收式采棉机风送系统的设计(包括风速大小、空气流量及管道设计)均以采摘物(采摘物包括棉花、铃壳、棉叶及枝秆等杂物,下面将采摘物统称为含杂籽棉)的物理特性为基础,其中包括含杂籽棉的输送量、含杂籽棉的悬浮临界速度等因素。2.1单位面积生产量计算据采棉机田间试验测试可得,统收式采棉机(3行机)田间收获行驶速度v=2.50km/h(0.70m/s);棉花产量约为m=400.00kg/亩(1亩=1/15hm2)。统收式采棉机(3行机)实际扫掠宽度为c=66×2+10×3+66/2=195.00cm(现新疆机采棉的播种模式为66cm+10cm),得式中U———单位时间内输送含杂籽棉的质量;λ———含杂修正系数,取1.33;k———棉花单位面积,k=0.0667hm2vu=vm×U=0.03m3/s(2)vm———机采棉单位质量所占体积(约0.027m3/kg);vumax=2vu=0.06m3/s(3)2.2气流输送参数的确定2.2.1g物/g气混合比混合比又称为输送浓度,即在该管道中同一时间内所输送的含杂籽棉质量G物与G气之比。μ=G物/G气因G气=Qρ,所以式中ρ———空气密度(kg/m3);Q———输送风量(m3/h)。由此可见,输送风量与混合比成反比,混合比的大小受通风机压力、气流输送方式、输送距离、输送风速以及输棉管直径和物料性质等多方面因素的影响。混合比推荐见表1。2.2.2输送速度的确定气流输送含杂籽棉,是借助空气动力的作用,籽棉受到空气动力的大小,与空气对含杂棉花的相对速度有关。确定输送速度,必须以棉花的悬浮临界速度为基本依据。2009年10月,测得本采棉机所采棉花的悬浮临界速度如表2所示,考虑到棉花采摘过程受到温度、湿度以及成熟度等因素的影响,取临界速度补充系数为1.4,输送速度为悬浮临界速度的1.9~2.0倍。最终输送风速约为v=19.6m/s。2.2.3管道漏风的管道输送配用风量是作为选择通风机时的风量。为了保证机采棉输送通畅进行,应考虑到管道漏风及其他不利因素的影响,应在确定输送风量的基础上适当考虑储备系数C,一般取C为1.15~1.20,即Q配=CQ2.2.4管道直径d的确定输棉管道直径根据输送风速和输送风量计算3采棉机输棉系统杂籽棉体积计算(1)对于统收式采棉机来说,杂质(尤其是棉花收获初期棉桃及较长棉枝)的存在对含杂籽棉的输送有很大影响,应减小收获过程中对棉花植株的打击力度,减少杂质的输入量。(2)输棉风速18~20m/s、输棉管道直径26~30cm时可以满足本统收式采棉机输棉需求,工作稳定,具有很高的可靠性,并能在很大程度上减小动力浪费。(3)输棉系统结构进一步改进,对参数进行优化,减小了输送过程中对