國(guó)產(chǎn)4MZ-5型自走式采棉機(jī)改進(jìn)

高愛(ài)弟，郭　健，高治國(guó)，王玲玲，孫芳霞，邵葉文

（1.石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司，新疆　石河子　832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

國(guó)產(chǎn)4MZ-5型自走式采棉機(jī)改進(jìn)

高愛(ài)弟1，郭健2，高治國(guó)1，王玲玲1，孫芳霞1，邵葉文1

（1.石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

摘要：介紹了國(guó)產(chǎn)4MZ- 5型自走式采棉機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，研發(fā)情況，試驗(yàn)改進(jìn)及產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：采棉機(jī)；國(guó)產(chǎn)；自走式；改進(jìn)

4MZ-5采棉機(jī)是由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院、貴州平水機(jī)械有限責(zé)任公司，通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研”方式合作設(shè)計(jì)，由石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)后研制生產(chǎn)的。樣機(jī)于2002年由國(guó)家農(nóng)機(jī)具質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心組織進(jìn)行了采收測(cè)試，通過(guò)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定，2004年由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)小批鑒定，2007年由新疆自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站（棉花機(jī)械專業(yè)站）進(jìn)行檢測(cè)，獲得了“農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定證書(shū)”，于2007年12月25日納入“國(guó)家支持推廣的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品目錄”（農(nóng)業(yè)部第969號(hào)公告），在國(guó)家農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械化信息網(wǎng)站上公布。2008年列入農(nóng)業(yè)部機(jī)械購(gòu)置補(bǔ)貼項(xiàng)目，享受農(nóng)業(yè)機(jī)械銷(xiāo)售國(guó)家財(cái)政最高補(bǔ)貼（農(nóng)辦財(cái)[2008]26號(hào)）。產(chǎn)品性能及指標(biāo)相當(dāng)于美國(guó)迪爾公司的“9970”型采棉機(jī)，采凈率、含雜率指標(biāo)與“9970”型采棉機(jī)相當(dāng)，研制起點(diǎn)高、技術(shù)含量高，其技術(shù)指標(biāo)、性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。

1　主要結(jié)構(gòu)及工作原理

本采棉機(jī)可根據(jù)棉花吐絮情況分一次或者多次采收棉花，其主要結(jié)構(gòu)由采棉頭、水路系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、駕駛室（含電器操縱系統(tǒng)）、氣力輸棉系統(tǒng)、棉箱、燃油箱、空調(diào)系統(tǒng)、自走底盤(pán)、液壓系統(tǒng)、標(biāo)示牌等組成（圖1）。

采棉機(jī)在采摘棉花時(shí)，由采棉頭上的分禾器將棉株扶起并導(dǎo)入采摘室，隨著采棉機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，棉株寬度被擠壓到80～90 mm，旋轉(zhuǎn)著的摘錠有規(guī)律的伸出柵板，呈水平狀垂直插入被擠壓的棉株，與吐絮的棉鈴相遇，摘錠上的鉤齒掛住籽棉，把吐絮棉瓣從開(kāi)裂的棉鈴中拉出，并纏在摘錠上，同時(shí)摘錠隨滾筒旋轉(zhuǎn)由采摘室經(jīng)柵板退出進(jìn)入脫棉區(qū)，高速旋轉(zhuǎn)的脫棉盤(pán)將摘錠上的籽棉反向脫下。脫下的籽棉被氣流自集棉室經(jīng)輸棉管道輸送至棉箱。采棉機(jī)作業(yè)是由凸輪機(jī)構(gòu)控制摘錠座管，使摘錠垂直插入和退出棉株，提高了采凈率，減少了摘錠對(duì)棉稈的傷害及植物汁液對(duì)籽棉的污染，工作過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖1　采棉機(jī)立體1.采棉頭2.水路系統(tǒng)3.潤(rùn)滑系統(tǒng)4.駕駛室（含電器操縱系統(tǒng)）5.氣力輸棉系統(tǒng)6.棉箱7.燃油箱8.空調(diào)系統(tǒng)9.自走底盤(pán)10.液壓系統(tǒng)11.標(biāo)示牌

圖2　采棉頭采收過(guò)程示意

2　改進(jìn)、研發(fā)情況

從2008年開(kāi)始，石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司和貴州平水有限責(zé)任公司組織技術(shù)力量，針對(duì)現(xiàn)有機(jī)型（4MZ-5）在裝配和田間采收時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究，為使采棉機(jī)性能更優(yōu)越，確定改進(jìn)優(yōu)化采棉機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和采摘系統(tǒng)；同時(shí)為提高采棉機(jī)采收質(zhì)量，公司組織技術(shù)力量對(duì)采棉機(jī)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。

2.1改進(jìn)部分

（1）動(dòng)力系統(tǒng)：由于原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和散熱系統(tǒng)不能很好地適應(yīng)采棉機(jī)的作業(yè)環(huán)境和要求，并且工作時(shí)油耗相對(duì)較高，技術(shù)人員在遵從原發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，重新選擇東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司的6CTA8.3-C260型發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、空氣過(guò)濾和散熱系統(tǒng)等進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，使之更適應(yīng)采棉機(jī)的作業(yè)環(huán)境和要求。

（2）液壓系統(tǒng)：對(duì)原有的液壓管路包括液壓油箱、液壓泵、馬達(dá)、閥站、過(guò)濾器、油缸、膠管、鋼管等進(jìn)行了改進(jìn)。

原液壓油箱出油口與鋼管連接輸出液壓油，由于采棉機(jī)工作時(shí)震動(dòng)較大，在使用中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)油管被撕裂，空氣隨之進(jìn)入液壓油箱，導(dǎo)致液壓泵和馬達(dá)的配流盤(pán)因氣蝕而損壞；同時(shí)由于此鋼管管徑偏小，輸出壓力不足。根據(jù)以上缺陷，將原輸出管更換材質(zhì)，選用膠管，同時(shí)增大了管徑。

根據(jù)新發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)性能要求，將原來(lái)的液壓泵、馬達(dá)、閥站等關(guān)鍵部件更換為美國(guó)伊頓公司的進(jìn)口配件，并對(duì)原液壓系統(tǒng)管路中膠管長(zhǎng)度和壓力進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，根據(jù)新更換液壓件的性能，最終確定液壓膠管的長(zhǎng)度和管徑。液壓鋼管的走向、直徑大小及壁厚和折彎角度也根據(jù)新系統(tǒng)的需求做出調(diào)整。

（3）采摘系統(tǒng)：針對(duì)原機(jī)型采棉頭上錐齒箱經(jīng)常出現(xiàn)弧齒輪崩齒的現(xiàn)象，改進(jìn)了弧齒輪的加工工藝；為解決錐齒箱漏油、高溫的問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)了油封和錐齒箱上蓋；原中間軸裝配中的零件六方形軸易磨損、注油困難，對(duì)此設(shè)計(jì)人員調(diào)整了六方形軸外徑，將原軸外徑加大，加深注油孔深度；中間軸裝配中兩端軸承因高溫容易燒壞抱死，我們加大了軸承裝配處的外徑公差。

2.2自動(dòng)化控制研發(fā)情況

從2012年至今，先后在4MZ-5采棉機(jī)上進(jìn)行了以下幾項(xiàng)技術(shù)革新：

（1）棉花在線產(chǎn)量測(cè)量技術(shù)。此技術(shù)通過(guò)測(cè)量輸棉管內(nèi)的棉花對(duì)近紅外光的吸收率，換算出單位時(shí)間的平均棉花流量，得出棉花的產(chǎn)量，方便農(nóng)戶測(cè)算產(chǎn)量。

（2）自動(dòng)對(duì)行技術(shù)。采棉機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，采棉頭與棉花壟對(duì)的越正，采摘效果越好。目前國(guó)內(nèi)主要依靠駕駛員的操作技能來(lái)保證，增大了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)研發(fā)自動(dòng)對(duì)行操作系統(tǒng)，使采棉頭保持較準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)棉花，實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)的巡航，通過(guò)切換作業(yè)與運(yùn)輸模式，在運(yùn)輸與地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)采用人工駕駛。

（3）采棉機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于采棉機(jī)的控制，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳輸，完成采棉機(jī)各測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和控制，利用嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸，為采棉機(jī)提供通用的自動(dòng)化控制平臺(tái)。

改進(jìn)后的機(jī)型技術(shù)參數(shù)如下：

3　試驗(yàn)情況

從2009年至今每年公司都要對(duì)新型采棉機(jī)進(jìn)行田間采收試驗(yàn)，對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)著重測(cè)試，并記錄相關(guān)參數(shù)，具體的比較如下：

3.1動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)

（1）故障率低，用戶反映良好；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)?。?/p>

（3）功率滿足使用要求，燃油消耗在原發(fā)動(dòng)機(jī)油耗3 L/667m2基礎(chǔ)上降至2 L/667m2，與迪爾9970機(jī)型畝油耗基本相同，大幅度降低了用戶使用成本。

3.2液壓系統(tǒng)

液壓油箱出油口連接鋼管的改進(jìn)以及液壓成品件的更新，有效保證了液壓系統(tǒng)高效可靠的驅(qū)動(dòng)能力，具體提升內(nèi)容如下：

（1）液壓泵配油盤(pán)被磨損的現(xiàn)象得到了改善，2009年投入165臺(tái)采棉機(jī)田間采收，先后更換配油盤(pán)95套，2010年公司針對(duì)2009年生產(chǎn)的采棉機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，大幅度降低了故障率。2010年對(duì)液壓系統(tǒng)管路改進(jìn)后，液壓系統(tǒng)的可靠性能大大提高。2011年和2012年采摘期間新機(jī)配油盤(pán)損壞更換的數(shù)量分別是12件和1件。2013年與2014年采摘期間新機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)配油盤(pán)磨損更換的現(xiàn)象。

（2）2014年將10臺(tái)機(jī)器液壓缸更換為國(guó)產(chǎn)件，通過(guò)一個(gè)采季的對(duì)比驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)液壓缸可靠性明顯比進(jìn)口液壓缸高；至今一直采用國(guó)產(chǎn)液壓缸，鮮少出現(xiàn)損壞更換現(xiàn)象。

（3）2014年將10臺(tái)液壓泵更換成薩澳牌的液壓泵后，因?yàn)樵摫脙?nèi)置過(guò)濾裝置，避免了泵和馬達(dá)故障，動(dòng)力性能得到了提高，采頭預(yù)熱時(shí)間比液壓泵短，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)采摘效率提高了很多；

3.3采摘系統(tǒng)改進(jìn)

在采收試驗(yàn)階段，改進(jìn)后的采摘系統(tǒng)比之前工作效率有所提高，具體提升如下：

（1）錐齒箱油封更換后，使漏油情況得到緩解；

（2）錐齒箱上蓋改進(jìn)后，提高了錐齒箱的可靠性；

（3）錐齒箱力矩更改后，故障率降低；

（4）弧齒輪加工工藝改進(jìn)后，崩齒現(xiàn)象減少；

（5）中間軸改進(jìn)后，與老機(jī)對(duì)比，新機(jī)的可靠性大大提高，沒(méi)有出現(xiàn)中間軸損壞現(xiàn)象，但老機(jī)中間軸損壞嚴(yán)重。

3.4性能穩(wěn)定性有待提高

經(jīng)過(guò)2012～2014年的試驗(yàn)驗(yàn)證，該產(chǎn)品在質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性等方面都有較大的提高。技術(shù)性能基本穩(wěn)定，但還是存在一些裝配質(zhì)量和工藝的問(wèn)題，在今后的裝配過(guò)程中將逐步完善。

4　產(chǎn)品特點(diǎn)

4.1技術(shù)參數(shù)

我公司生產(chǎn)的4MZ-5采棉機(jī)與迪爾公司9970技術(shù)參數(shù)非常接近，在整機(jī)重量方面存在一定差距。經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)后，整體性能有所提高。與凱斯公司生產(chǎn)的2555對(duì)比，發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同，重量較輕。具體參數(shù)如表1。

4.2與同類采棉機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比情況（表2）

4.3質(zhì)量狀況方面對(duì)比情況

2010年224臺(tái)采棉機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)，采收面積達(dá)到5.3萬(wàn)hm2左右，單臺(tái)采棉機(jī)平均采收面積達(dá)到233 hm2以上，超出了公司對(duì)用戶每個(gè)采季采收200hm2的承諾。采收面積與迪爾9970相近，約高于凱斯170 hm2的平均采收面積?？梢?jiàn)，國(guó)產(chǎn)采棉機(jī)質(zhì)量狀況接近進(jìn)口采棉機(jī)水平，存在的差距通過(guò)良好的售后服務(wù)得到彌補(bǔ)，用戶滿意度得到較大提升。

4.4售后服務(wù)

零備件供應(yīng)和售后服務(wù)是公司突出的亮點(diǎn)，公司售后服務(wù)體系健全，在每個(gè)片區(qū)均有售后服務(wù)站，售后服務(wù)成本大大降低。及時(shí)的備件供應(yīng)和售后服務(wù)得到了用戶好評(píng)?？傊?，采棉機(jī)質(zhì)量狀況已得到大幅度提升，用戶滿意度大大提高，2011年以后訂貨量也大幅度攀升。采棉機(jī)完全具備了投放市場(chǎng)的技術(shù)狀態(tài)和生產(chǎn)能力。

5　應(yīng)用情況

截至2014年我公司已累計(jì)生產(chǎn)4MZ-5采棉機(jī)共計(jì)615臺(tái)，其中612臺(tái)（其余作為備用機(jī)使用）投入田間采摘作業(yè)。經(jīng)多年的持續(xù)不斷改進(jìn)，采棉機(jī)質(zhì)量已經(jīng)得到了較大提高，同時(shí)也出現(xiàn)了多種機(jī)型，因此采棉機(jī)質(zhì)量狀況的反映也不盡相同。主要分為三種：2007年及之前的30臺(tái)；2008年～2009年的167臺(tái)；2010年～2014年的418；2011年前單臺(tái)價(jià)格為128萬(wàn)元，2011年以后為158萬(wàn)。通過(guò)對(duì)比，目前產(chǎn)品可靠性大幅提高，得到了廣大用戶的認(rèn)可。經(jīng)銷(xiāo)商及售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)遍及伊犁、博樂(lè)、阿克蘇、塔城、昌吉、哈密、農(nóng)一師、農(nóng)五師、農(nóng)六師、農(nóng)七師、農(nóng)八師、農(nóng)十師、農(nóng)十三師等地，覆蓋范圍逐步擴(kuò)大。

表1　采棉機(jī)性能對(duì)比

表2　國(guó)內(nèi)外采棉機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比

基金項(xiàng)目：新型自走式采棉機(jī)的開(kāi)發(fā)與示范（2014YJ04）

收稿日期：2015-08-22

文章編號(hào)：1007-7782（2015）04-0029-03

中圖分類號(hào):S225.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.04.012