籽棉清理裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

籽棉清理裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

中國(guó)是世界上主要的棉花產(chǎn)區(qū)之一。目前，中國(guó)的自動(dòng)棉花收獲機(jī)械水平仍然很低。棉花收獲機(jī)械已經(jīng)使用了10多年，比其他收獲機(jī)械更慢。棉花收獲機(jī)械按收獲方式的不同分為摘棉鈴機(jī)、采棉機(jī)、其他類(lèi)型棉花收獲機(jī)械三大類(lèi)型。傳統(tǒng)的采棉、清棉機(jī)械設(shè)備一次性投資過(guò)大,農(nóng)民難以接受。梳齒式采棉機(jī)屬于摘棉鈴機(jī),該機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、作業(yè)成本較低,但由于不能分次采棉,采摘后的籽棉中含有大量的鈴殼、斷果枝、碎葉片等雜質(zhì),因此該機(jī)配有專(zhuān)門(mén)的清理設(shè)備。本文通過(guò)對(duì)梳齒式采棉機(jī)籽棉清理裝置結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的研究,旨在得出刺釘輥轉(zhuǎn)速、鋸齒輥轉(zhuǎn)速、刷棉輥轉(zhuǎn)速對(duì)籽棉含雜率的影響規(guī)律,為今后梳齒式采棉機(jī)的研制提供理論依據(jù)與科學(xué)指導(dǎo)。1一般結(jié)構(gòu)和工作原則1.1回收螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)梳齒式采棉機(jī)籽棉清理裝置主要由刺釘輥1、刺釘輥2、除雜篩網(wǎng)、隔板、鋸齒滾筒、刷棉輥、回收滾筒、格條柵2、機(jī)架等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.2齒輪鉤拉的籽棉和格條柵籽棉由喂棉裝置進(jìn)入清理裝置后,通過(guò)刺釘滾筒1的打擊松懈,將混雜在其中的線繩、滴灌帶清除。隨后籽棉通過(guò)刺釘輥2均勻地喂給鋸齒滾筒,被鋸齒鉤拉的籽棉隨鋸齒滾筒一起向前運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,鋼絲刷將籽棉均勻刷附在鋸齒滾筒表面,在刷附時(shí)部分重雜物及僵瓣棉首先分離,其余雜質(zhì)隨鋸齒滾筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)入格條柵區(qū),在格條柵的多次沖擊下,大量的重雜物及僵瓣棉都被排落,并且少量的細(xì)小雜質(zhì)也被排落。經(jīng)過(guò)清雜的籽棉繼續(xù)隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至與毛刷接觸時(shí),在毛刷輥的高速旋轉(zhuǎn)下,鉤拉在鋸齒上的籽棉被強(qiáng)制脫下,而后籽棉經(jīng)攪輪運(yùn)送至出棉口,由風(fēng)機(jī)吹入集棉箱。2齒式開(kāi)采棉機(jī)、種子棉清潔裝置的設(shè)計(jì)2.1喂棉裝置的設(shè)計(jì)2.1.1籽棉種草及排雜篩網(wǎng)喂棉裝置主要由刺釘1、刺釘滾筒2和3、除雜篩網(wǎng)4等組成,結(jié)構(gòu)如圖2所示。工作時(shí)刺釘滾筒將籽棉打松并將籽棉送到除雜篩網(wǎng)表面。籽棉在除雜篩網(wǎng)表面滾動(dòng)并與網(wǎng)面發(fā)生摩擦,部分截面面積小或粒徑小的雜質(zhì)穿過(guò)篩網(wǎng)孔脫離籽棉。2.1.2小口徑管筒直徑一般情況下,刺釘滾筒的直徑與數(shù)量成反比。實(shí)踐表明,當(dāng)刺釘滾筒與除雜篩網(wǎng)配合作用的面積、刺釘滾筒表面的線速度一定時(shí),滾筒直徑大小、數(shù)量對(duì)清雜、松棉效果幾乎沒(méi)有影響。但從安裝、維護(hù)的角度考慮,本裝置刺釘滾筒的直徑為160mm,數(shù)量為2個(gè)。2.1.3篩網(wǎng)的清理系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)8,各種除雜篩網(wǎng)的篩孔規(guī)格和清理系數(shù)見(jiàn)表1。由表1可以看出,矩形編織篩網(wǎng)的清理系數(shù)最大,鋼板沖孔篩網(wǎng)的清理系數(shù)最小。盡管格條篩網(wǎng)的清理系數(shù)略小于編織篩網(wǎng),但實(shí)踐證明其清雜效果卻優(yōu)于編織篩網(wǎng),故本裝置采用圓鋼除雜篩網(wǎng)。除雜篩網(wǎng)的清雜效率與篩孔的有效面積、篩孔的排列、篩孔的形狀及篩網(wǎng)表面積等有關(guān)。篩孔有效面積(S0)與篩網(wǎng)表面積(Sf)之比為篩網(wǎng)的清理系數(shù)(μ),即:μ=S0/Sf。一般篩網(wǎng)的清理系數(shù)越大,篩網(wǎng)的清除效率越高。2.2不同設(shè)備的設(shè)計(jì)2.2.1棉板、格條柵結(jié)構(gòu)清雜裝置主要由鋸齒條1、鋸齒輥(清雜輥2、回收輥4)、刷棉輥3、起棉板5、格條柵6等組成,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。工作時(shí)利用籽棉與雜質(zhì)在鋸齒滾筒上的反彈性能不同,以及兩者在鋸齒滾筒上的附著力不同,使雜質(zhì)在慣性離心力的作用下拋離鋸齒滾筒,與籽棉分離。2.2.2動(dòng)應(yīng)力作用籽棉在進(jìn)入鋸片時(shí),鋸齒把籽棉卷中尚未從棉籽上拉脫的纖維鉤住,并使之隨鋸齒滾筒運(yùn)動(dòng)。由于摩擦力的作用,處在鋸齒之間凹口內(nèi)的纖維開(kāi)始從凹口離開(kāi),凡分布在與摩擦力作用方向成β角的BD線右方的所有纖維都離開(kāi)了凹口,只有在內(nèi)的纖維可以留住不動(dòng)。如圖4所示。2.2.3表面線速度的保證刷棉輥的作用是將鋸齒輥上的籽棉刷撥下來(lái),保證鋸齒輥的順暢,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。由于刷棉輥的線速度大于鋸齒輥的線速度,加之橡膠與纖維間的摩擦系數(shù)大于鋸齒之間的摩擦系數(shù),故刷棉輥的作用足以克服鋸齒的阻力,將纖維從鋸齒上刷下。毛刷刷力的作用主要是靠毛刷條對(duì)鋸齒上纖維的連續(xù)作用來(lái)保證。依據(jù)連續(xù)作用原理:i≥φ0DmDji≥φ0DmDj,(1)式(1)中:i為刷棉輥與鋸齒輥的表面線速度比;φ0為相鄰兩根毛刷條對(duì)應(yīng)毛刷滾筒的中心角;φ0=360°/N,N是毛刷條數(shù);Dm為毛刷滾筒直徑(mm);Dj為鋸片滾筒直徑(mm)。由式(1)可知:刷棉輥與鋸齒輥的表面線速度必須大于某個(gè)值,以保證毛刷刷力的作用。本裝置Dm=300mm,Dj=350mm,φ0=30°,代入(1)式得i=2.5。調(diào)高刷棉輥的轉(zhuǎn)速,可以使鋸齒輥上的棉層變薄,有利于雜質(zhì)的排除。3實(shí)地性能試驗(yàn)3.1棉田品種及產(chǎn)量試驗(yàn)對(duì)象為新疆兵團(tuán)農(nóng)八師132團(tuán)11連試驗(yàn)田中覆膜播種的棉花。棉花品種為新陸早33,棉花平均株高70cm,棉鈴最低12cm,棉花脫葉率82%、吐絮率85%,籽棉含水率10%,測(cè)產(chǎn)后該棉田畝產(chǎn)300kg。本試驗(yàn)中所選用的試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表1。3.2收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量性能指標(biāo):含雜率。參照農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—棉花收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》(GB/T21397-2008)。影響試驗(yàn)的主要因素為:刺釘輥(1和2)轉(zhuǎn)速、鋸齒輥轉(zhuǎn)速、刷棉輥轉(zhuǎn)速。3.3試驗(yàn)因素與水平試驗(yàn)前對(duì)棉花生長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)定,依據(jù)清理裝置設(shè)計(jì)的最大工作能力,確定拖拉機(jī)前進(jìn)的速度為2.1km/h。梳齒式采棉機(jī)籽棉清理裝置參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)的試驗(yàn)因素與水平如表3所示,各因素分別為,A:刺釘輥1,B:刺釘輥2,C:鋸齒輥,D:刷棉輥。選用L16(45)正交表進(jìn)行試驗(yàn),每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。主要參數(shù)對(duì)含雜率的影響結(jié)果見(jiàn)表4。3.4結(jié)果與分析3.4.1性能參數(shù)與試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系梳齒式采棉機(jī)籽棉清理試驗(yàn)裝置的刺釘輥轉(zhuǎn)速、鋸齒輥轉(zhuǎn)速、刷棉輥轉(zhuǎn)速各水平對(duì)試驗(yàn)裝置性能指標(biāo)的影響如圖6所示。3.4.2籽棉含雜率的影響清雜裝置性能指標(biāo)的方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知,刺釘輥1轉(zhuǎn)速、刺釘輥2轉(zhuǎn)速、鋸齒輥轉(zhuǎn)速、刷棉輥轉(zhuǎn)速四因素對(duì)清理裝置性能指標(biāo)的影響是不同的。由表5、圖6可知,在95%的置信度下,各因素對(duì)籽棉含雜率影響的主次順序?yàn)?鋸齒輥轉(zhuǎn)速>刷棉輥轉(zhuǎn)速>刺釘輥2轉(zhuǎn)速>刺釘輥1轉(zhuǎn)速。各水平的較優(yōu)組合為,刺釘輥1轉(zhuǎn)速:A4>A3>A2>A1;刺釘輥2轉(zhuǎn)速:B3>B4>B2>B1;鋸齒輥轉(zhuǎn)速:C4>C3>C2>C1;刷棉輥轉(zhuǎn)速:D3>D4>D2>D1。結(jié)合因素影響的主次關(guān)系可知,籽棉含雜率最低的生產(chǎn)條件組合為C4D3B3A4。3.4.3主要參數(shù)選取梳齒式采棉機(jī)籽棉清理試驗(yàn)裝置的最優(yōu)組合在試驗(yàn)優(yōu)選方案中沒(méi)有出現(xiàn),為確保優(yōu)選前后的籽棉含雜率有可比性,進(jìn)行二次試驗(yàn),選取的主要參數(shù)為:刺釘輥1轉(zhuǎn)速393r/min,刺釘輥2轉(zhuǎn)速365r/min,鋸齒輥轉(zhuǎn)速328r/min,刷棉輥轉(zhuǎn)速668r/min。試驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)選后的籽棉清理試驗(yàn)裝置能使籽棉的含雜率降低到12.8%,優(yōu)選后的梳齒式采棉機(jī)籽棉清理試驗(yàn)裝置綜合指標(biāo)優(yōu)于其他參數(shù)組合下的機(jī)械性能。4最優(yōu)組合的確定1)進(jìn)行了梳齒式采棉機(jī)籽棉清理裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì),得出了各部件的最佳結(jié)構(gòu)與數(shù)量。2)經(jīng)