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采棉機采摘頭適應性農藝參數分析
姚振濤1 李平1
(1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘要：棉花是我國地區(qū)的一種主要經濟作物，從上世紀80年代被列為國家重點商品棉生產基地以來，地區(qū)植棉業(yè)迅速發(fā)展，但隨之帶來的是棉花收獲問題越來越突出，早期的人力采收棉花已不適應植棉產業(yè)以及植棉全程機械化的需要。從本世紀初，地區(qū)開始大量引進國外大型自走式采棉機，國內也有一些廠家引進國外先進技術或自主研發(fā)部分采棉機機型。這些采棉機在生產實際中都得到逐步應用，隨著人們觀念的改變以及機采棉種植面積的擴大，以采棉機為主的機械采收棉花的形式也會被越來越多的人認同。
采摘頭是采棉機的核心部件，目前在地區(qū)工作的采棉機采摘頭都為水平摘錠式，兵團使用的采棉機大多為國外買進，而近幾年采棉機采凈率嚴重影響的棉花質量。因此，對于采摘頭適應性的棉花農藝參數的分析具有重要意義。
關鍵詞：采摘頭；農藝參數；分析
0引言
具有獨特的種植環(huán)境，幅員遼闊，植棉業(yè)是最大的農業(yè)支柱產業(yè)。然而長期以來，人工采摘勞動強度大，采摘成本高，經濟效益差，國外進口的采棉機棉田適應性差、價格昂貴、維護費用比較高。棉花采收已成為嚴重制約南疆棉花產業(yè)發(fā)展的瓶頸，發(fā)展棉花收獲機械化勢在必行[1-4]。
本文針對南疆地區(qū)棉花機械收獲，以水平摘錠式采棉機為研究對象，為提高采棉機田間作業(yè)適應性，以采棉機采摘系統(tǒng)田間試驗調查結果為依據，從棉花品種選擇、棉花種植模式、棉花水肥管理、氣候條件、脫葉劑噴灑情況、棉花采收時期、棉花采收前植株特性等影響采棉機采收質量的諸多因素開展采棉機農機農藝融合技術研究。通過對各個因素分析得到影響采棉機采摘質量的主要因素，并獲得與采棉機相適應的最佳農藝參數范圍。
1 機采棉植物特性及成熟度脫葉情況分析
1.1棉花的植物特性測定
（1） 對采收前的棉花樣本進行選取測定：從兵團第一師一團的機采棉田間進行采樣。生物特性采樣：隨機五點采樣，每點取一平方米所有棉花植株。對棉花植株特性、成熟度和脫葉情況的測定。
（2） 測試參數有：植株株高、植株寬度、整株分枝數、底桃高度、吐絮個數、最高棉鈴高度和棉桃個數。
1.2植株特性測定結果與分析
棉花植株特性測定結果見表1-1。
指標
均值
平均值
株高/mm
659.73
701.59
639.47
666.93
植株寬度/mm
312.69
327.32
320.21
320.07
整株分枝數/個
9.3
9.05
8.12
8.82
底桃高度/mm
232.66
263.08
237.98
244.57
吐絮個數/個
5.15
6.58
5.08
5.60
最高棉鈴高度/mm
496.29
598.02
516.87
537.06
棉桃個數/個
0.11
0.04
0.12
0.09
表1-1植株特性測定結果統(tǒng)計表
圖1-1株高的分布規(guī)律圖
由圖1-1從三塊田地的株高分布來看，株高是指地面到植株頂部的距離。其測定棉花植株株高大部分分布在600mm-800mm之間，其平均值為666.93mm，而適合機采的棉花理論株高應控制在650mm-850mm。棉株過高會增長滾筒的高度，加大工作部件的復雜性和生產成本。棉株過高會造成漏采，降低采棉機的采凈率，株高的控制主要方法是打頂, 適時打頂、整枝，控制棉株的高度，便于機械采摘。打頂可以防止整枝徒長，減少蕾鈴脫落，提高結鈴率，減少爛鈴，促進早熟，提高產量和品質。
圖1-2底桃高度的分布規(guī)律圖
由圖1-2從三塊田地的底桃高度分布來看，底桃高度是指地面到第一果枝的距離。其測定棉花底桃高度大部分分布在150mm-300mm之間，其平均值為244.57mm 。此外，由于受結構設計限制和保護摘錠的需要，底桃高度應距地面150mm以上為宜，這樣防止漏采提高采凈率。而棉鈴位置過低導致最低位置的摘錠不能采摘上，使之成為遺留棉等待二次處理。應在田間管理時就應注意或選用適宜的棉花品種。
圖1-3植株寬度的分布規(guī)律圖
圖1-4整株分枝數的分布規(guī)律圖
對于上圖1-3、1-4的植株寬度和整株分枝數兩個參數，若這兩參數的數值過大，會使株型過于集中會影響采摘效率及采收質量，且分支數過多則植株葉片也相應增多，并會影響脫葉劑的脫葉效果。若兩參數數值過小，會使棉株株型過于松散，使得棉鈴分布松散從而影響采凈率，并出現“掛白毛”等現象。而在常態(tài)下棉株應保證即不過于松散，又不過于集中，并且控制這兩參數應當在打頂時期就進行處理，分枝數控制在8枝-9枝。這可以提高采摘速度并保證采摘質量。
圖1-5吐絮個數的分布規(guī)律圖
圖1-6最高棉鈴高度的分布規(guī)律圖
由上圖1-5、1-6的吐絮個數和最高棉鈴高度兩個參數上來看。吐絮個數從折線圖上來看，大部分數據在4-8個之間，其均值為5.6，而平均單株有效結鈴數在6-7個左右。最高棉鈴高度是指最頂部的棉鈴到地面的距離。最高棉鈴過高會影響采摘頭的采摘效果，降低采摘效率并影響采收質量。所以在打頂時期就應控制好最高枝節(jié)的高度防止在采收時期的造成漏采、碰落，減少落地棉、遺落棉和掛枝棉的數量。
就植株特性這部分的影響采摘質量的主要因素有：棉株株高、底桃高度和最高棉鈴高度。
這三種因素因為機械結構的限制，過高或過低都會在不同程度上影響采摘效率、采摘質量及采凈率。避免這些因素應注意田間管理。合理的化學調控。底桃高度控制在150mm以上，以減少機采棉的含雜率，提高采凈率，適時的調整化調時間。合理均勻的水肥控制，保證棉田棉株整體長勢均勻，避免棉田中棉株高矮參差不齊的現象發(fā)生，提高采凈率。適時打頂整枝。對于長勢偏旺的棉田要進行整枝打頂，以改善棉田通風透光條件，促進早熟打頂堅持“枝到不等時、時到不等枝”的原則。使得打頂后分枝數在8-9枝。自然株高在650mm-850mm之間。
1.3 成熟度和脫葉程度測定與分析
成熟度脫葉程度測定結果見表1-2。
指標
均值
平均值
脫 葉 情 況
青葉
棉株上部
0.2
0.25
0.42
0.29
棉株中上部
1.34
0.38
1.52
1.08
棉株下部
3.27
2.5
4.09
3.29
干葉
棉株上部
0.93
0.97
0.41
0.77
棉株中上部
0.41
0.69
0.44
0.51
棉株下部
0.09
0.26
0.16
0.17
成熟度
吐絮鈴/個
4.96
6.58
5.05
5.53
半開鈴/個
0.06
0.02
0.12
0.07
青鈴/個
0.1
0.04
0.12
0.09
表1-2成熟度和脫葉情況測定結果統(tǒng)計表
圖1-7脫葉情況青葉數量統(tǒng)計圖
由圖1-7所示，機采棉采收前青葉數量統(tǒng)計百分比圖。根據圖上顯示的青葉主要分布在棉株下部，中上部稍多上部最少，出現這種情況通常是脫葉劑噴灑不均勻、脫葉劑噴灑的藥量不夠或者脫葉劑濃度太低。青葉過多會影響采收質量，采收時高速旋轉的摘錠把青葉攪碎和棉花一起帶走，而青葉攪碎后的汁液會把籽棉污染。而被污染的籽棉摻雜在正常棉中直接降低棉花的品質和價格。
圖1-8脫葉情況干葉數量統(tǒng)計圖
由上圖1-8所示，是機采棉采收前干葉數量統(tǒng)計的百分比圖。根據上圖顯示，干葉主要分布在棉株上部，棉株下部最少。與圖2-7相比呈現出來的是相反的，致其主要原因也相同。而脫葉劑噴灑后的效果應是干葉基本自然落下，而干葉較多在采棉機采摘時摘錠在高速自傳帶走棉花的過程中，會把干葉卷碎一起帶走。這樣籽棉中的含雜率過高，在后期籽棉評級時降低籽棉等級。
圖1-9成熟度對比統(tǒng)計圖
由圖1-9所示，是成熟度的對比圖。是根據青鈴、半開鈴、吐絮鈴與棉鈴總量相比的出。根據圖1-7、1-8、1-9來看，成熟度和青葉干葉的數據相關聯。從圖上可以看出當脫葉催熟劑不夠或者濃度不夠時會影響其成熟度影響其產出，并直接會降低收入。
對于成熟度和脫葉情況影響采摘質量的主要因素有：脫葉催熟劑藥量不夠或未噴灑均勻，導致青葉過多，干葉不脫落，影響采收后棉花品質，并使籽棉含雜率過高。避免這些因素需合理選擇脫葉催熟藥劑，使用理想噴霧機械使其上下藥量均勻且不傷棉株。根據棉田的情況靈活選擇合適的噴藥時間。最終使葉片基本脫落提高采凈率，減少籽棉的含雜率，提升籽棉品質。
2 水平摘錠的原理及其影響
2.1水平摘錠式采棉滾筒工作原理
水平摘錠式的采棉單體工作過程為：扶導器將棉株扶起導人采摘室，采摘室是一條縫隙，它的一面是水平柵板，另一面是壓緊板。水平安裝的摘錠在轉動過程中有規(guī)律地伸出柵板，垂直地(與前進方向垂直)插入到被擠壓在工作室中的棉株里。摘錠一面受滾筒和導向槽控制，按一定軌跡運動；一面本身又通過錐齒輪轉動(見圖2-1)，以高速旋轉。當遇到開裂的棉鈴時，用鉤齒掛住籽棉，把吐絮棉瓣從開裂的棉鈴中拉出來，并纏繞在自身上，然后依次退出工作室，并將籽棉帶到脫棉器處。脫棉器（如圖2-2）是一組帶橡膠凸起的圓盤，它利用高速反向旋轉所形成的沿摘錠桿垂直方向的脫棉速度將籽棉脫卸下來。籽棉繼而由氣流輸送系 統(tǒng)通過輸棉管送入棉箱中。已脫卸籽棉的摘錠隨滾筒轉到濕潤器處進行清潔，濕潤器由供水管定期供水，摘錠與濕潤器接觸時，濕潤器用有紋路的像皮墊，清洗和擦掉摘錠工 作面上殘留的棉纖維、葉漿和有礙采摘的其它夾雜物。摘錠被濕潤清潔之后表面上附有薄層液體(以利下次采棉和脫棉)，再重新進入采棉室采棉。
1.底座2.脫棉盤3.脫棉軸軸套4.脫棉軸5.曲拐6.摘錠連接件7.傳動齒輪8.摘錠傳動齒輪9摘錠10.摘錠底座11.摘錠管座軸12.中心管13.中心支撐桿14.軸承15.摘錠底座
圖2-1水平摘錠式采摘器系統(tǒng)簡圖
圖2-2脫棉盤
水平摘錠式采棉滾筒有左右排列和前后排列。凱斯的采摘滾筒為左右排列（圖2-3）。而約翰.迪爾為前后排列，貴州生產的國產采棉機也采用這種布置（圖2-4）。這兩種采摘頭摘錠有合理的運動軌跡進入工作室，摘錠和棉花接觸機會多，進而采摘率較高而落地棉少，含雜率低。且這兩種也是最常用的排列方式。
1.扶導器2.濕潤器供水管3.潤濕器墊板4.輸棉管5.脫棉器6導向槽7.摘錠8.采棉滾筒9.曲柄滾輪10.壓緊板11.柵板
圖2-3凱斯水平摘錠式采棉機
1.扶導器2.摘錠清洗器3.前置滾筒4.水平摘錠5.脫棉盤6.集棉管道7.前置滾筒8.排雜口9.柵板10.棉珠壓緊板
圖2-4 約翰.迪爾水平摘錠式采棉機
2.2 水平摘錠的工作原理
采棉機工作時，繞軸旋轉的摘錠（如圖2-5）把籽棉從棉鈴中扯出來，并將它纏繞在自己的工作表面上，摘錠表面開始先扯取少部分纖維，然后依靠這部分纖維把其余的纖維全部帶出，在其表面纏卷成棉條狀。摘錠的工作情況取決于它的尺寸、形狀和表面狀態(tài)、旋轉速度以及摘錠相對于棉株運動的大小和方向;取決于摘錠壓緊棉鈴力的大小以及棉鈴的狀態(tài)(包括棉鈴開裂程度，棉鈴苞葉的形狀，籽棉和棉瓣相互間的聯接，棉瓣和鈴瓣的聯結力，棉瓣的長度和它們在拉伸時延長的特性)等許多因素。
摘錠與開裂棉鈴相遇的機會取決于棉株的特點，摘錠的分布密度以及棉株通過采摘工作室時棉株被壓緊收縮的程度。
摘錠的工作過程為:（1）摘錠進入工作區(qū)域;(2)個別棉花纖維被摘錠表面抓住并纏繞起來;(3)從一個或幾個鈴瓣中摘取整瓣籽棉;(4)摘錠帶著纏繞在它上面的籽棉旋轉;(5)從工作區(qū)退出來。
圖2-5 摘錠
2.3影響摘錠采摘效率的因素
(1)采棉頭離地的高度
目前種植的棉花始節(jié)高度一般都在15厘米左右，如果采棉頭調整的過高，就會造成棉株底部的棉花漏采，降低采摘率。如果的過低會造成采棉頭割破地膜，使地膜混入籽棉，造成機器部件損壞。采摘頭頂部應當是水平的從而使得采摘頭上的喂入口和地面保持垂直，這將使得采摘時棉花能達到最好的喂入狀況。
(2)采摘頭的壓緊板
壓緊板的壓緊度直接影響到采凈率和采摘棉花的質量。如果壓緊板壓力太小，棉株在采摘區(qū)域將不能很好地壓縮導致采摘率下降，然而，壓緊板壓力小對植株和綠桃的損傷小，但是如果壓緊板壓力太大，植株將在采摘區(qū)域能被很好地壓縮使得采凈率提高，但是植株和綠桃的損傷大。調整壓緊板的壓力，用腳蹬壓緊板直到感覺力量合適為好，然后根據實地采摘時的情況，在保證最大采摘率和合適的植株損壞的條件下，適當進行調整。
(3)壓緊板與摘錠的間隙
摘錠與壓緊板應保持適當間隙，原則上以摘錠不碰壓緊板為主，如果間隙過小可以與棉鈴充分接觸防止了漏棉，獲得較高的采凈率，但是也會使摘錠貫穿植株造成未開棉鈴的破損，增加含雜率。如果間隙過大則能避免綠桃的損傷，但會造成漏棉情況，降低采摘率。所以摘錠與壓緊板之間應保持適當的間隙，一般為應保持一定的間隙。
(4)脫棉盤與摘錠的間隙
脫棉盤和摘錠摘錠之間應當確保合適的距離。如果距離過大，會造成摘錠上的棉花受到脫棉盤上橡膠凸起的力過小，不能很好的把棉絮從摘錠上脫下，影響下次摘錠的采棉工作，降低采凈率，使采棉質量下降;如果距離過小，會造成摘錠與脫棉盤摩擦加大，使摘錠和脫面
盤磨損加快，甚至造成摘錠的彎曲斷裂。因此脫棉盤和摘錠應當保持合適的距離，既能采凈摘錠上的棉絮，又能避免摘錠與脫棉盤的過度磨損，提高采摘質量。
除以上影響采摘質量的因素外，還有其他方面的也影響著采摘質量，如采棉機前進速度、滾筒轉速、摘錠轉速以及駕駛員技術水平等。
3 結論
本文工作是圍繞水平摘錠和機采棉農藝參數展開的，目的是為提高采棉機田間作業(yè)適應性，以采棉機采摘系統(tǒng)田間試驗調查結果為依據，通過對南疆本地機采棉的測量數據的收集。并對影響機采棉采摘的各種因素進行分析。根據測量到的棉花采收期植株特性、成熟度、脫葉情況測定的數據，通過數據處理，并進行合理化分析，然后與水平摘錠能影響采摘質量的因素進行分析總結。得出影響機采棉采摘的主要因素。并獲得與采棉機相適應的最佳農藝參數范圍。為了采棉機在田間作業(yè)時對參數的適時調節(jié)。來提高采棉機的采摘質量，保證采摘效率。
本文的主要內容和結論概括如下：
（1）對機采棉農藝參數的分析有較大的現實意義，對農藝參數的研究，能得到正確的栽培方法，提高產量保證摘后棉花品質，有效的提高收益并減少成本。
（2）通過去實地去測定采收期植株特性、成熟度、脫葉情況，得到了所需要的數據。
（3）通過分析采收期植株特性測定的數據后。得出影響后期機采的影響因素：有效的控制株高、底桃高度。防止漏采提高采摘效率。
（4）通過分析成熟度脫葉情況。得出了主要因素：脫葉催熟劑的噴灑不完全、脫葉催熟劑的藥量不夠或濃度不夠。這會導致青鈴數量多降低收益，青葉過多采收后影響棉花品質，干葉脫落不完全增加采收后的籽棉中的雜質降低籽棉品質。都可能直接導致含雜率高。
（5）通過對影響摘錠采摘效率和采摘質量的各個因素分析后。得出：采棉頭離地的高低；采摘頭的壓緊板壓緊力大小；壓緊板與摘錠的間隙的大小；脫棉盤與摘錠的間隙。這些都會影響采摘效率、采摘質量和采凈率。
（6）當避免以上分析出的因素會極大的提高采摘效率、采摘質量。能減少“掛白毛”的現象，增加農戶收益減少成本。
參考文獻
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