摘 要

国内处理棉秆将逐步向国外处理棉秆靠拢。今后还将向两个方向发展：全数还田棉秆和全数收获棉秆。这两个方向有一个共同的关键技术，那就是拔棉秆。本文分析了现有的棉柴收获机械及其工作原理。生产切割法和滚切法不仅运土严重，而且耗电量大，而提升法运土少，耗电量相对较少，另一方面也需要收获。随着棉花机械化程度的提高和植棉方式的统一，棉秆的对行收获将不再是问题，因此棉秆的牵引方式将成为今后棉秆牵引的发展方向。目前我国棉杆起拨的主要方法还是人工，由于劳动强度高、工作效率低的问题，设计了对辊式棉杆起拨装置。在本文中，我们描述了装置的结构和操作原理，并进行了现场测试。测试结果表明，机构的拔出率达到92.16%，这可以满足要求。研究成果对棉杆加工机械的开发很有用。本设计采用对辊拔出原理对棉秆进行拔出，以减少棉根茬对农业生产的不利影响。同时，为田间高效拔棉秆机械设备的设计奠定了基础，从而解决了全秆处理的需求，减轻了人力，加快了种植时间，提高了棉花的采摘效率。

关键词：对辊式； 棉杆起拔； 机械化； 种植模式； 未来发展

1 本设计的主要内容及问题

1.1 具体内容及重点解决的科学问题

1.1.1 具体内容

（1） 棉秆抗拔力的力学分析及其关键参数分析
棉秆抗拔力是处理棉秆过程中的重要技术参数，也是棉秆起拨机械设计的重要理论依据。泥土类型、土壤含水量等关键参数对棉秆抗拔力有着决定性的影响。因此，提出研究分析关键参数对棉秆抗拔力的影响，为设计棉秆起拨机构打下理论依据的基础。
（2） 对辊式棉秆牵引机构的设计
根据对棉秆抗拔力的力学分析及其关键影响参数的分析，认为该机可以降低能耗，降低对不同直径棉秆在田间的适应性，对滚筒式棉秆牵引机构进行了改进设计，并通过动力配置对牵引机构的运动进行了仿真，为该机构的调试和现场测试提供了条件。
（3） 对辊式棉秆拔出机构性能试验研究
设计对棉秆拔出机构进行了调研测试，并了考察其性能。采用现场试验和统计分析的方法，对滚转角、滚速、拖拉机前进速度等影响机构牵引率的参数进行了优化。

2 重点解决的科学问题

棉秆的抗拔力约为40kg/株-60kg/株，有的甚至可以超过100kg/株，因此很难拔出。在理论分析的基础上，建立了棉秆拔出的力学分析模型，找出了棉秆可靠拔出的必要条件。结合试验研究，揭示了预紧正压（n）、棉木摩擦系数（μ）、滚筒转速（ω）、拖拉机前进速度（V）等对棉秆拔出率的干涉。

2.1 理论上解决哪些问题及其科学意义

为了快速有效地拔出棉秆，本文着重研究了以下两个问题：
（1） 确定轧辊材质和表面纹理方案。秸秆挤压过程中，应力过大，易破碎。对辊应尽可能通过选材和晶粒设计与棉秆获得较大的摩擦系数，从而通过减小预紧力来获得拔出力，保证拔出力的可靠性，减少损失。
（2） 确定辊的工作角度。对辊与秸秆之间摩擦力的垂直分量为拔出力，水平分量为秸秆进给力。倾角越大，拔出力越大，进给力越小。相反，情况恰恰相反。对辊的角度是影响设备拉出力和进给力的关键，直接影响设备的拉出性能。

2.2 应用前景

棉花生产中一个至关重要的环节就是如何有效的处理好棉花秸秆。
目前，棉花秸秆还田机主要有立式和卧式秸秆压碎还田机，采用无支撑切割方式，耗电量大，压碎秸秆长度约20cm，未经处理，不易腐烂，不利于覆膜播种，所以技术需要升级。整杆拔出后，采用支撑切割法，方便实现棉花秸秆全量压碎回田。秸秆粉碎长度可小于5cm，是技术发展的重要方向。
同时，棉秆拉拔装置可与残膜回收操作有效结合，为膜回收提供了一个清洁的工作面，克服了联合作业机运行中存在的粉尘、杂质大的问题，有助于提高残膜回收机的技术水平。
此外，棉秆具有很高的综合利用价值。有利于吸管拔出后棉秆的回收。基于此，开发棉秆收割机在棉秆回收利用过程中有着很大的需求。

3研究方法和技术路线

3.1分析和计算

表3.1 方法路线

3.2 实验方法步骤及其可行性分析

3.2.1实验方法

在查阅国内外文献和现有机具的基础上，采用理论设计和试验调查相结合的方法，对辊式棉秆拔出机构进行了设计和优化。理论设计采用solidworks对棉秆拔出时的受力进行分析测试。采用正交试验法确定了滚筒角度、滚筒速度和机器行走速度之间的最佳参数组合，以达到最佳的牵引效果。
3.2.2技术路线

图3.1 流程图

4 对辊式棉秆起拔机构的设计

查阅了大量国内外文献。研究发现，国产拔杆机主要有铲式和齿盘式两种。然而，这些机器不仅运土严重，而且耗电巨大。同时，他们也无法阻止棉花杆有序拉出。由于国外对棉花拔杆的研究由来已久，目前已有一些成熟的拔杆机具。最后，结合美国阿玛达斯拔剪机的牵引结构，对影响棉杆牵引力的因素进行了改进设计。

4.1 棉花起拔装置结构工作原理

装置的结构如图4.1所示。

该装置主要由框架、流量控制阀、油压油箱、齿轮箱、油压泵、钳位传送带、预张力调整螺丝、吊挂辊、油压马达构成。一个是主动作用，另一个是被动作用。驱动辊的轴与驱动旋转的油压马达直接连接。从动辊用框架铰接，螺杆通过调整预负载来调整驱动辊和从动辊之间的挤压压力。钳位传送带的2个传送带分别位于主动辊和被动辊下，由多个带轮按压的一起。
这个机构由拖拉机悬架组成，拖拉机的输出用作驱动力在机械装置准备好使用之前，请先调节预压，在工作范围内调节两个辊之间的预压。机械装置正常运转时，拖拉机功率输出轴将力传送至齿轮箱。然后，那个为了工作而驱动油压泵。油压泵通过流量控制阀输送至油压马达，并旋转驱动油压马达。油压马达驱动提升辊及负载传送带，将滑条拉出场外，通过钳位传送带传送至机构的后部。流量控制阀可以控制油压电机的速度以控制提升辊的速度。

4.2 棉杆夹持输送机构的设计

夹紧和输送机构在整个装置中作用非常关键。它将牵引的棉条有序地向后运输。尾部可与棉棒收集装置或棉棒破碎装置连接，实现棉棒的充分处理。通过查阅文献，利用现有大蒜收割机、胡萝卜收割机等现有机具的结构，对棉条夹送机构进行了改进设计。夹送机构由滑轮、张紧装置、输送滑轮等组成，其中，用软橡胶材料制成的异形带夹紧输送带，可以保证棉杆在不折断棉杆的情况下，用足够的力完全夹紧。异形带内侧等腰梯形凸带嵌入滑轮槽内，可有效防止滑轮连续工作时夹紧带脱离滑轮，并且增加接触面积，增大摩擦。
再完成基础设计后，用Solidworks三维绘图软件，绘制出三维模型如图4.2所示。然后利用该软件对三维模型机构进行简单的干涉检查和运动效果分析，并进行了简单的应力测试。

图4.2 棉杆起拨三维图

5 设计的科学性和合理性

作为新疆的支柱产业，棉花种植面积每年约2000万亩，它大概占新疆总种植面积的60%。但是，我国棉花秸秆的处理一直却处于世界落后的技术水平。其中大部分是通过压碎棉秆并将其返回地面的单一处理方式。棉秆资源利用率非常低，不但浪费了棉花根系，而且使棉花块根难以分解，严重影响了后续的耕作、播种等机械化耕作作业。如何处理好整根棉竿的问题是当务之急。棉杆的起拔是棉杆整体处理的关键技术。本项目依托于新疆农垦科学研究院机械装备研究所农机重点实验室。在总结国内外棉杆提升研究的基础上，通过对棉杆提升力关键因素的分析，设计了一种对辊式棉杆提升装置。同时，通过本项目的实施，为今后棉花棒材加工机的研究和设计打下一定的研究基础。
目前，从总体上看，该设计具有较强的科学性和合理性。

6 结 论

通过以上所有的学术研究与分析，我国的种植棉花面积较大，很多的品类在自然条件大不同的情况下，棉花秸秆的增长趋势也不同,农业对棉花秸秆收获机械的需求也不同，这就需要棉花秸秆收获机械工作部件的形状、大小和行走装置符合当地的农业生产的要求。一般来说，棉杆联合收割机的开发需要最大限度地降低收获成本，提高棉杆资源的利用率，促进中国棉花生产，增加农民收入。中国要加强技术革新，加强统筹指导，加强设备投资和政策支持，加强技术训练指导、推进和应用，实现工业化和标准化。为了增加棉花生产和农民收入，我国棉花秸秆收获设备的研发应发展成为具有较高机械化程度的联合作业设备，棉秆将被直接拉起并粉碎，然后运回田间收集或包装，以增加棉花产量，增加农民收入。因此，应根据各地区特点的不同，应实施相应的方案。结合地区特点，使用多种牵引方式有机结合，形成联合收获的模式，将棉秆的高效利用起来、资源利用和产业化相结合，从而达到农业、生态、社会三者的可持续发展。