一种便携式棉花打顶机的设计与研究
我国棉花机械打顶研究进展
２棉 花 机 械 打 顶 存 在 的 问题 及 相 关 研 究
实 现棉 花机 械打顶 ， 一 方 面需要 不 断 改进 和 完
善 机器 的 结 构 和 性 能 ； 另 一 方 面对 棉 株 的农 艺 性
液压 驱动 式 棉花 打顶 机 。兵 团 的试 验 表 明 ， 前 者 能 基本 满足 棉 花机 械打 顶 的农 艺 要 求［ ５ ； 但 当地 表不 平整 或 棉 苗 高 度 不 整 齐 时 ， 会 出 现 漏 打 或 过 打 顶ｌ ６ ］ 。后 者可 一 次 实现 扶 禾 聚拢 一切 顶 一缓 释 连续 作业 和 主 、 侧枝 机械同步打顶ｒ ９ ］ ， 在 兵 团 的部 分 团场推 广应 用 。然 而 ， 这两 种 机 型不 能 满 足 棉 花 打顶 作业 单行 独 立升 降仿 形 的 要求 ， 作 业 时 精 度难
中 国棉 花 ・ 我 国棉 花 机 械 打顶 研 究 进 展 ・ ２ ０ １ ３ ， ４ ０ （ １ １ ）： ２ ３ ￣２ ４
我 国棉 花 机 械 打 顶研 究进 展
牛 花研 究所 ， 河南 安 阳 ４ ５ ５ Ｏ Ｏ Ｏ ）
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｃｏ ｔ ｔ ｏ ｎ Ｔｏ ｐ ｐｉ ｎｇ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ ｒ ｙ ｉ ｎ Ｃｈ ｉ ｎ ａ
是棉 花实现全 程机械 化急需解 决的环节 。
悬挂滚 筒式 棉花 打顶 机 ， 适 宜 于 目前 普遍 推 广 的 种 植 模式 ＿ １ 。同 时 ， 十一 五 国 家 ８ ６ ３计 划 重 点 项 目 “ 现代农 机 智能装 备 与技术 研 究 ” ， 开 展 了棉 花种 植 生产 中关键 的打 顶 、 采 收环 节 技术 装 备 的智 能控 制
一种棉花快速打顶机[实用新型专利]
![一种棉花快速打顶机[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b5fbe02878563c1ec5da50e2524de518964bd333.png)
专利名称：一种棉花快速打顶机
专利类型：实用新型专利
发明人：肖远龙,吴振江,孙亮庆,杨兆光,曾小林,孔清泉,杨绍群,王江辉,杨笑敏,谢业涛
申请号：CN202122672296.X
申请日：20211103
公开号：CN216163648U
公开日：
20220405
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及棉花打顶技术领域，尤其是一种棉花快速打顶机，包括安装板、智能控制平板，安装板的顶侧设有收纳槽，收纳槽的内侧设有延伸套，延伸套的底侧设有支撑杆，支撑杆的底侧设有电动推杆，电动推杆的轴端设有安装座，安装座的底侧设有车轮，安装板的内侧设有空槽，延伸套的内侧设有螺纹槽，空槽的内侧设有螺纹丝杆一，螺纹丝杆一的两侧均设有螺纹传动块，螺纹丝杆一的外侧设有传动锥形齿轮，安装板的顶侧设有电机一，电机一的轴端设有主动锥形齿轮，延伸套的底侧设有打顶位置调节机构，该棉花快速打顶机，智能调节高度、宽度，可进行不同位置的打顶操作，适用范围大，多个工作组件提高打顶效率。
申请人：江西省棉花研究所
地址：332105 江西省九江市九瑞路16公里江西省棉花研究所
国籍：CN
代理机构：北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：戚星
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一种便携式棉花打顶机的设计与研究
一种便携式棉花打顶机的设计与研究1 引言棉花是我国最主要的几种经济性农作物之一。
棉花的种植管理相对玉米、大豆而言特别费工，所以其经济效益也较为有限，在一定的程度上影响了农户在棉花种植方面的积极性。
棉花打顶是棉花栽培和生产过程中的重要环节，目前主要有人工打顶、化学打顶和机械打顶3种方式。
传统上人工打顶（用手掐顶尖）劳动强度大，打顶作业时间紧，费时费工。
在种植密度较大时，作业效率低的问题尤为突出。
化学打顶是通过喷施生长点抑制剂来限制棉花无限生长，省时省力。
但该方法受施用剂量、喷剂质量的影响较大，对棉花的正常生长发育会造成一定影响，并且化学试剂会对环境构成污染。
目前还不是主要的打顶方法。
机械打顶技术近来备受关注。
例如，石河子大学研究设计的国产第一代3MD-12棉花打顶机。
但由于受田间作业环境复杂、仿形精度、响应时间等因素的影响，前期准备工作量较大，且打顶机需要拖拉机带动作业，易对棉田造成一定的损耗。
由此，我们将双向DC-DC变换器应用于打顶作业，设计出一种便捷式可手持的小型棉花打顶机。
2 系统设计实现2.1 系统构成本设计由电池盒、电机、开关、锯齿形圆盘刀片、把柄等主要部分组成。
圆盘刀片安装在刀盒中，刀盒宽度小于刀片的半径，功效较高。
电机安装在刀盒的上方，与刀片轴连接。
开关安装在把柄上，电池盒安装在背带上，与电机之间有穿过把柄内部的电线连接。
把柄采用伸缩式结构，在其尾部设置伸缩长度调节旋钮和指棱，并且开关与指棱靠近，握持省力，可实现单手操作。
为了提高安全性，本设计采用单片机控制的开路检测模块、过压保护模块，并且上述刀盒的前端收窄为挡片。
电池盒内放置可充电电池、双向DC-DC变换器和单片机控制电路。
2.2 双向DC-DC模块设计双向DC-DC变换器（Bidirectional DC-DC Converter―BDC）是一个DC-DC变换器的双象限运行，是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据应用需要改变电流方向，实现能量双向流动的DC-DC变换器。
【机械工程原创毕业论文】棉花打顶机械化的研究现状及发展趋势
棉花打顶机械化的研究现状及发展趋势找我扣壹陆肆伍壹伍陆玖柒、100%保你成功我国三大棉花产区有长江中下游棉区、黄河中下游棉区和新疆棉区。
在棉花生产过程中，打顶工作作为关键环节，作用十分重大。
打顶也称摘心，指在初花至盛花期间摘除棉株主茎顶尖一叶一心。
通过打顶可消除顶端优势，控制主茎生长，减少无效果枝，使较多养分供应生殖器官，减少无效果枝对水分的徒耗，促进早接铃、多接铃，提高棉花品质，具有明显的增产增收效果。
长年以来，我国棉花打顶工作主要依靠人力，而人工打顶劳动力需求大、劳动强度高、工作效率低、工作环境恶劣、耽误生产时间，从而影响了棉花的产量。
近年来，我国的棉花生产日益趋向集中化和规模化，全程机械化程度也在不断增加。
其中，棉花播种、施药及收获机械化发展较为成熟，打顶机械化发展较为落后。
虽然，近年来新疆兵团及各高校研制的悬挂式棉花打顶机填补了我国棉花打顶机械化的空白，不过技术相对落后，工作效率较低。
因此，研究国内外棉花打顶机械化的发展现状，分析棉花打顶机械化的发展趋势，以此为将来棉花打顶机械的研究及推广提供合理、可靠的建议，已成为推动我国棉花产业向前发展的必要要求。
新疆作为我国最主要的棉花生产基地，近年来在棉花打顶机械化的方面研究成果也颇为显著。
但由于研究起步较晚、技术尚未成熟、农机农艺结合水平不高，使得研发的棉花打顶机未能在全国范围内广泛推广，只在田间进行了一定的试验研究。
2004 年，石河子大学机电学院研究设计的后悬挂式3MD －12/20 型棉花打顶机是国产第一代棉花打顶机械。
该打顶机通过连接拖拉机后输出轴获得动力，采用圆盘刀具绕前进轴旋转的方式完成棉花打顶。
其结构简单、便于操作、液压升降，对棉顶高度整体仿形，初步实现扶禾－打顶－放开连续作业和主侧枝同步打顶，基本满足了棉花打顶工作的农艺要求。
2006 年，石河子大学胡斌等研发了3MDY －12 型前悬挂液压驱动式棉花打顶机，打顶原理与3MD －12 /20 型棉花打顶机大致相同。
棉花打顶机器人高地隙移动平台机构优化设计
技术Special TechnologyI G I T C W 专题0 引言我国是世界第一大产棉国，同时也是世界第一大棉花进口国，这也造就了中国成为世界纺织大国的地位。
新疆省是我国重要的棉花产区，其得天独厚的优良环境和大面积的种植使棉花生产产量不仅在全国是第一，在世界上也是首屈一指的。
在如此巨大的生产需求之下，如果仅仅只采用传统的人工打顶方式，显然需要投入大量的人力与成本。
其中棉花打顶是棉花生产过程中必不可少的一项作业，可以促进旁枝的发育和生长，增加棉铃的数量，从而达到提高棉花产量的目的。
棉花打顶的工作周期较短，劳动强度大，从而限制的棉花的种植规模和产量。
因此国内外都在研发可以用于棉花打顶的机械设备，通过有效的打顶来促进棉株早结铃、多结铃、减少脱落，以达到显著的增产增收效果。
美国学者Alex Marquis 和Willie Sprott [1]早在1917年就制作了世界上第一台棉花打顶机，可利用畜力水平牵引，打顶方式借鉴剃头刀原理，通过人力使齿形刀具做水平间歇运动从而对棉株进行打顶。
1954年美国学者Howell Judson Prcie [2]首次将可调节控制的打顶高度的概念引入棉花打顶机。
它先通过垂直标尺去测量棉株顶端高度，再利用刻度盘来调整并完成对打顶高度的调控，调控的高度依据是所测量好的棉株高度值。
国内在该领域的研究起步较晚，二十一世纪以来，我国多家科研机构也陆续在棉花打顶机设备上投入科学研究。
2003年至2008年，石河子大学学者胡斌等[3-6]研制出了数代悬挂式的棉花打顶机，初步实现了扶禾、打顶、放开这一套连续作业和主侧枝同步打顶的基本目的。
2010年，周海燕等[7]科研人员研制了3WDZ-6型自走式棉花打顶机，该打顶机第一次实现了打顶作业后的药控工作，达到了一机多用的目的。
但现存的打顶机还存在以下一些问题：高度仿形效果差，没有办法及时地调控车身的高度来适棉花打顶机器人高地隙移动平台机构优化设计刘正波，鲍义东，卢智琴（贵州航天智慧农业有限公司，贵州 贵阳 550000）摘要：棉花是我国主要的经济作物之一，及时有效的对棉苗打顶可以去除其顶端优势，增加棉铃的数量，对棉花增产具有至关重要的作用。
一种小型棉花采摘新机具――快手牌采棉机
一种小型棉花采摘新机具――快手牌采棉机汇报人：日期:contents •引言•棉花采摘机具现状及发展趋势•快手牌采棉机的特点与创新点•快手牌采棉机的技术方案与实施效果•快手牌采棉机的应用前景与市场分析•结论与展望目录引言01现有的采棉机存在体积大、操作复杂等问题，难以适应小规模种植。
为了解决这一问题，本研究设计了一种小型棉花采摘新机具——快手牌采棉机。
我国棉花种植面积大，但采摘方式仍以手工为主，效率低下且成本高。
背景介绍设计一种结构简单、操作方便、适应小规模种植的小型棉花采摘机具。
研究目的提高棉花采摘效率，降低采摘成本，为小规模种植棉花的农户提供更好的采摘解决方案。
研究意义研究目的和意义棉花采摘机具现状02及发展趋势国外现状近年来，国外棉花采摘机具发展迅速，以高效、自动化、智能化为特点，代表机型有John Deere 7700、Case IH Axial-Flow Pro、Bauer 5000等。
这些机型能够实现高效采棉，并配备了先进的技术，如卫星定位、智能控制等。
国内现状我国棉花采摘机具的发展相对滞后，目前市场上主要以传统的人工采棉和半自动采棉机为主。
但随着国内棉花种植规模的扩大和劳动力成本的上升，我国棉花采摘机具的市场需求也在不断增长。
国内外棉花采摘机具现状智能化随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，未来的棉花采摘机具将更加智能化，能够实现智能控制、远程监控、故障诊断等功能。
高效性未来的棉花采摘机具将更加注重提高采棉效率，通过采用更先进的采棉技术和装备，实现快速、高效的采棉作业。
自动化自动化技术将在棉花采摘机具中得到广泛应用，例如自动识别、自动采摘、自动打包等，从而提高生产效率和降低人工成本。
适应性未来的棉花采摘机具将更加注重适应性，能够在不同的棉花品种、种植方式和气候条件下实现高效的采棉作业。
棉花采摘机具发展趋势快手牌采棉机的特03点与创新点快手牌采棉机具有高效采摘能力，能够大大提高采摘速度，减少人力采摘的时间和成本。
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一种便携式棉花打顶机的设计与研究
作者：汤正朱其祥
来源：《安徽农学通报》2016年第10期
摘要：该文系统介绍了一种基于双向DC-DC变换器的便携式棉花打顶机。
本设计由可控硅构成静态开关，当电池对棉花打顶机作为的负载进行放电时，DC-DC变换器以Boost工作模式运行；当220V家用电源对电池进行充电时，DC-DC变换器以Buck工作模式运行，从而实现电池的充放电功能。
由此设计出一种手持式小型棉花打顶机，极大提高棉花打顶机的便携性。
本设计具有低成本、高性能、结构简单、控制方便等优点。
关键词：棉花打顶机；便携；双向DC-DC变换器；充放电
中图分类号 S224 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）10-0130-02
1 引言
棉花是我国最主要的几种经济性农作物之一。
棉花的种植管理相对玉米、大豆而言特别费工，所以其经济效益也较为有限，在一定的程度上影响了农户在棉花种植方面的积极性。
棉花打顶是棉花栽培和生产过程中的重要环节，目前主要有人工打顶、化学打顶和机械打顶3种方式。
传统上人工打顶（用手掐顶尖）劳动强度大，打顶作业时间紧，费时费工。
在种植密度较大时，作业效率低的问题尤为突出。
化学打顶是通过喷施生长点抑制剂来限制棉花无限生长，省时省力。
但该方法受施用剂量、喷剂质量的影响较大，对棉花的正常生长发育会造成一定影响，并且化学试剂会对环境构成污染。
目前还不是主要的打顶方法。
机械打顶技术近来备受关注。
例如，石河子大学研究设计的国产第一代3MD-12棉花打顶机。
但由于受田间作业环境复杂、仿形精度、响应时间等因素的影响，前期准备工作量较大，且打顶机需要拖拉机带动作业，易对棉田造成一定的损耗。
由此，我们将双向DC-DC变换器应用于打顶作业，设计出一种便捷式可手持的小型棉花打顶机。
2 系统设计实现
2.1 系统构成本设计由电池盒、电机、开关、锯齿形圆盘刀片、把柄等主要部分组成。
圆盘刀片安装在刀盒中，刀盒宽度小于刀片的半径，功效较高。
电机安装在刀盒的上方，与刀片
轴连接。
开关安装在把柄上，电池盒安装在背带上，与电机之间有穿过把柄内部的电线连接。
把柄采用伸缩式结构，在其尾部设置伸缩长度调节旋钮和指棱，并且开关与指棱靠近，握持省力，可实现单手操作。
为了提高安全性，本设计采用单片机控制的开路检测模块、过压保护模块，并且上述刀盒的前端收窄为挡片。
电池盒内放置可充电电池、双向DC-DC变换器和单片机控制电路。
2.2 双向DC-DC模块设计双向DC-DC变换器（Bidirectional DC-DC Converter—BDC）是一个DC-DC变换器的双象限运行，是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据应用需要改变电流方向，实现能量双向流动的DC-DC变换器。
图1为BDC的二端口示意图。
从各种基本的变换拓扑来看，可将其看做两个单向DC-DC变换器反向并联连接，通过改变两个单元的工作状态调节能量的双向流动，因此双向DC-DC变换器在功能上相当于两个单向DC-DC变换器。
[（I10）][（I10）]图1 BDC的二端口示意
双向DC-DC变换有隔离和非隔离2种。
非隔离型的电路比较简单，容易实现，且能满足低压、大电流场合应用，但是其电压转换比较低；相反，隔离型的变换器可以实现较大大的电压转换比，且相较于非隔离性安全性高，可应用于不同功率场合，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等易造成效率的降低。
考虑到输入端输入的是220V家用电源，为了提高安全性，且结合两者的优缺点，所以选择隔离方式。
两向DC-DC变换模块可以利用TPS5430降压芯片和UC3842升压芯片构成，两者之间通过可控硅构成的静态开关完成充、放电工作模式的转换。
2.3 开路检测模块和过压保护模块设计开路检测模块采用控制器给出检测电平，通过模拟开管CD4066构成输出回路。
电路原理如下。
首先，上电瞬间，控制器工作给DC-DC变换器的EN端低电平，使DC-DC变换器停止工作。
然后打开模拟开关，控制器给出一个检测电平。
如果有负载，则控制器可以接收到检测电平，同时控制器给DC-DC变换器的EN端高电平，让DC-DC变换器开始工作；如果没有负载，则控制器不能接收到检测电平，同时控制器继续给DC-DC变换器的EN端低电平，使DC-DC变换器停止工作。
过充保护模块是在电池充电时，输出端接入分压电阻，经AD进行采集，单片机判断控制。
当双向DC-DC电路输出电压超过阈值电压时，对TPS5430的5脚使能端低电平，芯片停止工作，输出电流为0，达到过充电保护目的。
2.4 系统工作框图如图2所示，充电时，系统输入220V家用电源，通过双向DC-DC变换器的降压电路输出到电池。
放电时，电池通过双向DC-DC变换器的升压电路输出到棉花打顶
机作为的负载。
可充电电池、双向DC-DC变换器和单片机控制电路一同安装在电池盒中即可达到“一盒多用”的功能。
当作业人员使用此打顶机作业时，安装在背带上的电池盒直接给电机供电，使电机带动刀盒内的刀片持续转动，进行打顶作业。
同时作业人员可根据实际棉花顶长和距离，自主调节把柄的长度和方向。
停止作业时，作业人员只需要扣动把柄尾部的开关即可将关闭系统，将电池盒插上200V家用电源开始充电。
2.5 实际应用效果依据棉花机械打顶的作业特点和棉株顶部的外形特征，我们对该便携式打顶机的作业效率、能耗以及打顶准确度等方面进行了实际应用效果研究。
研究发现相较于大型打顶机械装置的扶禾—打顶—放开连续作业和主侧枝同步打顶，虽然作业效率没有较大提升，但前期准备工作量大大减少。
因人工作业而使得打顶准确度明显提高，相较于化学打顶和需拖拉机带动的机械打顶，棉田的损耗也大大降低。
电池盒使用小型大功率铅酸蓄电池，可连续作业数小时，能耗和组装1台该便携式打顶机系统的成本也较其他类型打顶机低很多。
3 结语
本文在双向DC-DC变换器的基础上，以220V家用电源作为输入电源，将打顶机作为DC-DC变换器放电的负载，设计出了一种小型电池充放电式的可手持棉花打顶机。
该系统结构简单，容易实现，解决了人工打顶效率低和化学打顶剂量不易控制的不足，实现了机械打顶的低损耗。
应用该系统设计可使制造的打顶机轻便小型化，提高了打顶机的便携性和棉花生产的自动化水平，降低了农工的劳动强度。
参考文献
[1]胡斌，罗昕，王维新，等.3MDZK-12型组控式单行仿形棉花打顶机的研制[J].农机化研究，2008（5）.
[2]胡斌，罗昕.3MDY-12 型前悬挂液压驱动式棉花打顶机[J].新疆农机化，2006（2）.
[3]王华奎译.电子电路设计[J].北京：电子工业出版社，2004.
[4]张占松.开关电源的原理与设计（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2007.
[5]蔡锦福.运算放大器原理与应用[M].北京：科学出版社.2005.
[6]高吉祥.全国大学生电子设计大赛竞赛培训系列教程模拟电子线路设计[M].北京：电子工业出版社.2008. （责编：徐焕斗）。