单体仿形棉花打顶机的设计与试验
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２０１８年２月 第１期１７４～１８０
甘 肃 农 业 大 学 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＡＮＳＵ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
第 ５３卷 双月刊
单体仿形棉花打顶机，胡斌１，刘向新２
（１．石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 ８３２００３；２．新疆农垦科学院机械 装备研究所，新疆 石河子 ８３２０００）
摘要：【目的】解决国内棉花打顶机械化程度低，棉花打顶仍主要以人工打顶和药物控制为主等问题，设计了具 有接触式仿形装置、可以调节仿形板质量、可调节仿形板和打顶切割器位置关系的单体仿形棉花打顶机．【方法】对 接触式仿形装置进行仿形原理分析和结构设计，运用 ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８．０软件采用中心组合设计试验，探究仿形板 质量、仿形板与切割器水平距离、切割器最大行程对打顶机仿形效果的影响规律，对模型进行响应曲面分析并寻 优．【结果】台架试验表明：当仿形板质量为６６．００ｇ，仿形板到切割器的水平距离为４０．００ｃｍ，切割器最大行程为 ３５０．００ｍｍ 时，仿形效果较好，拟合系数犆＝９２．７９％．【结论】参照台架试验优化数据制造样机，田间试验表明：打 顶率可达８８．６４％，打顶效果最好．
犃犫狊狋狉犪犮狋：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ】Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｃｏｔｔｏｎ ｔｏｐｐｉｎｇｉｓｌｏｗａｎｄｔｈｅｍａｉｎｔｏｐｐｉｎｇｗａｙｏｆｃｏｔｔｏｎａｒｅａｌｓｏｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｔｏｐｐｉｎｇａｎｄｄｒｕｇｃｏｎｔｒｏｌ．Ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｓｉｎｇｌｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｃｏｔｔｏｎｔｏｐｐｉｎｇ ｍｅｃｈｉｎｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｄａｐｒｏｆｉｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｃｏｕｌｄａ ｃｈｉｅｖｅｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｆｉｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｐｌａｔｅａｎｄａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓ ｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｃｕｔｔｅｒ．【Ｍｅｔｈｏｄ】Ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｎａｌｙｓｅｄａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｓｄｅ ｓｉｇｎｅｄｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｔｙｐｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕ ｓｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８．０ｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｒｕｌｅｏｆｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｄｐｌａｔｅ，ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｃｕｔｔｅｒ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｏｋｅｏｆｔｈｅｃｕｔｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｅ ｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．【Ｒｅｓｕｌｔ】Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆ ｔｈｅｐｌａｔｅｉｓ６６．００ｇ，ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｃｕｔｔｅｒｉｓ４０．００ｃｍ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｏｋｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓ３５０．００ ｍｍ，ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｂｅｔｔｅｒ，ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓ犆＝
（１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｑｕｉｐｍｅｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＸｉｎｊｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＲｅｃｌａｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２０００，Ｃｈｉｎａ）
第１期
姚强强等：单体仿形棉花打顶机的设计与试验
１７５
９２．７９％．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ】Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｔｈｅｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｔｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｃａｎｒｅａｃｈ８８．６４％，ｔｈｅｔｏｐｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｔｈｅｂｅｔｔｅｒ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｔｔｏｎ；ｔｏｐｐｉｎｇ；ｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅ；ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｓｔｒｏｋｅ
新疆是全国棉花种植区的重要组成部分，种植 面积多达１３０万 ｈｍ２，棉花作为新疆的重要经济作 物，对新疆的经济发展有着重要作用，棉花打顶是棉 花种植中一个关键环节［１２］．棉花打顶方式主要有人 工打顶、药物控制和机械打顶，其中新疆地区主要还 是以人工打顶为主．人工打顶作业精准，对棉株损伤 小，但作业劳动强度大、时间紧、成本高、效率低，可 控性差，在一定程度上制约了棉花生产机械化、规模 化、高效率和精准化作业［３］．药物控制由于其配套机 械技术成熟，降低了劳动强度，解放了劳动力［４］；但 是药物控制易受到温度、降雨、棉株品种及时间的影 响，适应性较差［５］；其次，药物控制的棉株，在棉花采 收季节，棉株主茎会生长出鲜嫩的枝芽，在采棉机采 收时因为枝芽损伤导致色素浸染棉花，从而降低了 棉花质量［６］；再者，药物对土壤污染严重，进而造成 环境污染［７］．机械打顶作业效率高，极大地降低了劳 动强度，可以实现棉花的大规模打顶，棉花打顶机是 兵团棉花高效生产急需配套解决的主要技术及农机 装备之一［８］．
第一作者：姚强强（１９９２），男，硕士研究生，研究方向为农业机械装备与性能设计．Ｅｍａｉｌ：ｙｑｑｓｈｉｈｚ＠１６３．ｃｏｍ 通信作者：黄勇，男，高级工程师，研究方向为农业机械化工程．Ｅｍａｉｌ：１２１６００９００３＠ｑｑ．ｃｏｍ 基金项目：公益性行业（农业）科研专项资金资助项目（２０１２０３０５７）；新疆农垦科学院青年基金资助项目（ＹＱＪ２０１３０５）． 收稿日期：２０１６１２２９；修回日期：２０１７０８２７
关键词：棉花；打顶；仿形板；距离；行程 中图分类号：Ｓ２２４．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３４３１５（２０１８）０１０１７４０７
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｆｓｉｎｇｌｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｔｈｅｃｏｔｔｏｎ ｔｏｐｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ
ＹＡＯ Ｑｉａｎｇｑｉａｎｇ１，ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ１，ＬＩＪｕｎｈｏｎｇ１， ＨＵＢｉｎ１，ＬＩＵ Ｘｉａｎｇｘｉｎ２
甘 肃 农 业 大 学 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＡＮＳＵ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
第 ５３卷 双月刊
单体仿形棉花打顶机，胡斌１，刘向新２
（１．石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 ８３２００３；２．新疆农垦科学院机械 装备研究所，新疆 石河子 ８３２０００）
摘要：【目的】解决国内棉花打顶机械化程度低，棉花打顶仍主要以人工打顶和药物控制为主等问题，设计了具 有接触式仿形装置、可以调节仿形板质量、可调节仿形板和打顶切割器位置关系的单体仿形棉花打顶机．【方法】对 接触式仿形装置进行仿形原理分析和结构设计，运用 ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８．０软件采用中心组合设计试验，探究仿形板 质量、仿形板与切割器水平距离、切割器最大行程对打顶机仿形效果的影响规律，对模型进行响应曲面分析并寻 优．【结果】台架试验表明：当仿形板质量为６６．００ｇ，仿形板到切割器的水平距离为４０．００ｃｍ，切割器最大行程为 ３５０．００ｍｍ 时，仿形效果较好，拟合系数犆＝９２．７９％．【结论】参照台架试验优化数据制造样机，田间试验表明：打 顶率可达８８．６４％，打顶效果最好．
犃犫狊狋狉犪犮狋：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ】Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｃｏｔｔｏｎ ｔｏｐｐｉｎｇｉｓｌｏｗａｎｄｔｈｅｍａｉｎｔｏｐｐｉｎｇｗａｙｏｆｃｏｔｔｏｎａｒｅａｌｓｏｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｔｏｐｐｉｎｇａｎｄｄｒｕｇｃｏｎｔｒｏｌ．Ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｓｉｎｇｌｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｃｏｔｔｏｎｔｏｐｐｉｎｇ ｍｅｃｈｉｎｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｄａｐｒｏｆｉｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｃｏｕｌｄａ ｃｈｉｅｖｅｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｆｉｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｐｌａｔｅａｎｄａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓ ｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｃｕｔｔｅｒ．【Ｍｅｔｈｏｄ】Ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｎａｌｙｓｅｄａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｓｄｅ ｓｉｇｎｅｄｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｔｙｐｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕ ｓｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８．０ｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｒｕｌｅｏｆｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｄｐｌａｔｅ，ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｃｕｔｔｅｒ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｏｋｅｏｆｔｈｅｃｕｔｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｅ ｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．【Ｒｅｓｕｌｔ】Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆ ｔｈｅｐｌａｔｅｉｓ６６．００ｇ，ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｃｕｔｔｅｒｉｓ４０．００ｃｍ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｏｋｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓ３５０．００ ｍｍ，ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｂｅｔｔｅｒ，ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓ犆＝
（１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｑｕｉｐｍｅｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＸｉｎｊｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＲｅｃｌａｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２０００，Ｃｈｉｎａ）
第１期
姚强强等：单体仿形棉花打顶机的设计与试验
１７５
９２．７９％．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ】Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｔｈｅｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｔｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｃａｎｒｅａｃｈ８８．６４％，ｔｈｅｔｏｐｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｔｈｅｂｅｔｔｅｒ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｔｔｏｎ；ｔｏｐｐｉｎｇ；ｐｒｏｆｉｌｉｎｇｐｌａｔｅ；ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｓｔｒｏｋｅ
新疆是全国棉花种植区的重要组成部分，种植 面积多达１３０万 ｈｍ２，棉花作为新疆的重要经济作 物，对新疆的经济发展有着重要作用，棉花打顶是棉 花种植中一个关键环节［１２］．棉花打顶方式主要有人 工打顶、药物控制和机械打顶，其中新疆地区主要还 是以人工打顶为主．人工打顶作业精准，对棉株损伤 小，但作业劳动强度大、时间紧、成本高、效率低，可 控性差，在一定程度上制约了棉花生产机械化、规模 化、高效率和精准化作业［３］．药物控制由于其配套机 械技术成熟，降低了劳动强度，解放了劳动力［４］；但 是药物控制易受到温度、降雨、棉株品种及时间的影 响，适应性较差［５］；其次，药物控制的棉株，在棉花采 收季节，棉株主茎会生长出鲜嫩的枝芽，在采棉机采 收时因为枝芽损伤导致色素浸染棉花，从而降低了 棉花质量［６］；再者，药物对土壤污染严重，进而造成 环境污染［７］．机械打顶作业效率高，极大地降低了劳 动强度，可以实现棉花的大规模打顶，棉花打顶机是 兵团棉花高效生产急需配套解决的主要技术及农机 装备之一［８］．
第一作者：姚强强（１９９２），男，硕士研究生，研究方向为农业机械装备与性能设计．Ｅｍａｉｌ：ｙｑｑｓｈｉｈｚ＠１６３．ｃｏｍ 通信作者：黄勇，男，高级工程师，研究方向为农业机械化工程．Ｅｍａｉｌ：１２１６００９００３＠ｑｑ．ｃｏｍ 基金项目：公益性行业（农业）科研专项资金资助项目（２０１２０３０５７）；新疆农垦科学院青年基金资助项目（ＹＱＪ２０１３０５）． 收稿日期：２０１６１２２９；修回日期：２０１７０８２７
关键词：棉花；打顶；仿形板；距离；行程 中图分类号：Ｓ２２４．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３４３１５（２０１８）０１０１７４０７
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｆｓｉｎｇｌｅｐｒｏｆｉｌｉｎｇｔｈｅｃｏｔｔｏｎ ｔｏｐｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ
ＹＡＯ Ｑｉａｎｇｑｉａｎｇ１，ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ１，ＬＩＪｕｎｈｏｎｇ１， ＨＵＢｉｎ１，ＬＩＵ Ｘｉａｎｇｘｉｎ２