湖南农业大学棉花采摘研究现状与发展

棉花采摘研究现状与发展摘要：棉花收获中采用机械化作业，实现棉花采摘的自动化和智能化，是我国棉花产业的发展方向，研究和开发机械化采棉技术对解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜棉花品质等方面都有着重要的意义。

而采摘头是采棉机的核心部件，其性能好坏直接影响到采采棉机田间作业的采净率和含杂率。

1 机械化采棉研究现状和发展趋势1.1国外机械采棉概况早在19世纪中叶美国就开始对采棉机进行研究，到20世纪40年代开始批量生产采棉机，采棉机机型由单行发展到多行，由背负式发展到自走式；采棉工艺由一次采收发展到一次采收和分次采收2种形式。

截止到20世纪80年代末，采棉机械化程度已达100%，1988 年拥有量达到 5万台，机型基本为水平摘锭自走式采棉机，如约翰迪尔及凯斯等系列机型。

由于采用了复杂的静液压驱动技术以及高昂的维修费用，采棉机的生产厂家由开始的10多家减少至2家。

前苏联 1934 年开始对采棉机进行研究，1936年进行了水平摘锭采棉机的研究设计，但因结构复杂，采棉部件对工艺水平和加工精度要求高，产品质量达不到设计要求，工作可靠性差，未能推广。

1939 年开始垂直摘锭采棉机的研究，1948 年投入批量生产。

到了1970年，美国棉花收获机械化程度达到95％，居世界第一位。

原苏联也从1924年开始开展了机械化采棉的研制工作，目前棉花较集中的乌兹别克共和国机械采棉率达90％以上。

自美国第1台棉花收获机械出现后经过不同国家和地区一个多世纪以来的试验研究和生产实践，世界上各种棉花收获机械专利已达 1 000 多项，棉花采收机械化已发展成为成熟的技术[1]。

目前，美国、以色列、澳大利亚等农业发达国家早已实现棉花采收全面机械化。

（图 1）为美国迪尔公司的水平摘锭式采棉机。

1.2国内棉花收获机械化的研究与发展自1953年起，我国开始对棉花收获机械进行实验研究。

1960~1975 年间，中国农业机械化科学研究院相继组织专业人员进行棉花生产机械的系列设计，兴建机采棉加工车间，由于受当时经济、技术水平和采棉机作业性能的制约，没有取得预期的成效。

1989年，棉花收获机械化的工作重新提上日程，当时国家明确将新疆地区作为优质棉花生产基地。

1996 年以来，新疆兵团立项实施机械采棉推广项目，引进美国的水平摘锭式采棉机，并通过对国外引进的先进采棉机的消化、吸收、攻关，在2003年完成了大型自走式 4MZ—5 型采棉机的研制和试验改进工作，进行小批量生产[2]。

目前采棉机在我国棉花生产中应用比较成熟的有美国约翰迪尔公司生产和凯斯公司生产的水平摘锭式采棉机，其制造工艺水平高，质量可靠，机采籽棉含杂率低，采净率高，二者工作过程基本相同[3]。

工作过程为采棉机在田间沿着棉行前进时，扶导器将棉株引入采棉工作室，摘锭随着旋转的采棉滚筒规律的进入工作室，接触到开裂的棉铃，再利用摘锭上的钉齿将棉絮从棉铃中勾出来，缠绕在摘锭上。

然后摘锭进入脱棉区反转时，脱棉器将棉絮脱下，落入集棉室，通过气流管道进入棉箱。

凯斯和迪尔公司的采棉机采棉部件如图2、图3所示。

两公司采棉部件的不同点是凯斯公司的滚筒左右相对、前后错开配置，摘锭进入工作室的路线有利于增加其自身和棉铃接触的几率，采净率高，落地棉少；而迪尔公司的采棉滚筒单侧前后配置，有效的缩小了采棉工作室的宽度，有较小的横向尺寸，对采摘的行距也可做出适度的调整[4-6]。

1.棉株扶导器2.湿润器供水管3.气流输棉管4.湿润器垫板5.采棉滚筒6.导向槽7.脱棉器8.摘锭9.曲柄滚轮 10.棉株压紧板 11.栅板1.棉株扶导器2.摘锭清洗器3.棉株压紧板4.前置滚筒5.水平摘锭6.脱棉盘7.栅板8.排杂口9.后置滚筒 10.集棉管道2 主要棉花采收机械简介按照采摘机工作原理进行分类，目前国内外采棉机可分为气力式采棉机、梳刷式采棉机、摘锭式采棉机、振动式采棉机以及摘辊式采棉机等[7]。

其中摘锭式中的水平摘锭式采棉机是国内外应用最广泛的机型，其他形式的机型大多处在研发和试验阶段，定型机型的保有量和使用范围都很少。

2.1 摘锭式采棉机摘锭式采棉机又分为垂直摘锭式和水平摘锭式。

垂直摘锭式采棉机多为悬挂及背负式，以前苏联 CXM-48 型、14XB-2.4A 型和 XBH-1.2型为代表机型，其结构相对简单，采净率低，含杂率较高，落地棉铃多，采摘效果不及水平摘锭式采棉机，目前应用较少；水平摘锭式采棉机多为自走式，代表机型有美国约翰迪尔 7760 型（图 2）、9970 型、9976（9996）型，凯斯2155型、2555 型、420 型及620 型，新疆贵航 4MZ-5（A）型，新联4MZ-2 型、4MZ-3等[8]。

水平摘锭式又分为滚筒式、链式和平面式[9]，目前以滚筒式水平摘锭采棉机应用最为广泛。

水平摘锭式（滚筒式）采棉机工作时，扶导器将棉株扶持导入隔栅与压力调节板构成的采摘室，随着采棉机向前运动，棉株宽度被挤压至 80耀90 mm，旋转着的摘锭有规律地伸出栅板，呈水平状垂直插入被挤压的棉株，与吐絮的棉铃相遇，摘锭上的钩齿挂住籽棉，把吐絮棉瓣从开裂的棉铃中拉出，并缠在摘锭上，同时摘锭随滚筒旋转由采摘室经栅板退出，进入脱棉区，高速旋转的脱棉盘将摘锭上的籽棉反向脱下，脱下的籽棉被气流自集棉室经输棉管道输送至棉箱，同时摘锭从相对静止的淋润板下通过，其表面上的泥污和粘附物被清理掉，同时又被涂上薄层液体，再重新进入采棉室采棉[10]。

采棉机作业时由凸轮机构控制摘锭座管，使摘锭垂直插入和退出棉株，提高了采净率，减少了摘锭对棉秆的伤害及植物汁液对籽棉的污染[11]。

自走水平摘锭式采棉机结构复杂，制造工艺水平高，自动化控制水平高，操作性能好，质量可靠，因此造价高。

适宜采收棉株高 80耀120 cm，株型大，棉桃较松散，吐絮率高的棉花。

机采籽棉含杂率低，采摘率高达 90%以上[12]，落地棉少。

2.2 梳刷式采棉机梳刷式采棉机分为刷板式采棉机、刷脱式采棉机及梳脱式采棉机。

其中刷板式采棉机以迪尔 7460 型为代表。

另外 2 种梳刷式机型应用较少。

梳刷式采棉机在行走的过程中，采收台梳指型剥离器剥离棉铃，被剥离的带棉铃壳的籽棉在拨棉辊和输棉绞龙的作用下向出棉口聚集，籽棉在风机负压的作用下再由输送系统送[13]至清理工作单元，清理后的籽棉再被输送到运棉车[14]。

该类型采棉机造价较低，但存在含杂率高的问题。

2.3 气力式采棉机气力式采棉机可分为气吸式采棉机、气吸-吹复合式采棉机、气吸-振动复合式采棉机[15]。

该类机型存在采摘率低及含杂率高等问题，以前苏联 CXM-48M型采棉机为代表，目前应用较少。

2.4 振动式采棉机以以色列早期采棉机为代表，该类机型已基本被市场淘汰。

3 棉花机械化采收的制约因素3.1 品种多乱杂我国棉花品种繁多，每一种都有其各自的特点，导致一户棉农种植多个品种的现象非常普遍，不同的棉花品种其生长期和内在的纤维品质存在很大差异，对采收以及轧花加工的要求不尽相同，从而增加了机械化采收的难度。

3.2 种植规模小在我国的三大棉区中，除新疆兵团大面积种植棉花外，其他地区都是小地块种植。

黄河流域和长江流域棉区的户均植棉面积分别为 0.61hm2 和 1.09hm2。

新疆由于人少地多，户均面积达 3.33hm2，而美国家庭农场的棉花种植规模约 133.33hm2，与其相比，我国的种植规模不可同日而语。

由于种植规模小，严重影响国内棉花机械化采收的作业质量和效率。

3.3 经济水平低一方面，我国采棉机目前依然依赖于进口，棉花收获机生产企业寥寥无几。

进口采棉机体积大，价格昂贵，不适用于除兵团以外一家一户的种植特点和普通棉农的经济水平，棉农对于作业效率高、可以解放劳动力的采棉机可望而不可即；另一方面，一些棉农考虑到小面积种植棉花所带来的经济效益不高，改种其他高效益的植物，植棉积极性越来越低。

3.4 制度标准不完善机采棉相对于手摘棉来说，存在着一定的纤维损失，短绒率比较高，纺纱的制成率从而降低，故很多纺纱厂只将机采棉作为配棉。

纺纱厂认为机采棉之前不必做太多清理，进入纺纱厂后还要做很多清理，清理的工序越多，对棉花的损伤越大。

若机采棉在进入纺纱厂前不做太多的清理，含杂率会过高，达不到国家标准，严重影响棉花的价格，不得不做必要的清理。

由于国家标准只有一套，企业又不能设立自己的标准，造成了机采棉与纺纱厂的矛盾，二者没有很好的对接。

4 发展展望棉花收获在我国仍大量采用人工作业，其用工约占总用工量的 1/5~1/3，且多在农忙季节，棉花机械化采收势在必行。

我国各级政府要加以引导和扶持，努力完善各种惠农政策，提高农民植棉积极性，组织专家教授对棉花机械化作业技术中存在的问题进行攻关，大力研发适用于我国棉花生长状况的采棉机，制定最佳的农艺配套技术，将棉花规模化经营扩大，增强国产棉花在国际棉花市场的竞争力，降低棉花生产成本，提高综合生产力，带动全国棉农进入棉花机采行列。

5 参考文献[1] 美国棉花收获机械的发展和现状［J］.粮油加工与食品机械，1975，（S1）：14-30.[2] 陈永毅. 农业机械设计手册[M].北京:中国农业科学技术出版社，2007.[3] 武空. 迪尔迈出山东机采棉历史一步[J].农业机械， 2012，(31): 84~85.[4] 樊建荣. 采棉机的研究现状和发展趋势[J]. 机械研究与应用，2011，24(1): 1~4.[5] 李宝筏. 农业机械化[M].北京: 中国农业出版社，2011.[6] 翟超，周亚立，等.水平摘锭式采棉机的研究现状及发展趋势[J].农业机械，2011，(25): 91~92.[7] 陶湘伟，陈兴和.机采棉技术与发展趋势分析［J］.农业机械，2013，（13）：97-102.[8] 良墉. 优质棉花收获机械［J］.农家致富，2013，（17）：27.[9] 翟超，周亚立，赵岩，刘向新.水平摘锭式采棉机的研究现状及发展趋势［J］. 农业机械，2011，（25）：79-80.[10] 傅建勋，王维新.水平摘锭采棉机采摘机理及采摘力学分析［J］. 农业机械，2011，（25）：112-114.[11] 马娟，王维新，赵岩.滚筒式采棉机采摘头的设计与研究［J］.农机化研究，2010，32 （2）：120-122.[12] 侍泉山.约翰迪尔7760 型自走式摘棉机——可实现田间连续采棉和棉花打包的新式摘棉机［J］.农机市场，2009，（7）：46-47.[13] 叶伟，王维新，陈宇奇，李华，黄军干，李勇.几种采棉机输棉系统比较与研究［J］. 农业机械，2010，（S2）：119-120.[14] 王士国，郭新刚. 阿根廷梳齿式棉花采收机的引进与试验［J］. 新疆农垦科技，2011，34（4）：52-53.[15] 李纪周，贾军，陈芳.小型自走式气吸采棉机试验研究［J］.农业机械，2009，（7）：72-74.。