4MZ-6A型自走式采棉机的设计

新疆是我国最大的优质棉基地，棉花已是新疆农业发展、农民增收的主导产品。

随着我国工业化的飞速发展以及农村劳动力的转移，新疆农业生产用人、用工逐年紧张，加之新疆地域辽阔，棉花种植面积大，而到目前还没有成熟的大中型棉花收获机械。

因此，新疆发展大中型棉花收获机械势在必行，市场潜力巨大。

目前，国内生产棉花收获机的厂家只有石河子贵航农机装备制造有限责任公司，其生产的五头自走式棉花收获机主要在兵团系统推广，而且价格高，一般农户难以接受。

该棉花收获机自重大，在湿度大的地块作业存在陷车现象，地面高低不平、棉行不直都会影响采摘效果，落花、压行现象严重。

新疆维吾尔自治区乌苏市钵施然农业机械科技有限公司自主研发的4MZ-6A 型自走式棉花收获机（见图1）属国内首创，目前已获得了7项专利（其中2项发明专利），积累了雄厚的技术储备，为实现大型自动化棉花收获机国产化和产业化做出了积极的贡献。

4MZ-6A 型自走式棉花收获机采棉作业面与播种机的作业面基本相似，只要地面平整，棉行平行，采棉机作业不会出现压行、撞棉现象，能够有效地提高采净率，降低撞棉率，减少机采棉损失。

4MZ-6A 型自走式棉花收获机价格适中，价格相当于进口棉花收获机价格的2/3，价格低，回收期短，在已知棉花收获机中属创新产品。

14MZ-6A 型自走式棉花收获机的技术参数4M Z-6A 型自走式棉花收获机技术参数为：配备动力264.7kW （360马力）以上；屏显控制；四速自走行驶；采棉头6个；采摘行数1次6行，适合国家推广的机采棉种植模式76cm ；棉株最佳高度60～95cm ；棉脚高度18cm 以上；工作地隙85cm ；最小地隙60cm ；日采棉面积10～20hm 2；采净率92%；损失率小于6%；含杂率7%；最大转弯半径7m ；耗油率3.8kg/亩（1亩约等于0.067hm 2）。

24MZ-6A 型自走式棉花收获机的技术特点4M Z-6A 型自走式棉花收获机是以水平摘锭技术为核心，集驾驶、采棉为一体，6头装配，高架卸棉，动力强劲，工作效率高，屏显触摸操作，转弯半径小，卸棉高度可与农户拖车配套，能与1膜6行、2膜12行、3膜18行播种模式行距完全对应，能有效提高采净率，降低损失率，是一款经济、高效、实用的收获机械。

4MZ-6A 型自走式棉花收获机采取了翻转20°高效平稳的倾倒棉花，同时增加了3级棉箱，容积增加到36m 3，增加清棉导条面积，让收获的棉花更干净；增加了最为先进的进气除杂系统，用户再也不担心因发动机高温而带来的困扰。

4MZ-6A 型自走式棉花收获机各个易耗品存储箱容积都大大提升，燃油箱1400L ，清洗液箱1363L ，润滑脂箱257L ，延长了棉花收获机工作时间。

风机用双圆弧吸式离心风机，壳叶轮都由铝合金浇铸而成，风力更强劲，有效平稳输送棉花到棉箱。

后桥使用坚固灵4M Z -6A 型自走式采棉机的设计◆徐志龙摘要：介绍了4MZ-6A 型自走式棉花收获机的技术参数、技术特点、关键技术、工艺，阐述了4MZ-6A 型自走式棉花收获机实施的具体内容，分析了应用4MZ-6A 型自走式棉花收获机产生的经济效益。

关键词：自走式；棉花收获机；设计DOI ：10.3969/J.ISSN.1673—632X.2019.08.009中图分类号：S220.2文献标识码：A图14MZ-6A 型自走式棉花收获机本栏编辑席尚明X UE SHU JIAO LI U学术交流75活转向，更大程度减小转弯半径，有利于棉花收获机在各种地块上作业。

驾驶仓所有的操作、控制监控都通过PLC （棉花收获机进出口控制系统）完成，整个采棉过程只需控制1个无极变速手柄和方向盘，各挡位的切换只需按动控制面板上的按钮，就能方便快捷地进行高挡、中挡、低挡各挡切换。

整车配置264.7kW （360马力）的发动机来带动整套液压系统，棉花收获机设置液压驱动，不管是行走、采摘还是倾倒棉花，能够更加平稳高效地进行工作。

34MZ-6A 型自走式棉花收获机的关键技术和工艺3.1棉花输送系统的设计4MZ-6A 型自走式棉花收获机建立风机优化设计模型；内部均匀流程设计研究；棉花收获机气力输送管网设计研究；建立棉花收获机双圆弧吸式离心风机优化设计模型及风机内部均匀化流场设计方法，满足棉花收获机高效率需求；建立棉花收获机气力分配与多通道输送管网优化，实现气力输送高效率、低能耗的目的。

3.2底盘与发动机系统匹配研究3.2.1技术关键计算机数值模拟；实验数据优化组合；传动系统动态分析模拟技术研究。

3.2.2创新点实验数据计算机值模拟；采棉底盘传传动系统动态分析模拟。

3.3液压控制系统研究3.3.1关键技术三泵三发动机操纵运转过程中，采摘与行走的同步性；设计选型时，三泵三发动机的功率匹配问题；三泵发动机行走采摘同步电液控制融合技术。

3.3.2创新点采用三泵三发动机同步模糊和直接自适应模糊控制算法来实现系统的采摘与行走速度的同步平稳性，分析得出采摘速度和行走速度同步的关系对应式。

3.4采棉头及其关键部件检测平台的研发3.4.1关键技术采棉头动态检测仪的研发。

3.4.2创新点采棉头动态检测平台主要由采棉头动态检测仪系统组成。

国内一直缺乏一种高性能、专用的采棉头动态检测解决方案。

因此，项目从采棉头生产实际出发，研制高效、专用的采棉头动态检测平台，并将形成自有知识产权。

3.5采棉机智能化控制系统的研发采棉机智能化控制系统支持国际农机具总线协议标准，提供通用的采棉机控制平台，并具备先进的设备诊断、维护技术。

3.5.1关键技术基于CAN 总线（采棉机自动化控制系）的车身监测和诊断架构；基于嵌入式技术搭建系统硬/软件平台；基于国际标准开放系统应用结构；实现整车系统控制、优化及显示；实现整车信息纯数字传输。

3.5.2创新点在国内首次将现场总线技术应用于采棉机，完成系统数据的纯字化传输和采棉机各测控点集制，实现采棉机控制系统的信息化与智能化。

44MZ-6A 型自走式棉花收获机实施的具体内容4.1棉花输送系统设计采棉机工作时，采棉头摘采的棉花直接通过风机提供风力沿着风道输送到棉箱。

如果采摘的棉花不能及时输送到棉箱，将会造成采棉头堵塞，最终导致整个采棉机不能正常工作，严重影响作业效率。

随着棉花种植技术的不断提高，棉花产量也逐年增加，6行采棉机将成为棉花采收装备主流机型，相应地对风机的性能要求也越来越高，现有3行采棉机的输送系统效能已无法满足6行采棉机的输运需求，国产采棉机输送系统面临重新研发、提升性能以满足6行采棉机输送需求的艰巨任务。

目前进口采棉机也同样面临这样的问题。

为了能够让6行采棉机更好适应我国棉花发展趋势，项目组在现有3行采棉机风力输送系统设计、制造的基础上，构建双圆弧双吸式离心双风机设计、制造检测平台及气力输运管网的优化设计数值计算与检测平台，研制满足6行采棉机需求的较高效率、较低能耗的气力输送系统。

项目完成后6行采棉机输送系统有效作业率达到或超过国际同类产品现有水平。

4.24MZ-6A 型自走式棉花收获机双圆弧双吸式离心双风机关键技术4.2.1建立叶轮设计模型叶轮是离心风机的心脏，是风机的核气动部件，叶轮内部流动是一个非常复杂的逆压过程，高速旋转和叶道复杂几何形状都使其内部流动变成了非常的三维湍动，叶轮内部流动的好坏直接决定着整机性能和效率。

通过综合分析叶轮一元设计方法、流断面概念二片减速设计方法和等扩张度、叶轮内相对沿平均流线分布方法、采用流曲率等设计的基础上，应用复杂三维粘性流体动力学数值计算技术，通过给出不能满足叶轮道内气流平均速度沿线的设计分布一组离心风机参数，按照近似模型方法原理，以影响叶轮效率的因素为本栏编辑席尚明学术交流XU E SHU JIAO LIU76约束条件采用正交优化方法进行组合，建立离心风机设计模型满足高效叶轮的需求。

4.2.2风机内部均匀化流场设计研究双圆弧双吸式离心双风机叶轮内部流动非常复杂，气体在流动过程中，在盘、盖之间，叶片压力面出现很强的二次流，在离心叶轮曲率及哥氏力的共同作用下吸附边面层不断增厚，将主流推向压力边形成“射一尾迹”结构导致叶轮出口流场非常不均匀，叶轮动损失增加，同时也使后续元件内部流场产生强烈的不均匀性，降低输送能和效率。

项目将串列叶栅、轮盖开孔等离心自适应边界层控制技术结合起来，通过叶片吸力面处开孔或缝进行结构改抑制流体最高绝对速度，实现在全工况范围内改善离心通风机叶轮的性能，提高效率。

4.34MZ-6A型自走式棉花收获机气力输送管网设计管道气力输送因具有成本低、效率高、污染少、操作危险小、管网布置灵活等优点，已成为普遍适用的固相物料输送方法。

6行采棉机气力输送由双圆弧双吸式离心双风机提供风，星型分支管路将气源分流到6个采棉头及输送管道中部附近，为保证籽棉传输的同步通畅性，要求各分支管路气动特尽量相。

目前，气固两相流动的研究主要集中在对单一管道试验、理论推导及数值模拟方面，但对管网分流报道较少尚未形成统一的理论。

阻力特性是管道输送设计和应用的重要参数之一，在网分流的研究中尤为重要，直接影响了管网布局和动力求。

项目根据流体力学方法，设计、研究接近线的星型分支管路及其气固两相流动特性：管网中的状态和阻力。

同时通过进行星型分支管路气固两相流动实验，利用主成分分析法对影响两支管单位长度压力损失差值的各因素重要性相关进行分析，得出主要的影响因素为全面设计高效率气力输送管网提供依据。

4.4底盘与发动机系统匹配研究4.4.1主要内容6行采棉机主系统中，在3行机基础上主要变化的是发动机功率必然增大、底盘的传动系须采用四轮驱系统，所以主要研究发动机性能与底盘匹配、变速箱及四轮驱系统性能研究。

①发动机性能与底盘匹配研究。

为了降低采棉机工作油耗和提高动力性能，从发动机技术看，提高发动机的动力性和经济性是关键；从整机技术角度看，降低自身重量、改进采棉机外形与结构，轮胎选用等都是有效措施，但改善传动系统与发机的匹配是关键措施，要改善整车燃油经济性与提高动力，发机传系统的匹配非常重要。

主研究内容是：发动机万有特性实验；实验数据计算机值模拟；实验数据优化组合；发动机各工况模拟试验。

②变速箱及四轮驱动系统性能研究。

由于整车质量和功率增加，6行机必须改为四轮驱动系统。

改为四轮驱动系统的优点是，牵引性能和附着性能显著提高，减轻对土壤的压实和对结构破坏程度，较好的操纵性和机动较好的坡地作业稳定性。

变速箱各挡传动比优化设计；四轮驱动系统优化设计与仿真技术研究；传动系态分析模拟技术研究；传动系变速箱实验；四轮驱动系统实验。

4.4.2液压控制系统研究针对目前采棉机液压控制系统采用的单泵单发动机出现负载大，输出压力过高造成泵、发动机寿命短等问题，通过项目的实施，拟采用三泵三发动机来克服以上问题，运用智能控制策略解决三泵三发动机的同步性，通过优化理论设计计算实现采摘与行走泵、发动机的功率匹配选型，提高采净率。