统收式采棉机清杂系统的设计及运动学分析

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1、2015年9月农机化研究第9期统收式采棉机清杂系统的设计及运动学分析abaa贾新燏，王维新，陈宏，连国党(石河子大学a．机械电气工程学院;b．教务处，新疆石河子832000)摘要:针对目前统收式机采棉含杂率比较高这一现状，对国内外采棉机清杂系统的分离方法和分离理论进行探究，明确了不同清杂系统的优点和不足，通过研究棉花及其杂质的物料特性，确定了统收式采棉机清杂系统的各部件参数。同时，对统收式采棉机清杂系统工作机理、组件结构及性能进行理论分析和仿真分析，优化了此装置的设计参数。结果表明:当钉齿滚筒的转速在300～400r/min时，清杂系统的工作情况最为稳定，清杂效率最高;当施加

2、在出杂闭风器顶端边缘的力为20N时，其顶端位置、速度及加速度的变化是在可靠的范围之内的，出杂闭风器的工作性能稳定、性能可靠。关键词:统收式采棉机;清杂系统;结构设计;运动学分析+中图分类号:S225．911文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0016－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.004［9］筒、风机及传动系统等组成。其总体结构如图1所0引言示。新疆是我国棉花种植面积最大的区域，棉花也是［1－2］新疆农业的主导产业。近年来，劳动力短缺现象在新疆显得更为突出，已经严重制约了新疆棉花产业［3］的发展。因此，采用机械化

3、采棉技术是实现棉花可持续发展的必然选择，机械化采摘棉花代替人工采摘［4］是必然的发展趋势。目前，我国还没有完全国产化采棉机，并且现有采棉机采摘棉花含杂比较高，导致后续棉花加工过程中除杂工序增多/棉花纤维变短、［5］棉花的质量等级下降。统收式采棉机在采摘过程中会混入一些杂质，如棉枝、棉桃、棉叶、异性纤维等，这些杂质的混入，不仅影响棉花的分级等级，还加大1．钉齿2．钉齿滚筒3．入棉口4．格条栅5．出杂闭风器［6－7］了后续清杂工作的难度，增加了成本。针对以上6．出杂绞轮7．出棉闭风器8．出棉口存在的问题，本文以统收式采棉机为研究对象，重点图1六辊清杂结构示意图研究清杂系统的结构及

4、参数，对清杂系统的工作原2)工作原理:统收式采棉机在采摘过程中，通过理、结构及性能进行了理论分析和仿真分析，对设计采摘头将物料(棉秆、籽棉、棉叶、青桃、铃壳等)采下，参数进行了优化，解决统收式采棉机所采棉含杂高的然后经风送管道，进入六辊清杂装置，全部物料落在问题，为新疆发展具有自主产权采棉机核心技术提供第2滚筒上;刺钉滚筒在液压驱动马达的作用下以一［8］理论基础。定的转速逆时针方向转动，在其冲击作用下，采摘的大部分物料被击打，由下至上滚动，后逐一进入下一1结构和工作原理滚筒。在此过程中，籽棉被机械抖动而变松散，在重1)结构:统收式采棉机清杂系统的结构主要由出力、离心力以及气流

5、的共同作用下，黏着于籽棉表面杂绞轮、出棉闭风器、出棉绞轮、出杂闭风器、钉齿滚的外附杂物通过与格条栅板的摩擦与撞击，从栅板间距中排出;排出的杂物在重力和负压风力的作用下，收稿日期:2014－09－24基金项目:国家自然科学青年科学基金项目(51405312)进入沉积箱;之后，籽棉顺着栅板上升经出棉闭风器作者简介:贾新燏(1987－)，男，甘肃通渭人，硕士研究生，(E－mail)和出棉绞轮进入收棉箱，从而完成整个清杂过程。钉jxy_2013405024@163．com。齿对单粒籽棉的作用，其受力情况如图2所示。·16·2015年9月农机化研究第9期2．1锭齿数目及排列方式钉齿滚筒

6、的形式有圆柱型和圆锥型，本设计中采用圆柱型滚筒，采用径向喂入与径向排出的方式。钉齿的排列形式对分离性能有很大的影响，如果在滚筒圆周方向和径向钉齿排列过多:一方面对棉花击打次数增多，对棉花纤维的损伤程度加大;另一方面会增加生产成本和加工难度，所以对钉齿数量和排列形式［11］的研究至关重要。如果钉齿数量一定，而一个钉齿的运动轨迹内只有一个钉齿通过，则不仅分离效率很低，而为达到一定的分离效率，滚筒必须很长。因此，必须让若干个钉齿在同齿迹内回转。为了工作均匀，这些齿在同一齿迹内应是均匀分布的，因而形成了按1．滚筒2．钉齿3．单粒籽棉4．格条栅多头螺旋线来排列钉齿。其虚线为齿迹线，斜线

7、为钉图2受钉齿冲击的籽棉受力图齿分布螺旋线，与齿杆的交点即为齿座位置。令D为图2中，P为滚筒旋转时钉齿对籽棉的冲击力;F1滚简直径(按齿内端计)，L为滚筒长度，a为齿迹距，B为籽棉与排杂网面接触时，排杂网面对籽棉的摩擦阻为齿距，M为齿钉数量，则螺线导程f=Ma。一般齿杆力;F2为籽棉与钉齿接触时钉齿对籽棉的摩擦阻力;C数为螺线头数k的整数倍，每个齿迹也就有k个齿通为籽棉随滚筒作圆周运动时受到的离心力;G为籽棉过。所以增加k可以提高生产率;但过多就不明显了，的重力。当钉齿滚筒旋转时，由于F2和G及F1和P