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本作品針對(duì)新疆棉花生產(chǎn)急需配套的打頂機(jī)械，在原有研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)了滑道式的組合機(jī)架、齒帶組合的柔性傳動(dòng)的系統(tǒng)、機(jī)械浮動(dòng)板信號(hào)觸發(fā)器、蓄壓式的液壓升降系統(tǒng)等核心部件，較好解決了作業(yè)行距可調(diào)、割刀獨(dú)立升降的動(dòng)力傳動(dòng)、棉株頂部高度特征信號(hào)的采集與傳送、割刀升降響應(yīng)速度等技術(shù)問(wèn)題，2010年制作加工的首輪樣機(jī)田間試驗(yàn)表明：該機(jī)實(shí)現(xiàn)了棉株行內(nèi)、行間的獨(dú)立仿形打頂作業(yè)，滿足了棉花打頂?shù)募夹g(shù)要求。

一、作品任務(wù)來(lái)源：2010年大學(xué)生訓(xùn)練研究計(jì)劃項(xiàng)目。
自動(dòng)仿形棉花打頂機(jī)主要由滑道式的組合機(jī)架、齒帶組合的柔性傳動(dòng)的系統(tǒng)、機(jī)械浮動(dòng)板信號(hào)觸發(fā)器、蓄壓式的液壓升降系統(tǒng)、打頂高度自動(dòng)測(cè)量與切頂裝置升降控制系統(tǒng)、滾筒式切割器、扶禾器、地面仿形裝置等組成。
工作時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器傳入變速箱，經(jīng)由齒帶組合的傳動(dòng)系統(tǒng)，帶動(dòng)6組滾筒切割器高速旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)扶禾器將棉株主、側(cè)枝聚攏扶至切刀旋轉(zhuǎn)切割范圍內(nèi)。由安裝在支撐滾筒間的4把金屬絲割刀高速旋轉(zhuǎn)，切去枝頂，完成打頂作業(yè)。工作過(guò)程中，每組切割器利用仿形浮板與棉株頂部接觸，將棉株頂部的高低特征依據(jù)仿形浮板升降的電信號(hào)控制電磁閥工作，電磁閥通過(guò)對(duì)液壓油缸的升降來(lái)控制滾筒切割器的切頂高度。
自動(dòng)仿形棉花打頂機(jī)的仿形包括對(duì)地面的彈性仿形和對(duì)棉株頂部的仿形，每組切割器的獨(dú)立仿形通過(guò)仿形與獨(dú)立升降控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，地面不平的隨機(jī)仿行可通過(guò)仿行地輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。
二、主要部件
⒈仿形與升降系統(tǒng)
棉花打頂機(jī)仿形與升降系統(tǒng)是研究自動(dòng)仿形棉花打頂機(jī)的關(guān)鍵與難點(diǎn)。該系統(tǒng)主要由不等臂平行四桿升降機(jī)構(gòu)和棉株頂部仿形機(jī)構(gòu)所組成。每組滾筒式切割器通過(guò)不等臂平行四桿機(jī)構(gòu)分別套裝在中間軸和機(jī)架固定軸上。其中，不等臂平行四桿機(jī)構(gòu)上臂套裝在機(jī)架固定軸上，下臂套裝在中間軸上，并且下臂又與中間軸帶輪套在同一軸上。每組切割器之間相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了每組切割器的自動(dòng)獨(dú)立仿形。
⒉組合式仿形機(jī)架
主軸上的梁用螺栓連接在組合式仿形機(jī)架上，這幾根梁用于固定滾筒式切割器，可以根據(jù)棉花種植模式具體的進(jìn)行橫向調(diào)整。懸掛架與機(jī)架之間的連接方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，懸掛架下端中心連接孔套裝在機(jī)架軸承套筒上，通過(guò)限位板軸向限位。懸掛架上端左右卡位板卡在機(jī)架上。工作時(shí)，拖拉機(jī)牽引力通過(guò)懸掛架下端中心連接孔和上端左右卡位板傳遞給機(jī)架，因?yàn)闄C(jī)架與懸掛架之間是鉸聯(lián)接，所以二者之間可以左右擺動(dòng)，一定程度上避免了高速作業(yè)時(shí)機(jī)具部件之間的運(yùn)動(dòng)干涉。另外，機(jī)架與仿形地輪之間通過(guò)彈簧連接，緩沖了寬幅機(jī)架高速行駛時(shí)地面不平對(duì)其產(chǎn)生的沖擊，一定程度上避免了機(jī)架兩端的上下跳動(dòng)。
⒊滾筒式切割器及其支架
棉花打頂屬無(wú)支撐切割，切割速度和切割方式對(duì)打頂效果影響顯著。目前無(wú)支撐切割主要采用水平回轉(zhuǎn)式切割器，以砍切和滑切為主，為了保證切削質(zhì)量，切割器必須有較高的轉(zhuǎn)速，其功耗大，加工裝配精度高。作品的滾筒式切割器主要由切割器軸、支撐滾筒、金屬絲割刀、切割器帶輪等組成。滾筒支架與滾筒之間采用套筒式連接，安裝時(shí)候可以調(diào)節(jié)V帶輪的中心距。易于安裝調(diào)整和保養(yǎng)維修。支撐滾筒和帶輪固裝在切割器軸上，4把金屬絲割刀沿支撐滾筒圓周方向均布，其兩端分別固定在支撐滾筒圓周上，并與切割器軸形成一定夾角，該夾角使金屬絲割刀對(duì)棉株產(chǎn)生滑切；此外滾筒式切割器切割棉株的瞬間，對(duì)棉株的作用力與機(jī)具前進(jìn)方向形成一定夾角，此夾角除了沿前進(jìn)方向產(chǎn)生切削力外，同時(shí)沿棉株軸向產(chǎn)生一個(gè)分力，在削切過(guò)程中起輔助支撐作用。因此該切割器是以削切和滑切為主，切削速度低、功耗小。經(jīng)測(cè)試：當(dāng)滾筒式切割器直徑為400mm，轉(zhuǎn)速為1500 r/min時(shí)，棉株頂部切口平齊，無(wú)撕拉現(xiàn)象。
⒋傳動(dòng)系統(tǒng)
柔性傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不切斷動(dòng)力的情況下各行獨(dú)立仿形作業(yè)。該傳動(dòng)系主要由一級(jí)齒傳動(dòng)和兩級(jí)帶傳動(dòng)組成。打頂作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器傳入變速箱增速輸出，然后由變速箱動(dòng)力輸出軸上的大帶輪通過(guò)三角帶驅(qū)動(dòng)中間軸上的小帶輪作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)中間軸上均布的六個(gè)帶輪帶動(dòng)6組滾筒切割器軸上的帶輪高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使六組滾筒切割器高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)棉株頂部切頂作業(yè)。該傳動(dòng)系總傳動(dòng)比i=3.85，考慮到變速箱安裝尺寸，帶輪的通用性，變速箱傳動(dòng)比i1=1.66，一級(jí)帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i2=2.32，二級(jí)帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i3=1。
三、田間性能試驗(yàn)
2010年7月6日，作品進(jìn)行了首輪樣機(jī)的進(jìn)行了首輪樣機(jī)的田間試驗(yàn)，田間試驗(yàn)表明：該機(jī)實(shí)現(xiàn)了棉行內(nèi)、行間頂部的獨(dú)立仿形打頂作業(yè)，滿足了棉花打頂?shù)募夹g(shù)要求。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎(jiǎng)
無(wú)