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本作品針對新疆棉花生產(chǎn)急需配套的打頂機械，在原有研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)了滑道式的組合機架、齒帶組合的柔性傳動的系統(tǒng)、機械浮動板信號觸發(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)、割刀獨立升降的動力傳動、棉株頂部高度特征信號的采集與傳送、割刀升降響應(yīng)速度等技術(shù)問題，2010年制作加工的首輪樣機田間試驗表明：該機實現(xiàn)了棉株行內(nèi)、行間的獨立仿形打頂作業(yè)，滿足了棉花打頂?shù)募夹g(shù)要求。

一、作品任務(wù)來源：2010年大學(xué)生訓(xùn)練研究計劃項目。
自動仿形棉花打頂機主要由滑道式的組合機架、齒帶組合的柔性傳動的系統(tǒng)、機械浮動板信號觸發(fā)器、蓄壓式的液壓升降系統(tǒng)、打頂高度自動測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，拖拉機的動力通過聯(lián)軸器傳入變速箱，經(jīng)由齒帶組合的傳動系統(tǒng)，帶動6組滾筒切割器高速旋轉(zhuǎn)，與此同時扶禾器將棉株主、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控制電磁閥工作，電磁閥通過對液壓油缸的升降來控制滾筒切割器的切頂高度。
自動仿形棉花打頂機的仿形包括對地面的彈性仿形和對棉株頂部的仿形，每組切割器的獨立仿形通過仿形與獨立升降控制系統(tǒng)實現(xiàn)，地面不平的隨機仿行可通過仿行地輪來實現(xiàn)。
二、主要部件
⒈仿形與升降系統(tǒng)
棉花打頂機仿形與升降系統(tǒng)是研究自動仿形棉花打頂機的關(guān)鍵與難點。該系統(tǒng)主要由不等臂平行四桿升降機構(gòu)和棉株頂部仿形機構(gòu)所組成。每組滾筒式切割器通過不等臂平行四桿機構(gòu)分別套裝在中間軸和機架固定軸上。其中，不等臂平行四桿機構(gòu)上臂套裝在機架固定軸上，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立，實現(xiàn)了每組切割器的自動獨立仿形。
⒉組合式仿形機架
主軸上的梁用螺栓連接在組合式仿形機架上，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行橫向調(diào)整。懸掛架與機架之間的連接方面進行了創(chuàng)新設(shè)計，懸掛架下端中心連接孔套裝在機架軸承套筒上，通過限位板軸向限位。懸掛架上端左右卡位板卡在機架上。工作時，拖拉機牽引力通過懸掛架下端中心連接孔和上端左右卡位板傳遞給機架，因為機架與懸掛架之間是鉸聯(lián)接，所以二者之間可以左右擺動，一定程度上避免了高速作業(yè)時機具部件之間的運動干涉。另外，機架與仿形地輪之間通過彈簧連接，緩沖了寬幅機架高速行駛時地面不平對其產(chǎn)生的沖擊，一定程度上避免了機架兩端的上下跳動。
⒊滾筒式切割器及其支架
棉花打頂屬無支撐切割，切割速度和切割方式對打頂效果影響顯著。目前無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棉株產(chǎn)生滑切；此外滾筒式切割器切割棉株的瞬間，對棉株的作用力與機具前進方向形成一定夾角，此夾角除了沿前進方向產(chǎn)生切削力外，同時沿棉株軸向產(chǎn)生一個分力，在削切過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)測試：當(dāng)滾筒式切割器直徑為400mm，轉(zhuǎn)速為1500 r/min時，棉株頂部切口平齊，無撕拉現(xiàn)象。
⒋傳動系統(tǒng)
柔性傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了不切斷動力的情況下各行獨立仿形作業(yè)。該傳動系主要由一級齒傳動和兩級帶傳動組成。打頂作業(yè)時，拖拉機的動力通過聯(lián)軸器傳入變速箱增速輸出，然后由變速箱動力輸出軸上的大帶輪通過三角帶驅(qū)動中間軸上的小帶輪作高速旋轉(zhuǎn)運動，再通過中間軸上均布的六個帶輪帶動6組滾筒切割器軸上的帶輪高速旋轉(zhuǎn)，進而使六組滾筒切割器高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)棉株頂部切頂作業(yè)。該傳動系總傳動比i=3.85，考慮到變速箱安裝尺寸，帶輪的通用性，變速箱傳動比i1=1.66，一級帶傳動傳動比i2=2.32，二級帶傳動傳動比i3=1。
三、田間性能試驗
2010年7月6日，作品進行了首輪樣機的進行了首輪樣機的田間試驗，田間試驗表明：該機實現(xiàn)了棉行內(nèi)、行間頂部的獨立仿形打頂作業(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
無