題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自動(dòng)仿形棉花打頂機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對新疆棉花生產(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(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。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、作品任務(wù)來源：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)板信號觸發(fā)器、蓄壓式的液壓升降系統(tǒng)、打頂高度自動(dòng)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(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過聯(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(dòng)仿形棉花打頂機(jī)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(dú)立仿形通過仿形與獨(dú)立升降控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，地面不平的隨機(jī)仿行可通過仿行地輪來實(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彈簧連接，緩沖了寬幅機(jī)架高速行駛時(shí)地面不平對其產(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(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(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(shí)，棉株頂部切口平齊，無撕拉現(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)系主要由一級齒傳動(dòng)和兩級帶傳動(dòng)組成。打頂作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過聯(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=1.66，一級帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i2=2.32，二級帶傳動(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。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品設(shè)計(jì)目的意義 實(shí)現(xiàn)棉花自動(dòng)仿形打頂作業(yè)，對加快新疆棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化進(jìn)程，農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)村增值，農(nóng)民增收意義重大；作品研究取得的主要成果對棉花打頂機(jī)的研究提供新的思路、結(jié)構(gòu)和理論。 二、設(shè)計(jì)基本思路 ⒈針對棉株頂部高度特征提取信號困難的情況，設(shè)計(jì)了接觸式機(jī)械浮動(dòng)板信號觸發(fā)器，浮板隨棉株的高低起伏而產(chǎn)生可以反映棉花高度的信號。 ⒉為適應(yīng)不同的栽培模式，滿足割刀和棉株行配合的要求，設(shè)計(jì)了組合式的仿形機(jī)架。 ⒊針對拖拉機(jī)在田間行駛時(shí)左右晃動(dòng)問題，設(shè)計(jì)將機(jī)架與懸掛架轉(zhuǎn)軸鉸接。 ⒋考慮液壓控制割刀升降時(shí)，各個(gè)液壓油缸壓力不穩(wěn)定，采用了并聯(lián)蓄壓式的液壓控制系統(tǒng)。 ⒌為了使機(jī)具在不切斷動(dòng)力的情況下滿足各個(gè)單體獨(dú)立仿形作業(yè)要求，設(shè)計(jì)了齒帶組合的柔性傳動(dòng)系統(tǒng)。 根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)要求和機(jī)器作業(yè)工藝，經(jīng)小組反復(fù)綜合論證，本項(xiàng)目組最后研制開發(fā)出自動(dòng)仿形棉花打頂機(jī)。 三、作品的創(chuàng)新點(diǎn) 提出了接觸式自動(dòng)測高的方法，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了基于接觸原理的機(jī)械浮動(dòng)板信號觸發(fā)器的棉株打頂高度自動(dòng)測量裝置。 組合式仿形機(jī)架，實(shí)現(xiàn)了每組切割器的間距可調(diào)。 四、技術(shù)關(guān)鍵 1．機(jī)架對地面仿形的穩(wěn)定性 2．測量棉花頂部時(shí)浮板反應(yīng)靈敏度 3．液壓系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性 五、主要技術(shù)指標(biāo) 1．漏打率＜5% 2．機(jī)械損傷率＜3% 3．作業(yè)速度＞2 km/h 4．作業(yè)幅寬＞4500mm
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、農(nóng)作物高度自動(dòng)檢測方法及其機(jī)理。 農(nóng)作物高度自動(dòng)測量，目前國內(nèi)外運(yùn)用較普遍的是圖像測量、超聲波測量、光電測量等非接觸式測量方法，但其系統(tǒng)構(gòu)成和技術(shù)復(fù)雜，成本高且受環(huán)境的影響大。而機(jī)械浮動(dòng)板信號觸發(fā)測量的新方法與非接觸式測量方法相比，信號采集快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低并且對作物的適應(yīng)性好。 二、組合式仿形機(jī)架的作業(yè)時(shí)的平衡技術(shù)。 目前農(nóng)具仿形機(jī)架多為整體式非獨(dú)立仿形機(jī)架，在滿足作業(yè)速度的條件下，左右仿形輪的運(yùn)動(dòng)存在干涉。本作品研究設(shè)計(jì)組合式獨(dú)立仿形機(jī)架，機(jī)架與仿形地輪彈性鏈接較好的解決了上述問題，并對其工作機(jī)理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)滿足農(nóng)藝要求下，作業(yè)時(shí)機(jī)架的平衡。 三、農(nóng)作物莖稈無支撐滾切技術(shù)及理論。 農(nóng)作物莖稈切割按結(jié)構(gòu)原理分有支撐切割和無支撐切割。其中無支撐切割國內(nèi)外研究報(bào)道較多的是水平旋切。 四、運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對關(guān)鍵部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力性分析，降低生產(chǎn)成本，縮短研發(fā)周期。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖紙 圖片 模型 實(shí)物 產(chǎn)品 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 一、產(chǎn)品使用說明 1．運(yùn)輸過程中，正確懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)后，機(jī)架抬高，割刀升至最高點(diǎn)，關(guān)閉機(jī)具控制電源。 2．工作過程中，接通電磁閥控制電路，進(jìn)入田間工作區(qū)域。掛上工作檔位，仿形浮板位于工作位置，打頂機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)高度，駕駛員駕駛機(jī)具前行。 3．轉(zhuǎn)彎時(shí)，割刀升至最高點(diǎn)，關(guān)閉機(jī)具控制電源。 二、作品技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 1．檢測方法新穎、結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便。 2．實(shí)現(xiàn)了棉花行內(nèi)行間打頂自動(dòng)獨(dú)立仿形。 3．組合式機(jī)架，可以適應(yīng)不同棉花種植模式。 三、作品的適應(yīng)范圍 機(jī)采棉種植模式（660mm+100mm），通過調(diào)節(jié)單個(gè)打頂裝置的間距可以適應(yīng)不同種植模式。 四、推廣前景分析 1．新疆是全國最大的棉花生產(chǎn)區(qū)。每年棉花生產(chǎn)旺季勞動(dòng)力都會(huì)出現(xiàn)不足現(xiàn)象。 2．棉花打頂機(jī)可代替藥物打頂，符合國家環(huán)保的倡議。 3．作品作業(yè)效率高，降低了農(nóng)工的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，促進(jìn)棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化進(jìn)程。 4．經(jīng)濟(jì)效益，機(jī)械打頂比人工打頂節(jié)約成本10元／畝，兩個(gè)工期即可收回投資成本。
同類課題研究水平概述
- 目前，我國完成棉花打頂?shù)娜N基本的途徑： 1、依靠人工進(jìn)行棉花人工打頂 2、藥物控制 國外棉花生產(chǎn)過程中對棉花頂尖處理采用藥物控制的方法，但是隨著科技的進(jìn)步以及國內(nèi)外對環(huán)境污染問題和健康問題的關(guān)注，使得人們不得不想辦法研究一種既高效經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的棉花打頂方法。 3、機(jī)械打頂 ⑴前蘇聯(lián)在20世紀(jì)80年代曾研制開發(fā)前置式整體仿形棉花打頂機(jī)，因不能適應(yīng)棉花打頂?shù)霓r(nóng)藝技術(shù)，沒有達(dá)到人們對棉花打頂?shù)囊螅圆]有得到很好的應(yīng)用與推廣。 ⑵3MD-12型棉花打頂機(jī)實(shí)現(xiàn)了扶禾-聚攏-切頂-連續(xù)作業(yè)和棉花主、側(cè)枝連機(jī)械同步打頂，基本滿足了棉花打頂作業(yè)的農(nóng)藝要求。但是卻無法實(shí)現(xiàn)單行自動(dòng)獨(dú)立仿形。 ⑶新疆某高校棉花打頂機(jī)研制小組在借鑒3MD-12的仿形式棉花打頂機(jī)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了靴式地面仿形裝置，通過地面仿形控制棉株打頂高度。但是僅能實(shí)現(xiàn)對地的仿形，打頂精度低。 ⑷國家農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心正在研究的3WDZ-6型自走式棉花打頂機(jī)，采用激光傳感器對帶莖稈的棉株進(jìn)行了打頂高度測量，并進(jìn)行棉株的仿形打頂。但是激光測量存在容易受到環(huán)境因素的影響、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造使用維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。 國內(nèi)外仿形研究的方向是自動(dòng)化，目前棉株頂部高度自動(dòng)測量研究如李霞研究利用超聲波技術(shù)自動(dòng)測量棉株頂部高度，在測量精度與存儲數(shù)據(jù)上都有一定的缺陷；劉光輝研究利用紅外線技術(shù)自動(dòng)測量棉株頂部高度；國家農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心研究的利用激光傳感器對棉花打頂高度測量，以上幾種方式均采取非接觸式的測距原理。非接觸式的測距存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、容易受環(huán)境因素的影響等缺點(diǎn)，并且滿足不了棉花打頂?shù)乃俣纫螅?gt;2km/h）。 目前研究出來的棉花打頂機(jī)多為科研院所和高校研究的實(shí)驗(yàn)裝置或小型樣機(jī)，實(shí)際投入生產(chǎn)的很少。長期以來國內(nèi)棉花打頂?shù)墓ぷ髦饕匀斯橹?，而人工作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、可控性差，同時(shí)延長了打頂時(shí)期，使得棉花不能在合適的時(shí)期內(nèi)得到及時(shí)的打頂，從而降低了棉花的產(chǎn)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)的需要。因此急需研制一款結(jié)構(gòu)簡單，高效，可靠，價(jià)格適宜的棉花打頂機(jī)，解決人工棉花打頂效率低下、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，防止藥物控制給環(huán)境帶來的污染，以及給人體健康帶來的危害。由此可見棉花打頂機(jī)是我國棉花種植產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化必不可少的。
