棉花收获机械cotton harvesting machinery

收获籽棉、霜后青铃及棉柴的机械。
发展简史 美国最早研究采棉机。1850年兰巴托(S.S.Rembert)和普利斯考特(J. Prescott)获得第一个采棉机专利。1871年休斯(J.Hughes)第一个获得摘铃机专利。以后相继出现过机械式、手持气吸式、静电式采棉机和摘铃机，其中坎贝尔(August Camp-bell)于1895年发明了摘锭采棉并获得专利。1924年由万国收获机公司研制成第一台滚筒式水平摘锭采棉机，美国至今仍广泛使用这种类型的采棉机。1932年出现了采用光面摘锭的链带式水平摘锭采棉机。1943年出现拖拉机悬挂的双行摘铃机。1948年和1952年分别发明了尼龙丝刷条摘铃辊和橡胶叶片摘铃辊，后来发展成大量用于一次采棉的尼龙丝刷条和橡胶叶片组合的斜摘辊摘铃机。自1951年发明皮棉清理机后，加工成的机采皮棉的等级与手采的基本接近，采棉机才得到更快推广，至1973年美国棉花收获已全部实现机械化。此外，美国还发展了行距可调的81～91厘米宽窄行距和96或102厘米等行距的采棉机，采用静液压驱动，无级变速两档作业速度(0～5.14千米/小时和0～6.05千米/小时)；增设作业质量监测、报警装置、采棉部件仿形装置等，以提高自动化程度，应用喷射气流输棉、避免输棉风机叶片打碎棉籽；改善驾驶室隔音隔尘和空调装置。苏联在1924年出现第一台气吸式采棉机样机。1939年第一次研制成滚筒式垂直摘锭采棉机，到1948年开始成批生产。50年代初开始生产钢制棱形斜摘辊四行悬挂式摘铃机。同时还开始生产剥铃清棉机，用于在田头或晒棉场剥青铃、干铃、清理机采籽棉和落地棉。60年代以来又发展了半悬挂的带有剥铃清棉机构的摘铃机。从70年代起发展了收种用籽棉的双行分层采棉机及采收长绒棉的双行采棉机。采棉机棉箱内考虑设压棉机构以增加贮棉量，并向4行发展。1981年主要棉区乌兹别克共和国的采棉机械化程度达到68%。另外，针对采棉机械化造成的落地棉损失，美、苏两国分别在60、70年代研制和生产了落地棉捡拾机。苏联还研究了带弯电极的电场气流拾棉工作部件，拾起率达80～85%，籽棉含杂28～31%。
在棉柴收获方面，美国主要用棉柴粉碎机将棉柴切碎还田。苏联从50年代初开始生产双行铲棉杆机，60年代生产四行铲杆集堆机，1979年生产棉杆铲拔切碎机，收获的棉柴能用作工业原料和饲料原料。此外，为了利于棉柴的综合利用，还研究了棉杆铲拔压扁机，将拔起的棉杆压裂，便于干燥、打捆后长期贮存；以及利用棉杆作饲料而配套的粉碎机和发酵工艺。
为使籽棉运输技术与现代化高效率的机器采棉工艺配套，美国发展了棉模成型机、田边贮存棉模（棉垛）工艺、棉模装运车和加工厂的棉模喂送机等整套新技术。可提高贮运速度、保护籽棉质量、减少贮棉中心库的庞大建设、提高轧花厂的喂棉机械化程度。此外，美苏两国还不断改进加工厂的清棉设备。
收获工艺 主要包括采棉前的化学脱叶催熟，机器采棉、摘铃和采棉后的清理加工等三个环节。
化学脱叶催熟 在棉铃基本成熟时向棉株喷洒脱叶剂如氯酸镁、脱叶磷等。可使棉叶加快衰老脱落，棉铃加快成熟吐絮，促使棉株较快干燥，以便于机器作业及减少籽棉含杂。平均脱叶率可达89%左右，吐絮率91%，增收霜前优质棉18%，且可在保持纤维拉力的同时提高纤维细度。
机器采棉 有一次采棉和分次采棉两种。一次采棉是摘下全部籽棉和未吐絮的青铃（棉桃），然后将籽棉和青铃分开，用剥铃机剥出青铃中的籽棉。分次采棉是根据棉铃吐絮的先后，用分次式采棉机摘下吐絮籽棉，最后用摘铃机摘取剩余的未吐絮的霜后青铃。分次采棉不损伤棉枝、青铃、棉籽和纤维，可保持纤维的天然品质。
清理加工 机摘籽棉含杂率在10%左右。经过配有烘棉机、各型籽棉清理机、轧花机、皮棉清理机的现代棉花清理加工厂处理后，含杂可达到手采皮棉水平。
类型与结构 棉花收获机械包括采棉机、田间清棉剥铃机和棉柴收获机三大类。
采棉机 按采棉的工作原理可分为机械式和气流式两大类。机械式采棉机是利用机械采摘部件，用钩拉、卷绕、打击、梳摘等方法采棉。有分次采吐絮籽棉和一次采棉摘铃两种类型。分次采吐絮籽棉用摘锭式采棉机，包括滚筒式水平摘锭、链带式水平摘锭和滚筒式垂直摘锭。一次采棉摘铃用斜摘辊式摘铃机和指杆式摘铃机。气流式采棉机是利用高速气流采摘吐絮籽棉。有真空吸嘴式、风室吹吸式、风室气吸式和气吸振动式四种，由于都不太成熟，尚未能用于生产。
水平摘锭式采棉机 双行或四行采棉。每行采棉部件有前后错开布置的两个采棉滚筒(图1)。每一滚筒的圆周上有12～16个摘锭组，每组从上到下有12、14或20个（层）钢质带齿的锥形水平摘锭。工作时，摘锭在自转(2000～2700转/分)的同时，被滚筒以60～80转/分的公转速度带到棉株丛中，依次沿与棉行成垂直的方向，从栅板的水平栅缝中伸进棉株中缠绕摘棉。然后退出，被滚筒转到带橡胶凸块的圆盘脱棉器下脱棉，再转到湿润器下，摘锭被水擦洗于净后进行下一次摘棉。从摘锭上脱落后的籽棉被风机产生的气流吸走并被送到棉箱。由于摘锭小(直径5.4～12毫米)且多，采摘室较宽(80～90毫米)，对棉株压紧较少，所以性能较好。采棉率90%左右，落地棉率5～10%，籽棉含杂率5%左右。双行的纯工作小时生产率可达11～17亩。

图1 水平摘锭式采棉机采棉部件示意图

链带式水平摘锭采棉机的水平摘锭是用长、直、光面的钢丝做成，装在椭圆形的链式传动带上，双行采棉机的链带由80个摘锭轴组成，每个轴有16个摘锭，共有1280个。摘锭沿着与棉行成垂直的方向进入棉株，摘锭靠摩擦传动，在棉行内旋转采棉，摘锭随传动带转到后面时停止旋转，由缝隙式脱棉器脱棉。
垂直摘锭式采棉机 每行采棉部件由前后两对采棉滚筒组成(图2)。每对滚筒相对旋转，其周边的线速度比机器前进速度高40～60%而方向相反，因而可不推倒棉株。每个滚筒圆周上装有12或15根垂直摘锭。摘锭直径24毫米，表面有4条纵槽，槽的圆弧梭边刻有一排细齿。在采棉区，摘锭由外三角带传动以约1 270转/分自转；在脱棉区，由内三角带传动，改为相反方向转动。工作时，扶导器扶起棉株导入前对滚筒的工作间隙后，被压缩至30～40毫米宽度，由相邻交错配合的摘锭缠绕籽棉瓣采棉。缠棉后的摘锭被滚筒转到脱棉辊旁反转脱棉，被采过一次的棉株经过后对滚筒时再被采第二次。在地头转弯时喷水清洗摘锭。这种机型的结构比水平摘锭的简单，但摘锭数量少、直径大、采摘室窄，必须夹紧棉株才能提高摘棉能力，所以性能较差，采摘率为80～85%，落地棉率15～20%，籽棉含杂率在8%以内。4行的纯工作小时生产率为14～28亩。

图2 垂直摘锭式采棉机示意图

1.扶导器； 2.接棉室；3.脱棉辊； 4.风力吸棉管；5.摘锭滚筒；6.吸棉风机； 7.棉箱

斜摘辊式摘铃机 用于一次采棉的摘铃机。由摘铃部件、输送清理部件、风力输棉系统、青铃分离器及棉箱等组成。每行摘铃部件(图3)为两根用尼龙丝刷条和橡胶叶片组成的斜摘辊， 直径152毫米左右，摘辊 长102 ～109厘米， 与地面约成30°角，摘辊圆周速度比机器前进速度高25～50%。工作时，棉株被扶导器引入两摘辊之间梳摘棉铃及籽棉。在青铃分离器中，风力将籽棉向上吹入棉箱，青铃则落入青铃贮箱。一般采摘率为95%左右，籽棉含杂率为25～30%。4行的纯工作小时生产率为20～73亩。苏联摘铃机的每行摘铃部件由两根直径为50毫米的八梭形钢制斜摘辊和两根输棉螺旋组成。机上的提净机构可根据棉铃的干湿程度剥铃或剥铃清棉。提净后的籽棉含杂率不超过30%。4行的纯工作小时生产率为18～38亩。

图3 斜摘辊式摘铃机摘铃部件

1. 扶导器； 2. 螺旋输送器； 3. 漏杂底壳； 4. 挡飞棉帘； 5. 橡胶叶片； 6. 尼龙丝刷条

落地棉捡拾机 可与采棉机、摘铃机配套使用，使收获机械化程度达到94～97%。图4为双行悬挂式落地棉捡拾机。工作时，棉株被护罩推向两旁，旋转弹性指扫帚将棉垄上的落棉扫到沟中，能仿地形的捡拾器所带各条裂口胶带通过下端的圆弧面处时，裂口张开，后再闭合，从而夹起沟中的落棉，输送到上端，裂口再张开，使带杂籽棉经接棉转送滚筒、提净器和输送带的裂口胶带而送入棉箱。大部分游离杂质、泥土和断枝等相继被接棉转送滚筒和叶轮抛落地面。进入棉箱的落地棉含杂为36～44%，经清棉剥铃机清两次后，籽棉含杂可降到12～15%。

图4 落地棉捡拾机示意图

1. 叶轮； 2. 格条梳； 3. 输送带； 4. 棉箱； 5. 提净器； 6. 接棉转送滚筒； 7. 主动带轮； 8. 裂口胶带捡拾器； 9. 被动带轮； 10. 扫帚； 11. 护罩

田间清棉剥铃机 用于在田头或晒棉场初步清理籽棉或落地棉，也可剥干铃、青铃并清棉。图5为牵引式田间清棉剥铃机。工作时，含杂籽棉或棉铃被吸入吸棉管，在吸口处除掉石子、土块等；然后呈均匀棉层分配到籽棉分离器，分出尘土和碎叶，籽棉落入喂棉箱，经喂入松棉除杂滚筒抛到剥壳滚筒。清棉时剥壳板光面朝下，剥铃时格条面朝下。籽棉先后经中锯筒、大锯筒除去大杂，然后进销钉滚筒碎叶清除器、沿筛网滚动1周后，由上脱棉筒转送到出棉漏斗被压棉螺旋装袋(A型)。或经关风器落入风管被吹送到运棉挂车内(B型)。落到大杂中的少量籽棉被回收锯筒回收清理后，被下脱棉筒刷下抛到大锯筒表面，回到主棉流层中。风机在吸棉管中加负压吸棉，同时往排杂漏斗中吹风，将杂质吹离机器10多米以外，机采籽棉被清理一遍后，含杂率可降低到3%左右。机器需功率7.4～10.3千瓦，小时生产率达1 500千克。
棉柴收获机 有拔棉杆机、铲杆集堆机、棉杆铲拔切碎机和棉杆粉碎机四种类型。
铲杆集堆机 主要工作部件是铲子和集堆机构。工作时，铲子在垄顶下25～30厘米处铲切棉花主根，同时棉株上部被集堆机构的拨盘齿抓住。从两侧各行的导向格条间被转移到中央格条与档杆之间，形成密集的柴捆，柴捆达到一定压力时，档杆自动打开放堆在地上。4行纯工作小时生产率为18～50亩。
棉杆铲拔切碎机 用以铲断主根、拔起棉柴，并切碎成10～15厘米长的小段，经气流吹送到挂车内，用作工业原料，或进一步粉碎成2厘米长的碎片作饲料，在无枯、黄萎病棉区，也可还田作肥料。棉杆铲拔切碎机主要由铲子、螺旋菱形辊、切碎滚筒和定刀组成。棉柴由导株器引入一对螺旋棱形辊之间，同时铲起棉株。棉柴被棱形辊夹紧提起，被切碎滚筒的刀板和定刀切割成小段后，由滚筒产生的气流吹向挂车或地面。

图5 田间清棉剥铃机

1.风机； 2.籽棉分离器； 3.喂棉箱； 4.剥壳板； 5.剥壳滚筒； 6.铺棉小刷辊； 7.中锯筒和排杂筛板；8.击棉辊；9.吸棉管； 10.大锯筒； 11.上脱棉筒； 12.销钉滚筒碎叶清除器和筛网；13.出棉漏斗；14.压棉装袋螺旋输送器； 15.小齿板松棉清棉滚筒和筛网；16.下脱棉辊；17.排杂漏斗；18.回收锯筒和排杂筛板；19.刷条；20.松棉除杂滚筒和筛网； 21.格条筛； 22.吹棉风管；23.关风器

棉杆粉碎机 用于棉杆粉碎还田，有水平转刀式和甩刀滚筒式两种。水平转刀式棉杆粉碎机的转刀由刀盘、两根成直线安装的刀杆和顶端的两把水平转刀片组成。转刀由拖拉机动力输出轴经锥齿轮传动，水平转刀片紧贴地面粉碎进入护罩内的棉柴。一般18千瓦拖拉机可带三组转刀，能粉碎25毫米直径的棉杆。机器左右两组在运输时可以折起。甩刀滚筒式棉杆粉碎机的主要部件是在水平轴管上铰接许多甩刀组成的甩刀滚筒。它被罩在弧形罩内，由拖拉机动力输出轴传动，甩刀端部的圆周速度约30米/秒。作业时，棉柴倾斜进入罩内，被甩刀粉碎后还田。

棉花收获机械cotton harvesting machinery

用来采摘和清理籽棉的机械。由于棉花开花吐絮的时间较长，为便于集中采棉，必须先进行化学药剂脱叶催熟，以除去大量棉叶、杂质，使棉铃能较集中地提早吐絮，为机械采棉创造条件。按完成棉花收获的工艺，分别有采棉机、摘铃机、清棉机、棉杆收集机以及联合采棉机等。