国产4MZ-5型自走式采棉机改进

2015-03-10高爱弟高治国王玲玲孙芳霞邵叶文

新疆农机化 2015年4期

关键词：改进

高爱弟，郭　健，高治国，王玲玲，孙芳霞，邵叶文

（1.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆　石河子　832000；2.新疆石河子职业技术学院）

国产4MZ-5型自走式采棉机改进

高爱弟1，郭健2，高治国1，王玲玲1，孙芳霞1，邵叶文1

（1.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆石河子832000；2.新疆石河子职业技术学院）

摘要：介绍了国产4MZ- 5型自走式采棉机的结构及工作原理，研发情况，试验改进及产品优势。

关键词：采棉机；国产；自走式；改进

4MZ-5采棉机是由中国农业机械化科学研究院、贵州平水机械有限责任公司，通过“产学研”方式合作设计，由石河子贵航农机装备有限责任公司进行改进设计后研制生产的。样机于2002年由国家农机具质量监督检测中心组织进行了采收测试，通过中国机械工业联合会科技成果鉴定，2004年由中国农业机械试验鉴定总站进行检测，通过中国机械工业联合会小批鉴定，2007年由新疆自治区农业机械试验鉴定站（棉花机械专业站）进行检测，获得了“农业机械推广鉴定证书”，于2007年12月25日纳入“国家支持推广的农业机械产品目录”（农业部第969号公告），在国家农业部农业机械化信息网站上公布。2008年列入农业部机械购置补贴项目，享受农业机械销售国家财政最高补贴（农办财[2008]26号）。产品性能及指标相当于美国迪尔公司的“9970”型采棉机，采净率、含杂率指标与“9970”型采棉机相当，研制起点高、技术含量高，其技术指标、性能达到世界先进水平。

1　主要结构及工作原理

本采棉机可根据棉花吐絮情况分一次或者多次采收棉花，其主要结构由采棉头、水路系统、润滑系统、驾驶室（含电器操纵系统）、气力输棉系统、棉箱、燃油箱、空调系统、自走底盘、液压系统、标示牌等组成（图1）。

采棉机在采摘棉花时，由采棉头上的分禾器将棉株扶起并导入采摘室，随着采棉机向前运动，棉株宽度被挤压到80～90 mm，旋转着的摘锭有规律的伸出栅板，呈水平状垂直插入被挤压的棉株，与吐絮的棉铃相遇，摘锭上的钩齿挂住籽棉，把吐絮棉瓣从开裂的棉铃中拉出，并缠在摘锭上，同时摘锭随滚筒旋转由采摘室经栅板退出进入脱棉区，高速旋转的脱棉盘将摘锭上的籽棉反向脱下。脱下的籽棉被气流自集棉室经输棉管道输送至棉箱。采棉机作业是由凸轮机构控制摘锭座管，使摘锭垂直插入和退出棉株，提高了采净率，减少了摘锭对棉秆的伤害及植物汁液对籽棉的污染，工作过程见图2。

图1　采棉机立体1.采棉头2.水路系统3.润滑系统4.驾驶室（含电器操纵系统）5.气力输棉系统6.棉箱7.燃油箱8.空调系统9.自走底盘10.液压系统11.标示牌

图2　采棉头采收过程示意

2　改进、研发情况

从2008年开始，石河子贵航农机装备有限责任公司和贵州平水有限责任公司组织技术力量，针对现有机型（4MZ-5）在装配和田间采收时出现的问题进行研究，为使采棉机性能更优越，确定改进优化采棉机动力系统、液压系统和采摘系统；同时为提高采棉机采收质量，公司组织技术力量对采棉机进行技术升级。

2.1改进部分

（1）动力系统：由于原发动机进气和散热系统不能很好地适应采棉机的作业环境和要求，并且工作时油耗相对较高，技术人员在遵从原发动机系统参数的基础上，重新选择东风康明斯发动机有限公司的6CTA8.3-C260型发动机。同时对动力系统，包括发动机进气系统、空气过滤和散热系统等进行了重新设计，使之更适应采棉机的作业环境和要求。

（2）液压系统：对原有的液压管路包括液压油箱、液压泵、马达、阀站、过滤器、油缸、胶管、钢管等进行了改进。

原液压油箱出油口与钢管连接输出液压油，由于采棉机工作时震动较大，在使用中发现经常出现油管被撕裂，空气随之进入液压油箱，导致液压泵和马达的配流盘因气蚀而损坏；同时由于此钢管管径偏小，输出压力不足。根据以上缺陷，将原输出管更换材质，选用胶管，同时增大了管径。

根据新发动机的系统性能要求，将原来的液压泵、马达、阀站等关键部件更换为美国伊顿公司的进口配件，并对原液压系统管路中胶管长度和压力进行重新设计，根据新更换液压件的性能，最终确定液压胶管的长度和管径。液压钢管的走向、直径大小及壁厚和折弯角度也根据新系统的需求做出调整。

（3）采摘系统：针对原机型采棉头上锥齿箱经常出现弧齿轮崩齿的现象，改进了弧齿轮的加工工艺；为解决锥齿箱漏油、高温的问题，重新设计了油封和锥齿箱上盖；原中间轴装配中的零件六方形轴易磨损、注油困难，对此设计人员调整了六方形轴外径，将原轴外径加大，加深注油孔深度；中间轴装配中两端轴承因高温容易烧坏抱死，我们加大了轴承装配处的外径公差。

2.2自动化控制研发情况

从2012年至今，先后在4MZ-5采棉机上进行了以下几项技术革新：

（1）棉花在线产量测量技术。此技术通过测量输棉管内的棉花对近红外光的吸收率，换算出单位时间的平均棉花流量，得出棉花的产量，方便农户测算产量。

（2）自动对行技术。采棉机在田间作业时，采棉头与棉花垄对的越正，采摘效果越好。目前国内主要依靠驾驶员的操作技能来保证，增大了驾驶员的劳动强度。通过研发自动对行操作系统，使采棉头保持较准确的对准棉花，实现作业时的巡航，通过切换作业与运输模式，在运输与地头转弯时采用人工驾驶。

（3）采棉机自动化控制系统。将现场总线技术应用于采棉机的控制，完成系统数据的数字化传输，完成采棉机各测控点数据的采集和控制，利用嵌入式设备实现CAN网络传输，为采棉机提供通用的自动化控制平台。

改进后的机型技术参数如下：

3　试验情况

从2009年至今每年公司都要对新型采棉机进行田间采收试验，对改进后的系统着重测试，并记录相关参数，具体的比较如下：

3.1动力系统的发动机具有以下优势

（1）故障率低，用户反映良好；

（2）发动机震动小；

（3）功率满足使用要求，燃油消耗在原发动机油耗3 L/667m2基础上降至2 L/667m2，与迪尔9970机型亩油耗基本相同，大幅度降低了用户使用成本。

3.2液压系统

液压油箱出油口连接钢管的改进以及液压成品件的更新，有效保证了液压系统高效可靠的驱动能力，具体提升内容如下：

（1）液压泵配油盘被磨损的现象得到了改善，2009年投入165台采棉机田间采收，先后更换配油盘95套，2010年公司针对2009年生产的采棉机进行了改进，大幅度降低了故障率。2010年对液压系统管路改进后，液压系统的可靠性能大大提高。2011年和2012年采摘期间新机配油盘损坏更换的数量分别是12件和1件。2013年与2014年采摘期间新机没有出现配油盘磨损更换的现象。

（2）2014年将10台机器液压缸更换为国产件，通过一个采季的对比验证，国产液压缸可靠性明显比进口液压缸高；至今一直采用国产液压缸，鲜少出现损坏更换现象。

（3）2014年将10台液压泵更换成萨澳牌的液压泵后，因为该泵内置过滤装置，避免了泵和马达故障，动力性能得到了提高，采头预热时间比液压泵短，对用户来说采摘效率提高了很多；

3.3采摘系统改进

在采收试验阶段，改进后的采摘系统比之前工作效率有所提高，具体提升如下：

（1）锥齿箱油封更换后，使漏油情况得到缓解；

（2）锥齿箱上盖改进后，提高了锥齿箱的可靠性；

（3）锥齿箱力矩更改后，故障率降低；

（4）弧齿轮加工工艺改进后，崩齿现象减少；

（5）中间轴改进后，与老机对比，新机的可靠性大大提高，没有出现中间轴损坏现象，但老机中间轴损坏严重。

3.4性能稳定性有待提高

经过2012～2014年的试验验证，该产品在质量、可靠性、稳定性等方面都有较大的提高。技术性能基本稳定，但还是存在一些装配质量和工艺的问题，在今后的装配过程中将逐步完善。

4　产品特点

4.1技术参数

我公司生产的4MZ-5采棉机与迪尔公司9970技术参数非常接近，在整机重量方面存在一定差距。经过多年改进后，整体性能有所提高。与凯斯公司生产的2555对比，发动机功率相同，重量较轻。具体参数如表1。

4.2与同类采棉机性能指标对比情况（表2）

4.3质量状况方面对比情况

2010年224台采棉机进行田间作业，采收面积达到5.3万hm2左右，单台采棉机平均采收面积达到233 hm2以上，超出了公司对用户每个采季采收200hm2的承诺。采收面积与迪尔9970相近，约高于凯斯170 hm2的平均采收面积。可见，国产采棉机质量状况接近进口采棉机水平，存在的差距通过良好的售后服务得到弥补，用户满意度得到较大提升。

4.4售后服务

零备件供应和售后服务是公司突出的亮点，公司售后服务体系健全，在每个片区均有售后服务站，售后服务成本大大降低。及时的备件供应和售后服务得到了用户好评。总之，采棉机质量状况已得到大幅度提升，用户满意度大大提高，2011年以后订货量也大幅度攀升。采棉机完全具备了投放市场的技术状态和生产能力。

5　应用情况

截至2014年我公司已累计生产4MZ-5采棉机共计615台，其中612台（其余作为备用机使用）投入田间采摘作业。经多年的持续不断改进，采棉机质量已经得到了较大提高，同时也出现了多种机型，因此采棉机质量状况的反映也不尽相同。主要分为三种：2007年及之前的30台；2008年～2009年的167台；2010年～2014年的418；2011年前单台价格为128万元，2011年以后为158万。通过对比，目前产品可靠性大幅提高，得到了广大用户的认可。经销商及售后服务网点遍及伊犁、博乐、阿克苏、塔城、昌吉、哈密、农一师、农五师、农六师、农七师、农八师、农十师、农十三师等地，覆盖范围逐步扩大。