捡棉花

［35］

第6期

科研开发

新型采棉机采棉研究分析

依西甫江·赛依提

（新疆大学 乌鲁木齐 830047）

摘要：我国是世界第二大棉花产地，但是我国棉花种植成本校高，其中主要原因是:首先相比于

国外很多国家90%以上的机械化采棉程度，我国的机械化采棉程度低；其次，我国前前后后引进了很

多国外的先进采棉机，比如戴尔和凯斯等美国的高端采棉机。虽然这些采棉机各项性能处于世界领先

水平，但是价格非常昂贵，普通棉农无法接受。目前我国很多企业开始研发并规模化生产高端采棉机。

但是，这些采棉机都是以美式水平摘锭式采棉机为基础仿造的，几乎没有原创性技术，相关核心零部

件的制造技术也掌握不到位，制约了国产采棉机的发展。本文主要是在了解国内外采棉机发展现状的

基础上，研究现阶段正在研发设计的新型采棉机的齿轮系统振动特性。

关键词：新型采棉机；研究现状；齿轮发展

1采棉机的研究背景和意义

棉花在印度被发现之后，经过商人将其传播到世

界各地。从古至今在世界各国棉花都是作为一种重要

的战略物资，在我国有些朝代还会没置专门的部门或

者颁布法令进行大范围的种植，党和国家也会对棉花

种植户和相关企业进行财政补贴。我国的棉花产量和

销量都位居世界前列，可见棉花在国家发展中的重要

地位。我国棉花种植区域主要有5个主产区，它们是

我国商品棉基地。其中在新疆维吾尔自治区，由于其

本身地域广阔、光照和雨水、雪水充足有利于棉花的

大面积种植，已经逐渐发展成全国棉花的种植中心。

在每年的9~11月份大约有来自全国各地的九十方采

棉工，浩浩荡荡的乘坐火车前往新疆。棉花采摘价格

由早期的最高价每公斤1元，涨到目前每公斤2.5元，

每年需要为棉花工所支付的各项费用有二十几亿元,

棉农除去种植成本其盈利其实也在每公斤2元左右，

而且此种情况还是属于情况好的，如果遇到用工荒无

法招募到采棉工，棉花只能等待别人家采完，这样棉

花的品质会降低、劳动力成本也会上升、市场棉花价

格也可能会下降，棉农的自身的利益得不到保证，这

样很多棉农可能会考虑其他市场风险小的经济作物来

替代棉花。

由以上分析知，采棉的机械化程度的提高刻不容

缓，但是我国的采棉机械化仍然处于起步阶段，主要

是实现整个过程的机械化需要系列的配套作业的大型

棉花收获机械,[1]不然采摘的棉花商品质量将下降进

而影响棉花出售价格，而我国目前配套棉花收获机械

棉田使用程度低。

2国外采棉机研究现状

世界上第一台采棉机雏形的出现最早要追溯到19

世纪50年代左右，是由美国人发明制造的。在此后

的很长-段时间由于采用人工采棉价格低廉，使得采

棉机的研究和制造并没有得到进一步的发展。在第二

次世界大战爆发后，由于战争损失了大量的青年劳动

力，使得人工采棉难以满足棉花种植户的需求。在此

背景的影响下，到20世纪40年代机采棉得到了广泛

的推广应用。

采棉机按照采摘原理可以分为两大类:-类是选

收机，另外一类是统收机。选收机包括水平轴式采棉

机,统一收集包括软轴式采棉机捡棉花和梳齿机。国

外的采棉机生产公司主要有两家且都是来自美国，一

家是世界五百强约翰迪尔公司，一家是凯斯公司。这

两大采棉机研发和生产巨头几乎垄断了全世界的采棉

机销售市场。

3国内研究现状

相比较于国外棉花产业机械化的研究状况，我国

由于工业化起步很晚，在采棉机的研发和制造上没有

国外那么早，直到新中国成立在党和国家的重视下，

棉花产业才开式逐步向机械化方向发展。我国采棉机

发展的总趋势是，首先从国外引进不同类型的先进的

采棉机，然后对采棉机进行对比采摘测试，最后确定

适合于中国棉花种植的采棉机，最后进行国产化。

1952年新疆建设兵团从前苏联购买了垂直摘锭式

采棉机,希望在新疆大力推广，但经过相关测试和田

间采棉效果试验。结果由于极低的采棉效率,所以没

有在生产中推广。1959年引进了两行采棉机，出于

同垂直摘锭式采棉机一样的原因，推广也宣告失败。

1971年新疆建设兵团农七师提出了气吸加机械采摘棉

花的构想，气吸振动式分次采棉部件研制成功，虽然

在室内的采棉效果很好，但是在田间效果不理想无法

进行推广。虽然一次次的失败但是这并不没有动摇国

家对研制采棉机的决心，在党和国家的大力支持下，

采棉机研究人员不忘初心砥砺前行，1998年中国农

业大型机械迎来了里程碑的一刻，第一台国产4MZ-3

型自走式采棉机成功下线，标志着我国成为第三个可

以生产采棉机的国家。但是该采棉机的核心部件仍然

采用美国成熟部件，其它部件采用国产部件。该机器

适合不同耕作模式进行采收同时设计3行配置。虽然

经过田间采棉试验采摘效果很好，但是其与进口采格

机相比各方面的水平还是差别比较明显。国产42-5

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第6期

科研开发

型自走式采棉机研制成功，经农业农村部农机鉴定总

站的鉴定，该采棉机各项技术指标可以和世界先进采

棉机相媲美,[2]该采棉机的成功研制打破了国外两大

采棉机公司的垄断地位，在采棉机销售市场占有一定

份额，但是其核心部件是进口国外的，没有掌握采

棉机核心技术，这也是导致4M2-5型的市场份额只

有5%左右的重要原因。针对摘锭存在的问题，高等

院校发挥了其科研能力，新疆大学的孙文品、付长兵

和洪荣荣等人对水平摘锭的材料、运动轨迹、形态机

理和采棉机原理等方面利用新型的分析方法进行的研

究。[3-4]石河子大学的张智明、位自友和张宏文等人

对采棉机结构特点、热处理工艺，运动特性等方面进

行了分析研究。都取得了一定的成果。通过以上分析

可知，国内采棉机研究在目前只能实现部分部件的国

产化，对于核心部件摘锭还是用进口的方式。国内外

采棉机研究差距明显，国产采棉机难以撼动国外采棉

机销售市场的龙头地位，采棉机的完全国产化还需要

克服很多难题。

4齿轮的发展

制作其恒功率驱动齿轮的特点,具有其他机构不

可替代的优势，其高质量、高性能的研究,是我国能源、

交通、化工、冶金等领域的关键技术。齿轮传动广泛

用于我国的汽车、工程机械、机车、电子、航空、航天、

海洋和风力风电传动系统等领域。随着时代的进步,

设计齿轮的静态和动态性能的要求也逐渐提高。齿轮

广泛应用在重工业和轻工业等领域。常用的机械传动,

齿轮传动是渐开线圆柱齿轮,可以使用渐开线圆柱齿

轮在各种驱动机构,实现减速或增长。驱动齿轮驱动,

具有平稳的输出范围的大变化承载能力等优点。随着

时代的科学的发展,研究人员对齿轮的静态动态性能

的要求也越高。

当今社会，现代机械制造行业的发展对齿轮生产

以及传动技术更高的，比如：希望更高的承载能力和

更高的可靠性；同时投资生产的资本地，更低的噪音；

制造生产过程自动化，参数化。随着人类社会经济增

长，科学技术更新速度日益加快，械传动装置向大型

化，自动化，尤其是为了满足人类社会需要，现已开

始生产制造大型的机械工业设备。而且随着绿色发展

观念的普遍化，生产制造中需要投入大量资本节约能

源方面从而避免过多资源浪费。有了这样的趋势给硬

齿面齿轮的产生和发展迎来了空前绝后的机会，因此

对于硬齿面齿轮的研究国内外做了很多的工作。

20世纪70年代，硬齿面在美国视为重要创部件，

在很各种身产中广泛使用硬齿面齿轮传动。硬齿面齿

轮齿面硬度要求是提高齿轮齿面的硬度，在美国硬齿

面齿轮制造需要先把毛呸或材料淬火处理，后再加工

轮齿。在英国硬齿面齿轮的使用范围很广阔其主要使

用在航空、船舶发动机的生产。DavidBrown公司生

产符合载荷系数K=5352N/cm2的硬齿面齿轮使用该茶

品可以较大的幅度提高发动机承载能力；法国CETIM

齿轮技术委员会主任Henriot指出，齿轮传动今后以

硬齿面齿轮传动为主，这是因为人类社会生产对齿轮

传功的功率要求日益增加；户部博士是日本某大学的

教授，他认为：提高齿轮硬度是生产齿轮技术发展趋

势的关键。西德方面，慕尼黑工大教授阐述，齿轮箱

尺寸的减小由硬齿面齿轮的活跃决定。随着热处理工

艺技术的的成熟，形成了较为成熟的硬齿面淬火工艺

齿面渗碳淬火工艺已较为成熟，人类社会发展到19

世纪末，在机械工程领域占主导地位的将会是渐开线

硬齿面齿轮。

5渐开线标准圆柱直齿齿轮的失效形式

齿轮传动就装置形式来说，有开式及闭式之分，

根据使用情况来说低速，高速，轻载荷，重载荷之分。

齿轮啮合面的硬度大于350HBS或38HRC时称之为

硬齿面齿轮。齿轮传动的主要失效形式可以归纳为以

下几类：

5.1轮齿的折断

轮齿的形式多种多样，普通模式下的轮齿折断的

形式是齿根弯曲折断。在啮合齿轮传动中主要承受载

荷的部位是齿根处因此在工作中容易在齿根处产生最

大的弯曲应力。除此之外轮齿上面还有加工刀痕引起

的应力集中等因素使齿根部分产生裂纹并扩散最终导

致轮齿折断。

当重载荷或有冲击性质的压力作用下，齿轮轮齿

可能会出现载荷过大而折断的情况。初次之外当齿轮

的磨损是因受大量的载荷引起的，仍然保持工作状态

的话会引起齿轮在正常的工况下受载荷发生轮齿断裂

的故障。

在生产过程中为了防止齿轮产生折断，断裂等故

障可以对生产制造过程进行改善。在机械生产中一般

采取这几种措施来改善齿轮的抗折断性能：

1）齿轮制通常采取消除标记的处理方法来去掉

或减小齿根应力集中因此需要增大齿轮齿根过度半径

达到目的。

2）当齿轮在接触线上受均匀的载荷可以改善齿轮

的抗弯曲性能，因此我们可以采用增大轴，支撑的刚性。

3）齿轮所使用的材料性能的影响也很大。当齿

轮材料具有足够的韧性可以提高齿根处以及齿芯的抗

折断弯曲能力因此我们可以适当的采取热处提高材料

性能。

5.2齿面点蚀

疲劳损伤的表现形式之一是齿轮齿面点蚀。当齿

轮材料受变化的接触应力下，因为工件过度疲劳而产

生的，看似像麻点状况的磨损受伤。

啮合齿轮在传动过程中，一对啮合齿面间的相对

（下转第85页）

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第6期

农经管理

参考文献:

[1]

亚当·斯密.国民财富的性质和原因的研究

[M]

.北京:商务印书馆，2011.

[2]

西奥多·舒尔茨.改造传统农业

[M]

.北京:北京商务印书馆，1987:4-19.

[3]

肖新成.财政资金支农投入与农业经济增长的灰色综合关联度分析

[J]

.长沙大学学报，2005，19（5）:103-105.

[4]

李焕彰，钱忠好.财政支农政策与中国农业增长:因果与结构分析

[J]

.中国农村经济，2004（8）:38-43.

[5]

胥巍，曹正勇，傅新红.我国东、西部财政支农对农业经济增长贡献的比较研究——基于协整分析与误差修

正模型

[J]

.软科学，2008，22（5）:95-99.

[6]

高远东，花拥军.地方财政农业支出对地区农业经济增长作用研究——基于空间面板协整与空间误差修正模

型

[J]

.经济学动态，2011（12）:54-61.

[7]

李晖，孙长青.提高公共财政农业支出效益建设社会主义新农村——我国财政农业支出效益分析

[J]

.农业经

济，2007（2）:53-54.

目前已经不收农业税了，但政府运用财政政策稳步提

升农业领域财政投入的同时，也要注重调节控制城乡

与地区在财政方面的投入，调整农业领域税收方面的

减免和关于农村经济社会发展的负担，真正做到城乡

财政达到基本的平衡状态，农村领域财政方面的支出

相对有所增长，各个地区的农业领域的支出得以平衡

的增长与中部西部地区相对增长、农业领域税收减免

和农民肩上的负担全面得以下降相融合，让财政政策

能够和其它政策一并保证广西地区的农业领域的经济

实现全面协调可持续发展的目标。

财政支农支出的结构中存在很多影响农业经济发

展的因素，如支援农村生产支出、农业基础建设方面

的支出、农业科学技术领域的支出与其他方面的支出

等等。本文主要探讨了广西地区财政方面的支农总支

出相对于农业领域经济增长的产生的作用，在融入多

因子变量后，如何得出更精确的财政支农支出对农业

经济增长影响情况是下一步深入研究的重点。

参考文献

[1]

杨东山.我国大型采棉机及采棉头技术分析

[J]

.拖拉机与农用运输车.2013，40（02）：8-12.

[2]

刘保立.棉花秸、叶、籽的新用途

[J]

.农村实用工程技术（农业工程）.1986（06）：43.

[3]

张肇富.棉花废弃物的新用途

[J].

中国棉花，199（09）：28.

[4]

张存新.棉花的用途及分类

[J]

.中国土特产，1996（03）：35.

滑动有成润滑油墨的作用。[3]研究表明当一对齿轮相

互啮合传动式时高的滑动速度易在啮合齿面间产生油

膜，润滑效率也就越好。改善齿轮材料的硬度，轮齿

抗点蚀的能力可以得到增强的效果。

5.3齿面磨损

齿面磨损有两种形式。在闭式齿轮传动中，齿轮

传动开式转动的时候，相互啮合的一对齿面因为齿面

不平整产生磨损。通常我们常说的磨合磨损是因为磨

损齿面磨平了粗糙的齿面，齿面的磨损也控制在最小

的程度。磨合磨损有提高齿轮高在能力的优势。

还有一中磨损的产生原因是在齿轮传动中没有供

应充足的润滑油或润环境有杂物，不干净的润滑环境

造成的。像这种外界因素导致的磨损称为磨粒磨损，

磨粒磨损对齿轮的破坏很大，它可以改变齿轮的形状，

导致齿侧间隙变得很大，使齿轮传动中产生较重的振

动。

5.4齿面胶合

胶合指产生的主要原因之一是齿轮传动在高速重

载的工况下（如飞机发电机减速器的主传动齿轮）在

一对啮合齿面间产生大的压，高的温度，引起润滑效

果不良。高的温度使相互啮合的齿面粘在一起的现象，

这在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，产生齿面胶

合。

在高速度重载荷的工作环境下的齿轮传动易产生

故障，由于较大的啮合速度和较高的热量使得整体齿

轮的齿面温度变高,齿面油膜变薄,生成热胶合。

啮合齿轮传动在低速重载环境下，因为低速的齿

轮传动速度不能够造成有效的润滑油，因此在重载压

下吃面接触的地方温度瞬间上升，生成胶合。这一种

胶合就是所谓的冷胶合。

6结论

目前新型采棉机齿轮系统所选用的齿轮是标准渐

开线圆柱直齿齿轮和渐开线变位圆柱直齿齿轮。在以

后的研究和设计中可以设计选用斜齿圆柱齿轮，因为

斜齿轮具有重合系重合系数大，传动平稳数大，传动

平稳，啮合性能好，噪声低等特点。

（上接第36页）