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2019.04农 机 科 技 推 广48AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION
4MZ-6A 型采棉机是由新疆乌苏市钵施然农业机械科技有限公司研制生产的六头自走式采棉机。此采棉机是以水平摘锭技术为核心，集驾驶、采棉为一体，六头装配、屏显操作、高架卸棉，是一款经济、高效、实用的收获机械。其技术指标是：配备动力360马力以上，屏显控制，四速自走行驶，采棉头6个，采摘行数1次6行，适合国家推广的机采棉种植模式76cm，棉株最佳高度60～95cm，棉脚高度18cm 以上，工作地隙85 cm，最小地隙60cm，日采10～20公顷，采净率92%，损失率＜6%，含杂率7%。最大转弯半径7m，燃油0号柴油，667m 2油耗3.8kg。该机特点是：动力强劲，工作效率高，屏显触摸操作，转弯半径小，卸棉高度可与农户拖车配套，能与1膜6行、2膜12行、3膜18行播种模式行距完全对应，可有效提高采净率、降低损失率。 一、在国内及区内同行业所处地位
经纬360
4MZ-6A 型自走式棉花收获机属国内首创， 目前已获得了7项专利，其中2项发明专利。
4MZ-6A 型采棉机在总结单头牵引采棉机和市场上已有的五头采棉机的基础上，推出的六头自走采棉机。首先，该机符合农业生产的实际和当前机采棉种植模式，播种机大部分是1膜6行，正好适合4MZ-6型采棉机1次顺行采摘；二是4MZ-6A 型采棉机采棉作业面与播种机的作业面基本相似，只要地面平整、棉行平行，采棉机作业不会出现压行、撞棉现象，能够有效地提高采净率，降低撞棉率，减少机采棉损失；三是该机使用了多项自主知识产权技术和多项创新技术，选用国内最
好的柴油发动机，能耗低、动力驱动、操作灵活，日采面积20公顷，相当于900人的工作量；四是价格适中，4MZ-6A 型采棉机价格相当于进口采棉机价格的2/3，价格低、回收期短，在已知采棉机中属创新产品。
二、技术特点
卸棉方式采取了翻转20°高效平稳的倾倒棉花，同时增加了3级棉箱，容积增加到36m 3，增加清棉导条面积，让收获的棉花更干净；增加了最为先进的进气除杂系统，用户再也不担心因发动机高温而带来的困扰。六行机各个易耗品存储箱容积都大大提升了，燃油箱1400L，清洗液箱 1363L，润滑脂箱 烫发杠子
257L，大大延长了采棉机工作时间。风机用双圆弧吸式离心风机，壳叶轮都由铝合金浇铸而成，风力更强劲，有效平稳输送棉花到棉箱。驾驶仓所有的操作，控制监控都通过 PLC （采棉机进出口控制系统）完成，整个采棉过程只需控制一个无极变速手柄和方向盘，各挡位的切换只需按动控制面板上的按钮，就能进行高中低各挡切换方便快捷。整车配置 360马力的发动机来带动整套液压系统，整车又由液压驱动，不管是行走、采摘还是倾倒棉花更加平稳高效。
三、关键技术和工艺
1.棉花输送系统的设计 建立风机优化设计模型；内部均匀流程设计研究；六行采棉机气力输送管网设计研究；建立六行采棉机双圆弧吸式离心风机优化设计模型及风机内部均匀化流场设计方法，满足采棉机高效率需求；建立采棉机气力分配与多通道输送管网优化，实现气力输送高效率、低 4MZ-6A 六行自走式采棉机技术研发
○新疆乌苏市八十四户乡农机管理站 徐志龙
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网络滤波器2019.04
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能耗的目的。
2.底盘与发动机系统匹配研究
（1）技术关键 计算机数值模拟；实验数据优化组合；传动系统动态分析模拟技术研究。（2）创新点 实验数据计算机数值模拟；采棉底盘传动系统动态分析模拟。
3.液压控制系统研究
（1）关键技术 三泵三马达操纵运转过程中，采摘与行走的同步性；设计选型时，三泵三马达的功率匹配问题；三泵三马达行走采摘同步电液控制融合技术。
（2）创新点 采用三泵三马达同步模糊和直接自适应模糊控制算法，来实现系统的采摘与行走速度的同步平稳性，分析得出采摘速度和行走速度同步的关系对应式。
4.采棉头及其关键部件检测平台的研发（1）关键技术 采棉头动态检测仪的研发。（2）创新点 采棉头动态检测平台主要由采棉头动态检测仪系统组成。国内一直缺乏一种高性能、专用的采棉头动态检测解决方案。因此，该项目从采棉头生产实际出发，研制高效、专用的采棉头动态检测平台，并将形成自主知识产权。
5.采棉机智能化控制系统的研发
（1）关键技术 基于CAN 总线（采棉机自动化控制系）的车身监测和诊断架构；基于嵌入式技术搭建系统硬/软件平台；基于国际标准开放系统应用结构；实现整车系统控制、优化及显示；实现整车信息纯数字传输。
（2）创新点 在国内首次将现场总线技术应用于采棉机，完成系统数据的纯字化传输和采棉机各测控点集制，实现采棉机控制系统的信息化与智能化。该控制系统支持国际农机具总线协议标准，提供通用的采棉机控制平台，并具备先进的设备诊断、维护技术。
四、 实施的具体内容和技术路线
1.棉花输送系统 采棉机工作时，采棉头摘采的棉花直接通过风机提供的风力沿着风道输送到棉箱。如果采摘的棉花不能及时输送到棉箱，将
造成采棉头堵塞，最终导致整个采棉机不能正常工作，严重影响作业效率。
随着棉花种植技术的不断提高， 棉花产量也逐年增加，六行采棉机将成为棉花采收装备主流机型，相应地对风机的性能要求也越来越高。现有三行采棉机的输送系统效能已无法满足六行采棉机的输运需求，国产采棉机输送系统面临重新研发、提升性能以满足六行采棉机输送需求的艰巨任务。目前进口采棉机也同样面临这样的问题。
为了让六行采棉机更好适应我国棉花发展趋势，项目组在现有三行采棉机风力输送系统设计、制造的基础上，构建双圆弧双吸式离心双风机设计、制造检测平台及气力输运管网的优化设计数值计算与检测平台，研制满足六行采棉机需求的较高效率、较低能耗的气力输送系统。项目完成后六行采棉机输送系统有效作业率将达到或超过国际同类产品现有水平。
2.双圆弧双吸式离心双风机
（1）建立叶轮设计模型 叶轮是离心风机的心脏，是风机的核气动部件，叶轮内部流动的好坏直接决
定着整机性能和效率。通过综合分析叶轮一元设计方法、流断面概念二片减速设计方法和等扩张度、叶轮内相对沿平均流线分布方法、采用流曲率等设计的基础上，应用复杂三维粘性流体动力学数值计算技术，通过给出不能满足叶轮道内气流平均速度沿线的设计分布一组离心风机参数，按照近似模型方法原理，以影响叶轮效率的因素为约束条件，采用正交优化方法进行组合，建立离心风机设计模型满足高效叶轮的需求。
（2）风机内部均匀化流场设计研究 双圆弧双吸式离心双风机叶轮内部流动非常复杂，气体在流动过程中，在盘、盖之间，叶片压力面出现很强的二次流，在离心叶轮曲率及哥氏力的共同作用下吸附边面层不断增厚，将主流推向压力边形成“射一尾迹”结构导致叶轮出口流场非常不均匀，叶轮动损失增加，同时也使后续元件内部流场产生强烈的不均匀性，降低输送能和效率。项目将串列叶栅、轮盖开孔等离心自适应边界层控制技术结合起来，通
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针筒式滤膜过滤器2019.04农 机 科 技 推 广50AGRICULTURE MACHINERYTECHNOLOGY EXTENSION
过叶片吸力面处开孔或缝等抑制流体最高绝对速度，实现在全工况范围内改善离心通风机叶轮的性能，提高效率。
3.六行采棉机气力输送管网设计 管道气力输送因具有成本低、效率高、污染少、操作危险小、管网布置灵活等优点，已成为普遍适用的固相物料输送方法。六行采棉机气力输送由双圆弧双吸式离心双风机提供风，星型分支管路将气源分流到六个采棉头及输送管道中部附近，为保证籽棉传输的同步通畅性，要求各分支管路气动力尽量相同。目前，气固两相流动的研究主要集中在对单一管道试验、理论推导及数值模拟方面，但对管网分流报道较少，尚未形成统一的理论。阻力特性是管道输送设计和应用的重要参数之一，在管网分流的研究中尤为重要，直接影响了管网布局和动力需求。项目根据流体力学方法，设计、研究分支管路及其气固两相流动特性：管网中的状态和阻力。同时通过进行星型分支管路气固两相流动实验，利用主成分分析法对影响两支管单位长度压力损失差值的各因素重要性相关进行分析，得出主要的影响因素，为全面设计高效率气力输送管网提供依据。
4.底盘与发动机系统匹配研究
（1）主要内容 六行采棉机主系统中，在三行机基础上主要变化的是发动机功率必然增大、底盘的传动系统须采用四轮驱动系统，所以主要研究发动机性能与底盘匹配、变速箱及四轮驱系统性能研究。
发动机性能与底盘匹配研究 为了降低采棉机工作油耗和提高动力性能，从发动机技术看，提高发动机的动力性和经济性是关键；从整机技术角度看，降低自身重量、改进采棉机外形与结构，轮胎选用等都是有效措施，但改善传动系统与发动机的匹配是关键措施；要改善整车燃油经济性与提高动力，发动机传动系统的匹配非常重要。主研究内容是：发动机万有特性实验；实验数据计算机值模拟；实验数据优化组合；发动机各工况模拟试验。
变速箱及四轮驱动系统性能研究 由于整车质量和功率增加，六行机必须改为四轮驱动系统。改为
四轮驱动系统的优点是：牵引和附着性能显著改善，减轻对土壤的压实和对结构破坏程度，较好的操纵性和机动较好的坡地作业稳定性。变速箱各挡传动比优化设计。同时还进行了四轮驱动系统优化设计与仿真、传动系态分析模拟等技术的研究，开展了传动系变速箱、四轮驱动系统等部件试验。
技术路线 发动机性能试验→实验数据处理→试验曲线绘制→数值模拟实验→功率油耗曲线优化组合→与底盘各挡位匹配→获得最优结果→进行发动机与底盘的匹配试验→检验结果。
变速箱各挡传动比优化设计→四轮驱系统动优化设计→系模拟态力学分析→传动系统模拟实验→发动机与传动系统匹配试验。
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（2）液压控制系统研究 针对目前采棉机液压控制系统采用的单泵单马达出现负载大，输出压力过高造成泵、马达寿命短等问题，通过项目的实施，拟采用三泵三马达来克服以上问题，运用智能控制策略解决三泵三马达的同步性，通过优化理论设计计算实现采摘与行走泵、马达的功率匹配选型，提高采净率。
电控闭式液压传动系统设计与制造 主要研究电液比例控制技术、液压传动系统在采棉机上的性能、特点等；研究液压泵与马达动力系统之间的功率匹配问题；研究复合变速系统的运动学、动力学特性，特别是在各种工况条件下复合变速系统的整机运动特性；研究六行采棉机传动系统的传动特点、传动效率和动力匹配等。
行走采摘控制系统的设计与改造 基于六行采棉机的特点，需研究开发满足性能需要的液压控制算法，对该系统进行控制策略的研究，如研发采棉机的恒速控制、恒功率控制等算法。以及研制满足六行采棉机的恒压变量泵、液电磁阀油缸。
行走采摘同步电液控制融合 针对非线性、强耦合不确定时变的多量复杂系统， 以及不同田间条件，根据系统同步运作和外负载干扰这两个非线性问题，采用三马达同步模糊和直接自适应控制算法来实现系统的采摘与行走速度同步平稳性，分析得出
和速度同步的对应关系式。
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