本作品针对新疆棉花生产急需配套的打顶机械，在原有研究的基础上，研发了滑道式的组合机架、齿带组合的柔性传动的系统、机械浮动板信号触发器、蓄压式的液压升降系统等核心部件，较好解决了作业行距可调、割刀独立升降的动力传动、棉株顶部高度特征信号的采集与传送、割刀升降响应速度等技术问题，2010年制作加工的首轮样机田间试验表明：该机实现了棉株行内、行间的独立仿形打顶作业，满足了棉花打顶的技术要求。

一、作品任务来源：2010年大学生训练研究计划项目。
自动仿形棉花打顶机主要由滑道式的组合机架、齿带组合的柔性传动的系统、机械浮动板信号触发器、蓄压式的液压升降系统、打顶高度自动测量与切顶装置升降控制系统、滚筒式切割器、扶禾器、地面仿形装置等组成。
工作时，拖拉机的动力通过联轴器传入变速箱，经由齿带组合的传动系统，带动6组滚筒切割器高速旋转，与此同时扶禾器将棉株主、侧枝聚拢扶至切刀旋转切割范围内。由安装在支撑滚筒间的4把金属丝割刀高速旋转，切去枝顶，完成打顶作业。工作过程中，每组切割器利用仿形浮板与棉株顶部接触，将棉株顶部的高低特征依据仿形浮板升降的电信号控制电磁阀工作，电磁阀通过对液压油缸的升降来控制滚筒切割器的切顶高度。
自动仿形棉花打顶机的仿形包括对地面的弹性仿形和对棉株顶部的仿形，每组切割器的独立仿形通过仿形与独立升降控制系统实现，地面不平的随机仿行可通过仿行地轮来实现。
二、主要部件
⒈仿形与升降系统
棉花打顶机仿形与升降系统是研究自动仿形棉花打顶机的关键与难点。该系统主要由不等臂平行四杆升降机构和棉株顶部仿形机构所组成。每组滚筒式切割器通过不等臂平行四杆机构分别套装在中间轴和机架固定轴上。其中，不等臂平行四杆机构上臂套装在机架固定轴上，下臂套装在中间轴上，并且下臂又与中间轴带轮套在同一轴上。每组切割器之间相互独立，实现了每组切割器的自动独立仿形。
⒉组合式仿形机架
主轴上的梁用螺栓连接在组合式仿形机架上，这几根梁用于固定滚筒式切割器，可以根据棉花种植模式具体的进行横向调整。悬挂架与机架之间的连接方面进行了创新设计，悬挂架下端中心连接孔套装在机架轴承套筒上，通过限位板轴向限位。悬挂架上端左右卡位板卡在机架上。工作时，拖拉机牵引力通过悬挂架下端中心连接孔和上端左右卡位板传递给机架，因为机架与悬挂架之间是铰联接，所以二者之间可以左右摆动，一定程度上避免了高速作业时机具部件之间的运动干涉。另外，机架与仿形地轮之间通过弹簧连接，缓冲了宽幅机架高速行驶时地面不平对其产生的冲击，一定程度上避免了机架两端的上下跳动。
⒊滚筒式切割器及其支架
棉花打顶属无支撑切割，切割速度和切割方式对打顶效果影响显著。目前无支撑切割主要采用水平回转式切割器，以砍切和滑切为主，为了保证切削质量，切割器必须有较高的转速，其功耗大，加工装配精度高。作品的滚筒式切割器主要由切割器轴、支撑滚筒、金属丝割刀、切割器带轮等组成。滚筒支架与滚筒之间采用套筒式连接，安装时候可以调节V带轮的中心距。易于安装调整和保养维修。支撑滚筒和带轮固装在切割器轴上，4把金属丝割刀沿支撑滚筒圆周方向均布，其两端分别固定在支撑滚筒圆周上，并与切割器轴形成一定夹角，该夹角使金属丝割刀对棉株产生滑切；此外滚筒式切割器切割棉株的瞬间，对棉株的作用力与机具前进方向形成一定夹角，此夹角除了沿前进方向产生切削力外，同时沿棉株轴向产生一个分力，在削切过程中起辅助支撑作用。因此该切割器是以削切和滑切为主，切削速度低、功耗小。经测试：当滚筒式切割器直径为400mm，转速为1500 r/min时，棉株顶部切口平齐，无撕拉现象。
⒋传动系统
柔性传动系统实现了不切断动力的情况下各行独立仿形作业。该传动系主要由一级齿传动和两级带传动组成。打顶作业时，拖拉机的动力通过联轴器传入变速箱增速输出，然后由变速箱动力输出轴上的大带轮通过三角带驱动中间轴上的小带轮作高速旋转运动，再通过中间轴上均布的六个带轮带动6组滚筒切割器轴上的带轮高速旋转，进而使六组滚筒切割器高速旋转，实现棉株顶部切顶作业。该传动系总传动比i=3.85，考虑到变速箱安装尺寸，带轮的通用性，变速箱传动比i1=1.66，一级带传动传动比i2=2.32，二级带传动传动比i3=1。
三、田间性能试验
2010年7月6日，作品进行了首轮样机的进行了首轮样机的田间试验，田间试验表明：该机实现了棉行内、行间顶部的独立仿形打顶作业，满足了棉花打顶的技术要求。

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
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