(一)技术领域

本发明涉及一种采摘棉花的机械，具体地，涉及一种具有圆柱形采锭 的采棉机，属于农业收获机械。

(二)背景技术

随着农业自动化的发展，在较大面积的农田里，棉花收获基本上都是 机械采摘。就目前来看，用于机械采摘棉花的采棉机基本上被以美国为首 的西方国家所垄断，其中美国凯斯和帝尔采棉机占据了目前采棉机市场的 较大份额，其价格多在20～30万美元。美国的采棉机采头多数包括具有纺 锤形采锭的采头、脱棉装置和负压吸棉装置的采棉机，其中所述采锭的工 作形式是绕所述采头轴线公转和以设置在其中部的轴自转的行星运动模 式，其工作方式是将棉株整体输送到该采头内，依靠采锭将籽棉卷扯下来， 接着将籽棉脱下来，由负压吸棉装置将籽棉输送到盛棉箱内，在此过程中， 所说的采锭始终处于工作状态，升温较快，因此，为了避免棉花这种易燃 物质自燃，通常需要设置专门的喷水装置以对其降温，结构复杂，且如果 不对收获的籽棉进行及时晾晒，可能导致籽棉变质；即便如此，在实际收 获过程中仍然出现过将采棉机械烧毁的现象。另一方面，由于其采棉结构 决定了其采棉方式，使得在采棉之前要对待采棉田喷洒落叶素，以减小含 杂率，即便是如此，其含杂率仍然高于18～30％，对籽棉的后期处理带来较 多的困难。

由于我国是产棉大国，国内本领域技术人员也对采棉机械进行了很多 有益的探索，其中国家局第2003101009058号发明专利公开了一种全自动 采棉机的采棉头，其包括棉株拢集器、传动机构，其采用布满弹性拨打棍 的采棉卷轴将籽棉采集下来，不过由于拨打辊与棉花的结合力较小，其采 棉与采杂质不加区分，难以获得含杂率较低的籽棉。此外国家局第 2007100888925发明专利申请公开了一种全自动采棉机的采棉摘锭以及由 该摘锭构成的采棉机采摘头，其采棉摘锭用弹性橡胶材料制做，表面有横 向凸起的条纹，其原理是借助于采棉摘锭的摩擦力将棉花拨打下来。由于 棉纤维容易缠绕在摩擦力较大的物体之上，如果没有将棉花清理下所述采 棉摘锭的装置，必然会造成棉纤维将采棉摘锭包覆住，而失去采棉能力。 另一方面，由于其原理仍然是拨打，目前自动化采棉都是在棉株上的棉花 基本开放完毕后开始的，上面的铃、壳与棉株的结合力已经很小了，也就 是说上述采棉过程很容易将上述杂质和叶子一块采摘下来，加之棉纤维容 易混杂的缺陷，很不容易将棉花与杂质分离，其含杂率仍然偏高。此外上 述两种采棉设备由于采棉构件持续运转，仍然需要考虑防火问题，结构相 对比较复杂。

国家局第200610141979X号发明专利申请则公开了一种高度自动化的 棉田收获机械，其在电脑的控制下通过摄像头在棉田中拍照获取图像数据， 图像数据经过处理后得到棉花在棉田中的空间坐标，电脑根据此坐标参数 输出控制信号驱动机械手臂动作到位，从而实现多个机械手臂在棉田中同 时采棉。显然，其收获方式类同于人工采摘，含杂率非常低，不过由于机 械手臂目前主要靠步进电机或者伺服电机来驱动，那么上述每个机械手臂 为了实现在三维空间的运动至少需要三台电机，正如上面所提到的采棉机 一样其使用是在棉株上的棉花基本上全部开放后进行收获，每棵棉株上面 的棉铃少则数十，多则上百，显然要想达到较快速的收获，必然所需机械 手臂会很多，其控制点数则至少三倍于该手臂数量，其结构的复杂程度就 目前来看达到了不可想象的地步。如果从目前的主流单片机或者PLC来看， 其输入输出点数都有限，根本不能适应效率要求较高的棉花收获场合。

(三)发明内容

因此，本发明为了克服现在采棉设备效率较低或者所采摘棉花含杂率 太高的缺陷，提供了一种采棉效率高、所采摘棉花含杂率低，且防火性能 好的采棉机。

为了实现本发明的发明目的，本发明采用以下技术方案：

该发明采棉机，其采棉头的采棉通道前面设有棉株拢集器，两侧设有 采棉辊，且采棉头还设有该采棉辊的传动机构和用于输送籽棉的输棉机构， 其特征在于：所述采棉辊为周边均匀设有多个采锭的、轴线竖直的采棉辊； 所说采锭的轴线平行于采棉辊轴线，并绕其公转，且位于采棉通道侧处于 采棉状态的采锭自转，其它采锭与使其自转的构件处于脱开状态，该运动 形式由所述传动机构实现；所述的输棉机构位于采棉辊外侧。

上述采棉机，所述采锭的上下轴颈安装于所述采棉辊上下面板上，且 采锭端部设置有摩擦轮，所述采棉辊传动机构包括用于驱动采棉辊转动的 大齿轮和固定的、位于采棉通道侧的、与采棉辊轴线同轴的弧形摩擦片， 该弧形摩擦片通过压紧装置与位于采棉通道侧的采锭摩擦轮配合。

对于采棉辊的驱动机构也可以采用以下方案：所述采锭的上下轴颈安 装于所述采棉辊上下面板上，且采锭端部设置有小齿轮，所述采棉辊传动 机构包括用于驱动采棉辊转动的大齿轮和固定的、位于采棉通道侧的、与 采棉辊轴线同轴的扇形齿轮，该扇形齿轮与位于通道侧的采锭小齿轮啮合。

对于所述采锭，沿其轴线均匀设置有锯片，相应地，每个采棉辊相对 于采棉通道和棉株进入方向后外侧设置有一个用于刷掉采锭上面籽棉的毛 刷辊。

上述采棉机，所述采棉通道每侧有两个采棉辊，两采棉辊的大齿轮通 过一惰轮传动；所述锯片通过长度一致的套筒间隔。

上述采棉机，采棉头的采棉辊系统的原动构件为液压马达，其输出轴 的齿轮与采棉通道一侧的一个大齿轮啮合，并通过一惰轮与另一侧的一个 大齿轮啮合，且大齿轮在通道侧切向速度与棉株进入采棉通道的速度方向 一致。

上述采棉机，所述输棉机构包括位于采棉辊外侧空间后面的压缩空气 管道和前面的输棉管道。

上述采棉机，其进一步包括位于所述输棉管道尾端的盛棉箱和位于盛 棉箱前面的操作控制室，以及承载两者的底盘，所述采棉头通过固定连杆 球铰在该底盘上，并在底盘上设有用于采棉头升降的升降机构。

上述采棉机，所述底盘还设有前驱动轮和后轮，并设有所述盛棉箱的 自卸装置。

所述盛棉箱为网笼式结构。

根据本发明的技术方案可知，其特征之采锭不像现在的采锭始终处于 运转状态，而是在采棉状态处于自转状态，其它状态与驱动其自转的装置 处于脱离状态，首先是从实现该运动形式的机械结构上来说，在采棉状态 为行星轮结构形式，很容易就能够实现；而上述的脱离状态则我们可以很 容易可以考虑的一点是行星轮机构去掉部分驱动行星轮转动的驱动机构即 可实现，其机械结构的设计制造实现难度不大，和现有的采棉机械相比成 本在此处相差无几。另一方面，在实际使用中，由于采锭有部分的空闲时 间，耗能少，同时也减少了机械能转化为热能的量，经实验验证，在正常 的棉花收获季节(深秋)条件下，这种结构在没有喷水降温的情况下，仍 然能够保证采棉构件表面温度低于棉花燃点，不会出现棉花自燃的情况， 解决了现在棉花机械收获的一大难题。进一步地，可以因此而省去喷水降 温系统，简化了结构，降低了成本。

此外，根据本发明的技术方案可知，由于本发明采用了垂直设置的采 棉辊，也就是和棉株正常生长的方向一致，采锭竖直运转，不需要将棉桃、 棉壳不加区分的卷入，相对于现在多数采锭水平转动的结构形式，其所采 摘棉花含杂率比较低。

(四)附图说明

下面结合说明书附图来具体阐明一下本发明，使本领域的技术人员更 好的理解本发明，其中：

图1为本发明实施例中采棉头总成结构示意图。

图2为图1中采棉头采棉辊传动机构结构原理图。

图3为本发明实施例中采棉机结构示意图。图中：

1、升降机构，2、压缩空气管道，3、固定连杆，4、毛刷辊，5、棉 株拢集器，6、采锭，7、采棉头，8、输棉管道，9、毛刷辊齿轮，10、采 棉通道，11、摩擦轮，12、压紧装置，13、摩擦片，14、惰轮，15、液压 马达，16、惰轮，17、大齿轮，18、盛棉箱，19、操作控制室，20、驱动 轮，21、后轮，22、自卸装置。

(五)具体实施方式

参照说明书附图1至3，本依据本发明技术方案的采棉机，其采棉头7 的采棉通道10前面设有棉株拢集器5，两侧设有采棉辊，且采棉头还设有 该采棉辊的传动机构和用于输送籽棉的输棉机构，其特征在于：所述采棉 辊为周边均匀设有多个采锭6的、轴线竖直的采棉辊；所说采锭的轴线平 行于采棉辊轴线，并绕其公转，且位于采棉通道侧处于采棉状态的采锭自 转，其它采锭与使其自转的构件处于脱开状态，该运动形式由所述传动机 构实现；所述的输棉机构位于采棉辊外侧。

所述采锭的上下轴颈安装于所述采棉辊上下面板上，且采锭端部设置 有摩擦轮11，所述采棉辊传动机构包括用于驱动采棉辊转动的大齿轮17 和固定的、位于采棉通道侧的、与采棉辊轴线同轴的弧形摩擦片13，该弧 形摩擦片通过压紧装置与位于采棉通道侧的采锭摩擦轮配合。采用摩擦配 合的两构件实现采锭的自转，噪音小，且对加工精度要求不高，即便是构 成摩擦副摩擦构件磨损，也可以通过上述压紧装置调整。上述压紧装置可 以采用常规的带有导向轴的弹簧来实现，实现方式很简单。加之处于采棉 状态的采锭行星轮机构也很容易实现，制造设计成本低。

当然，实现采锭在绕采棉辊轴线公转过程中部分时间段自转的机械结 构形式还有很多，其中行星齿轮结构更容易为机械设计领域技术人员所接 受，其结构形式可以采用所述采锭的上下轴颈安装于所述采棉辊上下面板 上，且采锭端部设置有小齿轮，所述采棉辊传动机构包括用于驱动采棉辊 转动的大齿轮和固定的、位于采棉通道侧的、与采棉辊轴线同轴的扇形齿 轮，该扇形齿轮与位于通道侧的采锭小齿轮啮合。齿轮传动精度高，且传 动刚性好。本发明的保护范围并不仅限于该实施例中所涉及到的传动机构， 其结构的明显变形方式，或者根据本是实力所公开的上述机械原理在机械 行业里面容易得到的方式，均属于本发明的保护范围。其实，上面所说的 扇形齿轮，不过是说的具有部分连续齿廓的部分齿轮，并不一定限于包括 辐板等附属结构，不对保护范围作具体限定。

所述采锭沿其轴线均匀设置有锯片，相应地，每个采棉辊相对于采棉 通道和棉株进入方向后外侧设置有一个用于刷掉采锭上面籽棉的毛刷辊 4。用锯片作为采摘棉花的采锭采棉部目前还没有，不过锯片在旋转过程中 对棉纤维的亲和能力非常强，可以和其它织物纤维相区分开，从而可以进 一步的减小所采摘棉花的含杂率，据试验，采用这种结构形式的采锭，可 以使所采摘棉花的含杂率控制在7％～11％之间，突破了现在机械采棉含杂率 过高的技术瓶颈。另一方面，考虑到棉纤维与锯片锯齿间的结合力非常强， 本实施例采用毛刷辊将采棉辊上所采摘下来的籽棉刷下来，从而完成将棉 花从棉株上采摘下来。

为了尽可能的将棉株上的棉花采摘干净，所述采棉通道每侧有两个采 棉辊，两采棉辊的大齿轮通过一惰轮16传动，采用惰轮传动可以保证同侧 采棉辊转向一致。所述锯片通过长度一致的套筒间隔，限位准确，结构牢 固。

为了防止热极可能会引燃棉花这种易燃物质，采棉头的采棉辊系统的 原动构件为液压马达，其输出轴的齿轮与采棉通道一侧的一个大齿轮啮合， 并通过一惰轮14与另一侧的一个大齿轮啮合，且大齿轮在通道侧切向速度 与棉株进入采棉通道的速度方向一致，从而实现对整个采棉机构的驱动。 当然，虽然这里强调用液压马达，但并不排除将本实施例中的采棉头应用 在现在的拖拉机等靠热机驱动的机械上，液压马达仍然需要液压源，而液 压源通常也是靠热机或者电机来驱动的，两者并不矛盾，关键要做好热机 上几个温度较高部位的防护，防止其与棉花接触就能实现防火。

所述输棉机构包括位于采棉辊外侧空间后面的压缩空气管道2和前面 的输棉管道8，相对于现在常规的采用负压吸棉的方案，本方案不需要密 闭的盛棉箱(负压系统必须的结构形式)，对盛棉箱要求低，反而可以做成 网格型，对压缩空气进行卸压，而恰恰在此过程中，可以将一些较轻的杂 质，还没有混入籽棉中的杂质吹离出来，而进一步的减少含杂率。

该系统还进一步包括位于所述输棉管道尾端的盛棉箱18和位于盛棉 箱前面的操作控制室19，以及承载两者的底盘这些附属装置，当然，也可 以含有其它常规的附属装置，所述采棉头通过固定连杆3球铰在该底盘上， 并在底盘上设有用于采棉头升降的升降机构，以利于其工作状态和转运状 态的转换。此外，正如上面所说，本方案不限于具有上述附属装置的情形， 也可以采用热机驱动的现代运输设备，比如柴油机驱动的拖拉机，上述盛 棉箱完全可以放在其拖斗里面，至于升降装置，在现有的拖拉机上有很多 种形式，将上面所提到的采棉头应用在拖拉机上不会有任何困难。

当然，考虑到使用的方便性和整机的成本，还是尽可能的采用本方案 的结构形式，进而，所述底盘还设有前驱动轮20和后轮21，并设有所述 盛棉箱的自卸装置22。前驱可以减短传动机构的传动链尺寸，便于系统设 计和降低系统成本。

所述盛棉箱为网笼式结构，便于卸压和排出部分杂质。