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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
課題名稱 采棉機采摘頭適應(yīng)性農(nóng)藝
參數(shù)分析
學(xué)生姓名 姚振濤
學(xué) 號 8031208216
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-2
指導(dǎo)教師 李平
起止時間 2015.10.15-2016.5.28
機械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學(xué)生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 研究的目的
以水平摘錠式采棉機為研究對象，為提高采棉機田間作業(yè)適應(yīng)性，以采棉機采摘系統(tǒng)田間試驗調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，從棉花品種選擇、棉花種植模式、棉花水肥管理、氣候條件、脫葉劑噴灑情況、棉花采收時期、棉花采收前植株特性等影響采棉機采收質(zhì)量的諸多因素開展采棉機適應(yīng)性技術(shù)研究。
1.3 研究的意義
本課題對于農(nóng)藝調(diào)查意義是：通過對測定數(shù)據(jù)的分析得到影響采棉機采摘質(zhì)量的主要因素，并獲得與采棉機相適應(yīng)的農(nóng)藝參數(shù)。為國外引進采棉機田間作業(yè)參數(shù)的適時調(diào)節(jié)及國產(chǎn)采棉機的研制、發(fā)展及改進優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
2.1 國內(nèi)外采棉機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
在國內(nèi)對于棉花機械化收獲技術(shù)和裝備的研究主要是借鑒國外技術(shù)集中于對采摘頭收獲技術(shù)和裝備進行研發(fā)。1993 年以后引進美國水平摘錠采棉機。先后引進了 JD9965、9970，9976、CASE2022、2555 等型號的采棉機。經(jīng)過大量試驗表明：采凈率在 90%以上，落地棉率6%以內(nèi)，含雜率 7%以內(nèi)。截至2006 年，兵團先后購買了近 300臺美國水平摘錠采棉機。同時國內(nèi)也積極開展采棉機的研制，先后研制了4MZ-3、4MZ-5型（均采用進口水平摘錠采摘頭）自走式采棉機。在現(xiàn)有栽培模式下使用水平摘錠采棉機暴露出采摘效率不高、采凈率較低、落地棉多等問題，導(dǎo)致采收成本較高。加之棉花品種、氣候條件、栽培模式及采收技術(shù)等諸多因素影響，機采棉含雜率不僅大于傳統(tǒng)手采棉，而且也很難達到國外機采棉指標(biāo)的水平。
國內(nèi)采棉機的研發(fā)情況主要是考慮成本節(jié)約及小型化，并能與拖拉機配套使用，綜合利用動力?？傮w來說，國內(nèi)的發(fā)展趨勢有兩種，一種是走仿制路線。其采棉機核心采摘部件均依賴進口，在核心技術(shù)上無自主知識產(chǎn)權(quán)，成本較高；另一種是獨立自主研發(fā)路線，百家爭鳴，形式多樣，但是難以實現(xiàn)大規(guī)模作業(yè)。國外(主要是美國)采棉機近年來發(fā)展趨勢是以滾筒式和自走式為主，而且發(fā)動機的功率在逐步提高。釆摘部件的行數(shù)由4行、5行發(fā)展到6行，作業(yè)速度也相應(yīng)提高。另外采棉機充分利用電一液壓技術(shù)，計算機技術(shù)增加自動檢測和完善控制系統(tǒng)，提高了可靠性，改善了駕駛員的工作環(huán)境。采棉機技術(shù)發(fā)展將沿著提高摘錠采凈率、減少落地棉損失、降低采收棉
花含雜率、增大集棉箱裝載量、裝載密度和減少人工作業(yè)、機器操作更加人性化的趨勢發(fā)展。目前在澳大利亞、美國、巴西有很多凱斯采棉機上已開始應(yīng)用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)配套工作，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-2]。
2.2.采棉機理論及方法研究現(xiàn)狀
目前針對采棉機的研究一方面集中在對現(xiàn)有采棉機技術(shù)的研究與改進。例如石河子大學(xué)畢新勝早在2007年就針對采棉機采摘頭水平摘錠的工作機理進行了研究。大學(xué)付長兵、司學(xué)富、李小利等2011年針對水平摘錠式采棉機采棉原理及關(guān)鍵零部件進行了全面分析。石河子大學(xué)楊濤、張宏文為研究采棉機結(jié)構(gòu)、運動參數(shù)等對采棉機采收質(zhì)量的影響規(guī)律，根據(jù)機采棉收獲機械化方式和種植模式設(shè)計了一種單摘錠采摘測試試驗臺。塔里木大學(xué)張有強針對采棉機采棉頭核心部件摘錠易磨損、易折斷的工程實際問題，通過摘錠速度及結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化揭示了摘錠在工作過程中實際動力學(xué)特性，并提出抑制摘錠磨損的建議。另一方面集中在采棉機精準(zhǔn)控制方面的研究上。例如：大學(xué)田虎楠等采用FLUENT軟件進行了采棉機輸棉系統(tǒng)內(nèi)部流場的模擬研究，獲得了影響采棉機輸棉系統(tǒng)的規(guī)律性的因素，為提高輸棉管道性能提供了重要的途徑和方向。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李鵬等進行了采棉機測產(chǎn)系統(tǒng)智能監(jiān)控技術(shù)研究。石河子大學(xué)李景彬等進行了采棉機視覺導(dǎo)航路線圖像檢測方法的研究，通過對自然環(huán)境下拍攝的收獲期棉田彩色圖像進行分析和處理，檢測已收獲地與未收獲地分界線、田側(cè)邊緣及田端等目標(biāo)，提取采棉機在田間作業(yè)時導(dǎo)航路線。大學(xué)時顥在采棉機器人的研發(fā)技術(shù)中，對采棉機器人雙目立體視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，分別從棉花圖像分割、棉花成熟判定、圖像匹配三方面提出了有效的算法。上海大學(xué)苗中華等針對采棉機作業(yè)速度影響采棉效率的問題，提出基于模糊 PID 控制技術(shù)的采棉機作業(yè)速度實時調(diào)整算法，建立行走速度調(diào)節(jié)模型，實現(xiàn)采棉機作業(yè)速度最優(yōu)控制。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實驗室的王玲、鄒小昱等為定位棉株上的棉花,用紅外測距實驗裝置和計算機圖像處理技術(shù)結(jié)合棉花的農(nóng)學(xué)生長特性測量單朵棉花的距離。為采摘機器人運動軌跡的規(guī)劃提供了參數(shù)[3-10]。
國外引進的大型農(nóng)業(yè)機械一般都是利用大量田間試驗不斷進行調(diào)試來適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖魑铮r(nóng)業(yè)機械田間試驗工作要比任何其它工程領(lǐng)域的試驗難度都大，主要由于農(nóng)業(yè)機械是在不斷變化的極其復(fù)雜的條件下進行作業(yè)的，如地面的不平度、土壤和作物的物理機械特性、氣候條件等。這些復(fù)雜的隨機變量直接決定著農(nóng)業(yè)機械的田間工作質(zhì)量，因此在進行農(nóng)業(yè)機械田間適應(yīng)性試驗時，控制試驗條件，從而保證試驗結(jié)論的正確性極為重要。一般農(nóng)業(yè)機械在進行田間試驗設(shè)計時，一般采用設(shè)置區(qū)組、隨機化以及重復(fù)試驗這三項技術(shù)措施，以便達到有效地控制試驗條件的目的。目前采棉機田間試驗主要有以下學(xué)者作了研究：石河子大學(xué)劉克毅、王維新在分析其結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，進行了軟摘錠采棉機系統(tǒng)設(shè)計與實驗研究，田間試驗采用正交試驗方法，選擇滾筒轉(zhuǎn)速和采棉機前進速度為試驗因素，進行三次重復(fù)試驗，獲得了最優(yōu)滾筒轉(zhuǎn)速及前進速度。石河子大學(xué)閻金剛、張宏文通過搭建單摘錠試驗臺，采用二次旋轉(zhuǎn)正交試驗的實驗方法，對水平摘錠進行實驗研究，獲得了單個摘錠的采摘力和采摘時間，采摘力和纏繞過程等相關(guān)關(guān)系的運動參數(shù)。農(nóng)墾科學(xué)院機械裝備研究所康建明、陳學(xué)庚等為尋求梳齒式采棉機采收臺結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)的最優(yōu)組合，采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)中心組合優(yōu)化試驗方法，以行走速度、梳齒間距、梳齒振動頻率為影響因素，以采凈率、撞落棉率為目標(biāo)函數(shù)，對影響該機采收性能的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)進行優(yōu)化試驗研究[11-12]。
由目前采棉機技術(shù)理論研究現(xiàn)狀知，關(guān)于提高采棉機采摘質(zhì)量和降低含雜率兩大技術(shù)難題，主要集中在采棉機機械結(jié)構(gòu)、機理方面及收獲技術(shù)研究上。然而影響采棉機采摘質(zhì)量的因素繁多復(fù)雜，與采收機械自身、種子、土肥、植保等方面均相關(guān)，不僅需研究采棉機自身的工作原理，還需從農(nóng)機與水、肥、種、藥等因素協(xié)調(diào)作用的融合技術(shù)方面進行全面研究，才能組織引導(dǎo)農(nóng)民統(tǒng)一作物品種、播期、行距、行向、施肥和植保，為機械化作業(yè)創(chuàng)造條件。但現(xiàn)階段采棉機理論技術(shù)研究方面還沒有上升到系統(tǒng)研究層面上來。因此需加大力度進行采棉機農(nóng)機農(nóng)藝融合技術(shù)研究，才能全面提高采棉機田間作業(yè)可靠性，進一步促進采棉機在的大面積推廣和示范。
綜上所述由于棉花機械采收是一個系統(tǒng)工程，影響因素繁雜。即使只有一個因素達不到要求都可能導(dǎo)致采棉機采摘質(zhì)量差，棉田出現(xiàn)“掛白毛”現(xiàn)象。也可能導(dǎo)致籽棉含雜率高。因而對影響采棉機采摘質(zhì)量及含雜率的因素進行全面分析，可對大型采棉機械的采收質(zhì)量進行預(yù)測及評估，也可大大提高采棉機田間作業(yè)可靠性。一方面水平摘錠式采棉機采摘頭自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件較多。棉絮從被纏繞開始，隨著摘錠經(jīng)過不同階段，最終完成進入棉箱的過程，整個系統(tǒng)中影響采摘、輸送工作性能的因素繁多復(fù)雜，一旦某個環(huán)節(jié)發(fā)生變化將嚴(yán)重影響輸送裝置的運動狀態(tài)，易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，大大降低了輸送裝置的工作可靠性和棉花的采摘質(zhì)量。另一方面除自身機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，外界因素對采摘頭的性能影響也很大，如棉花品種、棉花種植模式、棉花收獲期、棉花收獲期生物特性、棉花收獲期脫葉劑的噴灑情況等。
3、 對課題所涉及的任務(wù)要求
任務(wù)要求：對采收期棉花植株特性測定,得到所需數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的分析得到影響采棉機采摘質(zhì)量的主要因素，并獲得與采棉機相適應(yīng)的農(nóng)藝參數(shù)。
四 本課題需要重點研究的關(guān)鍵的問題
棉花機械收獲因不確定因素較多，根據(jù)前期田間調(diào)查結(jié)果分析，本文主要從以下幾個方面開展研究：
（1）采收期棉花植株特性測定
本文以適宜南疆種植的機采棉花品種為采收對象，測定并分析收獲期棉花的生物特性，建立機采棉植株幾何模型。開展工作主要包括：棉花的種植密度、土壤性狀、棉花田間管理、棉花生理周期、氣候條件、脫葉劑噴灑，采收時期等因素。調(diào)查內(nèi)容主要包括棉花采收期植株特性、成熟度、脫葉情況測定。
棉花采收期植株特性主要包括：棉花植株高度、寬度、棉花吐絮程度、整株棉花吐絮個數(shù)、棉花最高棉鈴高度、底桃高度、棉桿主、分枝及分枝數(shù)等影響因素。
成熟度主要包括吐絮鈴、半開鈴、青鈴等數(shù)據(jù)。
脫葉情況的測定主要包括棉株上部、中上部、下部的青葉和干葉數(shù)量，
五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
完成本課題所必須做的工作有利用學(xué)校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料，了解采棉機的各方面資料。關(guān)鍵問題可請求老師指導(dǎo)或通過同學(xué)討論，并實地測量所需數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)，并對數(shù)據(jù)進行整理總結(jié)，通過對數(shù)據(jù)的分析得到影響采棉機采摘質(zhì)量的主要因素，并獲得與采棉機相適應(yīng)的農(nóng)藝參數(shù)。
六 工作進度計劃
第1周—第2周 通過查找文獻資料，撰寫開題報告。
第3周—第5周 對采收期棉花植株特性測定。
第6周—第9周 對測后數(shù)據(jù)進行整理總結(jié)，并進行分析。
第10周—第12周 對總結(jié)后的數(shù)據(jù)中各個因素分析得到主要因素，并撰寫論文。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
七 參考文獻
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學(xué)生簽名
年 月 日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日