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摘要：针对采摘头高度控制原理，分析了地面仿形机构的组成、原理，给出了液压系统原理图。地面仿形是采用仿形机构控制仿形阀处于不同工作位置，通过控制仿形阀油路的通断使油缸举升或下降采摘头，实现地面仿形；通过提升、下降电磁阀，可人工控制油缸动作，实现采摘头的举升、下降。从故障现象、原因、解决方法3个方面，分析了采摘头高度控制系统的常见故障。
关键词：采棉机；采摘头；高度控制；地面仿形；故障诊断
中图分类号： S225.91 1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0357-02
收稿日期：2013-08-23
基金项目：新疆生产建设兵团科技项目（编号：2012BB038）。
作者简介：万畅（1979—），男，湖北天门人，硕士，讲师，主要从事液压与气动教学与科研工作。E-mail：437060056@163.com。新疆生产建设兵团是全国最大的机械化采棉基地，国内学者针对采棉机开展了一系列研究，王学农介绍了9976型六行采棉机的棉箱结构、卸棉方式、风力输送系统、自动对行系统、性能参数[1]。陈发等从工作原理、主要功能、特点、参数、经济技术指标、配置作业方式等方面，对国产第一台 4MZ-2（3） 型国产自走式采棉机做了介绍[2]。陈发对 4MZ-2（3） 型国产自走式采棉机主传动系的3种传动方案的优缺点进行了比较[3]。当前采棉机研究热点主要集中在采棉机的行走驱动系统[3-4]、水平摘锭[5-8]、采棉滚筒[9-10]、采头锥齿箱[11]、新型采头[12]、自动导航[13]等方面。本研究介绍了一种采摘头高度控制系统，并对该系统的常见故障进行了剖析，旨在为研发采棉机提供依据。
1采摘头高度控制系统结构
采棉机采摘头由左、右两侧双作用单出杆活塞缸的活塞杆驱动，活塞杆举升、下降来实现左、右2组采摘头（2～3个采摘头为一组）的高度控制；左、右油缸分别由左、右仿形阀来控制油液方向；左、右仿形阀是一种专用三位三通机液伺服换向阀，由地面仿形机构控制其机动按钮动作（图1）。
采摘头地面仿形机构的工作原理：仿形滑履1位于采摘头的下部，经过调整定位螺钉组2与自重下落拉杆3，与地面贴合；采头工作时，若地面高度变高，仿形滑履1上移，通过滑杆6，带动杠杆5使之绕右端支点9顺时针转动；在仿形控制阀的机动控制手柄8处，杠杆5产生1个放大了的向上力，使三位三通仿形控制閥7从上位过渡到下位工作方式；随着地面高度下降，仿形滑履1在仿形机构自重作用下，自动下落与地面贴合，滑杆6带动杠杆5绕其右端支点9逆时针转动，仿形阀机动手柄8下落，仿形控制阀处于上位工作状态；人工操纵使提升控制阀电磁铁得电，油缸举升采头后，仿形滑履1脱离地面，在仿形机构自重作用下，仿形控制阀也处于上位工作
状态（图2）。
2采摘头高度控制液压原理
仿形控制阀15、16下部省略了仿形机构，左、右仿形阀
15、16是一种机液伺服三位三通阀，该阀的机能是上位时，油口B、C沟通；中位时，3个油口均不沟通；下位时，油口A、C沟通。该阀受前节所述地面仿形机构控制，与其共同实现地面仿形的机液伺服控制。图3左、右缸的控制原理一样。以左缸为例，分析其原理。
2.1人工控制采头高度
人工控制采头上升：此时，阀2电磁铁得电，阀2处于左位；阀4电磁铁失电，阀4处于左位。油路通道：（1）泵1出口→阀2左位→单向阀3→单向阀9→单向阀17→油缸无杆腔；（2）油缸13有杆腔→油箱21。人工控制采头下降：此时，阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁得电，阀4处于右位；如前节所述，仿形阀15处于上位。此时，采头因自重而下降，油缸无杆腔回油；有杆腔油路形成真空，从油箱吸油。油路通道：（1）油缸13无杆腔→节流阀11→仿形阀15上位→阀4右位→油箱21；（2）油箱21→油缸13有杆腔。采头停在某一高度：阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁失电，阀4处于左位；油缸无杆腔闭锁。
2.2地面仿形控制采头
初始状态，阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁得电，阀4处于右位。若地面高度增加：如前节所述，地面仿形机构使仿形阀15处于下位。油路通道：（1）泵1出口→单向阀5→仿形阀15下位→单向阀17→油缸13无杆腔；（2）油缸13有杆腔→油箱21。若地面高度下降：如前节所述，地面仿形机构使仿形阀15处于上位。此时，采头因自重而下降，油缸无杆腔回油；有杆腔油路形成真空，从油箱吸油。油路通道：（1）油缸13无杆腔→节流阀11→仿形阀15上位→阀4右位→油箱21；（2）油箱21→油缸13有杆腔（图3）。
3高度控制系统故障诊断
以采用该高度控制系统的迪尔9976采棉机为例，表1是
表1迪尔9976采棉机常见故障诊断
故障现象1故障原因1解决方法左右采头不能提升1相应的电磁阀上无电流1电路诊断1电磁阀故障1更换1液压泵待机压力过低1调节泵压力补偿器1采头仿形阀堵塞1检查仿形阀1采头仿形机构调整不对1重新调整1缺少液压油1检查液压油量采头可提升但不能1下降电磁阀故障1更换保持1单向阀故障1更换左右采头不能下降1相应电磁阀上无电流1电路诊断1电磁阀故障1更换1仿形机构卡在较高的位置1调整仿形机构1仿形阀卡死1修理仿形阀1缺少液压油1检查液压油量采头油缸不提升或1缺少液压油1检查液压油量提升很慢1液压油箱内过滤器堵塞1检查更换1液压泵待机压力过低1调整泵压力补偿器1液压泵磨损1检测液压泵1电磁阀不动作1电路诊断1液压管路堵塞或泄漏1修理油缸泄漏1缸筒损坏1修理1油封损坏1更换1活塞杆表面刮伤1更换1活塞杆弯曲1更换
迪尔9976采棉机常见故障诊断。
4结论 本研究表明，采棉机采摘头高度控制系统由液压系统、地面仿形机构组成，该系统可实现地面仿形、人工高度控制。针对该采摘头高度控制系统，分析了常见的故障现象、原因、解决方法。
参考文献：
[1]王学农，陈发. 9976新型六行采棉机结构分析及应用[J]. 农业机械学报，1998，29（增刊）：130-134.
[2]陈发，王学农. 国产自走式采棉机的研究[J]. 粮油加工与食品机械，1999（6）：13-14.
[3]陈发，王学农，孙颖，等. 4MZ-2（3）型自走式采棉机主传动系技术方案分析与确定[J]. 农业工程学报，2001，17（5）：68-72.
[4]毕新胜，王磊，李鹏，等. 静液压传动在采棉机上的应用[J]. 农机化研究，2009，31（2）：178-181.
[5]毕新胜，王维新，武传宇，等. 采棉机水平摘锭的工作原理及采摘力学分析[J]. 石河子大学学报：自然科学版，2007，25（6）：786-789.
[6]王伟，孙文磊. 采棉机摘锭的逆向反求与五轴联动数控加工仿真[J]. 农机化研究，2010，32（9）：33-36.
[7]祝朋涛，魏敏，张宏文.采棉机摘锭的三维虚拟建模及有限元分析——基于SolidWorks软件[J]. 农机化研究，2011，33（4）：39-42.
[8]张有强，马少辉，丁旺才. 采棉机摘锭采摘过程的动力学分析[J]. 农业工程学报，2012，28（13）：54-58.
[9]毕新胜，王维新，丛锦玲，等. 水平摘锭式采棉机采棉滚筒的运动学分析[J]. 农机化研究，2008（8）：49-51，54.
[10]曹玉山，孙文磊. 采棉机滚筒协同虚拟装配的研究与实现[J]. 农机化研究，2011，33（11）：75-78.
[11]王方平，梅益，刘乔英. 采棉头锥齿箱有限元模態分析[J]. 农机化研究，2011，33（4）：36-38，42.
[12]董伟. 梳指式采棉机的设计与关键技术研究[D]. 乌鲁木齐：新疆大学，2009.
[13]杨会民，曹卫彬，李江全，等. 采棉机跨区作业导航电子地图的制作[J]. 安徽农业科学，2012，40（6）：3795-3797.沈从举，贾首星，孟祥金，等. 基于SolidWorks的气泡雾化施药喷头3D设计与建模[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：359-362.
关键词：采棉机；采摘头；高度控制；地面仿形；故障诊断
中图分类号： S225.91 1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0357-02
收稿日期：2013-08-23
基金项目：新疆生产建设兵团科技项目（编号：2012BB038）。
作者简介：万畅（1979—），男，湖北天门人，硕士，讲师，主要从事液压与气动教学与科研工作。E-mail：437060056@163.com。新疆生产建设兵团是全国最大的机械化采棉基地，国内学者针对采棉机开展了一系列研究，王学农介绍了9976型六行采棉机的棉箱结构、卸棉方式、风力输送系统、自动对行系统、性能参数[1]。陈发等从工作原理、主要功能、特点、参数、经济技术指标、配置作业方式等方面，对国产第一台 4MZ-2（3） 型国产自走式采棉机做了介绍[2]。陈发对 4MZ-2（3） 型国产自走式采棉机主传动系的3种传动方案的优缺点进行了比较[3]。当前采棉机研究热点主要集中在采棉机的行走驱动系统[3-4]、水平摘锭[5-8]、采棉滚筒[9-10]、采头锥齿箱[11]、新型采头[12]、自动导航[13]等方面。本研究介绍了一种采摘头高度控制系统，并对该系统的常见故障进行了剖析，旨在为研发采棉机提供依据。
1采摘头高度控制系统结构
采棉机采摘头由左、右两侧双作用单出杆活塞缸的活塞杆驱动，活塞杆举升、下降来实现左、右2组采摘头（2～3个采摘头为一组）的高度控制；左、右油缸分别由左、右仿形阀来控制油液方向；左、右仿形阀是一种专用三位三通机液伺服换向阀，由地面仿形机构控制其机动按钮动作（图1）。
采摘头地面仿形机构的工作原理：仿形滑履1位于采摘头的下部，经过调整定位螺钉组2与自重下落拉杆3，与地面贴合；采头工作时，若地面高度变高，仿形滑履1上移，通过滑杆6，带动杠杆5使之绕右端支点9顺时针转动；在仿形控制阀的机动控制手柄8处，杠杆5产生1个放大了的向上力，使三位三通仿形控制閥7从上位过渡到下位工作方式；随着地面高度下降，仿形滑履1在仿形机构自重作用下，自动下落与地面贴合，滑杆6带动杠杆5绕其右端支点9逆时针转动，仿形阀机动手柄8下落，仿形控制阀处于上位工作状态；人工操纵使提升控制阀电磁铁得电，油缸举升采头后，仿形滑履1脱离地面，在仿形机构自重作用下，仿形控制阀也处于上位工作
状态（图2）。
2采摘头高度控制液压原理
仿形控制阀15、16下部省略了仿形机构，左、右仿形阀
15、16是一种机液伺服三位三通阀，该阀的机能是上位时，油口B、C沟通；中位时，3个油口均不沟通；下位时，油口A、C沟通。该阀受前节所述地面仿形机构控制，与其共同实现地面仿形的机液伺服控制。图3左、右缸的控制原理一样。以左缸为例，分析其原理。
2.1人工控制采头高度
人工控制采头上升：此时，阀2电磁铁得电，阀2处于左位；阀4电磁铁失电，阀4处于左位。油路通道：（1）泵1出口→阀2左位→单向阀3→单向阀9→单向阀17→油缸无杆腔；（2）油缸13有杆腔→油箱21。人工控制采头下降：此时，阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁得电，阀4处于右位；如前节所述，仿形阀15处于上位。此时，采头因自重而下降，油缸无杆腔回油；有杆腔油路形成真空，从油箱吸油。油路通道：（1）油缸13无杆腔→节流阀11→仿形阀15上位→阀4右位→油箱21；（2）油箱21→油缸13有杆腔。采头停在某一高度：阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁失电，阀4处于左位；油缸无杆腔闭锁。
2.2地面仿形控制采头
初始状态，阀2电磁铁失电，阀2处于右位；阀4电磁铁得电，阀4处于右位。若地面高度增加：如前节所述，地面仿形机构使仿形阀15处于下位。油路通道：（1）泵1出口→单向阀5→仿形阀15下位→单向阀17→油缸13无杆腔；（2）油缸13有杆腔→油箱21。若地面高度下降：如前节所述，地面仿形机构使仿形阀15处于上位。此时，采头因自重而下降，油缸无杆腔回油；有杆腔油路形成真空，从油箱吸油。油路通道：（1）油缸13无杆腔→节流阀11→仿形阀15上位→阀4右位→油箱21；（2）油箱21→油缸13有杆腔（图3）。
3高度控制系统故障诊断
以采用该高度控制系统的迪尔9976采棉机为例，表1是
表1迪尔9976采棉机常见故障诊断
故障现象1故障原因1解决方法左右采头不能提升1相应的电磁阀上无电流1电路诊断1电磁阀故障1更换1液压泵待机压力过低1调节泵压力补偿器1采头仿形阀堵塞1检查仿形阀1采头仿形机构调整不对1重新调整1缺少液压油1检查液压油量采头可提升但不能1下降电磁阀故障1更换保持1单向阀故障1更换左右采头不能下降1相应电磁阀上无电流1电路诊断1电磁阀故障1更换1仿形机构卡在较高的位置1调整仿形机构1仿形阀卡死1修理仿形阀1缺少液压油1检查液压油量采头油缸不提升或1缺少液压油1检查液压油量提升很慢1液压油箱内过滤器堵塞1检查更换1液压泵待机压力过低1调整泵压力补偿器1液压泵磨损1检测液压泵1电磁阀不动作1电路诊断1液压管路堵塞或泄漏1修理油缸泄漏1缸筒损坏1修理1油封损坏1更换1活塞杆表面刮伤1更换1活塞杆弯曲1更换
迪尔9976采棉机常见故障诊断。
4结论 本研究表明，采棉机采摘头高度控制系统由液压系统、地面仿形机构组成，该系统可实现地面仿形、人工高度控制。针对该采摘头高度控制系统，分析了常见的故障现象、原因、解决方法。
参考文献：
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[10]曹玉山，孙文磊. 采棉机滚筒协同虚拟装配的研究与实现[J]. 农机化研究，2011，33（11）：75-78.
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[12]董伟. 梳指式采棉机的设计与关键技术研究[D]. 乌鲁木齐：新疆大学，2009.
[13]杨会民，曹卫彬，李江全，等. 采棉机跨区作业导航电子地图的制作[J]. 安徽农业科学，2012，40（6）：3795-3797.沈从举，贾首星，孟祥金，等. 基于SolidWorks的气泡雾化施药喷头3D设计与建模[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：359-362.