技术领域
本发明涉及一种农业生产中采摘棉花用的采棉机。
背景技术
小型采棉机是我国农业生产中非常急需的一种农用机械，对各产棉区的经 济有着非常重大的意义。但是目前绝大多数的小型采棉机还不成熟，停留在实 验阶段，没有真正能在农业生产中广泛应用的产品。目前这类机械难以大规模 推广的主要的技术难点集中在以下几个方面：
(1)采摘效率。手工采棉根据熟练程度及工作强度不同，其效率一般在 60Kg～120Kg/12小时，使用小型采棉机其采摘效率应该达到120Kg～300Kg/12 小时，才能体现出其经济效益。
(2)采摘棉花的杂质率。小型采棉机采摘的棉花其杂质率必需达到手工采棉 相等的水平，否则同样不能体现出其经济效益。
(3)采棉机的连续工作时间和可靠性。小型采棉机必须在采棉季节一般为三 个月，每天工作时间是12小时，那么一台小型采棉机的最低无故障时间1080 小时(如果设计寿命为两年，则最低无故障时间2160小时)。而其动力源必须能 保证能提供每天持续工作12小时的的动力。
(4)操作的方便性。每天12小时的工作时间，对于操作者来说，是一件非常 艰苦的工作。小型采棉机在提高采摘效率的同时，必须能降低操作者的劳动强 度。如果机器太重，或者操作复杂，则会失去其使用价值。
本领域中有些采棉机采用风机直接吸取棉花的工作原理，比较典型的例子 是中国国家知识产权局公告的专利号为200520008820.1、200520017070.5、 94208150.1等。这一类采棉机必须要采用二冲程或四冲程汽油发动机，以保证 足够大的风机功率，在吸棉管产生足够大的风压，才能够顺利的吸取棉花。其 存在的问题有以下几个方面：
1、汽油发动机的使用寿命。二冲程或四冲程汽油发动机的无故障使用寿命 一般在200～300小时，不能满足一个采棉季节最低无故障时间1080小时的要 求。
2、过于强大的吸棉管风力会将棉壳，棉叶和其它碎屑等杂质吸入，虽然有 些设计中加入了脱除杂质机构，但效果还是不太明显。
3、汽油发动机一般重量大，难以长时间背负，操作和维修复杂，要求使用 者必须具备汽油发动机方面的专业知识。
4、目前国内小型汽油发动机难以达到废气排放标准，不利于环保。
本领域中也有些采棉机采用了机械脱棉跟风机送棉结合的设计，比较典型 的例子是中国国家知识产权局公告的专利号为02283899.6、00254844.5、 200620075560.4、200520128533.4、200620160278.6等。这些结构是比较经济合 理并可用于实际的，但是目前已知的还没有真正能解决采摘效率，采摘棉花的 杂质率，采棉机的连续工作时间和可靠性，以及操作的方便性问题的设计，因 而并没有出现真正能实用并广泛推广的产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型采棉机，可以有效解决现有采棉机采摘效 率低，杂质率高，以及采用汽油发动机带来的采棉机连续工作时间和可靠性低， 操作不便的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：小型采棉机，其特征 在于：包括离心式风机以及驱动离心式风机的电机I，离心式风机的进气口通 过吸棉管连接采摘头，采摘头内设有进行驱动的电机II，电机I和电机II连接 电源，离心式风机的出气口通过出棉管连接集棉部件。
优选的，采摘头包括机壳以及机壳内的主动辊、从动辊和电机II，机壳由 左机壳和右机壳连接形成的，电机II连接一齿轮箱带动主动辊转动，齿轮箱固 定连接在机壳一侧，机壳前端设有进棉口，机壳后端设有出棉口，进棉口与主 动辊对应，主动辊外壁上设有螺旋状凸起，螺旋状凸起抵住从动辊进行磨擦传 动，左机壳和右机壳上均设有一导向槽，从动辊的从动轴两端均连接一弹性调 节部件，从动轴嵌入导向槽内通过弹性调节部件进行滑动。
进一步，齿轮箱包括电机齿轮和主动齿轮，电机齿轮连接电机II，主动齿 轮通过主动轴连接主动辊，电机齿轮和主动齿轮之间设有至少一个双联齿轮进 行传动。
进一步，弹性调节部件包括一滑块以及滑块上方的弹簧，滑块抵住从动轴 端部，弹簧一端穿接在滑块上，弹簧另一端抵住机壳。
优选的，采摘头包括机壳以及机壳内的主动轴、从动轴和电机II，机壳由 左机壳、右机壳和吸棉管接口连接形成，右机壳上设有进棉口，电机II连接一 齿轮箱带动主动轴和从动轴相向转动，主动轴和从动轴均连接一凸轮滚子，凸 轮滚子上方与进棉口对应，凸轮滚子下方与吸棉管接口对应。
进一步，齿轮箱包括电机齿轮、主动齿轮和从动齿轮，电机齿轮连接电机 II，主动齿轮连接主动轴，从动齿轮连接从动轴，电机齿轮与主动齿轮啮合、 主动齿轮与从动齿轮啮合，从而使主动轴和从动轴相向转动。
进一步，离心式风机包括蜗壳以及蜗壳内的离心部件，蜗壳由左蜗壳和右 蜗壳连接形成，离心部件包括底板、以及对称分布在底板上的至少三片离心风 叶。
优选的，采棉机还包括背负装置，背负装置包括成“L”型的背负支架，背 负支架上固定连接电源和离心式风机，采摘头、以及集棉部件分别通过吸棉管、 以及出棉管延伸至背负支架的前方。
优选的，采棉机还包括车载装置，车载装置包括上车架、下车架、以及下 车架底部的车轮，上车架和下车架之间设有支撑杆，下车架固定连接电源，上 车架固定连接离心式风机和集棉部件。
进一步，集棉部件采用一集棉袋，集棉袋袋口处设有支架，支架上与上车 架对应的挂钩，集棉袋通过挂钩悬挂于上车架上，集棉袋前后为网布，两侧为 塑料片。
本发明采用合理的采摘头设计，配合优化设计的风机和风机功率，高效率 长寿命的电机，高能量比率的电池，以及符合人体工学的背负和车载结构，组 成一套性能优良的小型采棉机系统。该小型采棉机采摘损耗功率低，采摘过程 棉花容易脱离棉托，棉花在被采摘的过程中，离心式风机产生的负压通过吸棉 管直接作用于棉花，使成熟的棉絮顺着风压方向被拉伸，避免了负压传递过程 中由于部件密封不良产生的压力损失，增加了工作的稳定性；两种机械采摘头 可以有效避免集棉时棉絮卡轴现象，采摘头将棉絮咬合并旋转，棉花随之从棉 托上脱离下来，顺着软管被吸入集棉部件中，提高采摘效率；该小型采棉机可 以采用背负式，符合人体工学的背负支架，以及将集棉部件设在操作者前面， 可以方便地拆换集棉部件；该小型采棉机也可以采用车载式，集棉部件上设置 四个开放型挂钩挂在车架上，同样可以快速简便地拆换集棉部件，另外集棉部 件两侧设有塑料片，可以有效防止小车在移动过程中与棉花枝条发生刮擦，同 时小车设计为可拆式，运输和收藏十分方便，在运输中可以减小包装体积；该 小型采棉机中的电机优选地采用高效率长寿命的无刷电机，可以保证采棉机的 连续工作时间和可靠性。该小型采棉机结构简单可靠，每一个零部件和结构都 考虑到了工作时间长和寿命长的要求，非常适合于产棉区棉田野外作业，可推 广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明小型采棉机采用背负装置时的结构示意图；
图2为图1中K向示意图；
图3为本发明中离心式风机的结构示意图；
图4为本发明中采摘头方式一的爆炸图；
图5为本发明中采摘头方式二的结构示意图；
图6为图5中机壳配合后的结构示意图；
图7为本发明中采摘头方式二的爆炸图；
图8为采摘头方式二中凸轮滚子朝向向上时结构示意图；
图9为采摘头方式二中凸轮滚子朝向相向时结构示意图；
图10为采摘头方式二中凸轮滚子朝向向下时结构示意图；
图11为采摘头方式二中凸轮滚子朝向相反时结构示意图；
图12为本发明中车载装置的结构示意图；
图13为本发明采用车载装置时集棉部件的结构示意图；
图14为本发明小型采棉机采用车载装置时的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图14所示，本发明小型采棉机，包括离心式风机1、以及直接驱 动离心式风机1的电机I11，离心式风机1包括蜗壳、以及蜗壳内的离心部件， 蜗壳由左蜗壳12和右蜗壳13连接形成，离心部件包括底板14、以及对称分布 在底板14上的至少三片离心风叶15，离心风叶15成弧形并垂直底板14，离心 式风机1的进气口通过吸棉管16连接采摘头2，采摘头2内设有进行驱动的电 机II21，电机I11和电机II21连接电源6，电机I11和电机II21均可以采用直 流有刷或无刷电机，优选的采用效率高寿命长的无刷电机，可以保证采棉机的 连续工作时间和可靠性，离心式风机1的出气口通过出棉管17连接集棉部件5， 吸棉管16和出棉管17优选采用软管。离心吸风的优点在于棉花在被采摘的过 程中，离心式风机1产生的风压通过吸棉管16直接作用于棉花，避免了负压传 递过程中由于部件密封不良产生的压力损失，增加了工作的稳定性；同时由于 离心式风机1需要棉花经过离心风叶15，出于工作可靠性考虑，对蜗壳和离心 风叶15都根据棉花的特点进行优化设计，以保证离心式风机1的高效率和合理 的功率消耗；在满足离心式风机1效率的前提下，离心风叶15被设计成既可以 让棉花顺利通过，又可以保证其使用强度和寿命，因此离心风叶15优选采用3～ 6片。
采摘头2方式一的结构如下：包括机壳、以及机壳内的主动辊24、从动辊 25和电机II21，机壳由左机壳22和右机壳23连接形成，电机II21连接一齿轮 箱3带动主动辊24转动，齿轮箱3固定连接在机壳一侧，齿轮箱3包括电机齿 轮31和主动齿轮32，电机齿轮31连接电机II21，主动齿轮32通过主动轴34 连接主动辊24，电机齿轮31和主动齿轮32之间设有至少一个双联齿轮进行减 速传动，机壳前端设有进棉口26，机壳后端设有出棉口27，进棉口26与主动 辊24对应，主动辊24外壁上设有螺旋状凸起241，螺旋状凸起241抵住从动辊 25进行磨擦传动，螺旋状凸起241优选采用如图4所示的人字形螺旋状凸起241， 人字形螺旋状凸起241至少设有两条，主动辊24外壁上还设有垂直于其轴线的 均匀分布的若干个圆柱状小凸起。左机壳22和右机壳23上均设有一导向槽28， 从动辊25的从动轴35两端均连接一弹性调节部件4，从动轴35嵌入导向槽28 内通过弹性调节部件4进行滑动，弹性调节部件4包括一滑块41、以及滑块41 上方的弹簧42，滑块41抵住从动轴35端部，弹簧42一端穿接在滑块41上， 弹簧42另一端抵住机壳，弹簧42始终处于压缩状态，从动轴35可以在导向槽 28中滑动，进一步压缩弹簧42，弹簧42回复力向下推动滑块41，使从动辊25 始终抵在主动辊24的人字形螺旋状凸起241上。
由于棉花在脱棉过程中不是连续牵引，在采棉状态下，电机I11和电机II 21接通电源6，电机II21带动电机齿轮31转动，电机齿轮31通过双联齿轮带 动主动齿轮32转动，实现减速传动，主动齿轮32带动主动辊24转动，主动辊 24上人字形螺旋状凸起241随着主动辊24一起转动，由于从动辊25抵在主动 辊24的人字形螺旋状凸起241上，主动辊24通过磨擦带动从动辊25一起转动； 电机I11带动离心式风机1在机壳的进棉口26产生负压，当采摘头2靠近棉花 成熟的棉絮时，棉絮被吸入到机壳内，接着棉絮被主动辊24上人字形螺旋状凸 起241和从动辊25夹住，主动辊24的转动将棉絮慢慢从两边向中间位置挤压， 有效避免了棉絮卡到轴上；同时在挤压过程中，由于棉絮中夹杂着棉籽，当从 动辊25抵住棉籽时，从动轴35在导向槽28内向上移动，压缩弹簧42，在弹簧 42回复力作用下，其推动滑块41使从动辊25始终抵住棉絮。当从动辊25转动 离开其中一条人字形螺旋状凸起241时，棉絮即通过吸棉管16被吸入离心式风 机1内，棉絮在转动的离心风叶15产生的离心力作用下被甩出离心式风机1， 并通过出棉管17到达集棉部件5；同时新的棉絮被吸入到人字形螺旋状凸起241 和从动辊25之间形成的通道中，重复上述吸棉步骤。采用如上结构采摘头2的 特点在于其主动辊24和从动辊25之间的中心距可以根据棉花的大小自动调节， 可以很好地解决卡棉问题，同时杂质率低。
采摘头2方式二的结构如下：包括机壳、以及机壳内的主动轴34、从动轴 35和电机II21，机壳由左机壳22、右机壳23和吸棉管16接口连接形成，右机 壳23上设有进棉口26，电机II21连接一齿轮箱3带动主动轴34和从动轴35 相向转动，齿轮箱3包括电机齿轮31、主动齿轮32和从动齿轮33，电机齿轮 31连接电机II21，主动齿轮32连接主动轴34，从动齿轮33连接从动轴35，电 机齿轮31与主动齿轮32啮合、主动齿轮32与从动齿轮33啮合，电机齿轮31 带动主动齿轮32、主动齿轮32带动从动齿轮33使主动轴34和从动轴35相向 转动，主动轴34和从动轴35均连接一凸轮滚子29，凸轮滚子29的工作部件采 用软质地的材料制成，可承受一定程度的弹性形变，凸轮滚子29对称地进行转 动，凸轮滚子29上方与进棉口26对应，凸轮滚子29下方与吸棉管接口18对 应，凸轮滚子29的工作部件优选采用橡胶制成，当接触棉籽时凸轮滚子29产 生弹性形变，使棉籽顺利通过，避免卡轴。
由于棉花在脱棉过程中不是连续牵引，在采棉状态下，电机I11和电机II 21接通电源6，电机II21带动电机齿轮31转动，电机齿轮31与主动齿轮32啮 合，主动齿轮32连接主动轴34，主动齿轮32与从动齿轮33啮合，从动齿轮 33连接从动轴35，从而在电机齿轮31带动下主动齿轮32和从动齿轮33相向 转动，通过主动轴34和从动轴35的传动，即实现两个凸轮滚子29相向对称的 转动，如图8所示凸轮滚子29所处位置，两个凸轮滚子29之间为最大的间隙。 电机I11带动离心式风机1在机壳的进棉口26产生负压，当采摘头2靠近棉花 成熟的棉絮时，棉絮被吸入到机壳内，此时凸轮滚子29转过一定角度至如图9 所示位置，此时凸轮滚子29已经把棉絮咬合住，由于凸轮滚子29为软质地材 料制成，所以在这个咬合过程中棉絮是被咬合一定长的距离的，同时由于机壳 的存在，张开的棉壳被机壳挡住，这样棉絮就被凸轮从棉壳中撕扯下来，此时 的棉絮还被咬合在凸轮滚子29上；当凸轮滚子29转动至如图10所示位置时， 凸轮滚子29松脱对棉花的咬合，棉絮即通过吸棉管16被吸入离心式风机1内， 棉絮在转动的离心风叶15产生的离心力作用下被甩出离心式风机1，并通过出 棉管17到达集棉部件5；从图10至图11所示过程中，新的棉絮被再次吸入到 凸轮滚子29之间的通道中，重复上述吸棉步骤。采用如上结构采摘头2的特点 在于凸轮滚子29之间间歇性运动方式，同样可以很好地解决卡棉问题，同时杂 质率低。
上述两种方式的采摘头2可以采用如图1和图2所示的背负装置7来进行 采棉操作，背负装置7包括成“L”型的背负支架71，背负支架71上固定连接 电源6和离心式风机1，采摘头2、以及集棉部件5分别通过吸棉管16、以及出 棉管17延伸至背负支架71的前方。采用背负装置7时集棉部件5为一集棉袋， 电源6采用重量比较轻的锂离子电池，和离心式风机1整合在一个符合人体工 学的背负支架71上。要实现棉花装满集棉袋时，能够轻松更换集棉袋，就必须 把出棉口27开在操作者身体的前面，取用才能十分方便，该背负装置7可以通 过一根挂绳将集棉袋挂靠在操作者前面，方便的装取集棉袋，而集棉袋的大小 可以根据实际生产自由选取。
另外上述两种方式的采摘头2也可以采用如图12至图14所示的车载装置8 来进行采棉操作。从经济性的方面考虑，电源6可以采用铅酸电池，但由于铅 酸电池体积和质量都较大，如果让人来背负作业显然不可行，所以利用一辆可 以推行或拖行的车载装置8就可以有效地降低操作者的劳动强度，棉花一般种 植的行距在40～50cm左右，车载装置8可以设计成30cm～40cm宽。该车载装 置8包括上车架81、下车架82、以及下车架82底部的车轮83，上车架81和下 车架82之间设有两根支撑杆84，上车架81和下车架82两侧均设有一套管85， 支撑杆84两端分别嵌入上下车架82的套管85中，最后用插销86将上下车架 82以及支撑杆84固定在一起，下车架82前端固定连接电源6，上车架81固定 连接离心式风机1和集棉部件5，集棉部件5采用一集棉袋，集棉袋袋口处设有 支架52，支架52上设有与上车架81对应的挂钩51，集棉袋通过挂钩51悬挂 于上车架81上。由于棉花枝条会伸展到两行棉花之间的过道中，集棉袋左右两 侧采用塑料片53，前后采用网布54，可以有效防止集棉袋在小车移动过程中的 刮擦，该车载装置可以轻松拆装集棉袋和快速地倒出棉花，十分简便。