气力吸棉机械臂轻量化设计及振动特性研究
来源：振动与冲击杂志2025年第24期北京时间：
作者：古丽巴哈尔•托乎提，廖才文，薛海润，买买提明•艾尼mgheni,，张康航，李光豪
单位：1.新疆大学机械工程学院， 乌鲁木齐830047；2.航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳441003；3.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子832003
摘要：针对制约新疆棉机械化采收的三大关键瓶颈——摘锭损伤长绒棉纤维、棉田边缘依赖人工及残余棉损失，本研究提出并开发了基于气力吸附原理的无损采摘解决方案。首先，建立了轻软可压缩物料悬浮模型，试验测定籽棉团悬浮速度为9.29 m/s，并明确了陆地棉（26.5-28 m/s）与长绒棉（34.5-41 m/s）的分离速度。基于棉株特性与作业空间约束，设计了一种四自由度气力吸棉机械臂。采用有限元分析与变密度拓扑优化相结合的轻量化设计方法，显著减轻臂重33%，并通过模态分析与振动试验验证了结构稳定性（低阶模态误差<5%，高阶11%，固有频率均>50Hz）。田间实证表明，该气力吸棉臂实现了87%的平均采摘成功率，单朵棉花核心采摘耗时仅0.63秒，且籽棉完整率接近人工标准。本文为突破新疆棉采收技术瓶颈、推动产业智能化升级提供了有效的装备支撑。<br>
关键词：长绒棉；气力吸棉机械臂；轻量化设计；振动检测；模态分析
