中国是世界上棉花单产最大的国家,2018年全国棉花总产量达609.6万吨。新疆是我国棉花主产区之一,棉花品质优良。近年来,新疆拥有采棉机的数量越来越多,据统计2018年总数已超过3600台。采棉机在实际生产中仍然存在一些不足之处,提高采棉机采净率成为当前亟待解决的技术问题,对棉花产业发展具有重大意义。本文通过田间试验采集棉株性状特征数据,建立了棉株三维模型。采用COMSOL软件模拟棉株压缩过程,统计棉株压缩前后棉桃的分布情况,结合采棉机摘锭的分布规律计算采净率,研究了棉株性状特征对采棉机采摘效果的影响。改变采摘室结构基本参数进行仿真试验,研究采棉机采摘室结构对采净率的影响。对采棉机的关键零件进行有限元分析,研究其力学性能,为关键零件的强化处理提供参考,保障采棉机作业可靠性。(1)发现棉花成熟度对采棉机采净率具有直接影响,半开棉与过开棉极易在棉田中形成遗留棉与落地棉。通过棉花的力学特性对比试验研究,发现采棉机采摘后遗留棉絮与棉壳的分离力大于采摘前棉絮与棉壳的分离力。(2)对棉株的压缩过程进行仿真试验,得到棉株性状特征不同时采棉机采净率不同。当棉株的高度范围在70~80cm内,采净率为92.78%;当棉枝平均长度范围在130~135mm内,采净率为93.88%;当棉枝与主茎平均夹角范围在50~55°内,采净率为93.88%。选择适宜机采棉品种,有利于提高采棉机的采净率。(3)改变采棉机采摘室结构参数进行仿真试验,得到摘锭分布间距、采摘室宽度与高度对采棉机采净率有显著影响。当采摘室宽度为90mm,采摘室高度为90cm,摘锭间距为45mm时,采棉机采摘效果最佳。(4)对采棉机关键零件进行有限元分析,发现摘锭钩齿齿尖棱线与棱点应力集中较高,揭示了摘锭从齿尖棱线开始磨损后逐渐扩展到整个钩齿表面的失效过程,钩齿的磨损导致了摘锭失效机械性能下降。弹性销槽口向水平方向安装时,表面应力分布均匀,有利于延长其疲劳寿命,提高了采棉机的工作稳定性。