一、我国棉花机械化采收试验研究概况
棉花收获是棉花生产中十分重要的环节，也是耗费劳力最多的作业环节。兵团农业素以高度机械化的大农业而着称，目前兵团农业生产综合机械化程度为82%，但是棉花生产机械化程度偏低，其机械化程度约为43%，其中棉花的采收还完全依靠人工。人工采收棉花日均工效60公斤籽棉，为此需耗费大量人力、物力、财力完成采收作业并由此带来许多社会经济问题，在兵团，人工采收棉花已成为棉花规模化生产的严重障碍。
棉花收获机械化是一项系统工程，其涉及到棉花品种、农艺栽培措施、田间生产管理、残膜回收、化学脱叶催熟、机械采收、棉花清理加工、皮棉质量标准等诸多环节，根据国外装备的要求并结合我国尤其是兵团的棉花生产现状，必须从系统工程的高度全面改进和优化传统的棉花种植机械化过程，才能在生产中推广应用装备。
国家对棉花收获机械化问题一直比较重视，起步也较早。我国从1953年到1964年虽曾在北京、新疆、江苏、辽宁、安阳等地试验过苏联的CXM—48、CXM—48M及XBC—1.2型垂直摘锭式采棉机，但由于轧花厂没有合适的清花设备配套，含杂多的机采籽棉无法加工符合收购的要求而未能用于生产。在此期间我国的技术人员还研制了气吸和气吸振动式采棉机，并在新疆仿制建立了机采籽棉清理加工试验车间，经部分批量试验表明：经过机器采收的籽棉，清理加工后皮棉质量仅有少许下降,对纺纱无明显影响。后因文革的干扰，此项工作被搁浅。
1989～1993年，新疆生产建设兵团农业局组织兵团农科院、新疆农科院等单位在农八师148团二队对引进的原苏联全套棉花田间生产机械化设备进行综合试验，该套设备中包括CMX—2.8垂直摘锭采棉机、棉桃收获机、净棉机等十台套机械，是我国首次从农业机械工程的角度全面认识和实践棉花生产机械化，通过近三年的试验，消化吸收了棉桃收获机、净棉机等机具，并结合兵团实际探索了人工快采棉采收方法和清理加工工艺及设备配套方案，在南北疆部分植棉农场进行了试验。
通过该项目的实践，兵团各级领导及广大技术人员均认识到：棉花收获机械化是一项系统工程，仅从机械入手，难以甚至不可能实现棉花收获机械化，必须走综合技术配套的道路才能逐步实现棉花收获机械化。
为此，新疆生产建设兵团于1996年5月经司令员办公会议批准：投资3000万元，立项实施兵团机采棉引进试验示范项目，项目实施期为1996～2000年，从系统工程的角度出发，确定项目实施方案：从适合机采的棉花品种选育到机采棉棉花种植模式、田间管理、化学脱叶催熟、采棉机国产化设计、新型采棉机引进试验、机采棉清理加工工艺、配套设备、皮棉质量标准等环节全面开展试验研究，系统研究棉花收获机械化问题。还成立了以兵团胡副司令员为首的机采棉试验项目领导小组、项目办公室和三个专业技术执行和研究小组。同时通过努力，使各方筹措的项目资金陆续按计划到位，保证了项目正常有序的展开。此项目的实施分5年完成，首先在试验区先后引进了六台采棉机（美国迪尔9965型1台，9970型3台；凯斯2555型2台自走式五行采棉机）进行田间试验；其次是通过原国家经贸委和机械部立项，由新疆联合收割机厂生产的4MZ—3型自走式采棉机和4MZ—2型背负式采棉机各1台，在项目试验区进行了机采试验；再次是在八团建成了美国拉姆斯公司清理设备与国产轧花机、打包机配套的小时处理量为10吨籽棉的机采棉加工厂一座；为了适应采棉机的采收行距以保证预定的单产水平，五年来，进行了各种栽培方式的试验，并改制了播种机，研究探索出了（68+8）cm或（66+10）cm带状三角形的株行配置方式；在脱叶催熟试验方面，做了多种药剂配比和喷施时间的对比试验，取得了落叶催熟较好的效果；累计机械采收面积30000亩，在品种选育、栽培管理模式；脱叶配方及多方面进行了相关试验；将机采棉花送国家权威专门机构检测并送纺织厂进行试纺，进一步确认了机械采收棉花对棉纤维品质没有明显影响的结论，棉花具有较好的一致性；为机采皮棉标准的制定做了基础性工作，产生了机采棉企业标准。
兵团机采棉引进试验示范项目的实施，吸引了国内外许多知名棉机企业积极参与项目，为项目的实施提供了先进的技术装备，极大地推动了我国棉花收获机械化应用进程。
2000年12月经兵团司令员办公会议批准，成立以胡兆璋副司令员为组长的兵团机采棉新技术推广领导小组，下设兵团机采棉技术推广办公室，全面负责兵团机采棉技术推广的日常工作。在条件成熟的团场启动机采棉工程技术推广工作。兵团、师在资金、技术上给予大力支持。
至此，从2001年起，兵团开始在农一、二、三、六、七、八师等六个主要植棉师条件较成熟的团场开展机采棉技术推广工作，扩大了试验成果。主要做法是：团场提出立项，兵团在政策上、技术上、资金上给予支持。
2001～2006年期间，全兵团按机采模式种植棉花累计1280.8万亩，改造和购置播种机（66+10cm模式）2100台。脱叶催熟剂脱落宝的喷施技术已被多数机采棉团场熟练掌握。喷施脱叶催熟剂面积累计300万亩，形成了适应南北疆不同气候特点和作业期棉花脱叶作业规范，脱叶成本降低30%左右。
机械采收面积累计287.72万亩，各师及新天公司购买采棉机303台，其中迪尔采棉机206台，凯斯采棉机66台，贵航平水采棉机29台，新联采棉机2台。采棉机实际操作人员已达500余人，初步形成了国有民营、股份经营以及个体经营的采棉机作业经营模式。兵团现有机采棉清理加工生产线58条，其中全套国产15条，全套引进3条，国产与引进配套40条。
机采棉清理加工工艺日趋完善，加工水平和质量不断提高，兵团机采棉平均加工质量可达到手摘棉质量二级左右，机采棉皮棉销售形势逐步看好。
通过5年的推广，改变了兵团棉花种植效益观念，特别是很多团场领导和职工对机采棉技术工程认识上更加全面和深刻，实施机采棉技术已成为兵团扩大植棉效益、降低生产成本、提高职均收入的重要手段。从外部环境看，兵团机采棉技术推广工作已经充分引起国家、自治区和社会各界的关注和充分肯定。
二、国产采棉机的试验研究进程
1958年农垦部生产司机务处在新疆生产建设兵团农二师拖拉机修配厂于当年11月23日研制成一台悬装在苏联万能—4型三轮棉田中耕拖拉机上的双行钢棱形摘辊的摘棉铃机，并于11月26日在新疆尉犁农二师国营塔里木第一农场进行过二个小时的摘霜后花的试验。
1959年新疆生产建设兵团机运处、新疆自治区农科所农机研究室和新疆八一农学院农机化系协作，设计了一个吹吸系统加机械振动的采棉机部件，进行室内试验台上的试验。同年中国农科院农机化研究所研究设计出间歇式水平摘锭采棉机，1960年在该机的基础上又改进设计了双行平面式水平摘锭采棉机，由间歇前进改为连续前进。
1960年南京工学院进行气吸振动采棉原理的室内和田间试验。在苏联CXM—48M型采棉机的机架上装气吸振动采棉机部件，在江苏省盐城地区试验，采摘率只达到26%左右。
1960年全国十八个单位在北京原八机部农机研究院，在苏联专家指导下协作设计35马力棉田自走底盘及其十种配套农具，设计了一台1米行距的悬挂式垂直摘锭式采棉机，采棉部件借用苏联XBC—1.2型采棉机，在新疆和北京进行了试验，采摘率为75.3%～88.2%，工作指标基本与苏联采棉相同。
1963年中国农业机械化科学研究院试验研究真空气吸式采棉机，1964年研制成田间试验车，1965年改进设计为悬装在东方红—28G高地隙拖拉机上的气吸式采棉机，并在采棉机上设计配套了一套小型清棉装置。
1971年新疆生产建设兵团农七师第二拖拉机修造厂成立了采棉机研制组，设计了三种原理的采棉机部件。1974年研制及改进过斜摘辊式一次采棉机。
在中断了十六年机采棉生产性试验研发后，1990年，兵团在农八师148团农场又试验了引进前苏联从播种、中耕施肥、打顶、喷雾、采棉、摘铃和剥桃机械等8台套生产全程机械化配套机械，后因资金等原因仅试验了一年就停顿下来。
1996年新联集团与几家科研单位联合开发的4MZ—2和4MZ—3采棉机，其结构型式与迪尔公司、凯斯公司大同小异，除采摘部件是迪尔公司、凯斯公司生产的以外，其余是国产的。两种型号的样机销售给农一师一团，现每年仍可正常使用。
贵州航空集团公司平水公司生产的五行采棉机是仿照迪尔公司9970型采棉机制造，其结构原理与9970相同，2002年12月11日在农一师八团作采棉试验，经测试，采净率达到92％以上。2003年贵航将在石河子垦区投放5台采棉机做采棉试验。截止2006年底，已有29台贵航平水牌采棉机在新疆生产建设兵团进行棉花的采收作业。
三、机采棉清理加工工艺及配套设备
2000年以来，新疆生产建设兵团从规模效益出发，大力发展机采棉技术。目前已建立了58条机采棉清理加工生产线，其中全套国产15条，全套引进3条，国产与引进配套40条。
兵团机采棉加工厂建设具有以下特点：机采棉加工厂建设技术起点高，引进和运用了国内外多项新工艺、新技术，新装备；从棉花机械采收和植棉规模发展的角度出发，在加工厂建设布局上采取了种植区内植棉团场联合投资，共同建厂（中心厂）新思路；对机采棉加工厂设备运行情况和皮棉质量等，在全兵团范围内连续数年进行了评估和皮棉抽样，并注重向皮棉深加工扩展，从采收、加工、纺纱全面评估建设工作指标。
1.国外机采棉清理加工工艺及配套设备介绍
美国拉默斯公司机采棉清理加工工艺流程分为七个系统，它们按流程的顺序是：籽棉喂入系统、一级籽棉烘干清理系统、二级籽棉烘干清理系统、输棉及轧花系统、皮棉清理系统、集棉和加湿系统、打包和棉包输送系统。
配套设备为：伸缩吸管籽棉喂入机→转网式籽棉分离器→籽棉喂料控制箱→重杂沉积器→大容量籽棉烘干塔（间隔27英寸）→倾斜六辊籽棉清理机→枝杆及绿叶清除机→标准籽棉烘干塔（间隔13.5英寸）→倾斜六辊籽棉清理机→带回收装置的倾斜六辊籽棉清理机→输棉绞龙及溢流棉处理装置→喂棉机→锯齿轧花机→气流式皮棉清理机→锯齿皮棉清理机→热气发生器（燃气或燃油）→集棉机→附热气流导入装置的皮棉滑道→下压式皮棉打包机→棉包称重及输送装置。
2.国内机采棉清理加工工艺及配套设备介绍
国内山东棉麻机械公司和邯郸棉机有限公司两家企业在引进美国机采棉清理加工技术装备的基础上，分别研制开发了各具特色的机采棉清理加工工艺和设备。总的来看，工艺技术水准均达到美国90年代初的水平，但设备的可靠性和配套性尚存在差距，有待于继续完善、提高。截止2006年底，已有50多套山东棉麻机械公司和邯郸棉机有限公司的机采棉清理加工设备在兵团的植棉团场成套或部分配套应用。
山东棉麻机械公司开发的机采棉清理加工工艺可分三大系统：籽棉烘干、清理系统、轧花、皮棉清理系统、集棉、打包系统，成套设备小时生产率7～10吨。配套设备为：（按工艺流程顺序）通大气阀→重杂分离器→三辊分离器→储棉箱→烘干塔→倾斜式籽棉清理机→闭风阀→提净式籽棉清理机→闭风阀→烘干塔→倾斜式籽棉清理机→闭风阀→冲击式籽棉清理机→配棉绞龙→锯齿轧花机→气流式皮棉清理机→锯齿式皮棉清理机→集棉机→打包机。
在工艺中，设计了人工常规采棉、人工快采棉清理加工工艺，通过调整管路阀板的位置，可实现不同的清理加工工艺流程。
邯郸棉机有限公司开发的机采棉清理加工工艺与山东厂的工艺基本相同。不同之处主要是在籽棉输送系统上，邯郸厂增设了棉模自动喂入和气吸籽棉喂入两套装置，其中气吸籽棉喂入装置与常规手摘棉人工喂棉装置基本相同。棉模自动喂入装置必须与田间机收籽棉贮存、运输设备相配套，目前我国尚未开发出这一装置，已建立的机采棉清理加工厂仍完全靠气吸喂入（人工）装置喂入籽棉。
在设备选型上，山东厂以美国大陆鹰公司的设备为技术依托，籽棉清理烘干系统中，采用了两级塔式烘干设备、增设了一级提净式籽棉清理机（可旁通），籽棉的二级清理工艺中采用了冲击式籽棉清理机，其他设备与邯郸厂相同。
邯郸棉机公司机采棉清理加工工艺设备与美国拉默斯公司的工作原理基本相同，在此不再叙述。
机采籽棉的含杂特性决定了机采棉清理加工工艺及设备配套是以籽棉的清理和烘干为主，工艺中共设置了七级籽棉清理工序，两级籽棉烘干工序，三级皮棉清理工序。烘干的目的在于降低叶片类杂质的含水率，减少杂质与棉纤维之间的附着力以利于清除杂质。皮棉清理的作用是进一步提高皮棉的轧工质量。皮棉加湿的目的是提高打包机的工作效率、减少崩包，而且可以保持纤维品质增加棉包商业重量。
七级籽棉清理所配套的设备依据其工作原理的不同可分为气流式重杂清理机、刺钉滚筒式籽棉清理机和锯齿式籽棉清理机以及组合式籽棉清理机四种机型，皮棉清理机可分为气流式和锯齿式两种机型。
3.清理加工方面急需解决的技术问题
（1）籽棉扒垛、喂棉机械
机收籽棉采用棉摸贮运装备，可减少籽棉场地占用面积和提高运输效率，棉花加工厂前端喂棉装置需进行改进。采用籽棉扒垛、喂棉机械可提高籽棉喂入的均匀度，提高加工设备的生产率，保证皮棉加工质量。要求设备基本满足生产线的设计生产率，并具备一定的排杂能力。
（2）开发研制籽棉加湿系统
在新疆部分内陆棉区，籽棉经烘干、清理后，籽棉水分过低，付轧后易影响皮棉等级指标。在付轧前对籽棉物料进行加湿可使籽棉水分恢复至8%左右，可保证轧工质量。要求设备具有自动检测、控制、调节能力，设备运行经济、可靠、安全。
（3）开发研制皮棉加湿装备
皮棉加湿可提高打包机的工作效率、提高包重8千克左右、减少包装材料、提高运输效率，皮棉加湿后，可以减少包亏重，对新疆棉花的长距离运输具有重要意义。
皮棉加湿装备要求具有自动检测、控制、调节能力，设备运行经济、可靠、安全。
（4）打包机每包取样技术
随着棉花检测技术的提高和普及以及棉花市场交易的需要，每包取样已成为发展趋势和必须。
（5）皮棉质量检测技术
机采棉皮棉质量的好坏直接关系到农场的利益，也是机采棉技术推广工作能否进行下去的关键。美国HVI棉花质量检测系统在国际棉花检测与贸易组织活动中影响很大，已成为通行的质量标准。其技术标准、检测方法和仪器以机采棉为设计依据，并对手摘棉检测具有兼容性。目前，我国机采棉皮棉质量标准虽采用了HVI系统检测项目和方法，但还处于试用期，检测项目的分级设置还需全面完善。随着机采棉技术推广工作的不断深入和扩大，该项工作必须加紧进行。
四、棉花收获机械化的相关技术
1.农艺栽培技术
机采棉种植的基本方式为（68+8）cm和（66+10）cm。为适应采棉机采收结构而提出的（68+8）cm带状种植方式，具有使采棉机进行一次性采收作业，利于发挥采棉机效率，采棉机作业过程中撞落棉损失小等特点，并保持了常规种植方式的产量水平。根据（68+8）cm种植方式改进的（66+10）cm的种植方式，更加充分地体现新疆棉花密植的特点，将会有更好地产量表现。
2.棉花化学脱叶催熟技术
化学脱叶催熟处理，是采棉机采收前必不可少的技术环节，也是减少籽棉含杂率、提高棉花品质、保证棉花产量的技术保障。
脱叶剂脱叶机理：药剂发生药效作用时，在棉花叶柄基部形成断离层，棉叶枯萎前在外力（风力）和自重的作用下脱落，避免绿叶对棉花的污染。由于现有的棉花品种吐絮集中性较差，因此在脱叶时必须配以适量的催熟药剂。但是催熟剂的作用将使棉叶枯萎而不脱落，造成籽棉含杂率的升高，所以应注意催熟剂的用量。
化学脱叶催熟的效果与喷施时的温度、湿度及药剂用量密切相关，棉花品质与喷施药剂时的棉花吐繁率相关。一般要求棉花吐絮率达到40%～60%时即可进行喷施作业，施药时10天内平均气温应高于20℃，相对湿度应在60%以上。脱叶催熟剂的用量一般为20～40克，具体用量根据施药时棉花生长和气温情况确定，一般气温在25℃以上时使用低剂量，气温在18～20℃时使用高剂量。施药后20～30天吐絮率和脱叶率可达到机采要求的90%以上。
正确选择和使用脱叶剂喷施机具是提高作业效率和脱叶效果的有效手段，兵团在机采棉技术推广中主要应用的是以色列生产的高地隙袖筒式喷雾机和飞机喷洒，高地隙袖筒式喷雾机喷施效果好，生产效率高，但是受种植模式的影响，容易压倒棉桃；飞机喷洒作业效率高，作业时间集中，可在短时间内大面积喷施，而且不损伤棉桃，但是受农田林网化、高压线路和飞行高度的影响，作业质量较差，棉株上部脱叶较好、中部略差、下部较差。
3.机采棉贮运技术装备
要求机械采收的籽棉即采即轧，只有这样才能保证棉花的品质不会降低过多。目前，兵团采用的采收籽棉散装运输方式，耗费辅助劳力多、且运输效率低下，籽棉集中堆放，占用场地大，贮存期过长等不利于机采棉技术的规模化发展运用。通过近几年的生产实践也表明：籽棉的散装运输方式与扩大机采棉收获面积、保证皮棉品质之间存在着矛盾，必须进行改进。
发展棉模贮存、运输、喂入技术装备可解决机械采收、贮存、运输等制约因素，同时也有利于加工厂提高生产效率，降低生产成本，形成机械采收→棉模贮存→棉模运输→自动喂入的高效作业系统。