濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計PAGE目錄1.緒論 11.1研究的目的和意義 11.2常見的幾種精密播種裝置 31.3課題主要研究內(nèi)容 42.電磁振動式棉花精密播種裝置的設(shè)計 42.1電磁振動播種裝置的整體設(shè)計方案 42.2機架的設(shè)計 62.3電磁振動排種器的設(shè)計 62.3.1電磁振動排種器的工作原理 62.3.2種子的受力分析 82.3.3種子的運動分析 102.3.4電磁振動式棉花精密排種器主要參數(shù)的設(shè)計 112.3.5排種盤基本結(jié)構(gòu)尺寸 122.4分流回收裝置的設(shè)計 142.4.1分流通道的基本結(jié)構(gòu)及動作過程 152.4.2孔的設(shè)計 162.4.3電磁鐵和彈簧的選擇 182.5缽盤輸送機構(gòu)的設(shè)計 192.6其它附屬設(shè)備 203.結(jié)論 20結(jié)束語 21參考文獻(xiàn) 22致謝 23PAGE24分流式電磁振動棉花精密排種裝置的設(shè)計學(xué)生：萬子明指導(dǎo)教師：劉永洪摘要：棉花營養(yǎng)缽育苗移栽是具有中國特色的植棉手段之一，在我國內(nèi)陸棉區(qū)已得到較大規(guī)模的推廣應(yīng)用。實現(xiàn)棉花機械化精密播種是進(jìn)行棉花工廠化制缽育苗的關(guān)鍵，但是近些年來，對棉花種子尤其是光籽棉種機械化精播的研究及相關(guān)設(shè)備幾乎是空白。本課題在對多種播種裝置的比較研究的基礎(chǔ)上，提出了電磁振動式棉花精密播種的思想。為了實現(xiàn)光籽棉種的單粒精播，設(shè)計了電磁振動式棉花精密播種裝置，該裝置主要包括電磁振動排種器、分流回收裝置和缽盤輸送機構(gòu)。通過對電磁振動排種器工作原理的分析，得出了實現(xiàn)種子連續(xù)前移的條件，在此基礎(chǔ)上完成了對電磁振動排種器的參數(shù)選擇，在保證棉種單列有序排列的前提下，完成了排種盤基本結(jié)構(gòu)尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計;根據(jù)棉種的形狀尺寸設(shè)計出了孔的形狀尺寸和分流裝置的結(jié)構(gòu)形式。實現(xiàn)了種子的單粒精密播種，單粒率達(dá)到了90%以上。關(guān)鍵詞:棉花，電磁振動，精密播種，控制DesignofDiffluenceElectromagneticVibrationCottonPrecisionSeedingDeviceStudent：wanzimingTeacher：liuyonghongAbstract：Growingandtransplantingseedlingofcotton,whichisoneofChinesecottonplantingmethodshasbeenwidelyappliedandpopularizedthroughoutthecottonplantingareasinourcountry.Thekeyprocessofindustrializedbowl-makingandgrowingofcottonistherealizationofmechanicallyprecisionseeding,butthestudyonthetechnologyandequipmentofmechanicallyprecisionseedingofcottonseedisstillblank.Inthispaper,electromagneticvibrationprecisiontheoryusedincottonprecisionseedingwasputforwardfirstly.Electromagneticvibrationcottonprecisionseederwasdesignedtorealizeprecisionseedlingofbarecottonseed.Thisseederwascomposedofthreeparts,whichwereelectromagneticvibrationfeeder,diffluentdeviceandbowlfeedingdevice.Throughtheoryanalysisofthefeeder,thecontinuousslippageconditionofcottonseedwasgained,whichprovidedtheorybaseforthedesignofelectromagneticvibrationfeeder.Andonthebaseofordinalsingle-lineofcottonseedthestructuredimensionsofelectromagneticvibrationfeederweregot.Accordingtothefigureanddimensionofcottonseed,thefigureanddimensionofholeanddiffulentdevicewasdesigned.Precisionseedingwasachievedandrateofholeswithsingleseedisover90%.Keywords:cotton,electromagneticvibration,precisionseeding,control前言棉花是我國重要的經(jīng)濟作物，種植歷史已有5000年之久，但長久以來種植方式仍然是人工播種，效率低，方式落后，還要占用大量的人力資源。因此，急需開發(fā)一種棉花精密播種裝置。電磁振動應(yīng)用于播種裝置在很多領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破，小到谷種，大到玉米、花生都已經(jīng)出現(xiàn)了電磁振動播種機，但長期以來電磁振動理論應(yīng)用于棉花播種裝置在國內(nèi)一直是一塊空白，因為棉種形狀及其不規(guī)則，又無法像其它種子進(jìn)行丸粒化處理，因此研究工作一直無法取得突破。本論文第一次將電磁振動理論應(yīng)用于棉花播種裝置的設(shè)計，完成了整套裝置的設(shè)計：包括電磁振動裝置、分流回收裝置、缽盤送進(jìn)裝置三大部分。其中電磁振動裝置實現(xiàn)精密排種，分流回收裝置是將電磁振動排種器排出的種子準(zhǔn)確的送到營養(yǎng)缽中，并且完成種子的回收，缽盤送進(jìn)裝置完成營養(yǎng)缽的傳送。本裝置在工作過程中單粒率達(dá)到90%,滿足預(yù)期的精度要求。1.緒論1.1研究的目的和意義棉花是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種主要經(jīng)濟作物，主要產(chǎn)棉區(qū)分布在新疆、山東、河南、湖北、江蘇、山西、安徽等省份。據(jù)統(tǒng)計，2006年我國的棉花種植面積約為540萬公頃，棉花總產(chǎn)量約為594萬噸，位居世界前列。近幾年來，由于棉田投入增加，棉農(nóng)比較利益下降，收入增加緩慢，定苗工序繁重，影響了棉農(nóng)種棉積極性。因此，必須推廣節(jié)本增效工程技術(shù)。種植機械是農(nóng)業(yè)機械中最大的一個家族，完成著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本最重要的一環(huán)——播種，播種質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到農(nóng)作物的出苗情況和產(chǎn)量。圍繞高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展，開發(fā)節(jié)約型農(nóng)業(yè)所需的技術(shù)與設(shè)備己是我國農(nóng)業(yè)機械技術(shù)的主攻方向。如免耕、少耕機具，深施化肥、地膜覆蓋機械，精量與半精量播種機等。精密播種是指按精確的粒數(shù)、間距和播深，將種子播入土中。它可以是單粒播種，也可以將多于一粒的種子播成一穴，要求每穴粒數(shù)相等。精密播種是一項省種、省工、苗全、苗壯，增加產(chǎn)量的一項農(nóng)業(yè)新技術(shù)。精密播種具有省種30%-50%,省間苗工時4-8個工/公頃，增產(chǎn)10%-30%的優(yōu)點，精密播種能降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)出效益，是今后發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，增加農(nóng)民收入的一項重要措施之一。許多發(fā)達(dá)國家非常重視精密播種機的研究和推廣，已實行了單粒精播，而我國正處在研究、試驗、推廣階段，國家“十五”期間確定在河北省開墾1000萬畝優(yōu)質(zhì)棉基地、引進(jìn)優(yōu)質(zhì)棉籽進(jìn)行精密播種。棉花精密播種技術(shù)的研究、引進(jìn)、試驗工作存在著認(rèn)識問題，也有技術(shù)問題，但最終體現(xiàn)在精密播種機具的不完善，精密播種各環(huán)節(jié)不配套。由于精密播種可以保證種子最合理分布，播種量精確，株距均勻，播深一致，為種子的生長發(fā)育創(chuàng)造最佳條件，可以大量節(jié)省種子，保證作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對精密播種機械的要求越來越迫切，精密播種機己成為現(xiàn)代播種技術(shù)的主要特征，成為播種的主要發(fā)展方向。精密播種技術(shù)經(jīng)歷了兩個主要階段:在種子加工、農(nóng)藥、除草劑等技術(shù)不完備的條件下，精密播種最初是對玉米、棉花等中耕作物從條播發(fā)展為定量穴播。在育種和種子加工技術(shù)逐漸成熟以后，對精密播種的要求就提高到單粒穴播。工廠化育苗在本世紀(jì)60年代由美國人開發(fā)，于80年代初在歐美、日本等國家推廣應(yīng)用。至今，工廠化育苗已發(fā)展成一項成熟的農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)。工廠化育苗是指在人工控制的最佳環(huán)境下，運用機械化、自動化手段，采用科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)及現(xiàn)代企業(yè)的管理方式，按一定的生產(chǎn)流程，使育苗生產(chǎn)達(dá)到快速、優(yōu)質(zhì)、高效、成批而穩(wěn)定的生產(chǎn)水平。實現(xiàn)種苗的工廠化生產(chǎn)、商品化供應(yīng)，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個重要標(biāo)志。工廠化育苗即是在育苗工廠(溫室)中采用機械精密播種，并在塑料苗盤上培育出適合移栽的種苗，然后進(jìn)行大田移植，以實現(xiàn)播種和育苗過程機械化、工廠化生產(chǎn)。當(dāng)前國際上使用最廣泛的工廠化育苗體系是穴盤育苗系統(tǒng)。穴盤育苗就是用一種稱為“穴盤”的容器作為工具的育苗方式。我國在園藝和棉花生產(chǎn)中早有了多年推“營養(yǎng)缽”的容器育苗的經(jīng)驗，營養(yǎng)缽育苗是一次成苗，在寒冷季節(jié)用保護(hù)地進(jìn)行育苗，創(chuàng)造合適的氣溫和水分條件，育成茁壯的成苗。到大地轉(zhuǎn)暖時，從暖棚中移栽到土地或者大棚中，這樣能提早種植季節(jié)且保證成活率。而所謂的穴盤，也可以看作是把許多營養(yǎng)缽連成一體的連體缽。現(xiàn)代的穴盤已經(jīng)逐漸規(guī)格化，一張穴盤上連接幾十個甚至幾百個大小一致、上大下小的錐形小缽，每一個小缽稱之為“穴”，穴與穴之間緊密連接，這樣就達(dá)到最大的種植密度，而且，現(xiàn)代穴盤育苗已不再用土作基質(zhì)，改用泥炭、硅石、珍珠巖等輕材料作基質(zhì)。在溫室、暖棚中育苗時，苗的密度大大增加，節(jié)省了溫室、暖棚的基建投資和冬季采暖耗費，使育苗場固定成本和生產(chǎn)成本降低，加上勞力耗費也相應(yīng)節(jié)省，團(tuán)此經(jīng)濟效益顯然大為提高了。棉花營養(yǎng)缽育苗移栽是具有中國特色的植棉手段之一，對棉花早發(fā)、提高棉花生產(chǎn)品質(zhì)具有重要的作用——既符合人多地少、勞動力資源豐富的國情，也滿足了精耕細(xì)作、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)需要，在我國內(nèi)陸棉區(qū)己得到較大規(guī)模的推廣應(yīng)用。其中播種質(zhì)量的好壞直接影響育苗的質(zhì)量及作物的產(chǎn)量。在制缽育苗中，穴盤精密播種是一個影響育苗的重要工序。穴盤精密播種是現(xiàn)代工廠化育苗技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)，穴盤精密播種是將種子精確的播入裝有基質(zhì)的穴盤穴孔內(nèi)的一種現(xiàn)代化播種技術(shù)，一般實行一穴一粒。實現(xiàn)棉花種子機械化精播是進(jìn)行棉花工廠化制缽育苗的關(guān)鍵，但是近些年來，對棉花種子機械化精播的研究及相關(guān)設(shè)備幾乎是空白。所以在己有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有種子精播技術(shù)研制一種適合我國國情的、自動化程度高、性能先進(jìn)的精量播種生產(chǎn)線對實現(xiàn)棉花的工廠化制缽育苗具有很高的實際生產(chǎn)意義。1.2常見的幾種精密播種裝置根據(jù)精量播種的原理不同，播種機分為吸附式(吸嘴式、板式、齒盤轉(zhuǎn)動式)播種機、磁性播種機、針式播種機和抽板式播種機等多種形式。（1）齒盤轉(zhuǎn)動式播種器是一種機械式播種器，主要部件是一組可以轉(zhuǎn)動的凹齒圓盤。其原理是齒盤利用盤緣上的凹齒將種子帶出，在護(hù)種板的保護(hù)下到達(dá)穴盤的上方，在重力的作用下落入同步運動的穴盤的種穴中，實現(xiàn)穴盤播種。根據(jù)穴盤孔數(shù)和種子粒徑可選換齒盤。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高。缺點是它對種子的大小和形狀要求比較嚴(yán)格。（2）抽板式播種器也是一種機械式播種器。主要部件是一塊開有眼孔的抽板。在曲柄連桿機構(gòu)的帶動下使抽板往復(fù)運動，當(dāng)抽板上的眼孔和滾筒上的眼孔相對時，種子靠重力作用落入穴盤種穴中。根據(jù)穴盤孔數(shù)和種子粒徑可選換抽板和底板。該裝置對種子外形尺寸要求較高，一般需對種子進(jìn)行九粒化處理，且播種過程中傷種嚴(yán)重，生產(chǎn)率低。（3）磁力式排種器。它的工作原理是利用磁鐵相互吸引的性質(zhì)制成的，在種子上附著帶磁性的粉末，用磁極吸引，然后用消磁的方法使被吸的種子靠重力落入穴盤種穴中。該裝置播種精度較低，特別是難以保證每穴一粒的要求。（4）氣吸式排種器。它的工作原理是利用負(fù)壓設(shè)備產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使種子在吸孔的吸附力的作用下被帶出種箱后切斷氣流，種子在自身重力的作用下落入穴盤。這種設(shè)備對種子的外形尺寸要求不高，不易傷種，播種精度較高，生產(chǎn)率較高，但是應(yīng)用性差，對不同顆粒大小種子需更換吸嘴。（5）電磁振動排種器。它的工作原理是利用經(jīng)半波整流的電流產(chǎn)生變化的電磁吸力，在變化的電磁吸力的作用下，排種盤產(chǎn)生伴隨著扭動的上下垂直振動，種子在振動的作用下形成均勻的種子流，沿著相應(yīng)的軌道由排種口排出，落入送進(jìn)的缽盤中。該裝置對種子的形狀尺寸要求不高，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡單，不傷種。目前，排種器又有了新發(fā)展.如液力排種器、集排式排種器等。其中一階或多階集排式排種器己在歐洲國家廣泛使用，取得了較好的作業(yè)效果。集排式排種器又稱集中排種器。集中排種器或中心排種器(或系統(tǒng))是排種器發(fā)展的最高成就，是指一個排種部件、一個種子箱或一個統(tǒng)一輸種系統(tǒng)同時進(jìn)行3行或3行以上的多行播種的裝置，有的多階集排式播種機己達(dá)到一器60余行的播種能力。它是對一器一行排種器的革新和發(fā)展，是播種機高速高效的需要，也是排種器結(jié)構(gòu)原理多樣發(fā)展的結(jié)果。根據(jù)結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用范圍，集中排種系統(tǒng)可分為機械式、氣流式、氣壓氣送式等集排。1.3課題主要研究內(nèi)容本課題的研究內(nèi)容主要包括:(1)電磁振動式棉花精密排種器的主要參數(shù)設(shè)計:通過對電磁振動排種器工作原理的分析，得出實現(xiàn)棉種在排種盤內(nèi)單列有序排列和快速平穩(wěn)前進(jìn)的條件，并在此基礎(chǔ)上，求得電磁振動排種器的各個主要參數(shù)的設(shè)計計算方法，從而為電磁振動式棉花精密排種器的設(shè)計提供了理論依據(jù)。(2)電磁振動排種裝置的整體設(shè)計:根據(jù)棉種的特性選擇合適的排種器，并根據(jù)實際情況具體設(shè)計電磁振動排種器的結(jié)構(gòu);根據(jù)光籽棉種的結(jié)構(gòu)形狀尺寸在排種裝置上設(shè)計一套合適的分流回收裝置，從而實現(xiàn)種子的分流回收和單粒排種:由輸送帶的運轉(zhuǎn)帶動缽盤的前進(jìn)，完成缽盤的送進(jìn)。2.電磁振動式棉花精密播種裝置的設(shè)計2.1電磁振動播種裝置的整體設(shè)計方案本課題要研究的是棉花單粒精播技術(shù)，機械裝置必須根椐要實現(xiàn)的功能來設(shè)計。播種的基本過程分為排種、分流和缽盤送進(jìn)三個部分，所以要求必須配備排種器、種子分流裝置、缽盤輸送機構(gòu)。該套播種裝置的核心部件是電磁振動排種裝置，包括電磁振動排種器和分流裝置。此外還需要有相應(yīng)的控制裝置，控制裝置的設(shè)計是為了實現(xiàn)這三個動作過程的順序協(xié)調(diào)動作，總體設(shè)計方案如圖2.1所示。圖2.1播種裝置的總體設(shè)計方案電磁振動播種裝置主要由電磁振動排種器、缽盤輸送機構(gòu)、導(dǎo)種管、電磁鐵和機架等組成。播種裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示。圖2.2電磁振動式棉花精密播種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1.機架2.營養(yǎng)缽3.支撐架4.導(dǎo)種管5.電磁鐵6.分流裝置7.電磁振動排種器8.傳送帶9.電機該機構(gòu)的的工作過程為：首先將種子倒入電磁振動排種器7內(nèi)，種子在排種盤內(nèi)經(jīng)過一系列的動作，實現(xiàn)了均勻排隊，通過連接管到達(dá)分流裝置6，在振動和種子自身重力的作用下，種子在分流通道內(nèi)前進(jìn)，最終落入活動抽板上的6個孔中，當(dāng)6個孔中都有了種子，這時電磁鐵通電動作，活動抽板中的6個種子通過分流裝置落入導(dǎo)種管，完成一次排種動作，此時電機帶動皮帶前進(jìn)一段距離，進(jìn)行下一次排種。如果有多余的種子沒有落入到分流通道中的活動抽板中，種子可以通過集種通道落入集種盒中，避免了種子的浪費。2.2機架的設(shè)計機架的作用主要是支撐整套裝置，其上安裝電動機、電磁振動排種裝置、缽盤輸送裝置等。機架部分的簡單示意圖如圖2.3。圖2.3機架基本結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)營養(yǎng)缽的結(jié)構(gòu)形狀（直徑4.5mm、高8mm的圓柱體），機架整體尺寸確定為1200mmX600mm，為了安裝電磁振動排種器，采用了固定鋼板(S=6mm)，考慮到該試驗裝置的負(fù)荷并不大，機架的基本框架可用30mm2.3電磁振動排種器的設(shè)計電磁振動排種器的一般由四部分組成，即排種盤、底盤（電磁鐵和支持彈簧片)、減振部分和供電部分，其結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。2.3.1電磁振動排種器的工作原理在整體播種裝置中，電磁振動排種器的主要功能是實現(xiàn)棉種在排種盤內(nèi)的單列有序排列，并能夠以一種快速平穩(wěn)的速度前進(jìn)，其原理與電磁振動上料器的工作原理基本相同，所以下面的分析以及參數(shù)設(shè)計計算方法，都是參照電磁振動上料器進(jìn)行的。工作的時候，電磁鐵中通有經(jīng)半波整流后的50HZ的交流電，鐵芯線圈產(chǎn)生脈動的電磁力，如圖2.5所示，鐵芯線圈產(chǎn)生的脈動電磁力使排種盤產(chǎn)生伴隨著扭動(或直動)的上下垂直振動，從而使排種盤內(nèi)的棉種在自身重力、摩擦力和慣性力的共同作用下沿著排種盤內(nèi)的螺旋輸送軌道順序、均勻的向上輸送，從排種口排出[15]。圖2.4電磁振動排種器基本結(jié)構(gòu)示意圖1.出種口2.排種盤3.螺旋槽4.銜鐵5.電磁鐵6.盤底7.支持彈簧8.底盤9.減振彈簧10.底座圖2.5電磁吸力變化曲線圖T—交流電周期ta—電磁吸力最大時刻tb—電磁吸力最小時刻為了分析種子的運動情況，可以把種子在排種盤內(nèi)的運動，近似的看成滑塊在斜面上的運動[16]。當(dāng)電磁力減小為零的瞬間，排種盤將在彈簧反力作用下，帶著種子從后下方朝前上方升移，種子受到與排種盤運動方向相反的慣性力作用。此時，與排種盤垂直的慣性力分量向下，增加了種子與排種盤之間的正壓力及摩擦力，而與排種盤平行的慣性力分量向后，故一般不會使種子滑動，而只會隨排種盤一起向前上方運動。如圖2.6(a)所示，排種盤從A1至A2，種子從B1至B2。圖2.6種子騰空時間與升移量的關(guān)系在電磁力最大瞬間，排種盤在吸力作用下，帶著種子從前上方向后下方運動，種子受到與排種盤運動方向相反的慣性力的作用。此時，與排種盤垂直的慣性力分量向上，使種子作用在排種盤上的正壓力減小，摩擦力也減小;若與排種盤平行的慣性力大于摩擦力時，種子便沿排種盤螺旋軌道向前上方滑移;若與排種盤垂直的慣性力分量大于種子自重在垂直排種盤方向的分量時種子將跳起來。如圖2.6(a)中從位置B2到B3。如果種子騰空時間等于排種盤下降時間，則種子再與排種盤接觸時，就升移了一大步，如圖2.6(a)所示，種子從B1到B4。如果種子騰空時間小于排種盤下降時間，則種子將過早的返回排種盤，隨排種盤一起下降，有如在排種盤上“進(jìn)一步退兩步”，每次升移都很小，如圖2.6(b)所示。如果種子騰空時間大于排種盤下降時間，則種子將過晚返回排種盤，跳的很高落得很近;甚至落回原位，沒有升移。如圖2.6(c)所示。2.3.2種子的受力分析種子在排種盤內(nèi)的受力情況可以分為兩種狀態(tài)，一種是在電磁力減小到零的時候，一種是電磁力在增加到最大的時候。這兩種狀態(tài)的受力情況分別如圖2.7(a),(b)所示。圖2.7種子的受力分析其中:F—種子與螺旋軌道之間的摩擦力;m—種子的質(zhì)量;g—重力加速度;N—螺旋軌道的反力;a—排種盤的加速度:—螺旋軌道的升角(螺旋軌道與水平面夾角);—螺旋軌道的升角或種子的拋射角;根據(jù)達(dá)蘭貝爾原理，作用在工件上沿螺旋槽方向的力，除摩擦力F和工件重量沿x方向的分量外，還有慣性力;而由于排種盤圓周速度不大，離心力對工件沿x方向運動的影響很小，可以忽略。故種子在排種盤上的運動微分方程為:m=-mgsin+macos+F式(2-1)式(2-1)中—種子沿螺旋軌道相對移動的加速度。為了確定種子的輸送條件，可以對排種盤作進(jìn)一步分析，當(dāng)彈簧長度和排種盤振幅之比比值很大時，排種盤振動方向與彈簧垂直。設(shè)排種盤在此方向以角頻率和振幅A作簡諧振動，則在t時間，排種盤的位移s，速度v，加速度a分別為:s=A(1-cost)；v=Asint；a=Acost將加速度值帶入(2-1)式中，得:m=-mgsin-mAcostcos+F式(2-2)摩擦力F的方向取決于相對運動的方向，即當(dāng)相對速度大于0時，F(xiàn)=-當(dāng)相對速度小于0時，F(xiàn)=+式中—種子與螺旋軌道之間的摩擦系數(shù)。由圖2.7可知:N=mgcosmAcostsin式(2-3)式(2-3)中“+”用于排種盤向前升移時，“-”用于排種盤向后降移時。將F值代入(2-2)式并整理得:=-g(sincos)-Acost(cossin)式(2-4)式(2-4)中兩括號內(nèi)的正號用于種子向前升移時，負(fù)號用于種子向后降移時。2.3.3種子的運動分析種子在排種盤上的運動主要有兩種形式，即跳躍和滑移。下面就對這兩種運動形式的產(chǎn)生條件進(jìn)行理論分析，如下:(1)產(chǎn)生跳躍的條件:種子產(chǎn)生的跳躍情況發(fā)生在電流I>0時，螺旋槽在電磁力的吸引下，向左下方加速運動時，由于種子受慣性力作用而脫離螺旋槽，作瞬時微小的跳躍。由于螺旋槽突然離開種子，向左下方運動，使得式(2-3)中的N<0時，種子便產(chǎn)生騰空現(xiàn)象，此時式(2-3)可以改寫成:mAcostsinmgcos式(2-5)所以，種子產(chǎn)生跳躍的條件為:Acost式(2-6)(2)產(chǎn)生滑移的條件:排種盤振動時，與螺旋槽平行的慣性力分量大于靜摩擦力F以及種子重量在螺旋槽方向分量的代數(shù)和時，種子才有可能向前或向后滑移，故種子滑移的條件是:mAcostcos>Fmgsin式(2-7)種子向后降移的條件是:Acost>式(2-8)種子向前升移的條件是:Acost>式(2-9)其中=arctg由此可知，種子運動狀態(tài)主要取決于慣性力的大小，慣性力又取決于使種子獲得加速度的排種盤的振幅的大小。設(shè)螺旋槽沿x方向的最大振幅為：x=Acos故螺旋槽的瞬時振幅為:x=xcost=Acoscost令x、x、x分別表示種子向前、向后滑移和跳躍時，螺旋槽沿x方向所必須的振幅值，由式(2-6)、(2-8)、(2-9)得:x=式(2-10)x=式(2-11)x=式(2-12)由以上分析可知，通過調(diào)整排種盤的振幅，可以得到種子的各種運動狀態(tài)。當(dāng)然，對于設(shè)計者來說，追求的就是種子的連續(xù)向前升移。2.3.4電磁振動式棉花精密排種器主要參數(shù)的設(shè)計(1)振動升角的選擇由主振彈簧的安裝角及排種盤的升角確定，角的大小直接影響到種子的運動狀態(tài)。因此，角選擇應(yīng)保證在其它條件相同的情況下，使種子沿排種盤前進(jìn)的速度最大。根據(jù)$2.3.3中得到的種子滑移條件，令x=x,=0，對式(2-4)化簡，然后積分，得到種子速度與角的函數(shù)關(guān)系，再求速度對角的偏導(dǎo)數(shù)，并令其值等于零，經(jīng)計算得：=tg式(2-13)其中，--種子與排種盤之間的靜摩擦系數(shù)一般當(dāng)激振頻率f=100HZ時，＝10-16；激振頻率f=50HZ時，20-25，經(jīng)過試驗測量得到，棉種與排種盤之間的靜摩擦系數(shù)=0.42，將其帶入式(2-13)中，得:=23(2)排種盤螺旋升角的選擇由升程及中徑大小確定，太大則速度降低，甚至無法輸種,小些，輸種速度提高，但升程減小，一般取=1-3，對摩擦系數(shù)大的種子，可適當(dāng)?shù)娜〈笠稽c取=4-5。根據(jù)$2.3.3中的分析，種子向前滑移的條件為x<x，在極端情況下，令x=x,由式(2-10)、(2-11)，可得許可的最大排種盤傾角為:tg=,—種子與排種盤之間的摩擦系數(shù)式(2-14)在實際設(shè)計時，角應(yīng)比小些，即k,k--可靠系數(shù)，一般取0.7-0.8式（2-15）如果棉種與排種盤之間的動摩擦系數(shù)為=0.41，已求得,將以上數(shù)據(jù)帶入式（2-14）中，得=arctg(0.41xtg23)4.04取

k=0.75,由式(2-15)得:=0.75x4.04=32.3.5排種盤基本結(jié)構(gòu)尺寸圖2.8排種盤基本結(jié)構(gòu)尺寸如已知棉種尺寸為:l—種子的長度b—種子的寬度—種子的高度則排種盤的基本結(jié)構(gòu)尺寸可由表2-1初步確定。表2-1排種盤基本尺寸計算公式待定參數(shù)參數(shù)計算公式及說明螺旋槽間距tt=1.6+s(mm)或滿足:2+s>t>1.5+s螺旋槽板厚度s車制螺旋糟:s=3－5(mm),鈑金螺旋槽:s=1-2(mm)排種盤中徑DD=t/tg(mm)排種盤外徑DD=D+B+2e(mm)螺旋槽寬度BB=b+2-3(mm)排種盤壁厚度e車制螺旋糟:e=3-5(mm),鈑金螺旋槽:e=1-2(mm)排種盤內(nèi)徑DD=D-B,一般D=(8-11)l(mm)排種盤高度HH=(0.2-0.4)D(mm)一般保證H=(1.5-3)t為保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠適應(yīng)于大多數(shù)棉種，設(shè)計時依據(jù)較大尺寸的棉種為準(zhǔn)。經(jīng)初步粗略測量，得到光籽棉種的幾何尺寸如下:l=9.Omm,b=5.Omm,=4.5mm在$2.3.4中求得=3，取s=3mm,e=3mm，根據(jù)表2-1中計算公式，得出排種盤的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)為:t=1.6+s=10.2mmD=t/tg62mmB=bp+3=8mmD=D+B+2e=76mmD=D-B=54mmH=0.3D23mm在實際工作中，為了避免頻繁的添加棉種，并保證種子更快更穩(wěn)定的從排種盤內(nèi)輸出，種子在排種盤內(nèi)的層數(shù)不易過多，所以排種盤的內(nèi)徑要相對增大，在本課題設(shè)計中，選用的排種盤的中徑為200mm。2.4分流回收裝置的設(shè)計在設(shè)計分流回收裝置時構(gòu)思了這樣一種方案是:沿排種盤出口的切線方向聯(lián)接上一套種子分流回收裝置，分流裝置通道的上面是一條槽，可以讓種子在其上流動，下面是一中間中空的方形薄壁管道，插進(jìn)一塊可以抽動的帶有6個槽孔的活動板，通過設(shè)計各部分上孔的結(jié)構(gòu)尺寸和相互位置關(guān)系，來實現(xiàn)進(jìn)種和排種動作。經(jīng)過初步驗證，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒎N子進(jìn)行分流，分別進(jìn)入6個孔內(nèi)，基本滿足設(shè)計的最初要求。分流回收裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.9所示。在本套裝置中，由于圓弧形分流通道難以加工，且活動抽板的動作難以實現(xiàn)，所以分流通道4是做成直板形式的，分流通道與排種盤的連接如果過于直線化，會造成分流通道的振動不一致，影響到種子的運動情況和進(jìn)種效果，所以采用了圓弧過渡通道7,使得分流通道末端與排種盤之間的距離盡量減小，以保證分流通道的振動平穩(wěn)性。此外，為了保證分流通道各處的振動情況趨向一致，聯(lián)接分流通道和排種盤的兩塊聯(lián)接架8的長度要大致相等，它們的剛性要好，不能出現(xiàn)顫動現(xiàn)象。圖2.9分流回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.集種器2.支撐架3.傾斜滑道4.分流通道5.排種盤6.底盤7.過渡圓弧通道8.聯(lián)接架9.擋種板在實現(xiàn)了種子的分流的同時，還有一部分多余的種子沿著分流通道流過，需要對這部分多余的種子進(jìn)行回收，為此設(shè)計了傾斜滑道3，多余的種子通過傾斜滑道滑落到集種器1內(nèi)。為防止種子濺出分流通道，落到外面，在分流通道的兩側(cè)加設(shè)了擋種板9,被擠出分流通道的種子落到兩擋板與分流通道之間的空間，最終沿著傾斜滑道落入集種器內(nèi)。2.4.1分流通道的基本結(jié)構(gòu)及動作過程分流通道的結(jié)構(gòu)如圖2.10所示。種子經(jīng)過排種盤出口進(jìn)入分流通道的上槽內(nèi)，沿著槽長度方向前進(jìn)，分流通道上下兩個表面分別均勻分布6個與種子形狀大小相似的孔，并且兩表面上6個孔在水平面上的位置完全錯開，永不重合。下面方形管內(nèi)部插進(jìn)一塊可抽動的活動板，在板的長度方向上均勻設(shè)置成6個高度跟種子厚度相近的槽孔，孔的大小只允許一粒種子平躺在其中，所有的孔之間的距離都是相同的。圖2.10分流通道結(jié)構(gòu)示意圖分流通道的動作過程為:活動板在初始位置時，活動抽板上的6個孔與分流通道的上表面上的6個孔位置完全重合，種子在運動過程中落入各個種子槽中，實現(xiàn)進(jìn)種動作;當(dāng)6個槽中都有一粒種子時，電磁鐵通電，抽動活動抽板至極限位置，此時，活動抽板的6個孔與下表面的6個孔處于重合位置，種子通過下表面的6個孔落下，進(jìn)入導(dǎo)種管，最后落入相應(yīng)的6個缽盤中，完成了排種動作。2.4.2孔的設(shè)計(1)孔的形狀選擇孔的設(shè)計應(yīng)能很好的完成種子的進(jìn)種和排種一整套工作過程，孔的形狀是根據(jù)所播種子的形狀、尺寸、表面狀態(tài)和所要求的穴粒而設(shè)計的。本課題研究的是光籽棉種的單粒精播，鑒于光籽棉種形狀的特殊性，可供選擇的孔的形狀有三種，即長方形孔、圓形孔和長圓形孔。由于棉種在排種盤上的運動是以長軸方向平躺在軌道中的，所以，擬定采用長圓形孔。（2）孔的尺寸確定孔的尺寸的設(shè)計應(yīng)考慮以下幾方面。首先，進(jìn)種孔的尺寸應(yīng)以保證一次只能有一粒種子落入為準(zhǔn)，種子與孔之間要留有一定的間隙，以保證種子的順利通過，并且種子能夠以最佳的狀態(tài)躺在孔內(nèi)，如果孔過長或過寬，就會影響排種性能，容易出現(xiàn)多粒種子進(jìn)入一個孔中，造成卡種或重播現(xiàn)象:但是如果孔過短或過窄，就會出現(xiàn)種子無法進(jìn)入孔內(nèi)或無法平躺在孔內(nèi)的現(xiàn)象，會造成漏播或卡種現(xiàn)象。其次，排種孔應(yīng)以能夠保證種子的順利排出為依據(jù)，所以排種孔的尺寸要適當(dāng)?shù)拇笠恍?千克魯棉研16號棉種中隨機的抽取100粒，測量棉種的尺寸，其長度和寬度分布曲線如圖2.11和圖2.棉種的長度(mm)棉種的寬度(mm)圖2.11種子長度分布曲線圖圖2.12種子寬度分布曲線圖由圖2.11和圖2.12可以看出，棉種尺寸的分布范圍較廣，在設(shè)計孔的尺寸時，不好掌握，為了能夠保證大部分的棉種順利進(jìn)孔和排出，對棉種進(jìn)行了一下篩選，將長度大于等于9mm和寬度大于等于5mm的棉種篩除。設(shè)進(jìn)種孔的最大長度為1，最大寬度為b，棉種最大長度為1，棉種最大寬度為b，設(shè)排種孔的最大長度為1，最大寬度為b，孔的結(jié)構(gòu)圖如圖2.13所示。為保證棉種順利平穩(wěn)的進(jìn)入孔內(nèi)，并盡量避免卡種現(xiàn)象，進(jìn)種孔尺寸是這樣來設(shè)計：圖2.13孔的結(jié)構(gòu)尺寸圖1=1+0.1-0.6mm圖2.13孔的結(jié)構(gòu)尺寸圖b=b+0.1-0.6mm在設(shè)計孔的尺寸時，應(yīng)該選擇尺寸較大的棉種為依據(jù)，所以，進(jìn)種孔的尺寸設(shè)計為:1=9.0-9.5mm,b=5.0-5.5mm為了保證棉種能夠順利及時的排出，在設(shè)計排種孔尺寸時，應(yīng)該適當(dāng)?shù)姆艑挘梢园凑者@樣一個尺度來設(shè)計:1=1+1.0-2.Ommb=b+0.3-0.5mm鑒于棉種尺寸對排種孔的尺寸影響不大，所以，為保證棉種順利的排出，排種孔的尺寸設(shè)計為:1=11.0mm,b=5.5mm2.4.3電磁鐵和彈簧的選擇在本裝置中，電磁體牽引中間活動抽板頻繁的作往復(fù)移動，活動抽板與外圍套筒之間的阻力并不大，為了保證復(fù)位準(zhǔn)確，電磁鐵選MQ1-1.5N。彈簧的主要功能是復(fù)位，所以彈簧的類型選用壓縮彈簧，復(fù)位彈簧的功能是在電磁鐵斷電后，使得活動抽板迅速復(fù)位到初始位置，受到的載荷不大，工作環(huán)境也非高溫，對彈簧的循環(huán)特性、工作持續(xù)時間等因素要求不是很高，彈簧的材料采用普通的碳素彈簧鋼。選取鋼絲直徑d=lmm，節(jié)距t=6mm，總?cè)?shù)n=8，中徑D=12mm，則根據(jù)彈簧的剛度計算公式：k=式中，G--切變模量，對于碳素彈簧鋼絲，G=81Gpa。經(jīng)過計算，k=0.732xl0N/m。如果電磁鐵采用MQl-1.5N，其額定吸力為P=15N,額定行程x=20mm，當(dāng)彈簧的變形量為電磁鐵的額定行程時，其所需的牽引力為:P=kx=0.732xl0xO.02=14.64N與MQl-1.5N型電磁鐵的額定吸力相當(dāng)，滿足動作要求。電磁鐵適用于兩種工作制:間斷長期工作制和反復(fù)短時工作制，在本系統(tǒng)里工作方式為反復(fù)短時工作制。電磁鐵系交流單相螺管式無罩結(jié)構(gòu);分拉動式和推動式兩種，該機構(gòu)采用的是拉動式，線圈斷電后無復(fù)位裝置，所以還需加裝彈簧復(fù)位裝置。電磁鐵是由磁扼和銜鐵兩部分組成。在使用時將磁扼安裝在固定支架上，而將銜鐵連接在活動板上，當(dāng)鐵芯線圈通電時銜鐵被吸合，帶動活動板動作。2.5缽盤輸送機構(gòu)的設(shè)計根據(jù)播種裝置的要求，輸送機構(gòu)必須在規(guī)定的時間內(nèi)將缽盤送進(jìn)一個缽盤間距，并且能夠與排種動作協(xié)調(diào)一致，實現(xiàn)準(zhǔn)確的對缽播種。為此，必須設(shè)計一套輸送機構(gòu)以實現(xiàn)缽盤的送進(jìn)。輸送機構(gòu)的基本組成部分有電機、電磁離合器、輸送帶等，它的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.14所示。圖2.14輸送機構(gòu)總體示意圖電機2.電磁離合器3.缽盤托盤4.輸送帶在本套裝置中，電機的主要作用是驅(qū)動輸送帶，在規(guī)定的時間內(nèi)將缽盤送進(jìn)一定的距離，對電機的轉(zhuǎn)速要求不高，所以，選用的電機型號是:Y2-80M2-2，轉(zhuǎn)速為960轉(zhuǎn)/min,額定功率是1.1KW，額定電流9.80A，效率82%電機的頻繁啟動停止會影響到電機的工作性能，所以一般不直接控制電機的啟動與停止，而是通過控制電磁離合器的開與合來實現(xiàn)電機驅(qū)動機構(gòu)的動作與否。選用的電磁離合器的型號是DLD5-20:動力矩20N.m，空轉(zhuǎn)力矩0.25N.m,接通時間O.Ols，斷開時間0.03s,額定電壓24V，線圈消耗功率22W,最高轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/min，無電刷和滑環(huán)。基本動作過程:當(dāng)排種器完成了對一行缽盤的播種后，由控制系統(tǒng)發(fā)出一個信號給電磁離合器，電磁離合器通電閉合，電機通電，帶動輸送帶前行，輸送帶運轉(zhuǎn)一定時間，缽盤隨輸送帶前進(jìn)一個缽盤間距;而后電磁離合器失電，輸送帶停止運轉(zhuǎn)。電機運轉(zhuǎn)的時間可以通過PLC來控制，以保證與排種動作相協(xié)調(diào)。2.6其它附屬設(shè)備（1）導(dǎo)種管:導(dǎo)種管的型式有很多，可采用金屬、橡膠或塑料制成，在本課題中選用塑料導(dǎo)種管。（2）輸送帶:在本設(shè)計中采用的輸送裝置是輸送帶，要求不高，選用普通的平帶就可以滿足設(shè)計的要求。（3）集種器:集種器的主要作用是收集多余的種子，對其形狀尺寸沒有什么嚴(yán)格的要求，為簡單起便，選用一個上方敞口的方形紙盒。（4）軸承支座和軸承端蓋：軸承支座和軸承端蓋的尺寸要根據(jù)所選滾動軸承的大小設(shè)計，本裝置選取的滾動軸承為內(nèi)徑20mm的深溝球軸承，設(shè)計本套支撐裝置要考慮與軸的配合和日常潤滑。（5）聯(lián)接管：用來連接電磁振動排種器的出口和分流通道，由于此管不容易加工，材料選用彎曲性比較好的銅，為了便于種子的順利通過，設(shè)計內(nèi)徑為7mm,外徑為7.5mm。3.結(jié)論本課題利用電磁振動原理，設(shè)計出了一套電磁振動式棉花精密排種裝置，實現(xiàn)了光籽棉種的單粒精密排種。該排種裝置利用電磁振動排種器實現(xiàn)了棉種的單列有序排列，排列有序的棉種經(jīng)過排種盤的出口，進(jìn)入分流通道中，由分流裝置完成單粒精密排種，通過控制分流通道上孔的數(shù)量來實現(xiàn)同時對多個缽的排種;完成排種動作后，由輸送帶帶動缽盤前進(jìn)，播種質(zhì)量比較理想，得出以下結(jié)論:（1）運用機械振動和電磁振動理論知識，對電磁振動排種器的工作原理進(jìn)行了分析;在保證棉種連續(xù)平穩(wěn)的快速前移的前提下，通過理論分析，設(shè)計計算出了電磁振動式棉花精密排種器主要設(shè)計參數(shù)。電磁振動排種器的工作性能較為理想，可以實現(xiàn)棉種在其內(nèi)部的單列有序排列，棉種能夠沿著螺旋軌道快速平穩(wěn)的前進(jìn)。（2）根據(jù)光籽棉種的形狀和結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計了分流通道，通過對分流通道上進(jìn)種孔的形狀尺寸設(shè)計，保證了棉種的單粒進(jìn)孔;根據(jù)電磁振動理論和實際條件，確定了分流通道的安放方式和位置，基本保證了種子在分流通道上的平穩(wěn)運動和順利進(jìn)孔。（3）選用電磁鐵帶動活動抽板的往復(fù)動作，基本能夠滿足動作要求，通過活動抽板的往復(fù)動作，實現(xiàn)了進(jìn)種、排種動作過程。結(jié)束語近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在這段時間里我學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西。它不但增強了我的實際動手操作能力，而且使我學(xué)會了如何把現(xiàn)實中的東西和自己所學(xué)的理論聯(lián)系起來。現(xiàn)在我已能用自己所學(xué)的知識來分析和解決生活中的一些簡單的機械設(shè)計工作原理和制造方法。畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)里所學(xué)到的最后一門重要課程，是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全部課程的一次綜合性檢測。它不但使我們有了一次復(fù)習(xí)過去所學(xué)課程的機會，而且更重要的是它把我們所學(xué)的各門課程都穿插起來，組成了一個整體，使我們對所學(xué)知識有了一個綜合性、整體性的認(rèn)識，加深對所學(xué)專業(yè)的了解。畢業(yè)設(shè)計是我第一次自己獨立的運用所學(xué)知識設(shè)計機器零件，使我對設(shè)計工作有了一個大體的了解。當(dāng)我成功的設(shè)計出一個零件并且經(jīng)過檢驗后正確無誤，那種滋味真讓人興奮。當(dāng)然也有苦惱的時候，如果對某個零件經(jīng)過多次設(shè)計、計算后仍然需要改進(jìn)，或者是需要從頭開始重新計算設(shè)計時，也是非常痛苦的。從某種意義上說，畢業(yè)設(shè)計