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小区育种播种机关键装置的设计与机理分析

刘曙光  
【摘要】:本文针对目前我国小区育种播种机械化水平较低的现状及该类播种机价格昂贵、结构复杂、驱动力传递误差大,效率低、调整操作不便、作业适应性差等缺点,以更好地实现油菜的小区育种播种机械化为研究方向,在(?)yjord排种原理的基础上,利用电控、电机驱动的方式发明和研制了机电一体机械化作业的小区育种播种机(发明专利号:201010247796.2)。 论文通过对目前该类型播种机的机型及提出的设计方案进行了分析及论证,确定了小区育种播种机的各关键装置的设计方案、系统的运行及控制形式,通过Pro/Engeering软件完成了整个小区育种播种机实体的设计、建模,并由实体模型绘制了工程图,利用AutoCAD软件进一步完善了整个样机图样,并进行了样机的加工,在此基础上,重点进行了关键装置的设计及机理分析、控制系统的设计、样机的性能试验及参数的优化分析等。本文主要研究内容如下: 1、提出了电磁力驱动的步进供种方法,研制了一种以电磁装置实现驱动的自动供种系统,分析了整个系统的结构及工作机理,通过分析确定了各组成部件的结构参数,进行了该系统的动力学分析,剖析了供种格盘、传动机构、驱动装置的运动特点,并根据其工作要求设计了控制电路图,通过C语言编程准确地实现了对电磁装置驱动存种装置及供种装置工作的时间及间隔的控制,配合驱动装置准确实现充种、供种。通过自动供种系统工作性能试验分析,确定了该系统供种均匀性好、可靠性高。通过该系统的工作传递载荷振动信号采集分析,得出了自动供种系统在每次工作中传递载荷的变化差别小,变化规律相同,工作稳定。该自动供种系统可以实现34个小区的连续供种,突破了以往小区育种播种机采用人工供种的工作方式。 2、采用电磁装置驱动方式研制了可以与自动供种系统工作相协调的存种系统,分析了存种系统的工作机理,通过分析确定了各主要组件结构参数,并进行了存种装置在电磁力驱动下的动力学分析。通过对存种装置工作效果的影响因素分析,确定了以存种装置的结构参数及工作参数为试验对象,建立了各试验因素与存种装置工作性能指标之间的回归数学模型,通过DPS软件及matlab软件进行了试验参数的优化分析,获得了存种装置的结构与工作参数的最佳组合。该存种系统采用执行按钮控制,代替了目前此类播种机人工充种的操作方式。 3、提出了电控与电机驱动相结合的排种工作方式,研制了一种以磁电感应脉冲信号控制步进电机驱动工作的排种系统,分析了排种系统中主要装置—充种装置、运种装置的工作机理,确定了适合油菜的各组件结构参数,通过高速摄影技术分析了油菜种子的充种过程,并进行了充种过程的动力学分析。设计了该系统的控制电路图,通过C语言编程实现了在不同的小区长度上,电磁传感器测定的地轮前进速度与步进电机转动速度的比值始终保持定值。对影响充种、运种过程工作性能的因素进行了分析,分别建立了影响因素与充种、运种装置工作性能指标之间的回归数学模型。通过DPS软件及matlab软件优化了试验参数,得出了充种、运种过程及整个排种过程的最佳工作组合。通过排种系统的准确性试验分析,得出了电控与电机驱动相结合的工作方式产生的误差量小于2%,满足工作需要。该排种系统突破了以往以地轮直接通过机械传动传递动力驱动排种系统的方式,成功地实现了根据小区长度、播种机前进速度的改变而无级地调整步进电机驱动排种系统的转动速度。 4、提出了柔性平面离心分种方法,研制了一种利用直流电机实现驱动的双面对称式柔性离心分种系统,设计制造了柔性对称式双面柔性离心分种装置,确定了其结构参数。对分种系统进行了机理分析,并对分种过程中的油菜种子进行了动力学分析。以柔性双面对称式分种装置、双面对称式分种装置、非对称式分种装置为试验对象进行了不同运动参数的分种性能对比试验,得出了转速(调整范围800~1400r/min)与三种分种装置工作性能指标的回归数学模型,得出了双面对称式柔性离心分种装置的工作性能最佳,并获得了油菜种子在5g播量下的最佳分种装置转动速度。该分种系统实现了通过多段不同电阻旋转开关控制直流电机的转动速度实现了不同播量的油菜种子可以选择其各自的最佳分种速度,以提高对不同小区长度、不同播量作业的适应性。 5、对开沟装置进行了力学分析,并对4种刃角的开沟装置工作载荷进行了振动信号采集分析,确定了不同刃角开沟装置的受力变化情况,得出了各刃角开沟器对应的载荷变化范围。通过开沟器的工作性能试验分析,得出了开沟装置在工作时的播深合格率达到了作业标准要求。 6、通过各行播种总量稳定性、播种均匀性、各行播种一致性三个指标对小区育种播种机进行了工作性能试验,结果表明,三指标均达到了作业标准要求。 经山东省农业机械鉴定站检测,各项检测指标均达到了小区育种播种机作业标准的要求。通过农业部鉴定,该小区育种播种机达到了国际先进水平。


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