氣動(dòng)射種裝置的設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本研究的核心是氣動(dòng)射種，這是一種（與土壤）非接觸式的播種方式。為了進(jìn)一步探索氣動(dòng)射種的可行性，專門設(shè)計(jì)并試制了氣動(dòng)射種試驗(yàn)裝置。氣動(dòng)射種試驗(yàn)裝置由機(jī)架、步進(jìn)電機(jī)、射種元件、電磁鐵、電磁閥，控制電路等組成。用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)排種器；電磁鐵和電磁閥分別控制射種元件中排種閥和電磁閥的開關(guān)；控制電路實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵和電磁閥的協(xié)調(diào)動(dòng)作，完

2、成送種、排種、射種這一工作過程；同時(shí)通過修改程序來控制試驗(yàn)參數(shù)；對(duì)射種元件中關(guān)鍵部件（排種腔體、噴嘴）的設(shè)計(jì)采用理論分析結(jié)合實(shí)際的方法，得出合理的形狀和尺寸。裝置的工作原理是：排種器排種后開啟排種閥，種子落入排種腔體后關(guān)閉排種閥，開啟電磁閥，種子隨著高速氣流通過噴嘴噴射而出，完成一次射種。本論文首次提出了氣動(dòng)射種這一新型的非接觸式播種方式，經(jīng)過理論上的深入探討，開始?xì)鈩?dòng)射種裝置的研發(fā)，旨在開辟氣動(dòng)射種這一非接觸式播種研究新領(lǐng)域，探索氣動(dòng)

3、射種播種的機(jī)理和方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣動(dòng)射種，播種方式，射種器，農(nóng)業(yè)技術(shù)，播種器裝置 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The core of the research is pneumatic seeding which is kind of planting whose charac

4、ter is untouched soil. This equipment is comprised of trestle, stepper motor, seed-shooting components, electromagnet, and pneumatic jet valve. The stepper motor drives seed-falling devicel;the electromagnets and pneumat

5、ic jet valve control the switch of seed-falling valve and pneumatic-jet valve respectively; Control circuit coordinates the stepper motor and the electromagnet, Completed the work process of deliv</p><p>　　K

6、ey words: pneumatic shooting-seed,the manner of seeding,shooting-seed appliance,agriculture technology,seeding implement </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要····

7、3;····································&#

8、183;····································

9、····································

10、3;I</p><p>　　Abstract·······························

11、····································

12、3;····································&#

13、183;·II</p><p>　　目錄······························

14、83;····································&

15、#183;····································

16、;·········III</p><p>　　第一章 緒論······················&

17、#183;····································

18、;····································

19、83;·····1</p><p>　　1.1 課題的提出及意義·························

20、;····································

21、83;···················1</p><p>　　1.2 播種機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)··········&

22、#183;····································

23、;····················1</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀·········

24、83;····································&

25、#183;····················1</p><p>　　1.2.2 播種機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)·········&

26、#183;····································

27、;···························2</p><p>　　1.3 機(jī)電一體化與農(nóng)業(yè)機(jī)械···

28、;····································

29、83;································3</p><p>　　1

30、.3.1機(jī)電一體化技術(shù)與播種機(jī)械的結(jié)合·································

31、83;····················· 5</p><p>　　1.4氣動(dòng)射種的研究現(xiàn)狀·········

32、····································

33、3;······························6</p><p>　　1.5 主要研究?jī)?nèi)容&#

34、183;····································

35、····································

36、3;·········6</p><p>　　1.6 本章小結(jié)·····················

37、3;····································&#

38、183;························7</p><p>　　第二章 機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)······&

39、#183;····································

40、;····································

41、83;8</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)方案······························&

42、#183;····································

43、;····················8</p><p>　　2.2 裝置總體設(shè)計(jì)··········

44、83;····································&

45、#183;·································8</p><

46、p>　　2.3 行走裝置的設(shè)計(jì)·································&#

47、183;····································

48、·········9</p><p>　　2.4 射種裝置的設(shè)計(jì)·····················

49、83;····································&

50、#183;············9</p><p>　　2.5 送種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)··················

51、;····································

52、83;·····························11</p><p>　　2.6 其它附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)、選擇及

53、注意事項(xiàng)····································

54、·········13</p><p>　　2.6.1 噴嘴的設(shè)計(jì)·····················

55、83;····································&

56、#183;························13</p><p>　　2.6.2 種箱的設(shè)計(jì)·····

57、3;····································&#

58、183;····································

59、···16</p><p>　　2.6.3 輸種管的設(shè)計(jì)···························&#

60、183;····································

61、················16</p><p>　　2.6.4 排種器機(jī)械結(jié)構(gòu)··············&

62、#183;····································

63、;························16</p><p>　　2.7 本章小結(jié)······

64、3;····································&#

65、183;····································

66、············17</p><p>　　第三章 氣動(dòng)射種裝置的電路設(shè)計(jì)··················

67、····································

68、3;··18</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)概述····························&#

69、183;····································

70、····················18</p><p>　　3.1.1 控制電路綜述··········&#

71、183;····································

72、·································18</p><p>

73、;　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇··································&

74、#183;····································

75、;19</p><p>　　3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理·····························

76、3;····································&#

77、183;·····19</p><p>　　3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)························

78、83;····································&

79、#183;··········20</p><p>　　3.2.3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成···················

80、····································

81、3;················20</p><p>　　3.2.4 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用··············

82、;····································

83、83;·····················21</p><p>　　3.2.5 控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行········&#

84、183;····································

85、·························23</p><p>　　3.3 電磁鐵的選擇和控制·····&

86、#183;····································

87、;····························24</p><p>　　3.3.1 電磁鐵的選擇··&

88、#183;····································

89、;·································24</p><p&g

90、t;　　3.3.1 電磁鐵的控制··································

91、;····································

92、83;·········24</p><p>　　3.4 PLC的選擇和控制····················

93、83;····································&

94、#183;······················25</p><p>　　3.4.1 PLC的優(yōu)點(diǎn)·······

95、83;····································&

96、#183;························25</p><p>　　3.4.2 PLC的選擇·····

97、83;····································&

98、#183;·························25</p><p>　　3.5. 控制電路的設(shè)計(jì)····

99、83;····································&

100、#183;····································

101、;···26</p><p>　　3.6 本章小結(jié)···························

102、3;····································&#

103、183;··························26</p><p>　　第四章 結(jié)論·····

104、;····································

105、83;····································&

106、#183;·········27</p><p>　　結(jié)論······················&#

107、183;····································

108、····································

109、3;·27</p><p>　　參考文獻(xiàn)······························

110、83;····································&

111、#183;····················29</p><p>　　致謝···········&#

112、183;····································

113、····································

114、3;······················30</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的提出及意

115、義</p><p>　　迄今農(nóng)作物機(jī)械化播種基本都是由入土裝置先入土再將種子播入土壤的方式。由于入土裝置與土壤直接作用，傳統(tǒng)播種方式動(dòng)力消耗較大，且不能適應(yīng)近年來發(fā)展起來的多種先進(jìn)農(nóng)藝技術(shù)要求。隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化區(qū)域布局的初步形成，以及農(nóng)業(yè)向環(huán)保、節(jié)水和可持續(xù)化發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)資源的合理利用和農(nóng)業(yè)裝備的技術(shù)水平都有了新的要求，并且多種先進(jìn)農(nóng)業(yè)播種技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，機(jī)電一體化也技術(shù)越來越多的應(yīng)用

116、于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域。</p><p>　　近幾年年來，傳統(tǒng)播種方式已經(jīng)不能滿足飛速發(fā)展的農(nóng)業(yè)新技術(shù)的要求，在農(nóng)業(yè)新技術(shù)領(lǐng)域，旱作農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)都對(duì)播種提出了新的要求。例如，它需要播種機(jī)械根據(jù)土壤肥力等條件的變化來決定不同的播種密度和不同的播種深度。這種更具質(zhì)量化、智能化的播種要求靠接觸式播種實(shí)現(xiàn)是及其困難的，因此，對(duì)非接觸式播種機(jī)械的設(shè)計(jì)和研發(fā)成為必然。氣動(dòng)射種裝置是設(shè)想利用高壓氣流在不影響種子發(fā)芽的損傷程

117、度內(nèi)將種子播種到土壤中去，省略了入土裝置，降低了能耗。本設(shè)計(jì)設(shè)想希望能通過本次研究，開辟氣動(dòng)射種這一非接觸式播種研究的新領(lǐng)域，并為以后的非接觸式播種機(jī)械的開發(fā)和研制提供理論支持，如研制成功，必將帶來播種機(jī)械化領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。</p><p>　　1.2播種機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在國外：目前國

118、外精密播種機(jī)已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，在精密播種機(jī)上除了設(shè)有完善的整地、覆土、鎮(zhèn)壓及施肥、灑農(nóng)藥裝置外，其排種裝置多采用新的工作原理，包括各種氣吸式排種原理與機(jī)械式排種原理，以保證單粒精密播種。另外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也在播種機(jī)上得以應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，美國、澳大利亞、加拿大、法國等西方國家開始研制并廣泛使用氣力式精密播種機(jī)械，其中氣流一階分配式集排排種系統(tǒng)大量應(yīng)用在谷物條播機(jī)上。</p><p>　　在國內(nèi)：我

119、國的播種機(jī)以傳統(tǒng)的谷物條播機(jī)為主，與小型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)及畜力播種機(jī)目前仍占主導(dǎo)地位。全國有500家左右的企業(yè)生產(chǎn)播種機(jī)，其中只有10家生產(chǎn)與大中型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)，與小拖配套的播種機(jī)和畜力播種機(jī)的產(chǎn)量已占到全國播種機(jī)產(chǎn)量的90%以上。近幾年，我國的聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)發(fā)展也較快，其機(jī)具主要有播種一施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、耕作—播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)、松土—施肥—覆膜—穴播聯(lián)合作業(yè)機(jī)和施水—播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)等，目前又發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)。我國從20世紀(jì)

120、60年代開始發(fā)展精密播種機(jī)械，過程經(jīng)過了仿制、自行研制、到應(yīng)用的發(fā)展階段?，F(xiàn)在精少量播種機(jī)具推廣勢(shì)頭強(qiáng)勁，小麥精少量播種機(jī)和中耕作物精密播種機(jī)推廣應(yīng)用迅速。</p><p>　　1.2.2播種機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化區(qū)域布局的初步形成，以及農(nóng)業(yè)向環(huán)保節(jié)水可可持續(xù)化發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)資源的合理利用和播種機(jī)械的技術(shù)水平都有了新的要求。由于現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)

121、播種機(jī)械是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的持續(xù)、合理利用的重要手段，因此21世紀(jì)我國的農(nóng)業(yè)播種機(jī)械的發(fā)展方向是：</p><p>　　1、發(fā)展有利于耕地資源保護(hù)的聯(lián)合播種機(jī)械；。播種聯(lián)合作業(yè)是指在播種的同時(shí)，完成耕整地、施肥、噴灑液等作業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是一次可以完成多項(xiàng)作業(yè)，作業(yè)效率高，保證及時(shí)播種，提高產(chǎn)量，可以充分利用配套動(dòng)力，節(jié)省能源，降低作業(yè)成本，與傳統(tǒng)播種方法相比，聯(lián)合播種的勞動(dòng)消耗的作業(yè)費(fèi)用約降低30%。</p>

122、<p>　　2、發(fā)展有利于節(jié)水和水資源有效利用的播種機(jī)械；隨著全球淡水資源的匱乏，特別是我國屬于嚴(yán)重缺水國家，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有深遠(yuǎn)的意義和廣闊的前景。從1996年開始，農(nóng)業(yè)部累計(jì)投資1億多元，建設(shè)了一批旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)示范基地和行走式節(jié)水灌溉示范區(qū)，通過農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)、生物、工程等綜合措施的應(yīng)用，完成了一批以坡改梯生土熟化農(nóng)田工程、集雨節(jié)水補(bǔ)灌等為重點(diǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有效改善了旱區(qū)農(nóng)業(yè)基本條件。農(nóng)業(yè)部還在全國各地累計(jì)推廣了水

123、稻“淺濕曬”灌溉、“坐水種”、“行走式節(jié)水”、施用抗旱保水劑、地膜與生物覆蓋等節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)措施3.4億畝左右，發(fā)展田間及大棚集雨節(jié)水和噴、微、滲灌等技術(shù)措施1000萬畝。21世紀(jì)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展將面臨嚴(yán)峻的水資源供求矛盾的挑戰(zhàn)。大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，已引起中央和各有關(guān)方面的高度重視。目前農(nóng)業(yè)部已組織編制了《全國節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2001-2015年）》和《西部地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)規(guī)劃（2001-2005年）》，對(duì)我國節(jié)水農(nóng)業(yè)的下

124、一步發(fā)展展示了藍(lán)圖[2]。</p><p>　　3、發(fā)展能有效提高生產(chǎn)效率、降低能耗的播種機(jī)械；傳統(tǒng)的播種裝置和土壤直接接觸，用播種機(jī)的開溝器現(xiàn)在土地表面開道溝，然后通過輸種管利用種子自身的重力滑落到土壤中的這接觸式播種耗能費(fèi)時(shí)，開發(fā)研制新型的節(jié)能降耗的播種機(jī)械將成為必然。</p><p>　　4、發(fā)展自動(dòng)化、智能化更高的播種機(jī)械。目前國外正在發(fā)展一些新的播種技術(shù)，如日本提出適合蔬菜的靜電

125、播種，英國提出適合于蔬菜的液體播種、適合于牧草的超音速播種，還有目前廣泛應(yīng)用的種子帶播種等。例如液壓等新技術(shù)在國外播種機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。美國塞科爾5000型氣壓式播種機(jī)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)；東德A—697型精密播種機(jī)裝有供驅(qū)動(dòng)排種錐體的液壓馬達(dá)，當(dāng)?shù)剌喕瑒?dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)啟動(dòng)，以保證排種錐體的轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度相協(xié)調(diào)，同時(shí)也用以操作開溝器的升降，在大寬幅的播種機(jī)上還用液壓折疊機(jī)架，以便安全運(yùn)輸</p><p>　　近

126、年來，隨著立體農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)口號(hào)的提出，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的類型、功能也在不斷變化，應(yīng)用領(lǐng)域壓在逐年擴(kuò)大。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及先進(jìn)的制造技術(shù)、新材料的涌現(xiàn)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械特別是播種機(jī)械向智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，使得原來傳統(tǒng)機(jī)械本來無法作業(yè)的項(xiàng)目也逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)，與生物技術(shù)一起推動(dòng)了播種機(jī)械化發(fā)展史的迅速前行。</p><p>　　1

127、.3機(jī)電一體化與農(nóng)業(yè)機(jī)械</p><p>　　采用機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，極大的改進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械的質(zhì)量和性能，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械更具智能化。目前，國外越來越多的播種機(jī)采用機(jī)電一體化技術(shù)，提高了播種機(jī)的工作可靠性、簡(jiǎn)化操作、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少輔助時(shí)間、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。</p><p>　　1966年，Dickey－John公司就在播種機(jī)上采用了光電傳感器用于監(jiān)視單行播種。80年代，又采用了基于雷達(dá)

128、的測(cè)速儀用來測(cè)量行走速度、播種精度和谷物漏播的監(jiān)視裝置，利用微處理器控制肥料分配與噴灌，以及一個(gè)液晶顯示器用于顯示發(fā)動(dòng)機(jī)速度、拖拉機(jī)滑移率、行走速度和每小時(shí)的工作面積[3]。</p><p>　　美國80年代中期研制出一種播種機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)—Pioneer Ⅰ，該監(jiān)視系統(tǒng)可以用于所有類型的播種機(jī)，包括谷物條播機(jī)、氣吸式播種機(jī)和蔬菜播種機(jī)。排種傳感器和速度傳感器傳遞數(shù)據(jù)，顯示某行工作正常；同時(shí)LCD顯示播種面積、速度、

129、每行播種量和粒距。并能實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警[4]。</p><p>　　1982年，日本研制出一套排種系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一圓盤式排種器和一個(gè)周期性驅(qū)動(dòng)電路組成，周期時(shí)間同種子和種道分離時(shí)間相一致，種子在種道上的運(yùn)輸由電磁設(shè)備控制，這樣種子被連續(xù)排至種溝[5]。</p><p>　　日本90年代初又研制了一套電磁操作的排種裝置，用于電子控制的氣力精播機(jī)。該系統(tǒng)由一個(gè)高性能的電磁閥、一個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制器和

130、一個(gè)排種器組成。該控制系統(tǒng)主要用于控制電磁閥的動(dòng)作，排種性能可以根據(jù)種子下落間隔進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能保證較好的排種精度，調(diào)整排種參數(shù)更加容易，而且全面提高了播種機(jī)的使用效率[6]。</p><p>　　日本近年來在研究蔬菜播種機(jī)施肥和排種的排量自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先獲取地輪地轉(zhuǎn)速信號(hào)，并根據(jù)這個(gè)信號(hào)控制排肥和排種軸地轉(zhuǎn)速來控制排量。這樣排種和排肥不受拖拉機(jī)速度地影響[7]。</p>

131、<p>　　1995年，波蘭科學(xué)家開發(fā)了一套UKS-1型排種器地電子控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)與s078 polonez 播種機(jī)配套使用，也可以用于具有相同結(jié)構(gòu)的其他播種機(jī)。該系統(tǒng)可根據(jù)工作幅寬、地輪半徑及不同機(jī)型進(jìn)行編程。使用該系統(tǒng)可以提高工作效率，改進(jìn)操作條件[8]。</p><p>　　國內(nèi)精密播種機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究起步較晚，主要是引進(jìn)國外的產(chǎn)品。1996年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了精密播種機(jī)工況自動(dòng)監(jiān)視及播

132、種量數(shù)顯系統(tǒng)；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)近幾年也將虛擬儀器用于農(nóng)機(jī)控制檢測(cè)對(duì)農(nóng)機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)行控制檢測(cè)。</p><p>　　1.3.1機(jī)電一體化技術(shù)與播種機(jī)械的結(jié)合</p><p>　　準(zhǔn)確而精密的播種不但可以節(jié)省種子，節(jié)省田間移苗、補(bǔ)苗所需要的勞動(dòng)力，而且有利于作物生長(zhǎng)，便于田間管理。在國外，不但玉米、甜菜、大豆等作物大量采用精密播種，而且部分傳統(tǒng)的谷物條播也采用精密播種，據(jù)介紹準(zhǔn)確而精密的播種可以

133、比傳統(tǒng)的播種方式增產(chǎn)10-30％。精密播種是一種先進(jìn)的播種技術(shù)，需要有更先進(jìn)的排種、送種的機(jī)械裝置，更需要有精確度較高的控制系統(tǒng)。氣吸式播種機(jī)對(duì)種子要求不嚴(yán)格，容易達(dá)到精密點(diǎn)播，作業(yè)速度也比機(jī)械式高，因此在玉米、大豆、棉花等作物的精密播種機(jī)上采用的越來越普遍。近幾年來，，在農(nóng)業(yè)新技術(shù)領(lǐng)域，隨著旱作農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)口號(hào)的提出，對(duì)播種機(jī)械提出了更高的要求。例如，它需要播種機(jī)械根據(jù)土壤肥力等條件的變化來決定不同的播種密度和不同的播種深

134、度；甚至更根據(jù)作物生長(zhǎng)的需水量來來嚴(yán)格控制播種時(shí)水的用量。這種更具質(zhì)量化、智能化的播種要求都要求有精確、智能的控制系統(tǒng)，和機(jī)械控制系統(tǒng)相比較，電氣控制系統(tǒng)更能滿足未來播種機(jī)械的需求，所以要進(jìn)一步提高精密播種質(zhì)量，采用機(jī)電一體化技術(shù)是開發(fā)質(zhì)量化、智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的必由之路。</p><p>　　所謂機(jī)電一體化技術(shù)是由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)結(jié)合而成的綜合技術(shù)，一般由以下幾部分組成：機(jī)械本體部分、動(dòng)力

135、部分、傳感部分、驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分、控制及信息處理部分。近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣控制元件的不斷完善，大量的電氣元件被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，并且都達(dá)到了理想的預(yù)期目標(biāo)。早在80年代初，西方國家就開始將電子技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速測(cè)量，聯(lián)合收割機(jī)的損失監(jiān)視、速度控制，噴灌流速的測(cè)量等，并不斷致力于降低產(chǎn)品造價(jià)、改進(jìn)工作性能及改善農(nóng)業(yè)環(huán)境影響的研究。這類系統(tǒng)一般包括傳感器、顯示屏、控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、專家系統(tǒng)等。從目前農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)

136、展趨勢(shì)看來，在未來的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展領(lǐng)域，機(jī)電一體化技術(shù)將被廣泛的應(yīng)用于各種類型的農(nóng)業(yè)機(jī)械，將使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)生質(zhì)的飛躍。將極大的提高播種的質(zhì)量，節(jié)省能源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 </p><p>　　1.4氣動(dòng)射種研究現(xiàn)狀</p><p>　　刁培松教授根據(jù)我國現(xiàn)階段對(duì)播種機(jī)械的高質(zhì)量化、智能化的要求，提出了氣動(dòng)射種這一概念，目前在播種領(lǐng)域國內(nèi)外還沒有相關(guān)氣動(dòng)射種的研究。本研究將對(duì)氣動(dòng)射種的可行

137、性進(jìn)行了初步的研究，并初步對(duì)氣動(dòng)射種的各種基本因素，比如射種壓力、噴嘴大小、高壓氣流的流速、射種腔體的密封要求、噴嘴離地面的高度等進(jìn)行初步摸索，雖然氣動(dòng)射種屬于比較先進(jìn)的播種方式，較傳統(tǒng)的接觸式播種方式具有較多的優(yōu)越性，但它尚處于理論探討和試驗(yàn)階段，仍需要投入更多的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究，以達(dá)到實(shí)際性的應(yīng)用。</p><p><b>　　1.5主要研究?jī)?nèi)容</b></p&g

138、t;<p>　　本課題綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和PLC控制技術(shù)，對(duì)氣動(dòng)射種領(lǐng)域進(jìn)行初步研究，為播種方式提供一種新的思路，所以研究的內(nèi)容也僅僅是做初步的基礎(chǔ)性研究。</p><p>　　1、 針對(duì)氣動(dòng)射種的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套可行的機(jī)械試驗(yàn)性裝置，并用本套裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究。</p><p>　　2、 對(duì)具體的試驗(yàn)裝置做出一套便于修改的控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)排種和氣動(dòng)射種的控制。實(shí)驗(yàn)裝置用精密

139、的電氣化元件PLC控制器控制排種和氣動(dòng)射種。精確度上達(dá)到了良好的預(yù)期效果</p><p>　　3、 進(jìn)行具體試驗(yàn)，對(duì)本套裝置的排種器進(jìn)行排種試驗(yàn)，同時(shí)利用本套裝置做氣動(dòng)射種的試驗(yàn)。找出射種深度和具體壓力、射種時(shí)間的關(guān)系，確定影響射種深度的參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　4、 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果找出本套裝置需要完善的地方。</p><p>　　如果本項(xiàng)研究的初步試

140、驗(yàn)獲得成功，將繼續(xù)進(jìn)行以下深入的研究：</p><p>　　1、研究種子的耐沖擊和耐磨擦特性。種子在射入土壤的過程中，會(huì)受到強(qiáng)烈的沖擊和劇烈的磨擦。播種質(zhì)量要求，對(duì)種子的沖擊和磨擦應(yīng)當(dāng)不影響種子的正常發(fā)芽和生長(zhǎng)。影響對(duì)種子的沖擊和磨擦的主要因素是射入速度和土壤的物理特性，在一定的土壤條件下，對(duì)種子的沖擊和磨擦取決于射入速度。通過理論分析和試驗(yàn)尋找出種子在一定的土壤條件下，種子能夠正常發(fā)芽、出苗的最高射種速度。這個(gè)

141、速度稱為耐沖擊速度，記為。</p><p>　　2、實(shí)驗(yàn)研究滿足直接射種的土壤臨界狀態(tài)的物理特性參數(shù)。例如當(dāng)某種土壤的物理特性參數(shù)優(yōu)于臨界特性參數(shù)時(shí)，則可以直接射種；當(dāng)某種土壤的物理特性參數(shù)次于臨界特性參數(shù)時(shí)，通過改善土壤的物理特性參數(shù)（如耕、松耕、改變土壤含水量等）實(shí)現(xiàn)直接射種。如果改變土壤的物理特性參數(shù)后，土壤特性優(yōu)于臨界物理特性參數(shù)，則可以直接射種，否則不能直接射種，要對(duì)種子進(jìn)行防護(hù)處理。</p>

142、;<p>　　3、種子防護(hù)研究。對(duì)于不能直接射種的種子，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)處理，提高其耐沖擊和耐磨擦特性。</p><p>　　4、射種器的基本形式與設(shè)計(jì)參數(shù)研究</p><p><b>　　1.6本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了國內(nèi)外播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)，以及機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的一些情況。指出氣動(dòng)

143、射種是一種先進(jìn)的非接觸的播種形式，是對(duì)農(nóng)業(yè)播種領(lǐng)域的另一種嘗試，并對(duì)它的研究現(xiàn)狀和未來進(jìn)行初步概述。</p><p>　　第二章 機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　氣動(dòng)射種裝置是將機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、PLC等技術(shù)綜合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的一種新型機(jī)電一體化裝置，可分為氣動(dòng)射種裝置和電氣控

144、制兩大部分。試驗(yàn)的基本過程分為PLC控制步進(jìn)電機(jī)排種、電磁鐵控制排種活塞送種和氣動(dòng)電磁閥控制高壓氣流射種三個(gè)部分。本套裝置僅針對(duì)單粒種子進(jìn)行試驗(yàn)，所以排種機(jī)構(gòu)采用窩眼式排種器，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)窩眼式排種器排種。在試驗(yàn)過程中要實(shí)現(xiàn)送種和射種的高度協(xié)調(diào)配合，就必須有一套精確的控制機(jī)構(gòu)。PLC以其精確的控制和眾多優(yōu)越于單片機(jī)的性能而被用于射種裝置的控制系統(tǒng)。具體的工作循環(huán)流程為：PLC控制步進(jìn)電機(jī)排種—開啟排種閥－關(guān)閉排種閥－開啟電磁閥－氣動(dòng)射

145、種－關(guān)閉電磁閥－步進(jìn)電機(jī)排種，重復(fù)上述循環(huán)?？傮w設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 實(shí)驗(yàn)裝置的總體方案 </p><p><b>　　2.2裝置總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本套裝置設(shè)計(jì)成兩大部分：機(jī)械排種、送種裝置和電氣控制部分。機(jī)械排種、送種裝置又可分為 動(dòng)力部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分，只要集中在一個(gè)整體的機(jī)架內(nèi)，機(jī)架

146、至于車架之上；電氣控制系統(tǒng) 獨(dú)立于機(jī)械排種、送種裝置之外，其目的是不僅便于進(jìn)行接線、檢修等操作而且使該裝置的安全系數(shù)大大提高；因?qū)俪醪降膶?shí)驗(yàn)性研究，高壓氣體壓縮機(jī)暫時(shí)獨(dú)立于兩大部分之外，用高壓輸氣管道進(jìn)行連接。</p><p>　　裝置的工作過程為：步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)排種器的主軸實(shí)現(xiàn)排種，經(jīng)過一定的延時(shí)后，排種電磁鐵吸合將種子送入種腔，然后電磁鐵斷電在自然狀態(tài)，排種活塞在復(fù)位彈簧的作用下閉合，氣動(dòng)電磁閥得電吸合實(shí)現(xiàn)

147、高壓輸氣，射種完畢后松開電磁閥。一個(gè)完整的射種過程就完成了。</p><p>　　2.3 行走裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　在研制的初級(jí)階段，以實(shí)現(xiàn)該播種方式為目標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)單行播種的裝置。隨著播種的成功，逐步擴(kuò)展到多行播種。行走裝置包括車架裝置和機(jī)架裝置。</p><p>　　車架裝置是推動(dòng)播種裝置前進(jìn)以保證連續(xù)播種，單行播種裝置應(yīng)用手推地輪裝置，利用四個(gè)地輪和

148、人的動(dòng)力前進(jìn)播種；車架總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。車架豎梁設(shè)置滑道，使得機(jī)架可以上下滑動(dòng)，便于調(diào)節(jié)噴嘴離地面的高度。根據(jù)人的身高，作業(yè)時(shí)扶手的頂部到地面的垂直距離設(shè)置約為760mm；根據(jù)作業(yè)時(shí)人體和機(jī)器的平衡習(xí)慣，扶手在水平方向的投影距離約為310mm。</p><p>　　機(jī)架裝置用來放置各種播種部件，如排種腔體 、牽引電磁鐵等射種部件。機(jī)架總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。</p><p>　　

149、圖2-2 車架側(cè)視圖 圖2-3 機(jī)架側(cè)視圖</p><p>　　2.4射種裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　本裝置的關(guān)鍵部件為射種元件，其性能直接決定了試驗(yàn)的成功與否。這一部分對(duì)密封性有很高的要求，進(jìn)氣腔體和排種腔都要求承受1-2MPa的壓力，同時(shí)還要保證其它地方無氣體溢出。排種部分要順利的將種子排入排種腔，而不會(huì)被排種閥帶回。本研究先初步設(shè)計(jì)一種射種器，進(jìn)

150、行射種實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)研究，建立相關(guān)的模型，然后再進(jìn)行射種器的改進(jìn)設(shè)計(jì)，經(jīng)過多次反復(fù)，獲得射種器的設(shè)計(jì)參數(shù)，用于指導(dǎo)射種器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　射種器的主要硬件構(gòu)成部件有種子排種閥、腔體、噴嘴、和用于產(chǎn)生氣體的二位二通電磁閥。從輸種管下來的種子在排種閥下移的時(shí)候掉進(jìn)種子腔體。由于種子腔體是一個(gè)圓柱形，噴嘴是一個(gè)漏斗形的用彈性塑料制造，種子只能掉落在噴嘴的最底部，無法停留在上面的任何一個(gè)位

151、置，在噴嘴最底部開了一個(gè)直徑小于種子的小口，使種子不能靠自身的重力滑落到加速管中，只能等待高壓氣體壓入加速管中。二位二通電磁閥向腔體中輸送高壓氣體，把噴嘴上面的種子壓入加速管中，并在加速管中對(duì)種子進(jìn)行加速，使種子產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，直接射入土壤中。射種器的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。</p><p>　　在此裝置中，排種閥除了使種子進(jìn)入腔體外，還起著密封氣體的作用。另外，種子在噴嘴最部，用自身的體積封住噴嘴底部的小口，

152、也起到密封氣體的作用。</p><p>　　圖2-4氣動(dòng)射種元件示意圖</p><p>　　1－二位二通電磁閥 2－接頭 3－十字槽凹穴六角螺栓 4－平墊圈 5－螺桿 6－六角螺母 7－復(fù)位彈簧 8－壓板 9－腔體 10－排種活塞</p><p>　　11－密封墊 12－噴嘴噴嘴 </p><p>　　2.5送

153、種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1、送種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：順利地送種。種子送入種腔后，排種活塞返回時(shí)不至于將種子帶回，這樣將不能實(shí)現(xiàn)排種。本套機(jī)構(gòu)采用種子的自重送種：種子經(jīng)過落種口進(jìn)入送種腔后，隨著活塞的向下運(yùn)動(dòng)種子也在自重和排種閥壓板的作用下進(jìn)入射種腔，通過控制活塞在腔體內(nèi)的時(shí)間，可以控制排種準(zhǔn)確度。由于振動(dòng)和種子自重的原因，種子會(huì)落入腔體中，經(jīng)過一定的時(shí)間后，排種電磁鐵斷電，排種活塞恢復(fù)到初始狀態(tài)，完成一次排

154、種。</p><p>　　2、排種活塞的設(shè)計(jì)：送種閥的作用不僅是排種還有密封送種腔體的作用。所以送種閥下端設(shè)計(jì)成錐形，上端為圓柱形，起壓種作用以免種子粘在腔壁上。如圖4中10所示。</p><p>　　3、送種腔體的設(shè)計(jì)：腔體的設(shè)計(jì)示意圖如2-5所示：</p><p>　　圖2-5送種腔體示意圖</p><p>　　1－送種腔 2－

155、射種腔</p><p>　　送種腔體采用有機(jī)玻璃加工而成，選材的原因：一是有玻璃鋼是一種透明的材料，這樣在具體的試驗(yàn)過程中可以方便的觀察種子在排種腔中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以方便的調(diào)節(jié)具體的參數(shù)如：排種時(shí)間、壓力等來控制排種，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析也有重要的作用。二是可以較好的密封。排種活塞采用45#鋼制作，與送種腔體不屬于同一種材料，這樣在密封方面可以很好的實(shí)現(xiàn)。送種腔的下部設(shè)計(jì)成錐形是考慮到種子能順利的進(jìn)入排種閥的錐面

156、上。射種腔的設(shè)計(jì)充分考慮到順利排種和盡量減少氣體的壓力損失。①試驗(yàn)對(duì)象綠豆的直徑最大為3mm，所以為了保證種子能順利地排出腔體，由于所以若要種子落在射種腔里，就需要射種腔的直徑D與排種閥的直徑d之差：D-d≥3mm。② 考慮到氣體管道截面突然擴(kuò)大而造成的損失：氣體通過管道截面突然擴(kuò)大處的流動(dòng)情況如圖2－6所示。在突然擴(kuò)大的1～2截面之間，流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)是流動(dòng)核心區(qū)；Ⅱ區(qū)是渦流區(qū)</p><p>　　圖2－

157、6截面擴(kuò)大時(shí)流體運(yùn)動(dòng)情況示意圖</p><p>　　在兩個(gè)區(qū)域的界面上，流體質(zhì)點(diǎn)不斷進(jìn)行交換，在兩個(gè)區(qū)域速度分布都在發(fā)生劇烈地變化，而在渦流區(qū)速度的大小及方向均在急劇地改變著。在突然擴(kuò)大截面1－1上，核心區(qū)流體壓強(qiáng)按靜壓強(qiáng)分布規(guī)律，在渦流區(qū)內(nèi)壓強(qiáng)不遵循靜壓強(qiáng)分布規(guī)律（在近似計(jì)算中假定按靜壓強(qiáng)分布規(guī)律在工程上是準(zhǔn)確的）。假定流經(jīng)管道截面突然擴(kuò)大的流體是不可壓縮的穩(wěn)定紊流運(yùn)動(dòng)。由于1～2截面間距離短，忽略沿程損失及管

158、道切向應(yīng)力的作用。根據(jù)1-1、2-2的伯努利方程、動(dòng)量方程和連續(xù)方程得出：能量損失：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　或 </p><p>　　其中、為突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)，v1、v2為在兩個(gè)截面的流體速度。在式2-1中</p><p>

159、　?。?-2） </p><p>　?。?-1）是一個(gè)理論近似表達(dá)式，局部壓力阻力系數(shù)（2-2）僅與截面積之比有關(guān)。</p><p>　　所以如果想要減少壓力損失就需要縮小兩個(gè)截面之差，根據(jù)①②的分析，取射種腔的直徑為：40mm。具體的形狀如圖2－6所示，這樣既可以減小兩個(gè)截面之差，又可以滿足順利排種的需要。</p><p>　　2

160、.6其它附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)、選擇及注意事項(xiàng)</p><p>　　2.6.1噴嘴的設(shè)計(jì)</p><p>　　確定噴嘴噴口面積對(duì)整個(gè)水射流系統(tǒng)有著重要的作用。若噴口面積偏大，則會(huì)使噴射平均動(dòng)能大大下降，若噴口面積偏小，又會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的回流，也會(huì)使噴嘴動(dòng)能下降。這就要求合理的設(shè)計(jì)噴嘴的噴口尺寸。一般的射流噴嘴噴口設(shè)計(jì)成圓形，這樣也是為了減小能量的損失，在保證能排出種子的前提下噴口直徑越小越好。試驗(yàn)是以

161、綠豆種子為對(duì)象，必須保證噴嘴出口能容納下一粒綠豆。綠豆的最大直徑為3mm，具體的尺寸：出口尺寸為d2＝6mm，噴嘴的入口尺寸設(shè)計(jì)為d1＝14mm。噴嘴作為一種能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械元件，其能量轉(zhuǎn)換效率也是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的關(guān)鍵參數(shù)。液流由高壓泵增壓后通過高壓管到達(dá)高壓噴嘴，由高壓噴嘴將其轉(zhuǎn)化為高壓高速氣流，在此轉(zhuǎn)換過程中存在流量損失，而流過噴嘴液流的實(shí)際流量與理論流量之比，也就是噴嘴的流量系數(shù)集中反映了這種損失。</p><p

162、>　　下面按照高壓氣流在流道中的性質(zhì)，采用連續(xù)方程和歐拉方程推導(dǎo)高壓氣流噴嘴流量系數(shù)的表達(dá)式。</p><p>　　如圖2-7所示為高壓氣射流噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，在噴嘴流道中流過的高壓氣流屬于不可壓穩(wěn)定無漩流，對(duì)此流動(dòng)建立如圖2-8所示的柱坐標(biāo)系，在離進(jìn)水口X處的截面上，其流量：</p><p>　　圖2－7噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖2-8噴嘴流道中

163、流過的高壓氣流所建立的柱坐標(biāo)系</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 ——截面的平均流速；</p><p><b>　　——截面的截面積。</b></p><p>　　在噴嘴中流動(dòng)的高壓氣流不僅是不可壓縮穩(wěn)定無漩流，而且瞬間壓強(qiáng)P滿足關(guān)系式于是其速度壓強(qiáng)分布如圖

164、2-9所示，存在的損失僅是摩擦損失，其值一般都是很小的。因此截面的平均流速和壓強(qiáng)P的關(guān)系可以利用非粘性流體的連續(xù)方程</p><p>　　圖2-9 i-i截面的流速、壓強(qiáng)分布</p><p><b>　　和歐拉方程</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　以噴嘴中

165、流體的性質(zhì)為邊界條件積分求得。結(jié)果為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　——拉普拉斯標(biāo)符號(hào)；</p><p><b>　　——?dú)饬髅芏龋?lt;/b></p><p><b&

166、gt;　　——截面上勢(shì)函數(shù)。</b></p><p>　　在式2-5中，當(dāng)以x軸為基準(zhǔn)線時(shí)，僅為摩擦引起的水頭損失。假設(shè)在進(jìn)口1-1截面上，，則從進(jìn)口1-1截面到任意截面，根據(jù)噴嘴中氣流特點(diǎn)由量綱法</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 ——摩擦阻力系數(shù)</p><p>

167、　　于是從進(jìn)口到出口的過程中</p><p><b>　　得出</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　假設(shè)噴嘴中的氣流為理想流動(dòng)，則＝0，于是</p><p><b>　　（2-8）</b></p><p>　　式中

168、 ——理想流動(dòng)時(shí)0-0截面處的平均速度。</p><p>　　那么高壓氣體從噴嘴中流出而形成高壓射流時(shí)，其實(shí)際出流為</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　理想出流：</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p&

169、gt;<p>　　式中 ——理想流動(dòng)時(shí)0-0截面的流量，其流量系數(shù)</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　從2-11可以看出，射流噴嘴的流量系數(shù)與孔口出流的孔口流量系數(shù)相同，也僅與噴嘴的摩擦阻力系數(shù)有關(guān)，即流量系數(shù)是噴嘴自身阻力引起的能量損失，噴嘴的摩擦阻力越小，流量系數(shù)越大，液流在噴嘴中的能量損失也越小[15][16]

170、。</p><p>　　在此，為了盡可能的減小噴嘴的流量系數(shù)，采用圖2-8所示的噴嘴形狀，同時(shí)在加工過程中提高內(nèi)孔的加工精度，減小摩擦阻力。</p><p>　　2.6.2 種箱設(shè)計(jì)</p><p>　　種箱用于盛放待播的種子，隨著播種的不斷進(jìn)行，種箱里的種子應(yīng)該自動(dòng)下滑，其形狀采用播種機(jī)普遍使用的方形形狀，種箱下端用適當(dāng)?shù)腻F度過渡，種箱尺寸的大小根據(jù)播種裝置的整體

171、尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中種子箱的形狀如圖2-10所示。</p><p>　　2.6.3 輸種管設(shè)計(jì)</p><p>　　輸種管是連接排種漏斗和排種腔體的柔性過渡管，其作用是將種子從排種漏斗輸送到排種腔體并為下一步的射種做準(zhǔn)備。輸種管應(yīng)有一定的彈性，以便保證和排種漏斗連接時(shí)的可靠性。結(jié)構(gòu)形狀如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-10 種箱

172、 圖2-11 排種管</p><p>　　2.6.4排種器機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p>　　窩眼式精密排種器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。步進(jìn)電機(jī)控制控制排種軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，排種口下方連接排種漏斗。其中窩眼的直徑大小由種子的類型決定，以綠豆為例，綠豆的直徑最大為6mm左右，所以窩眼的直徑選擇6mm。窩眼式精密排種器上的窩眼徑向角度應(yīng)該由步進(jìn)電機(jī)的步踞角來確定，以便實(shí)現(xiàn)

173、精密排種。通過對(duì)排種器進(jìn)行多次排種試驗(yàn)，排種器每次排出1?；騼闪７N子。 </p><p>　　圖2-12 排種器總體示意圖</p><p>　　1－步進(jìn)電機(jī) 2－種箱 3－窩眼式槽輪 4－機(jī)架蓋板 5-排種器 </p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了氣動(dòng)射種實(shí)

174、驗(yàn)裝置的車架裝置、機(jī)架裝置、氣動(dòng)射種裝置的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)氣動(dòng)射種中的某些關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析，力求使實(shí)驗(yàn)裝置變得簡(jiǎn)化，為以后實(shí)驗(yàn)過程中更換某些不合理的部件或者檢修提供方便。</p><p>　　第三章 氣動(dòng)射種裝置的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 控制裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　本裝置中的控制主要是對(duì)牽引電磁閥、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、二位二通電磁閥的通電、延時(shí)及斷電

175、的控制。初步應(yīng)用PLC控制器進(jìn)行控制，其控制流程圖如圖6所示。具體控制過程為：系統(tǒng)初始化，牽引電磁鐵和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同時(shí)得電工作，通電延時(shí)5秒，電磁鐵斷電，延時(shí)5秒；二位二通電磁閥得電，延時(shí)2秒，電磁閥斷電，一個(gè)循環(huán)結(jié)束，系統(tǒng)控制進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。如圖3-1所示 </p><p>　　圖3-1 控制流程圖</p><p>　　3.1.1控制電路綜述</p><p>　　根

176、據(jù)裝置的動(dòng)作順序，控制電路采取開環(huán)控制：直接對(duì)氣動(dòng)電磁閥和牽引電磁鐵進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行起?？刂啤＞唧w的控制過程為：（1）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度實(shí)現(xiàn)排種后停止，等待下一次的脈沖信號(hào)（2）牽引電磁鐵通電吸合將種子排入射種腔中，然后斷電復(fù)位；（3）氣動(dòng)電磁閥通電吸合實(shí)現(xiàn)一次射種后斷電復(fù)位。一次射種完成后進(jìn)入下一次射種循環(huán)。這是一個(gè)循環(huán)過程，期間并沒有反饋信息，所以無論是軟件還是硬件的設(shè)計(jì)都應(yīng)該采取簡(jiǎn)單可靠的方式設(shè)計(jì)。從步進(jìn)電

177、機(jī)動(dòng)作停止到送種電磁鐵動(dòng)作，中間需要有一段時(shí)間的延時(shí)，這樣才能保證種子落入進(jìn)種口。送種電磁鐵的通電和斷電之間也有延時(shí)，這個(gè)時(shí)間并不確定還需要具體試驗(yàn)過程中隨時(shí)的調(diào)整，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析來確定最佳的時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間的長(zhǎng)短關(guān)系到射種腔里面的氣壓大小的問題。電磁閥的通、斷電延時(shí)也需要在試驗(yàn)過程中調(diào)整。</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　3.2.1  步進(jìn)電

178、機(jī)的基本原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)作為角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的控制電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛

179、應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。  步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)

180、速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 3.2.2  步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入的脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，它沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。</p><p>　　2、由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，即非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽?，同時(shí)，可以與角度反饋環(huán)節(jié)組

181、成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。</p><p>　　4、動(dòng)作靈敏： 步進(jìn)電機(jī)因?yàn)榧铀傩阅軆?yōu)越,所以可做到瞬時(shí)起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動(dòng)作。  5、開回路控制、不必依賴傳感器定位： 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，不需要速度感應(yīng)器(ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī))及位置傳感器(SENS

182、OR)，就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場(chǎng)合下使用。  6、中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩： 步進(jìn)電機(jī)在中低速時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)矩，故能夠較同級(jí)伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。  7 、高信賴性： 使用步進(jìn)電機(jī)裝置與使用離合器、減速機(jī)及極限開關(guān)等其它裝置相較，步進(jìn)電機(jī)的故障及誤動(dòng)作少，所以在檢查及保養(yǎng)時(shí)也較簡(jiǎn)單容易。 

183、 8、小型、高功率： 步進(jìn)電機(jī)體積小、扭力大，盡管于狹窄的空間內(nèi)，仍可順利做安裝，并提供高轉(zhuǎn)矩輸出。</p><p>　　9、高精度的定位： 步進(jìn)電機(jī)最大特征即是能夠簡(jiǎn)單的做到高精度的定位控制。以5相步進(jìn)電機(jī)為例：其定位基本單位(分辨率)為0.72°(全步級(jí))/0.36°(半步級(jí))，是非常小的；停止定位精度誤差皆在±3分(±0.05°)以內(nèi)，

184、且無累計(jì)誤差，故可達(dá)到高精度的定位控制。(步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度)  10、位置及速度控制： 步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號(hào)時(shí)，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活的角度控制(位置控制)，并可得到與該脈沖信號(hào)周波數(shù)(頻率)成比例的回轉(zhuǎn)速度。 </p><p>　　3.2.3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成</p><p>　　使用、控制步

185、進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：</p><p><b>　　1、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生</b></p><p>　　脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。</p><p><b>　　2、信號(hào)分配</b></p><

186、;p>　　感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。</p><p><b>　　3、功率放大</b></p>

187、<p>　　功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。</p><p><b>　　4、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器</b&g

188、t;</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的，如下圖示。</p><p>　　3.2.4、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用</p><p>　?。ㄒ唬┎竭M(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、

189、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。</p><p><b>　　1、步距角的選擇</b></p><p>　　電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9

190、度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。</p><p><b>　　2、靜力矩的選擇</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要