1、毕业设计 I 摘要 棉花营养钵育苗移栽是具有中国特色的植棉手段之一，在我国内陆棉区已得到较大规模的推广应用。实现棉花机械化精密播种是进行棉花工厂化制钵育苗的关键，但是近些年来，对棉花种子尤其是光籽棉种机械化精播的研究及相关设备几乎是空白。本文在对多种播种装置的比较研究的基础上，提出了电磁振动式棉花精密播种的思想。 为了实现光籽棉种的单粒精播，设计了电磁振动式棉花精密播种装置，该装置主要包括电磁振动排种器、分流回收装置和钵盘输送机构。通过对电磁振动排种器工作原理的分析，得出了实现种子连续前移的条件，在此基础上完成了对电磁 振动排种器的参数选择，在保证棉种单列有序排列的前提下，完成了排种盘基本结构
2、尺寸的结构设计；根据棉种的形状尺寸设计出了孔的形状尺寸和分流装置的结构形式。应用 PLC 编程技术，控制各个工作机构的协调顺序动作，实现了种子的单粒精密播种。 为了使得排种装置能够以一种较好的排种速度进行排种，在实验室里较为理想的条件下，进行了大量的试验，找出了影响排种速度的因素，得出了排种速度随着它们的变化规律，确定了它们的取值范围。在此基础上，通过正交试验，分析了分流通道倾角、输出电压和工作频率对播种质量（单粒率、空穴率）的影响效果， 得到了它们的最优组合，给出了各个指标随三个因素的变化规律。 关键词： 棉花 电磁振动 精密播种 控制 毕业设计 II ABSTRACT Growing an
3、d transplanting seedling of cotton, which is one of Chinese cotton planting methods has been widely applied and popularized throughout the cotton planting areas in o ur country. The key process of industrialized bowl-making and growing of cotton is the realization of mechanically precision seeding,
4、but the study on the technology and equipment of mechanically precision seeding of cottonseed is still blank. In this paper, electromagnetic vibration precision theory used in cotton precision seeding was put forward firstly. Electromagnetic vibration cotton precision seeder was designed to realize
5、precision seeding of bare cottonseed. This seeder was composed of three parts, which were electromagnetic vibration feeder, diffluent device and bowl feeding device. Through theory analysis of the feeder, the continuous slippage condition of cottonseed was gained, which provided theory base for the
6、design of electromagnetic vibration feeder. And on the base of ordinal single-line of cottonseed the structure dimensions of electromagnetic vibration feeder were got. According to the figure and dimension of cottonseed, the figure and dimension of hole and diffluent device was designed. PLC was app
7、lied to control the harmonious action of all working parts, and precision seeding was achieved. A lot of experimental tests were carried out to find out the better feeding velocity, and the changing disciplinarian of feeding velocity along with the obliquity of diffluent device and output voltage wa
8、s gained. Experimental tests were carried out to measure effects of several factors, including the obliquity of diffluent device and output voltage and the working frequency. According to the experimental data, the better level of the three variables, their better combination and the varied curves o
9、f performance index were received. Key words: cotton;electromagnetic vibration;precision;seeding;control 毕业设计 目录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 研究的目的和意义 . 1 1.2 常见的几种精密播种装置 . 2 1.3 课题主 要研究内容及关键点 . 3 1.3.1 研究内容 . 3 1.3.2 关键点 . 4 第 2 章 电磁振动式棉花精密播种装置的设计 . 4 2.1 电磁振动播种装置的整体设计方案 . 4 2.2 电磁振动式棉花精密排种器的设计 . 5 2.2.1 结构及工
10、作原理 . 5 2.2.2 种子的受力分析 . 7 2.2.3 种子的运动分析 . 9 2.2.4 排种器主要参数设计 . 10 2.2.5 排种盘基本结构尺寸 . 11 2.3.6 排种盘材料及尺寸确定 . 13 2.3.7 弹簧常数的确定 . 13 2.3 分流回收装置的设计 . 13 2.3.1 分流通道的基本结构及动作过程 . 14 2.3.2 孔的设计 . 15 2.3.3 电磁铁和弹簧 的选择 . 17 2.4 钵盘输送机构的设计 . 17 2.5 机架的设计 . 18 2.6 其它附属设备 . 19 第 3 章 结 论 . 19 结束语 . 20 参考文献 . 21 致谢 . 2
11、2 毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究的目的和意义 棉花是我国农业生产中一种主要经济作物，主要产棉区分布在新疆、山东、河南、湖北、江苏、山西、安徽等省份。据统计， 2004 年我国的棉花种植面积约为 569 万公顷，棉花总产量约为 594 万吨，位居世界前列。近几年来，由于棉田投入增加，棉农比较利益下降，收入增加缓慢，定苗工序繁重，影响了棉农种棉积极性。因此，必须推广节本增效工程技术 1。 种植机械是农业机械中最大的一个家族，完成着农业生产中最基本最 重要的一环 播种，播种质量的好坏直接关系到农作物的出苗情况和产量 2。围绕高产、优质、高效农业的发展，开发节约型农业所需的技术与设备
12、已是我国农业机械技术的主攻方向。如免耕、少耕机具，深施化肥、地膜覆盖机械，精量与半精量播种机等。 精密播种是指按精确的粒数、间距和播深，将种子播入土中。它可以是单粒播种，也可以将多于一粒的种子播成一穴，要求每穴粒数相等 3。精密播种是一项省种、省工、省制种田、苗全、苗壮，增加产量的一项农业新技术。精密播种具有省种 30 50，省间苗工时 4 8个工 /公顷，增产 10 30的优点，精密播种能降低农业生产成本，提高产出效益，是今后发展农业生产，增加农民收入的一项重要措施之一。 许多发达国家非常重视精密播种机的研究和推广，已实行了单粒精播，而我国正处在研究、试验、推广阶段，国家“九五”期间确定在河
13、北省开垦 66.7 万 hm2（ 1000 万亩）优质棉基地、引进优质棉籽进行精密播种。棉花精密播种技术的研究、引进、试验工作存在着认识问题，也有技术问题，但最终体现在精密播种机具的不完善，精密播种各环节不配套 1。 由于精密播种可以保证种子最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一致，为种子的 生长发育创造最佳条件，可以大量节省种子，保证作物稳产高产。因此，现代农业对精密播种机械的要求越来越迫切，精密播种机已成为现代播种技术的主要特征，成为播种的主要发展方向 4。 精密播种技术经历了两个主要阶段：在种子加工、农药、除草剂等技术不完备的条件下，精密播种最初是对玉米、棉花等中耕作物从条播发展为定量
14、穴播。在育种和种子加工技术逐渐成熟以后，对精密播种的要求就提高到单粒穴播 5。 工厂化育苗在本世纪 60 年代由美国人开发，于 80 年代初在欧美、日本等国家推广应用。至今，工厂化育苗已发展成一项成熟的农业先进技 术。 工厂化育苗是指在人工控制的最佳环境条件下，运用机械化、自动化手段，采用科学化、标准化技术及现代企业的管理方式，按一定的生产流程，使育苗生产达到快速、毕业设计 2 优质、高效、成批而稳定的生产水平。实现种苗的工厂化生产、商品化供应，是传统农业走向现代农业的一个重要标志 6。 工厂化育苗即是在育苗工厂 (温室 )中采用机械精密播种，并在塑料苗盘上培育出适合移栽的种苗，然后进行大田移
15、植，以实现播种和育苗过程机械化、工厂化生产 7。 当前国际上使用最广泛的工厂化育苗体系是穴盘育苗系统。穴盘育苗就是用一种称为“穴盘”的容器作 为工具的育苗方式。我国在园艺和棉花生产中早有了多年推行“营养钵”的容器育苗的经验。营养钵育苗是一次成苗，在寒冷季节用保护地进行育苗，创造合适的气温和水分条件，育成茁壮的成苗。到大地转暖时，从暖棚中移栽到土地或者大棚中，这样能提早种植季节且保证成活率。而所谓的穴盘，也可以看作是把许多营养钵连成一体的连体钵。现代的穴盘已经逐渐规格化，一张穴盘上连接几十个甚至几百个大小一致、上大下小的锥形小钵，每一个小钵称之为“穴”，穴与穴之间紧密连接，这样就达到最大的种植密
16、度。而且，现代穴盘育苗已不再用土作基质，改用泥炭、蛭石 、珍珠岩等轻材料作基质。在温室、暖棚中育苗时，苗的密度大大增加，节省了温室、暖棚的基建投资和冬季采暖耗费，使育苗场固定成本和生产成本降低，加上劳力耗费也相应节省，因此经济效益显然大为提高了 8 9。 棉花营养钵育苗移栽是具有中国特色的植棉手段之一，对棉花早发、提高棉花生产品质具有重要的作用，既符合人多地少、劳动力资源丰富的国情，也满足了精耕细作、高产优质高效的生产需要，在我国内陆棉区已得到较大规模的推广应用。其中播种质量的好坏直接影响育苗的质量及作物的产量。在制钵育苗中，穴盘精密播种是一个影响育苗的重 要工序。 穴盘精密播种是现代工厂化育
17、苗技术的一个重要环节，穴盘精密播种是将种子精确的播入装有基质的穴盘穴孔内的一种现代化播种技术，一般实行一穴一粒 10。 实现棉花种子机械化精播是进行棉花工厂化制钵育苗的关键，但是近些年来，对棉花种子机械化精播的研究及相关设备几乎是空白。所以在已有研究的基础上，结合现有种子精播技术研制一种适合我国国情的、自动化程度高、性能先进的精量播种生产线对实现棉花的工厂化制钵育苗具有很高的实际生产意义。 1.2 常见的几种精密播种装置 根据精量播种的原理不同，播种机分为吸附式（吸嘴式 、板式、齿盘转动式）播种机、磁性播种机、针式播种机和抽板式播种机等多种形式。 1、齿盘转动式播种器 这是一种机械式播种器，主
18、要部件是一组可以转动的凹齿圆盘。其原理是齿盘利用盘缘上的凹齿将种子带出，在护种板的保护下到达穴盘的下方，在重力的作用下落入同步运动的穴盘的种穴中，实现穴盘播种。根据穴盘孔数和种子粒径可选换齿盘。该装置结构简单，生产效率高。缺点是它对种子的大小和形状要求比较毕业设计 3 严格。 2、抽板式播种器 这也是一种机械式播种器。主要部件是一块开有眼孔的抽板。在曲柄连杆机构的带动下 (或用手工操作 )使抽板往复 运动，当抽板上的眼孔和滚筒上的眼孔相对时，种子靠重力作用落入穴盘种穴中。根据穴盘孔数和种子粒径可选换抽板和底板。该装置对种子外形尺寸要求较高，一般需对种子进行丸粒化处理，且播种过程中伤种严重，生产
19、率低。 3、磁力式排种器 它的工作原理是利用磁铁相互吸引的性质制成的，在种子上附着带磁性的粉末，用磁极吸引，然后用消磁的方法使被吸的种子靠重力落入穴盘种穴种。该装置播种精度较低，特别是难以保证每穴一粒的要求。 4、气吸式排种器 它的工作原理是利用负压设备产生一定的负压，使种子在吸孔的吸附力的作用下被带出种箱后 切断气流，种子在自身重力的作用下落入穴盘。这种设备对种子的外形尺寸要求不高，不易伤种，播种精度较高，生产率较高，但是应用性差，对不同颗粒大小种子需更换吸嘴。 5、电磁振动排种器 它的工作原理是利用经半波整流的电流产生变化的电磁吸力，在变化的电磁吸力的作用下，排种盘产生伴随着扭动的上下垂直
20、振动，种子在振动的作用下形成均匀的种子流，沿着相应的轨道由排种口排出，落入送进的钵盘中。该装置对种子的形状尺寸要求不高，调节方便，结构简单，不伤种。 目前，排种器又有了新发展，如液力排种器、集排式排种器等。其中一阶或多阶集排式排种器已在欧洲国家广泛使用 ,取得了较好的作业效果。集排式排种器又称集中排种器。集中排种器或中心排种器 (或系统 )是排种器发展的最高成就，是指一个排种部件、一个种子箱或一个统一输种系统同时进行 3行或 3 行以上的多行播种的装置，有的多阶集排式播种机已达到一器 60 余行的播种能力。它是对一器一行排种器的革新和发展，是播种机高速高效的需要 ,也是排种器结构原理多样发展的
21、结果。根据结构原理和应用范围，集中排种系统可分为机械式、气流式、气压气送式等集排。 1.3 课题主要研究内容及关键点 1.3.1 研究内容 本课题的研究内 容主要包括： 1、电磁振动式棉花精密排种器的主要参数设计：通过对电磁振动排种器工作原理的分析，得出实现棉种在排种盘内单列有序排列和快速平稳前进的条件，并在此基础上，求得电磁振动排种器的各个主要参数的设计计算方法，从而为电磁振动式棉花精密排种器的设计提供了理论依据。 2、电磁振动排种装置的整体设计：根据棉种的特性选择合适的排种器，并根据实毕业设计 4 际情况具体设计电磁振动排种器的结构；根据光籽棉种的结构形状尺寸在排种装置上设计一套合适的分流
22、回收装置，从而实现种子的分流回收和单粒排种；由输送带的运转带动钵盘的前进，完成钵盘 的送进。 4、控制装置的设计：采用 PLC 控制技术，通过编写程序对电磁振动播种装置各个执行机构进行控制，实现整个播种过程的协调顺利进行，最终完成单粒精密播种。 5、试验分析及验证：试验主要分为三个阶段，首先，通过反复的试验确定分流通道的结构、尺寸和分流通道与排种盘之间的连接方式及位置；其次，通过调整现有的可变因素，观察它们对排种速度的影响效果，找到排种装置较好的排种速度；在此基础上，设计正交试验，在已经设计好的试验台上，进行播种试验，得出各因素对播种质量的影响规律，验证该播种装置的播种质量是否满足棉花精密播
23、种的要求。 1.3.2 关键点 1、电磁振动理论用于棉种的精密播种技术中，利用电磁振动排种器实现种子在排种盘上的单列有序排列； 2、根据种子形状尺寸设计出一套合适的分流回收装置，实现对种子的分流回收和单粒排种。 3、采用可编程控制器编程技术，控制整套播种装置各个机构的协调动作，最终实现棉种的单粒精密播种。 第 2 章 电磁振动式棉花精密播种装置的设计 2.1 电磁振动播种装置的整体设计方案 本课题要研究的是棉花单粒精播技术，机械装置必须根据要实现的功能来设计。播种的基本过程分为排种、分流和钵盘送进三个部分，所以 要求必须配备排种器、种子分流装置、钵盘输送机构，以及一套机械装置以实现整套机构的行
24、走，位移控制。该套播种装置的核心部件是电磁振动排种装置，包括电磁振动排种器和分流装置。此外还需要有相应的控制装置，控制装置的设计是为了实现这三个动作过程的顺序协调动作，总体设计方案如图 2-1所示。 图 2.1 播种装置的总体设计方案 电磁振动排种机构 控制系统 钵盘输送机构 分流装置 毕业设计 5 电磁振动播种装置主要由电磁振动排种器、钵盘输送机构、导种管、电磁铁和机架等组成。播种装置的总体结构示意图如图 2.2 所示。 2.2 电磁振动式棉花精密排种器的设计 本课题研究的对象是光籽棉 种，棉种的形状不规则，传统的排种器都存在问题，不能满足光籽棉种的播种要求。电磁振动排种器是一种控制简单的排
25、种器，鉴于电磁振动排种器的优点及棉种的特殊性，所以拟定采用电磁振动排种器作为光籽棉种的排种器。它的设计要求结构紧凑，性能可靠，能够实现棉种在排种器内的单列有序排列。 电磁振动排种器是影响整套播种装置工作性能和工作质量的主要部分。本章就是围绕电磁振动排种器的工作原理及影响其工作性能的参数进行理论分析，以寻求电磁振动式棉花精密排种器的主要参数的设计计算方法。 2.2.1 结构及工作原理 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 电磁振动排种器的一般由四部分组成，即排种盘、底盘（电磁铁
26、和支持弹簧片）、图 2.2 电磁振动式棉花精密播种装置的结构示意图 1.机架 2.营养钵 3.支撑架 4.导种管 5.电磁铁 6.分流装置 7.电磁振动排种器 8.传送带 9.电机 毕业设计 6 减振部分和供电部分，其结构如图 2.3 所示。 在整体播种装置中，电磁振动排种器的主要功能是实现棉种在排种盘内的单列有序排列，并能够以一种快速平稳的速度前进，其原理与电磁振动上料器的工作原理基本相同，所以下面的分析以及参数设计计算方法，都是参照电磁振动上料器进行的。 工作的时候，电磁铁中通有经半波整流后 的 50HZ 的交流电，铁芯线圈产生脉动的 电磁力，如图 2.4 所示，铁芯线圈产生的脉动电磁力使
27、排种盘产生伴随着扭动（或直动）的上下垂直振动，从而使排种盘内的棉种在自身重力、摩擦力和惯性力的共同作用下沿 着排种盘内的螺旋输送轨道顺序、均匀的向上输送，从排种口排出。 为了分析种子的运动情况，把种子在排种盘内的运动，近似的看成滑块在斜面上的运动。当电磁力减小为零的瞬间，排种盘将在弹簧反力作用下，带着种子从后下方朝前上方升移，种子受到与排种盘运动方向相反的惯性力作用。此时，与排种 盘垂直的惯性力分量向下，增加了种子与排种盘之间的正压力及摩擦力，而与排种盘平行的惯性力分量向后，故一般不会使种子滑动，而只会随排种盘一起向前上方运动。如图 2.5 (a)所示，排种盘从 A1 至 A2，种子从 B1
28、至 B2。 图 2.4 电磁吸力变化曲线图 T 交流电周期 tA 电磁吸力最大时刻 tB 电磁吸力最小 时 刻 t A t BTt ( 时 间 )电 压 ( 电 磁 吸 力 ) 电 磁 吸 力 变 化 曲 线电 压 变 化 曲 线图 2.3 电磁振动排种器基本结构示意图 1.出种口 2.排种盘 3.螺旋槽 4.衔铁 5.电磁铁 6.盘底7.支持弹簧 8.底盘 9.减振弹簧 10.底座 123457891 06毕业设计 7 在电磁力最大瞬间，排种盘在吸力作用下，带着种子从前上方向后下方运动，种子受到与排种盘运动方向相反的惯性力的作用。此时，与排种盘垂直的惯性力分量向上，使种子作用在排种盘上的正压
29、力减小，摩擦力也减小；若与排种盘平行的惯性力大于摩擦力时，种子便沿排种盘螺旋轨道向前上方滑移；若与排 种盘垂直的惯性力分量大于种子自重在垂直排种盘方向的分量时种子将跳起来。如图 2.5 (a)中从位置 B2 到 B3。 如果种子腾空时间等于排种盘下降时间，则种子再与排种盘接触时，就升移了一大步，如图 2.5 (a)所示，种子从 B1 到 B4。如果种子腾空时间小于排种盘下降时间，则种子将过早的返回排种盘，随排种盘一起下降，有如在排种盘上“进一步退两步”，每次升移都很小，如图 2.5 (b)所示。如果种子腾空时间大于排种盘下降时间，则种子将过晚返回排种盘，跳的很高落得很近；甚至落回原位，没有升 移。如图 2.5 (c)所示。 2.2.2 种子的受力分析 种子在排种盘内的受力情况可以分为两种状态，一种是在电磁力减小到零的时候，一种是电磁力图 2.5 种子腾空时间与升移量的关系 A 1B 4B 1B 2B 3A 2( a )A 1B 1( b )B3B1B2B 2A2A 2A 1B 1B 2 B2B3B1B 3( c )图 2.6 种子的受力分析 ( a ) ( b )ayxFNm g- m ayxFNm ga- m a
