毕业论文-育苗精量播种机的优化设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 编号 XX 学学 院院 毕 业毕 业 设 计设 计 题 目 自动穴盘育苗精量播种机设计自动穴盘育苗精量播种机设计 学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师 二一二年六月 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 X 学学 院院 本科本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）诚信承诺书诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） （题目：半自动穴盘 育苗精量播种机设计） 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内 容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写的成果作品。 作者签名： 毕业设计（论文）报告纸 i 半自动穴盘育苗精量播种机设计半自动穴盘育苗精量播种机设计 摘摘 要要 本论文课题是设计半自动穴盘育苗精量播种机的结构与工艺。 今朝,我国育苗下种主要以 人工点播或者撒播为主,其效率低,重播、 漏播率高,下种出苗不均,且需增长分苗工序,劳动强 度大,远远不能满足现代化举措措施农业生产的需要。是以,火紧急需要要研究制造开发适应 不同种类、外形、巨细的育苗精量下种机,处理完成工厂养育苗中精量下种的要害技能设备。 外洋育苗下种机的研究与开倡议步较早,技能含量高,群体组成一套性好,但价格昂贵,合用于 大型工厂养育苗企业。国产育苗下种机多为科学研究院所研究制造,现实投入生产较少,仅占 育苗设备市场份额的 10 %。 常见下种机按原理分为机械式和气吸式二类,机械式又有槽轮式、型孔轮式、气吸式等。 其中槽轮式、 型孔轮式穴盘下种机因其排种不匀称,容易损伤胚珠或者种芽,不适于广泛推广; 气吸式穴盘下种机具有排种精度高、不伤种芽等长处,但其打造成本高、操作调整未便,生产 效率有待进一步提高 。 这篇文章预设了一种结构简单、操作方便,生产效率高、下种精度好的气吸式半自动穴盘 精量下种机,经生产考核,基本能满足温室大棚穴盘育苗高效生产的要求。 功能分析：实现穴盘精量播种机取种，投种。 取种：机械式、气吸式、磁吸、 气吸(不伤种) 投种：自重、气力投种、 气力投种（清种） 气吸：吸板（高效） 、滚筒（复杂） 、针式（精准） 、 吸板+针式=嘴式吸盘（高效，精 准） 种与吸嘴接触： 传统频率激震 （震落种子） 震动弹簧力=弹簧+牵引力=抛振装置 （简 单稳定） 气力投种： 气正压 气路切换 换向阀 控制 行程开关 撞 位移 水平位 移四连杆机构、抽拉式、直滑轨（快捷） 关键词关键词 ： 嘴式吸盘，抛震装置， 直滑轨 毕业设计（论文）报告纸 ii 毕业设计（论文）报告纸 iii City manhole sludge extracting device design Abstract Factory nursery seedling,which has been developed internationally in recent years-IS an eect technologY to increase agricultural productionCompared to the conventional autumn seedling productlon technology,factory nursery seedling has many advantagesThe seedling groh environment can be effectively controlled because the seedlings are isolated from natural environment by greenhouseI he seedIings can resist the cold temperature in the spring and the seedling recovering time IS greatly shonened after transplantingThe technique will be used more widely in China because of these obvious advantages It is weII known that the nursery seedlings metering devices is the important tools for developing this techniqueTherefore，the development of the nursery seedlings metering devices is essential for eXtending the factory nursery seedling technical in different regions of China The research of the precision seedling metering device focus on the vegetables and flowers in the foreign country and the research focus On the rice in ChinaFunded by the national key science alld technique project”The design and research on the key equipment for the adaptive agriculture”sub-toplc ot ”The research on the metering device and transplanting equipment”in Xinjiang Production and Construction Corps，we design and manufacture the novel sucker throw。vibrating prectston seedling metering devices for cotton seedlings based on the preliminary studies ofthe nursery sowing seed metering devices internationallyFurthermore，we do a series experiments on its theoretical analysis，computer simulation and numerical simulation study The papers commence from the whole machine Structure design of tray seeder,puts forward a new ideas of Seeds in boiling under the vibration force，designed a new 毕业设计（论文）报告纸 iv ype of ejection device of the gram box, theoretical analysis of adsorption mechanism of the cotton and working mechanism of the ejection deVlce and established a mathematical model of the corresponding，determine the ects of adsorbability of the relationship between the main factorsThe structure of the nozzle and sucker is optimized by the somVare of CFDimprove the adsorption properties and accuracy of the nozzle Numerical simulation IS used to orthogonal test of the adsorption properties of the nozzle，identify the impact On the adsorption properties of the relationship between primary and secondary factors，found an optimal level of each factor and the optimal schemeThe main results of research for new precision air-suction seeder ofdesign，provided new ideas，methods and theoretical reference The results showed that the device had these characteristics，simple structure， convenient operation， low consumption，good performance in sowingThis device could be applied to different sowing seeds through the replacement of suction nozzle Key word：Throwvibrating；Precision Seeder；Industrialized Breeding；numerical simulation test. 毕业设计（论文）报告纸 v 目 录 摘 要 i Abstract . iii 第一章 引言 . 6 第二章 抛振机构工作原理 . 7 21 设计目标 . 8 2.2 总体机构设计 9 2.2.1 结构组成 . 10 2.2.2 工作过程 11 2.3 主要部件结构参数设置 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3.1 气室(吸种盘腔体)形状尺寸的确定 . 10 2.3.2 吸孔参数的确定 11 2.3.3 气源的确定 11 2.3.4 种盘的确定 11 第三章 理论计算 . 14 3.1 气吸播种的理论分析 21 3.1.1 种子吸附运动的流体力学的原理分析 16 3.1.2 种子动力源特性分析 11 3.1.3 抛振机构运动规律分析 11 第四章 结论与展望 . 20 4.1 研究结论 . 21 4、2 后续工作及展望 22 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参 考 文 献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计（论文）报告纸 6 第一章第一章 引言引言 目前，我国实现工厂化育苗播种主要有两种基本途径： 1）通过购买国外整套自动化流水线或者单一播种设备； 2）依靠人工点播或撒播。 国外整套设备虽自动化程度高，但其结构复杂、不易操作且价格昂贵，即便 是单一播种装置价格也在 5 万元左右，显然不符合我国实际农业经济水平。人工 手撒籽播种存在效率低，重播、漏播率高、劳动强度大且播种后出苗不均, 影响 秧苗质量等缺点，远远不能满足现代化设施农业的需要。 国产育苗播种机多为科研院所研制，实际投入生产的很少，不足育苗设备市场份 额的 10% 种苗是园林花卉、绿化苗木生产的物质基础。近几年，随着农村产业结构及 种植业结构的调整，园艺绿化植物的种植面积逐年扩大，我国各地的工厂化育苗 技术在园林花卉，绿化苗木、蔬菜等育苗上迅速发展起来。工厂化育苗的重要性 已日渐凸显，并已成大势所趋。 在工厂化育苗设备中精量播种装置显得尤为重要，它不但能够节约种子用 量， 而且决定了所育秧苗的素质， 可以说它是整个工厂化育苗环节中的重中之重。 实际中由于种子形状不规则，顶部与根部直径差异较大，在吸种过程中，顶 部或根部与吸嘴口接触具有随机性，当种子根部吸附于吸嘴口时易卡死，不能自 由落入穴盘而造成空穴。所以有必要在嘴端开设锥形倒角，以降低吸附卡死几 率 。 穴盘育苗播种机是现代化设施农业育苗技术的重要设备。 在气吸式穴盘精播 机中已经研究出电磁振动式、机械振动式、液压振动式、气动振动式等几种机型 等对种子振动的运动规律已做了研究， 表明物料种子在种盘内振动时出现抛掷的 必要条件是种子颗粒所获得的足够惯性力， 其播种性能取决于振动装置能否将种 子上抛至悬浮游离状态。上述研究基于的振动方式为连续激励振动,国内外尚未 见有基于一种弹射原理的抛振式育苗播种机7运动规律的研究，本文结合动力 毕业设计（论文）报告纸 7 学仿真及协同有限元仿真技术对此新型弹射振动方式促成的种子“沸腾”进行分 析， 并对机构进行优化设计，为研究和开发该类播种设备提供了有效的设计方法 和合理的结构参数，为整机进一步提高播种性能提供了技术依据。 第二章第二章抛振机构工作原理抛振机构工作原理 抛振机构由复位弹簧、牵引电磁铁、种盘等组成（下图所示） 。 种盘与牵引电磁铁的衔铁连接在一起，种盘底面四角安装有复位弹簧。牵引 电磁铁通电时，衔铁拉动种盘克服弹簧力向下运动一定行程。磁力断开状态时， 毕业设计（论文）报告纸 8 复位弹簧将种盘弹起， 盘内种子随盘产生上抛运动， 上表面的种子将脱离种子群， 处于悬空“沸腾”游离状态，由于增加与吸嘴的接触机会，显著提高种子吸附率 8-10。机构设计参数11:种盘及连接器重量约 3kg，弹簧系统刚度 4N/mm，牵 引电磁铁使用电压为 220v，最大牵力为 80N，可调最大行程为 25mm。 工作时，该机先将装有育苗基质的穴盘放置在播种工位，穴盘将被夹具自动 定位。 拉动吸种盘把手， 直滑轨将引导已经完成吸种的吸种盘作水平移动。 此时， 通过行程开关 1 的撞块检测到吸种盘作水平移动的电信号，并及时反馈给牵 引电磁铁使其吸合，引导种盘下降到下工位，使吸种盘能向前水平移动到投种工 位，即穴盘正上方。当行程开关 2 的撞块检测到吸种盘到达投种工位后，迅速产 生电信号给换向电磁阀关闭负压气管，同时开启正压气管，则气室负压消失，同 时正压进入吸种盘，将种子从吸嘴上吹落至育苗穴盘中，完成投种过程。投种后 向内推动吸种盘，行程开关 2 的撞块检测到吸种盘离开投种工位信号，控制 换向电磁阀关闭正压气管，同时切换接通负压气路，使吸种盘内充满负压。当行 程开关 I 的撞块检测吸种盘回到种盘正上方时，牵引电磁铁断电，种盘在复 位弹簧作用下垂直上弹至上工位，同时将种子抛起处于悬浮状态，吸种盘上的吸 嘴在负压作用下，吸住处于悬浮状态种子，完成取种过程。综上，该播种机的工 作过程包括投种和取种二个过程。 2 21 1 设计目标设计目标 通过对嘴形气吸式穴盘育苗精密播种机的初步测试， 针对气吸式育苗精密播 种机的 特点，制定以下设计性能指标： 1、合格率()：93 2、空穴率()：3 3、多粒率()：2 毕业设计（论文）报告纸 9 4、纯生产率大于 300 盘小时； 5、电源：电压为 220 伏； 6、结构简单，使用维护方便； 7、可播棉种以外作物种子 单向阀有直通式和直角式两种。直通式单向阀用螺纹连接安装在管路上。直 角式单向阀有螺纹连接、板式连接和法兰连接三种形式。液控单向阀也称闭锁阀 或保压阀，它与单向阀相同，用以防止油液反向流动。但在液压回路中需要油流 反向流动时又可利用控制油压，打开单向阀，使油流在两个方向都可流动。液控 单向阀采用锥形阀芯，因此密封性能好。在要求封闭油路时，可用此阀作为油路 的单向锁紧而起保压作用。液控单向阀控制油的泄漏方式有内泄式和外泄式二 种。在油流反向出口无背压的油路中可用内泄式；否则需用外泄式，以降低控制 油压力。 ，主要应用于石油、化工、电力、医药火力发电厂等行业。闸板有两个 密封面 。 而此次设计的异形吸泥装置，不仅仅是单向阀，要根据特殊的要求来设计， 例如， 我们平时用的单向阀主要是控制流动性很强的液体，而本次的的介质是污 泥，流动性非常小，所以设计出类似单向阀的原理的异形活门结构。 2 2. .2 2 总体机构设计总体机构设计 吸盘式精密播种机的工作原理是利用抽真空设备， 经吸气阀调节后将播种机 的气室内抽成一定的负压，即吸起种子所需的真空度，使播种机吸盘上的每个孔 产生足够的吸力。 当吸盘移至振动的种子盘上时， 就把在上抛的种子室内处于 “悬 浮”状态的种子吸到每个吸种孔上，再将吸盘移到穴盘上，打开卸压阀的同时切 换正气压， 气室内的真空度消失， 种子靠正气压吹入穴盘的穴内， 实现精量播种。 这是一种间歇式播种机，一次可播种一个苗盘。它与常见的气吸式播种机的 工作原理相似，但结构上又有较大差异。一般气吸式播种机的吸种盘多是垂直圆 盘，吸孔吸取种子时，需要克服种子重力和种子室内种子间的阻力。要求吸孔附 毕业设计（论文）报告纸 10 种子的力要大一些， 每个孔吸起的种子可以是多粒的，用刮种板刮去多余的种 子， 而吸盘式精密播种机的吸种盘是水平盘，吸附种子的力仅需克服种子的重力 就可以将种子提起。吸附力可以小一些，播种机与种子间无相互挤压、摩擦等运 动，基本不伤种。 2.2.1 结构组成结构组成 该机由工作台、机架、吸嘴式吸种盘、气泵、抛振装置、气控装置等组成， 下图为其结构示意图。供种装置是有种盘和抛振装置组成，功能在于使种子在盘 内做均匀的上抛运动， 呈瞬间游离状， 以利于吸种。 抛振装置有种盘、 压缩弹簧、 牵引电磁铁等组成。 抛种装置包括吸嘴式吸种盘、气室、直滑轨组成。气控装置由气泵、换向电 磁 阀 、 泄 压 阀 、 输 气 管 路 、 行 程 开 关 等 组 成 。 毕业设计（论文）报告纸 11 2.2.2 工作过程工作过程 工作时，该机先将装有育苗基质的穴盘放置在播种工位，穴盘将被夹具自动 定位。 拉动吸种盘把手， 直滑轨将引导已经完成吸种的吸种盘作水平移动。 此时， 通过行程开关 1 的撞块检测到吸种盘作水平移动的电信号，并及时反馈给牵 引电磁铁使其吸合，引导种盘下降到下工位，使吸种盘能向前水平移动到投种工 位，即穴盘正上方。当行程开关 2 的撞块检测到吸种盘到达投种工位后，迅速产 生电信号给换向电磁阀关闭负压气管，同时开启正压气管，则气室负压消失，同 时正压进入吸种盘，将种子从吸嘴上吹落至育苗穴盘中，完成投种过程。投种后 向内推动吸种盘，行程开关 2 的撞块检测到吸种盘离开投种工位信号，控制 换向电磁阀关闭正压气管，同时切换接通负压气路，使吸种盘内充满负压。当行 程开关 I 的撞块检测吸种盘回到种盘正上方时，牵引电磁铁断电，种盘在复 位弹簧作用下垂直上弹至上工位，同时将种子抛起处于悬浮状态，吸种盘上的 吸嘴在负压作用下，吸住处于悬浮状态种子，完成取种过程。综上，该播种 机的工作过程包括投种和取种二个过程。 2 2. .3 3 主要部件结构参数设置主要部件结构参数设置 2.3.1 气室气室(吸种盘腔体吸种盘腔体)形状尺寸的确定形状尺寸的确定 气吸式播种机是由吸孔处的负压来完成种子的吸附， 气室对吸孔的吸附性能 影响很大。理想的气室形状能实现气流从吸种盘到吸嘴的连续流动，形成均匀稳 定的流场。气室形状对气室内压力传递、吸盘上压力分布的均匀性无明显影响， 本设计将气室形状确定为长方体以便加工制造。 由于气室腔体太大会造成负压不 足，吸不上种子，而且气室过大，会造成漏气，从而影响流量和真空度，因此， 吸种盘腔体的尺寸越小越好；另外，为了安装吸嘴，吸种腔体尺寸又不能太小， 所以行标准育苗盘尺寸，吸种盘腔体尺寸设计为：490mm240mm40mm 2.3.2 吸孔参数的吸孔参数的确定确定 吸孔孔径大小对单粒率、多粒率影响很大，孔径尺寸减小，单粒率上升，多 毕业设计（论文）报告纸 12 粒率下降，但孔径太小不加工且易被堵塞。研究表明：吸嘴孔径取物料种子直径 的 0.5-0.7 倍比较适合。据此确定吸孔直径分别为 0.7mm 和 1.5mm 二种尺寸，其 中 0.7mm 用于吸附西红柿和辣椒种子，15mm 用于吸附棉种。本设计试验结果 表明， 带导程的吸孔吸种单粒率明显高于无导程的吸孔吸种单粒率，但吸嘴导程 过长会降低吸嘴口处负压和流量，从而不利于吸种，为便于加工和配合抛振装置 的需要，选择吸嘴长度为 8mm，吸嘴间距为 40mm，其结构如图所示。 2.3.3 气源的气源的确定确定 物料的临界速度是气力输送装置和物料吸取装置设计的关键参数。 在吸嘴气 力式播种机的气流场中，按照气力输送装置的气流速度来进一步确定流体速度， 以保证种子被有效吸附。周祖愕 l 8J 研究表明：当气流输送速度为 3 0ms 以 上时，物料可以被有效吸附。 吸嘴气力式播种根据不同大小的种子选用不同孔径的吸嘴， 以棉花种子播种 为研究对象， 对吸嘴吸取种子进行分析， 确定吸嘴能够吸取种子的最小气体流量。 假定每个吸嘴的真空度和气体流量均匀，每个吸嘴的流量为 q=vA=v d/4，吸 嘴总流量 Q=Nq=77q=15.8m/h 上式 d 为吸嘴直径 N 为吸嘴个数 77 v 为吸嘴口流速 当气源气体流量大于 15.8m/h 时，吸嘴能够把种子完全吸取。由于温室大 棚育苗播种一般要求空粒率低，对多粒率通常没有特殊要求，故选用流量较大、 毕业设计（论文）报告纸 13 价格便宜的 X WB11 型旋涡气泵作为气源，以提高吸附率。公司气泵研究所的 有关人员对旋涡气泵产品所作的实验统计得到，气泵的有效功率为总效率的 2040 XWB11 型旋涡气泵最大流量为 150m/h，故实际工作流量为 3 0 675 m/h，完全满足设计流量要求。 2.3.4 种盘的种盘的确定确定 考虑到吸种盘来回吸种时，抛振装置将种盘弹起，吸种盘落人种盘内吸附处 于悬浮状态的种子，故种盘稍大于吸种盘面积，底面尺寸每边大于吸种盘 2-3 个种子直径，以免在边缘上挤碎种子，并且由于实际吸种时为了提高吸种性能， 种盘要能放多于 3 层的种子， 需有一定深度， 所以种盘尺寸设计为 630mm420mm 50mm。同时在种盘底部打上小孔，孔径小于种子直径，以便能有足够的气体流 人到吸嘴产生负压。种盘通过螺栓与抛振装置连接在一起，这样当抛振装置的牵 引电磁铁处于断开状态时，复位弹簧利用回复力将种盘弹起，盘内种子上抛处于 悬 浮 状 态 ， 以 减 小 吸 附 时 的 阻 力 ， 提 高 种 子 吸 附 率 。 毕业设计（论文）报告纸 14 第三章第三章 理论计算理论计算 影响气吸嘴式棉花精量播种机工作质量的主要部分是播种装置。 本章节就气 吸播种机的种子吸附机理及影响工作质量的参数进行理论分析。 播种装置由播种 机构、种子盘弹振装置和气力吸种部件组成。本章将对气力吸种部件、种子盘弹 振装置进行介绍，进 一步阐明播种机的播种原理，并对种子的受力及运动进行理论分析。 3 3.1.1 气吸播种的理论分析气吸播种的理论分析 3.1.1 种子吸附运动的流体力学的原理分析种子吸附运动的流体力学的原理分析 吸嘴前的种子(未被吸附在吸嘴上)处在具有一定流速的气体流场中。 根据流 体力学原理可知， 若流体为理想流体， 即具有体积弹性(K0)， 而没有刚性(N=O) 的流体。因为 N=O，所以理想流体具有以下三个特性 142431： (1)它只能传递压力； (2)它是无摩擦的，因此它不能传递切向(剪切)力； 毕业设计（论文）报告纸 15 (3)一点处的压力在所有方向上都相同。 处于理想流体中的物体，它所受到的力只有： (1)由 pv22 所确定的惯性力 (2)由压强 P 确定的静压力。 而实际中， 气体流场中的流体不是理想流体， 而是真实流体。 在真实流体中， 由于流体具有粘性，所以除惯性力和静压力之外，还存在粘性力。粘性力表现为 相邻流线问的剪切应力。此时物体所受的力称为阻力，总阻力可以分为以下两种 不同的阻力。 (1)由于作用在物体前面(上游边)的压力大于后面而引起的形状阻力或压 差阻力： (2)由物体壁面附近流体内的剪切应力引起的表面摩擦力。 3.1.2 种子动力学特性分析种子动力学特性分析 图 31 所示为真实流体流过置于其中的一个圆柱体的情况。流体以均匀的 速度流过物体，一些流线停滞于物体自行面，从而产生使物体向右运动的压力 FP。 一些流线不能沿物体外形轮廓流动， 于是从某一点(即分离点 S)处流体分离。 在物体后面形成一个低速区或分离区， 这个区域里的静压强和分离点 S 处差别不 大。 若流体速度增大，分离点 S 棉花 A 盘育苗幡量播种机的 4 论分析与结构优化 向上移动，分离点处压强减少，同样分离区中的压强也减少。于是，作用在物体 前后的压力产生差别，其台力即构成形状阻力或压差阻力。产生表面摩擦的剪切 应力仅发生在紧靠物体表面的附面层，它是由该层内很陡的速度梯度引起。 毕业设计（论文）报告纸 16 图 3-2 圆形种子在流场中的绕流线动态仿真 根据上述流体动力学原理可知， 当物体在流体中运动时要受到绕流阻力 F 的影响，包括摩擦阻力和漩涡阻力(压差阻力或形状阻力)。摩擦阻力为流 体作用在物体表面上的切向力沿相对运动方向的总和， 方向与流体运动方向 相反。 漩涡阻力足由于流体绕流物体时产尘了附面层脱离， 尾部出现漩涡(如 图 32)，使物体前后部的压力不同而形成的。在层流或低速流动中流体 的密度变化不大。粘性作用支配着流体的流动，漩涡阻力可以忽略不计。在 紊流和高速流动中流体受压缩而不受牯性作用支配，这时摩擦阻力可以忽 略不计，漩涡阻力起着支配作用。 在被吸附前，位于吸嘴附近的种子离吸嘴有一定的距离，在种子背离吸 嘴的一侧， 气流的作用很小，可以忽略不计。而种子讵对吸嘴一侧的真空 度较大，气流速度很高，所以作用在种子上的吸附力主要是漩涡阻力，即压 差阻力。 设种子背离吸嘴的表面上的棉花穴盘育苗精量播种机的理论分析与 结构优化气压为大气压 Po，靠近吸嘴的表面上的气压为 P，则 P 旷一 P 为推 动种子向吸嘴移动的气压差。 毕业设计（论文）报告纸 17 根据理想气体运动微分方程的积分，即伯努利方程得： Po-P=pv2 (3-1) 对 Po、P 在种子面 S 上积分，则得种子所受得绕流阻力 F (3-2) 式中：S 一种子在垂直于运动方向的平面上的投影面积； P 一空气密度； V 一气流速度。 直接利用式(3-2)来计算种子所受的绕流阻力是很困难的，关于绕流物 体的阻力(摩擦阻力和漩涡阻力)在实际计算中，通过一些合理的假设，则可 使问题简化。根据因次分析，并引进阻力系数 o，这样可把(32)式写成下 式： (3-3) 式中：A- 物体在垂直于流动方向上平面的投影面积，mm2； P- 流体密度，kgm； v- 物体与流体的相对速度，ms； Cd- 物体的阻力系数(阻力系数，取决于物体的形状上下受力面 的形状表面状念和雷诺数)。 物体的阻力系数一般都由实验求得，对于不同的物体形状和不同的流动情 况，阻力系数的值是不同的。 3.1.2 种子动力学特性分析种子动力学特性分析 种子“沸腾”运动条件与抛振强度计算种子“沸腾”运动条件与抛振强度计算 对单粒（层）种子在种盘上的运动进行分析。种盘上的种子受自身的重力和 种盘运动时给予的惯性力12-13，忽略空气阻力对种子受力运动的影响， 种子脱离种盘出现跳动的临界条件为： PG （1） 毕业设计（论文）报告纸 18 式中 P 种子所受惯性力，N; G种子重力，N。 种盘运动的周期性简谐方程为： esin() t xAt （2） 当不考虑系统阻尼时，方程为： sin()xAt （3） 式中 t振动时间，s；振动初相位，rad； 振系固有角频率， Hz； 种子初始加速度 a 种与种盘加速度 a 盘相同： 2 aaA 种盘 （4） 由牛顿第二定律可得： 2 G PmaA g 种 （5） 将（5）代入（1）式得： 2 G PAG g （6） 令 K 为抛射强度 8,14，则 2 1 A K g （7） 仅当种子随盘运动且与种盘之间接触力为 0 时等号成立,说明只有 K 大 于 1 时，种子才可能被抛起。 1.棉种 2.种盘 3.弹簧 4.机架 A.压缩状态 B.静变形状态 C.弹簧原长 毕业设计（论文）报告纸 19 D.种盘最高位移 E.棉种最高位移 图 2 抛振机构运动过程状态图 Fig.2 Motion State of ejection mechanism 如图 2 所示，抛振机构处于状态 A 时，弹簧于压缩位置。种盘受到牵引 电磁铁拉力为 P，自身重力 Mg 与棉种重力 mg，存在 ()()PMm gkx （8） ()Mm g k （9） 式中k抛振系统等效弹簧劲度系数，xP 形成的压缩量，为种盘 与种子的静变形量，将(9)代入到公式（8）得 /kPx （10） 由抛振装置设计结构决定， 种盘与吸盘的距离应大于吸嘴吸附种子后高 度，以便种盘移出时种子不被种盘外沿碰掉，故在 80N 的牵引力作用下种盘 必须至少下降 20mm，因此设计抛振系统弹簧的刚度为 4N/mm。 则抛振系统的固有频率为 4 1000 36.5/ 3 d k rad s m 系统 式中， m系统 种盘与种子总质量 振幅为: 222 1 1 ()20020 t t n x Axmm 代入式（7）得振系的抛射强度为 22 0.02 36.5 2.7181 9.8 d A K g 故抛振机构满足设计要求，种子能从种盘上被抛起。 种子抛掷高度分析种子抛掷高度分析 在 B 位置时，依据机械能守恒可知： 毕业设计（论文）报告纸 20 22 11 ()() 22 MmMm g xkEs (11) ES 为弹性势能 2 1 () 2 Eskx (12) 则可推出 2( ) 2 () k xx g x Mm (13) 式中 M种盘质量 m棉种质量 种盘与种子引起的静变形量 V分离前二者共同速度 棉种与种盘分离后，种子受惯性力作用自由上抛运动，自由上抛高度为 22( ) 22 () k xx hx gg Mm (14) 依据机械能守恒则得 222 220khMghMMgk (15) 解方程(15)得 22 2MkMgMg h kkk (16) 将实物样机的种盘质量 M=3kg，单粒棉种质量 m=0.096g，衔铁牵引力 P=80N，代入式（11） （13） （14）得：v=735mm/s，h=12.59mm，h=26.67mm， 棉种脱离种盘上抛高度为：h- h= 14.08 mm。 第四章第四章 结论与展望结论与展望 毕业设计（论文）报告纸 21 4 4.1.1 研究结论研究结论 本文在参考了近年来国内外学者有关气吸和振动方面研究的基础上， 并结合 课题组前期针对棉种穴盘育苗播种的研究， 对播种装置进行了深入的分析和试验 验证。研制出一种新型棉花精量播种设备，通过试验证明，该设备对包衣棉种播 种的单粒率高达 95 以上，空穴率小于 3以下，几乎没有每穴三粒以上的情 况，完全满足我国育苗精量播种的要求。 本研究完成的主要工作及得到结论如下： (1)气吸式精量种子播种器根据负压吸种原理设计，吸盘与育苗穴盘匹配， 整盘对穴播种，一盘一次，一穴一粒。整机采用半自动生产方式，即人工放盘和 取盘，而气吸取种、气吹投种自动完成。 (2)从育苗播种机整机结构设计入手，提出了种子上抛“沸腾”的新思路， 创新设计种子室抛振机构，相对于通用电磁激励振动方式，振动更平稳，取种更 可靠，噪声低。 (3)建立了种子在吸嘴处的力学模型，给出吸附力计算公式，并分析了影响 吸附力的各个因素，从而得出：吸附力大小与种子的大小和形状、吸嘴孑 L 的大 小和形状、吸嘴孔内外压力差及种子的位置有关，其中任意一项发生变化，吸附 力也将改变。 (4)通过流场数值模拟分析， 得到三种不同结构的吸嘴对于棉种的播种性能， 在三种吸嘴结构中，以 V 型结构的工作效果最好，U 型结构的效果次之，A 型结 构的效果最差，利用数值模拟分析结果对 V 型吸嘴结构改进优化，即嘴端开设锥 角进一步提高了吸嘴取种精度。 (5)建立了抛振机构的数学模型， 分析了种子盘与棉种在振动下的运动规律。 通过抛振机构的动力学仿真，得到种子盘与单粒棉种子运动的规律和棉种轨迹 线。 (6)结合有限元协同仿真技术，对种子盘结构进行优化设计。在种子盘的底 盘面设计“X”型加强筋，前沿增设配重块，提高了种子盘的受力均匀性，防止 了种子聚集、定向后移，种子盘各部位的种子抛起高度的一致性提高。 (7)分析了吸盘形状、高度参数等对吸附性能的影响，流场仿真分析表明优 化后的双通道矩形吸盘流场更稳定，真空度高，各吸嘴的流速与负压场得到明显 毕业设计（论文）报告纸 22 改善。 (8)利用数值模拟 j 下交试验结合 SPSS 统计分析， 得到各因素对实验结果影 响的重要次序为：嘴形真空度孔径导程，最佳因素水平为 A382C2D3。 (9)设计了气吹投种和清堵控制系统，避免因吸嘴堵塞漏取种，同时实现快 速精确投种，为提高生产效率和降低空穴率创造了条件。 (10)物理样机试验表明，该机型操作简单，取种迅速可靠，播种合格率高于 950,空穴率低于 3，符合棉花穴盘育苗精量播种要求，更换不同口径吸嘴可用 于番茄、辣椒等多作用育苗穴播。 4 4、2 2 后续工作及展望后续工作及展望 棉花穴盘育苗装置是一个复杂的系统， 本文虽然对抛振气吸式精量播种机做 了一定研究，但是这些工作仅仅是个开端，还有很多不足之处，还需要不断的验 证和改进， 所以课题以后的任务和需要解决的问题还有很多，比如以下几点： 1、本设计虽然提出了一种新的精量播种机工作方式，并在试验中获得非常 好的播种效果，但这只是处于试验阶段，要进一步推广到实际中还有许多工作要 做，整体结构尚需改进，各种零、部件的还有待于进一步完善提高。整机操作尚 基于半自动化，在气源电气控制和播种自动化上仍需改进、提高。 2、本设计仅针对脱绒棉种进行了试验，对于其它品种的棉种的播种性能有 待于作进一步的试验验证。从其工作原理来看，本设计还可适用于其它作物和蔬 菜种子的精量播种，但其各种参数的确定与选取应由试验确定。 3、吸嘴的结构形式仅做了三种，虽然这三种结构具有一定的代表性，但是 否还有比这三种更理想的形式无法确定， 这一问题应从结构 CAE 分析和试验结果 两个方面加以解决。 4、正交试验仅分析了吸嘴直径、嘴型和真空度、导程四个因素，虽然这几 个因素对工作性能起到主要影响，但实际上影响工作性能的因素尚有许多，是否 起到更重要的影响作用还不清楚， 因而正交试验结果及分析只具有一定的指导作 用，对于其它因素还需进行大量的试验加以分析。 5、种子在种子箱工作面和吸种孔口处受力情况，只是从理论上进行了分析， 对种子的运动情况缺乏试验观察。 下一步可以使用高速图像摄影的方法跟踪种子 毕业设计（论文）报告纸 23 的运动轨迹，用光导纤维探头测量种子移动的速度矢量等。本文通过理论分析， 计算机仿真和试验验证对气吸抛振式棉花精量播种装置做了初步探讨， 得到了一 些有用的结论，为进一步深入研究奠定了理论基础，本文的研究方法也可以应用 在其它类型的种子播种装置上。当然受客观条件的限制，文中还有一些和不之处 需要进一步分析研究。 本作品结合我国穴盘育苗生产实际，对国内外主流机型调研的基础上，通过 TRIZ（ 冲突解决理论）创新设计