电磁振动棉花精密播种装置的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

电磁振动棉花精密播种装置的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 所示，铁芯线圈产生的脉动电磁力使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 (a)所示，排种盘从 A1 至 A2，种子从 B1 至 B2。 图 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 电磁振动排种器基本结构示意 图 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 (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 (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 (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 (c)所示。 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 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 )B39。 3B39。 1B39。 2B 2A2A 2A 1B 1B 2 B39。 2B39。 3B39。 1B 3( c )图 种子的受力分析 αβααβα( a ) ( b )ayxFNm g m ayxFNm ga m a毕业设计 8 在增加到最大的时候。 这两种状态的受力情况分别如图 （ a）、（ b）所示。 其中： F—— 种子与螺旋轨道之间的摩擦力； m—— 种子的质量； g—— 重力加速度； N—— 螺旋轨道的反力； a—— 排种盘的加速度； α —— 螺旋轨道的升角（螺旋轨道与水平面夹角）； β —— 螺旋轨道的振动升角或种子的抛射角； 根据达兰贝尔原理，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，还有惯性力；而由于排种盘圆周速度不大，离心力对工件沿 x 方向运动的影响很小，可以忽略。 故种子在排种盘上的运动微分方程为： Fmamgxm   c o ss in.. 式（ 21） 式 (21)中 ..x —— 种子沿螺旋轨道相对移动的加速度。 为了确定种子的输送条件，可以对排种盘作进一步分析，当弹簧长度和排种盘振幅之比值很大时，排种盘振动方向与弹簧垂直。 设排种盘在此方向以角频率  和振幅 A作简谐振动，则在 t时间，排种盘的位移 s，速度 v，加速度 a分别为： )c os1( tAs  ； tAv sin ； tAa  cos2 将加速度值带入（ 21）式中，得： FtmAmgxm   c o sc o ss in 2.. 式（ 22） 摩擦力 F 的方向取决于相对运动的方向，即当相对速度大于 0时， F＝  N 当相对速度小于 0时， F＝ + N 式中 —— 种子与螺旋轨道之间的摩擦系数。 由图 24 可知：  s inc o sc o s 2 tmAmgN  式（ 23） 式 (23)中“ +”用于排种盘向前升移时，“－”用于排种盘向后降移时。 将 F 值带入 (22)式并整理后，得： )s i n( c o sc o s)c o s( s i n 2..   tAgx 式（ 24） 式 (24)中两括号内的正号用于种子向前升移时，负号用于种子向后降移时。 毕业设计 9 种子的运动分析 种子在排种盘上的运动主要有两种形式，即跳跃和滑移。 下面就对这两种运动形式的产生条件进行理论分析，如下： 产生跳跃的条件： 种子产生跳跃的情况发生在电流 I0 时，螺旋槽在电磁力的吸引下，向左下方加速运动时，由于种子受惯性力作用而脱离螺旋槽，作瞬时微小的跳跃。 由于螺旋槽突然离开种子，向 左下方运动，使得式（ 23）中的 N 0 时，种子便产生腾空现象，此时式（ 23）可以改写成：  c o ss i nc o s2 mgtmA  式（ 25） 所以，种子产生跳跃的条件为：  s inco sco s2 gtA  式（ 26） 产生滑移的条件： 排种盘振动时 ，与螺旋槽平行的惯性力分量大于静摩擦力 F 以及种子重量在螺旋槽方向分量的代数和时，种子才有可能向前或向后滑移，故种子滑移的条件是：  s inc o sc o s2 mgFtmA  式（ 27） 种子向后降移的条件是： )co s ( )s in (co s2    gtA 式 （ 28） 种子向前升移的条件是： )co s ( )s in (co s2    gtA 式（ 29） 其中  arctg 由此可知，种子运动状态主要取决于惯性力的大小，惯性力又取决于使种子获得加速度的排种盘的振幅的大小。 设螺旋槽沿 x方向的最大振幅为 cosmax Ax  故螺旋槽的瞬时振幅为： tAtxx  c o sc o sc o sm a x  令 1x 、 1x 、 0x 分别表示种子向前、向后滑移和跳跃时，螺旋槽沿 x 方向所必须的振幅值，由式（ 26）、（ 28）、（ 29）得 毕业设计 10 )1()s inc o s( 21   tggx   式 （ 210） )1( )s inc o s( 21   tggx   式 （ 211）  tggx 20 cos 式 （ 212） 由以上分析可知，通过调整排种盘的振幅，可以得到种子的各种运动状态。 当然，对于设计者来说，追求的就是种子的连续向前升移。 排种器主要参数设计 种子在排种盘上运动的平均速度取决于排种盘的螺旋升角  、振动升角  、和种子的形状、尺寸及二者之间的摩擦系数，还同电磁铁的激振频率 f 和螺旋槽方向振幅 Ax的大小有关。 平均v = kfAkv xmax 式中 maxv —— 排种盘的最大速度， k —— 速度损失系数，种子沿螺旋槽滑移前进时， k＝ ～ ；种子沿螺旋槽跳跃前进时， k=~。 因此电磁振动排种器的输种速度可由下式估算： klfAlvv x  6060 ＝平均 式 （ 213） 式中 f—— 电磁铁激振频率； l—— 种子长度；  —— 充满系数，形状简单而表面光滑的种子，  ＝ ～ ，复杂而又带毛刺的种子，  ＝ ～。  由主振弹簧的安装角  及排种盘的升角  确定，  角的大小直接影响到 种子的运动状态。 因此，  角选择应保证在其它条件相同的情况下，使种子沿排种盘前进的速度最大。 根据 $ 中得到的种子滑移条件，令 x＝ 1x ，  ＝ 0176。 ，对式（ 24）化简，然后积分，得到种子速度与  角的函数关系，再求速度对  角的偏导数，并令其值等于零，经计算得： 毕业设计 11 01 tg 式 (214) 其中，  0—— 种子与排种盘之间的静摩擦系数 一般当激振频率 f＝ 100HZ 时，  ＝ 10～ 16176。 ；激振频率 f＝ 50HZ 时，  ＝ 20～ 25176。 经过试验测量得到，棉种与排种盘之间的静摩擦系数  0＝ ，将其带入式 (214)中，得： tg ＝ 23176。  由升程及中径大小确定，  太大则速度降低，甚至无法输种：  小些，输种速度提高，但升程减小，一般取  ＝ 1～ 3176。 ，对摩擦系数大的种子，可适当的取大一点，取 ＝ 4～ 5176。 根据 $ 中的分析，种子向前滑移的条件为 1x 1x ,在极端情况下，令1x ＝ 1x ，由式（ 210）、（ 211），可得许可的最大排种盘倾角为 max ：  tgtg 2max  ，  —— 种子与排种盘之间的摩擦系数 式 (215) 在实际设计时，  角应比 max 小些，即   k max ， k—— 可靠系数，一般取 ～ 式 (216) 经过试验测量得到，棉种与排种盘之间的动摩擦系数为  =， 已求得  ＝ 23176。 ，将以上数据带入式（ 215）中，得 ( 2m a x tgarctg  176。 ) 176。