机械式精密排种器清种过程分析
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收稿日期 : 2005- 11- 09 赵月霞 南京农业大学工学院 助教 , 210031 南京市 蹇兴东 南京农业大学工学院 教授 通讯作者
其最小值 r1= 90 m m 和最大值 r2= 94. 9 mm。求解结 果如图 3所示 , 1 rad /s≤ k ≤ 8 rad /s 时 , 清种起始角 0 和清种终止角 θ 1 都随排种盘角速度 k 的增加而增 θ 大 ;k > 4 rad / s后随着 k 的增加 , 清种终止角 θ 1 的增 加速度显著增大 。
图 3 清种起始角和终止角与角速度的关系曲线
根据式 ( 1)取不同的 t 值和 k值 , 还可以得到完
全清种所需时间随排种器角速度的变化曲线 ,如图 4 所示。 分析可得 , 当 1 rad /s≤k ≤ 7 rad /s时 , 多余种 子清种所需要的时间随排种盘角速度 k的增加而减 小;k > 7 rad /s 后随着 k的增加清种所需时间也略 有增加 。
( 2)
4 结束语
对机械式精密排种器的清种过程进行了理论分
0 和清种终止 析 ,求解出了多余种子的清种起始角 θ 角θ 1 , 以及保证型孔内种子不滑出孔外的临界角 θ ′ ;
通过分析 θ 1 和θ ′ 的关系 , 得到了护种板的起始角度 和相应的排种盘极限角速度。
文 献
考
1 张波屏 . 现代种植机械工程 [M ]. 北京 : 机械工业出版社 , 1997. 2 张泽平 ,马成林 , 左春柽 . 精密排种器及排种理论研 究进展 [ J]. 吉林工业大学学报 , 1995, 25( 4): 112～ 113. 3 蹇兴东 ,彭嵩植 . 滚筒式小麦单粒精密排种器工作原理研究 [ J]. 农业工程学报 , 1997, 13( 4): 81 ～ 85. 4 李成华 ,夏建满 , 何波 . 倾斜圆盘勺式精密排种器清 种过程分析与试验 [ J]. 农业机械学报 , 2004, 35( 3): 68 ～ 71.
板 4.投种口 5. 进种口
性力 , 多余种子在清种的过程中受力主要有重力 m g
2 和牵 连惯性力 Fge = mk r , r 表示多余 种子的质 心
点 O1 到排种盘中心 O 的距离 。 建立坐标系 nO 1f 如 图 2所示 , 将各力投影到 n 轴 , 得种子的运动 方程 为 - mk r= m n mg sinθ 将其降根据农艺要求 , 精播大豆 、甜菜等作物要求精 密排种器的排种频率应达 44粒 /s 以上 ,目前国内外 现有的机械式精密排种器尚未达到该标准 [ 2～ 4] 。 本 文对机械式精密排种器的清种过程进行理论分析 , 求解出由清种过程所限制的排种器极限转速 , 为排 种器的结构参数设计提供理论依据。
投种口 , 从而实现单粒排种 。
2 清种过程力学模型
充种过程结束后 , 排种盘转离种子室 , 型孔带动 种子进入清种区 , 在此区域多余种子应及时回落到 种子室 , 否则会造成种子重播或破碎 。 定义多余种子 开始回落时质心与水平轴的夹角为清种起始角 θ 0, 完全脱离型孔时质心与水平轴的夹角为清种终止角 θ 1。 由于种子接近球形 , 微小的振动就可以使它离开
[1 ]
接触点 , 因此忽略多余种子与型孔内种子和型孔间 的支持力。 如图 2所示 ,忽略相对运动产生的科氏惯
图 2 清种过程多余种子的受力情况
1 精密排种器工作原理
排 种器示意 图如图 1 所示 , 主 要由壳体、 排种 盘 、 护种板 、 投种 口、 进 种 口等组成。工作时 , 种子箱 内种子通过进种口进入充 种区 (通常 称作种 子室 ) , 排种 盘随轴转 动 , 其中 充 入型孔中种子随排种盘进 入到 清种区 , 型孔内多 余 图 1 排种器结构示意图 种子 回落到充 种区 , 之 后 1. 壳 体 2. 排种 盘 3. 护种 型孔 进入到护 种区 , 由 护 种板保护型孔内种子直至
图 5 清种结束时型孔中种子的受力情况
图 4 清种所需时间与角速度的关系曲线
3 护种板的位置确定
多余种子清种结束时 , 型孔内的种子应完全包 络在型孔内 , 否则会在护种板和型孔的挤压下破碎。 定义此时型孔内种子质心 O 1 和排种盘中心 O 的连 线与水平轴线的夹角 θ ′ 为型孔内种子不滑出孔外的 临界角 。 如图 5所示 ,根据种子的受力分析得 m g si n θ ′ - mk r′ - N cosT = 0 m g cosθ ′ = N sinT 根据式 ( 2) ,得 g ( si n θ ′ - cosθ ′ co tT ) k = ( 3) r′ 式中 T —— 型孔对种子的支持力 N 与 OO 1 的夹角 —— 型孔内种子质心与排种盘中心的距离 r′ 同 一转速下 , 只要 θ ′ >θ 1 ,即说明清种结束时型 孔内种子完全在型孔中 。 根据型孔的形状 , T 的取
· · · 2
( 1)
n= z z = g sin θ - kr
2
θ =k 初始值 r| t= 0= r1 (或 r2 ) z| t = 0= 0 θ | t= 0 = θ 0 用龙格 - 库塔法 , 采用 Mat lab 求解式 ( 1)。 当 t= 0时 , n = 0, θ = θ 0。 此 时 , 式 ( 1)变为 mg si n θ 00= arcsi n (k r /g )。 mk r= 0, 解得 θ 根据型孔参数允许的种子尺寸范围 , r 分别取 2 2
194
农 业 机 械 学 报
2 0 0 6 年
值范围为 0. 7 ～ 1. 57 rad, 当种子的边沿与型孔内边 沿重合时 , 0. 7 rad≤T ≤ 0. 75 rad。 作出种子平卧状 态 (T = 0. 7 rad, r′ = 94. 75 m m )下和横躺状态 (T = 0. 75 rad, r′ = 93. 5 m m)下 θ ′ 随 k的变化曲线 , 分别 对应图 6曲线 1和曲线 2 。 图中曲线 3 、 4表示多余种 子 的清种终止角 θ 1 随排种盘角速度 k 的变化曲线 , 其中曲线 3 对应 r 2= 94. 9 m m, 曲线 4 对应 r1 = 90 mm。
参
2
图6 清种临界角和终止角与角速度的关系曲线
由图 中 曲 线 得 到: 当排 种 器 角 速 度 k小 于 曲线 2与曲线 3 交点所对应角速度时 , 临界角 θ ′ 总是 大于多余种子清种终止角 θ 1 , 因此为了保证清种结 束时型孔内种子完全保留在型孔中同时最大限度的 提高排种频率 , 护种板的起始位置应由曲线 2 和曲 线 3 的交点所对应的角度确定 , 对于本文所研制的 排种器 该值为 1. 1 rad, 对应的 排种盘极限转 速为 6. 5 rad /s。
2 0 0 6 年 11 月
农 业 机 械 学 报
第 37 卷 第 11 期
机械式精密排种器清种过程分析
赵月霞 蹇兴东
【 摘要 】 排种器的清种性能是影响机械式精密排 种器排种性能的关键因素之一 。 通过分析机械式精密排种器 的清种过程建立了力学模型 , 求解了由完全清种所限制的排种器极限转速和排种器护种板的最佳 起始位置 。 关键词 : 精密排种器 清种 护种板 中图分类号 : S 223. 2 文献标识码 : A
其最小值 r1= 90 m m 和最大值 r2= 94. 9 mm。求解结 果如图 3所示 , 1 rad /s≤ k ≤ 8 rad /s 时 , 清种起始角 0 和清种终止角 θ 1 都随排种盘角速度 k 的增加而增 θ 大 ;k > 4 rad / s后随着 k 的增加 , 清种终止角 θ 1 的增 加速度显著增大 。
图 3 清种起始角和终止角与角速度的关系曲线
根据式 ( 1)取不同的 t 值和 k值 , 还可以得到完
全清种所需时间随排种器角速度的变化曲线 ,如图 4 所示。 分析可得 , 当 1 rad /s≤k ≤ 7 rad /s时 , 多余种 子清种所需要的时间随排种盘角速度 k的增加而减 小;k > 7 rad /s 后随着 k的增加清种所需时间也略 有增加 。
( 2)
4 结束语
对机械式精密排种器的清种过程进行了理论分
0 和清种终止 析 ,求解出了多余种子的清种起始角 θ 角θ 1 , 以及保证型孔内种子不滑出孔外的临界角 θ ′ ;
通过分析 θ 1 和θ ′ 的关系 , 得到了护种板的起始角度 和相应的排种盘极限角速度。
文 献
考
1 张波屏 . 现代种植机械工程 [M ]. 北京 : 机械工业出版社 , 1997. 2 张泽平 ,马成林 , 左春柽 . 精密排种器及排种理论研 究进展 [ J]. 吉林工业大学学报 , 1995, 25( 4): 112～ 113. 3 蹇兴东 ,彭嵩植 . 滚筒式小麦单粒精密排种器工作原理研究 [ J]. 农业工程学报 , 1997, 13( 4): 81 ～ 85. 4 李成华 ,夏建满 , 何波 . 倾斜圆盘勺式精密排种器清 种过程分析与试验 [ J]. 农业机械学报 , 2004, 35( 3): 68 ～ 71.
板 4.投种口 5. 进种口
性力 , 多余种子在清种的过程中受力主要有重力 m g
2 和牵 连惯性力 Fge = mk r , r 表示多余 种子的质 心
点 O1 到排种盘中心 O 的距离 。 建立坐标系 nO 1f 如 图 2所示 , 将各力投影到 n 轴 , 得种子的运动 方程 为 - mk r= m n mg sinθ 将其降根据农艺要求 , 精播大豆 、甜菜等作物要求精 密排种器的排种频率应达 44粒 /s 以上 ,目前国内外 现有的机械式精密排种器尚未达到该标准 [ 2～ 4] 。 本 文对机械式精密排种器的清种过程进行理论分析 , 求解出由清种过程所限制的排种器极限转速 , 为排 种器的结构参数设计提供理论依据。
投种口 , 从而实现单粒排种 。
2 清种过程力学模型
充种过程结束后 , 排种盘转离种子室 , 型孔带动 种子进入清种区 , 在此区域多余种子应及时回落到 种子室 , 否则会造成种子重播或破碎 。 定义多余种子 开始回落时质心与水平轴的夹角为清种起始角 θ 0, 完全脱离型孔时质心与水平轴的夹角为清种终止角 θ 1。 由于种子接近球形 , 微小的振动就可以使它离开
[1 ]
接触点 , 因此忽略多余种子与型孔内种子和型孔间 的支持力。 如图 2所示 ,忽略相对运动产生的科氏惯
图 2 清种过程多余种子的受力情况
1 精密排种器工作原理
排 种器示意 图如图 1 所示 , 主 要由壳体、 排种 盘 、 护种板 、 投种 口、 进 种 口等组成。工作时 , 种子箱 内种子通过进种口进入充 种区 (通常 称作种 子室 ) , 排种 盘随轴转 动 , 其中 充 入型孔中种子随排种盘进 入到 清种区 , 型孔内多 余 图 1 排种器结构示意图 种子 回落到充 种区 , 之 后 1. 壳 体 2. 排种 盘 3. 护种 型孔 进入到护 种区 , 由 护 种板保护型孔内种子直至
图 5 清种结束时型孔中种子的受力情况
图 4 清种所需时间与角速度的关系曲线
3 护种板的位置确定
多余种子清种结束时 , 型孔内的种子应完全包 络在型孔内 , 否则会在护种板和型孔的挤压下破碎。 定义此时型孔内种子质心 O 1 和排种盘中心 O 的连 线与水平轴线的夹角 θ ′ 为型孔内种子不滑出孔外的 临界角 。 如图 5所示 ,根据种子的受力分析得 m g si n θ ′ - mk r′ - N cosT = 0 m g cosθ ′ = N sinT 根据式 ( 2) ,得 g ( si n θ ′ - cosθ ′ co tT ) k = ( 3) r′ 式中 T —— 型孔对种子的支持力 N 与 OO 1 的夹角 —— 型孔内种子质心与排种盘中心的距离 r′ 同 一转速下 , 只要 θ ′ >θ 1 ,即说明清种结束时型 孔内种子完全在型孔中 。 根据型孔的形状 , T 的取
· · · 2
( 1)
n= z z = g sin θ - kr
2
θ =k 初始值 r| t= 0= r1 (或 r2 ) z| t = 0= 0 θ | t= 0 = θ 0 用龙格 - 库塔法 , 采用 Mat lab 求解式 ( 1)。 当 t= 0时 , n = 0, θ = θ 0。 此 时 , 式 ( 1)变为 mg si n θ 00= arcsi n (k r /g )。 mk r= 0, 解得 θ 根据型孔参数允许的种子尺寸范围 , r 分别取 2 2
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农 业 机 械 学 报
2 0 0 6 年
值范围为 0. 7 ～ 1. 57 rad, 当种子的边沿与型孔内边 沿重合时 , 0. 7 rad≤T ≤ 0. 75 rad。 作出种子平卧状 态 (T = 0. 7 rad, r′ = 94. 75 m m )下和横躺状态 (T = 0. 75 rad, r′ = 93. 5 m m)下 θ ′ 随 k的变化曲线 , 分别 对应图 6曲线 1和曲线 2 。 图中曲线 3 、 4表示多余种 子 的清种终止角 θ 1 随排种盘角速度 k 的变化曲线 , 其中曲线 3 对应 r 2= 94. 9 m m, 曲线 4 对应 r1 = 90 mm。
参
2
图6 清种临界角和终止角与角速度的关系曲线
由图 中 曲 线 得 到: 当排 种 器 角 速 度 k小 于 曲线 2与曲线 3 交点所对应角速度时 , 临界角 θ ′ 总是 大于多余种子清种终止角 θ 1 , 因此为了保证清种结 束时型孔内种子完全保留在型孔中同时最大限度的 提高排种频率 , 护种板的起始位置应由曲线 2 和曲 线 3 的交点所对应的角度确定 , 对于本文所研制的 排种器 该值为 1. 1 rad, 对应的 排种盘极限转 速为 6. 5 rad /s。
2 0 0 6 年 11 月
农 业 机 械 学 报
第 37 卷 第 11 期
机械式精密排种器清种过程分析
赵月霞 蹇兴东
【 摘要 】 排种器的清种性能是影响机械式精密排 种器排种性能的关键因素之一 。 通过分析机械式精密排种器 的清种过程建立了力学模型 , 求解了由完全清种所限制的排种器极限转速和排种器护种板的最佳 起始位置 。 关键词 : 精密排种器 清种 护种板 中图分类号 : S 223. 2 文献标识码 : A