组合磁系磁吸滚筒式排种器设计及试验研究

摘要

磁吸式排种是解决小颗粒种子精密播种难题的一种有效方法，排种元件是磁吸式排种器实现精密排种的核心部件。现有磁力排种元件采用了单纯的电磁式或永磁式结构，前者吸力调整方便、无需强制清种、但存在吸力小、发热大的不足，后者吸力大、不发热、但存在着吸力调整不方便、需要强制清种的不足。为了能充分利用电磁式和永磁式排种元件的优点，克服其自身存在的不足，本文提出一种新型组合磁系结构排种元件，并将其应用于磁吸滚筒式排种器上，开展了组合磁系磁吸滚筒式排种器设计、磁场特性分析、试验研究等工作。
　　 (1)设计了由电磁铁、永磁体、磁吸头组合而成通过磁路转换来实现磁吸排种的组合磁系结构排种元件;对组合磁系结构排种元件的工作原理和磁路进行了研究;完成了组合磁系磁吸滚筒式排种器的设计;通过排种过程的力学建模分析，得出排种所需的磁场力条件，为排种元件的参数优化设计提供了依据。
　　 (2)基于磁场有限元法对排种元件空间磁场特性进行了研究，得出吸种端面场强呈现中间低两头高的趋势并确定了其最佳吸种范围，发现了其空间磁场呈非轴对称分布;通过对不同结构参数下的磁场分析，按照磁力条件最优对其结构参数进行了优化;通过磁场强度测试分析验证了组合磁系结构排种元件具有磁场强度高、磁场调节范围大的特点;建立了轴对称和非轴对称磁场排种元件的对比模型，通过理论分析和试验表明非轴对称磁场可降低重播率，提高排种性能。
　　 (3)完成了以PLC为核心的组合磁系磁吸滚筒式排种器控制系统设计，为排种性能试验提供了基础。
　　 (4)对油菜磁粉包衣种子和番茄磁粉包衣种子的排种性能台架试验，并完成样机的试制。台架试验表明组合磁系磁吸式排种器不仅能够满足精密播种的要求，还可通过调节滚筒转速高低和排种元件中电磁铁线圈电流的大小来适应不同规格磁粉包衣种子的精密排种要求;油菜磁粉包衣种子在播种效率为420盘/小时的条件下单粒率可达到90.2％，番茄磁粉包衣种子在播种效率为540盘/小时的情况下单粒率可达到90.8％，均满足精密排种的要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 磁吸式精密排种技术研究概况

1．3 本课题研究的主要内容和方法

1．4 本章小结

第二章 组合磁系磁吸滚筒式排种器设计

2．1 组合磁系结构排种元件设计

2．1．1 排种元件结构

2．1．2 工作原理及磁路设计

2．1．3 排种元件选材

2．2 组合磁系磁吸滚筒式排种器设计

2．2．1 排种器的构造

2．2．2 组合磁系排种器设计

2．3 组合磁系磁吸滚筒式排种器排种过程力学分析

2．3．1 吸种阶段分析

2．3．2 清种阶段分析

2．4 本章小结

第三章 磁场特性分析及结构优化

3．1 电磁场分析软件Ansoft Maxwell介绍

3．1．1 Ansoft maxwell简介及理论基础

3．1．2 Maxwell边界条件定义及激励源

3．1．3 Maxwell网格划分

3．2 组合磁系结构排种元件空间磁场特性研究

3．2．1 磁力排种元件的一般模型及主要参数

3．2．2 有限元建模分析

3．2．3 单个排种元件的磁场分布

3．2．4 排种元件排种空间沿轴向的磁场分布

3．2．5 排种元件排种空间沿径向的磁场分布

3．3 组合磁系结构排种元件结构参数优化

3．3．1 永磁体相对位置角对吸种场强的影响

3．3．2 磁吸头长度对吸种场强的影响

3．4 非轴对称磁场对排种性能的影响

3．4．1 对比模型建立

3．4．2 理论分析

3．4．3 排种性能试验及结果分析

3．5 排种器空间磁系结构磁场特性分析

3．6 组合磁系结构排种元件磁感应强度测试分析

3．7 本章小结

第四章 组合磁系磁吸滚筒式排种器控制系统设计

4．1 排种器控制系统的硬件设计

4．1．1 硬件系统总体方案设计

4．1．2 传感器的选用和布置方式

4．1．3 组合磁系排种元件线圈电流换向电路

4．2 排种器控制系统的软件设计

4．2．1 DVP-40ES型PLC介绍

4．2．2 PLC I/O分配及操作流程

4．2．3 PLC控制系统流程图

4．3 本章小结

第五章 台架试验及样机试制

5．1 影响排种性能的主要参数

5．2 试验目的

5．3 排种性能试验的评价指标

5．4 试验方案与结果

5．4．1 试验方案

5．4．2 试验仪器设备及试验对象

5．4．3 试验结果及分析

5．5 误差分析

5．6 样机试制

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本课题完成的主要工作及结论

6．2 后续工作展望与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与研究课题