（优秀毕业全套设计）气动射种装置的设计（整套下载）

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图车架侧视图图机架侧视图.射种装置的设计本装置的关键部件为射种元件，其性能直接决定了试验的成功与否。这部分对密封性有很高的要求，进气腔体和排种腔都要求承受的压力，同时还要保证其它地方无气体溢出。排种部分要顺利的将种子排入排种腔，而不会被排种阀带回。本研究先初步设计种射种器，进行射种实现的实验。在此基础上进行如下实验研究，建立相关的模型，然后再进行射种器的改进设计，经过多次反复，获得射种器的设计参数，用于指导射种器的设计。射种器的主要硬件构成部件有种子排种阀腔体喷嘴和用于产生气体的二位二通电磁阀。从输种管下来的种子在排种阀下移的时候掉进种子腔体。由于种子腔体是个圆柱形，喷嘴是个漏斗形的用弹性塑料制造，种子只能掉落在喷嘴的最底部，无法停留在上面的任何个位置，在喷嘴最底部开了个直径小于种子的小口，使种子不能靠自身的重力滑落到加速管中，只能等待高压气体压入加速管中。二位二通电磁阀向腔体中输送高压气体，把喷嘴上面的种子压入加速管中，并在加速管中对种子进行加速，使种子产生巨大的动能，直接射入土壤中。射种器的总体结构图如图所示。在此装置中，排种阀除了使种子进入腔体外，还起着密封气体的作用。另外，种子在喷嘴最部，用自身的体积封住喷嘴底部的小口，也起到密封气体的作用。图气动射种元件示意图二位二通电磁阀接头十字槽凹穴六角螺栓平垫圈螺杆六角螺母复位弹簧压板腔体排种活塞密封垫喷嘴喷嘴.送种机构的设计送种机构的设计要求顺利地送种。种子送入种腔后，排种活塞返回时不至于将种子带回，这样将不能实现排种。本套机构采用种子的自重送种种子经过落种口进入送种腔后，随着活塞的向下运动种子也在自重和排种阀压板的作用下进入射种腔，通过控制活塞在腔体内的时间，可以控制排种准确度。由于振动和种子自重的原因，种子会落入腔体中，经过定的时间后，排种电磁铁断电，排种活塞恢复到初始状态，完成次排种。排种活塞的设计送种阀的作用不仅是排种还有密封送种腔体的作用。所以送种阀下端设计成锥形，上端为圆柱形，起压种作用以免种子粘在腔壁上。如图中所示。送种腔体的设计腔体的设计示意图如所示图送种腔体示意图送种腔射种腔送种腔体采用有机玻璃加工而成，选材的原因是有玻璃钢是种透明的材料，这样在具体的试验过程中可以方便的观察种子在排种腔中的运动状态，可以方便的调节具体的参数如排种时间压力等来控制排种，同时对试验结果的分析也有重要的作用。二是可以较好的密封。排种活塞采用钢制作，与送种腔体不属于同种材料，这样在密封方面可以很好的实现。送种腔的下部设计成锥形是考虑到种子能顺利的进入排种阀的锥面上。射种腔的设计充分考虑到顺利排种和尽量减少气体的压力损失。试验对象绿豆的直径最大为，所以为了保证种子能顺利地排出腔体，由于所以若要种子落在射种腔里，就需要射种腔的直径与排种阀的直径之差。考虑到气体管道截面突然扩大而造成的损失气体通过管道截面突然扩大处的流动情况如图所示。在突然扩大的截面之间，流动分为两个区域Ⅰ区是流动核心区Ⅱ区是涡流区图截面扩大时流体运动情况示意图在两个区域的界面上，流体质点不断进行交换，在两个区域速度分布都在发生剧烈地变化，而在涡流区速度的大小及方向均在急剧地改变着。在突然扩大截面上，核心区流体压强按静压强分布规律，在涡流区内压强不遵循静压强分布规律在近似计算中假定按静压强分布规律在工程上是准确的。假定流经管道截面突然扩大的流体是不可压缩的稳定紊流运动。由于截面间距离短，忽略沿程损失及管道切向应力的作用。根据的伯努利方程动量方程和连续方程得出能量损失或其中为突然扩大局部阻力系数，为在两个截面的流体速度。在式中是个理论近似表达式，局部压力阻力系数仅与截面积之比有关。所以如果想要减少压力损失就需要缩小两个截面之差，根据的分析，取射种腔的直径为。具体的形状如图所示，这样既可以减小两个截面之差，又可以满足顺利排种的需要。.其它附属设备的设计选择及注意事项喷嘴的设计确定喷嘴喷口面积对整个水射流系统有着重要的作用。若喷口面积偏大，则会使喷射平均动能大大下降，若喷口面积偏小，又会产生相应的回流，也会使喷嘴动能下降。这就要求合理的设计喷嘴的喷口尺寸。般的射流喷嘴喷口设计成圆形，这样也是为了减小能量的损失，在保证能排出种子的前提下喷口直径越小越好。试验是以绿豆种子为对象，必须保证喷嘴出口能容纳下粒绿豆。绿豆的最大直径为，具体的尺寸出口尺寸为，喷嘴的入口尺寸设计为。喷嘴作为种能量转换的机械元件，其能量转换效率也是设计时应该考虑的关键参数。液流由高压泵增压后通过高压管到达高压喷嘴，由高压喷嘴将其转化为高压高速气流，在此转换过程中存在流量损失，而流过喷嘴液流的实际流量与理论流量之比，也就是喷嘴的流量系数集中反映了这种损失。下面按照高压气流在流道中的性质，采用连续方程和欧拉方程推导高压气流喷嘴流量系数的表达式。如图所示为高压气射流喷嘴的结构示意图，在喷嘴流道中流过的高压气流属于不可压稳定无漩流，对此流动建立如图所示的柱坐标系，在离进水口处的截面上，其流量图喷嘴结构示意图图喷嘴流道中流过的高压气流所建立的柱坐标系式中截面的平均流速截面的截面积。在喷嘴中流动的高压气流不仅是不可压缩稳定无漩流，而且瞬间压强满足关系式于是其速度压强分布如图所示，存在的损失仅是摩擦损失，其值般都是很小的。因此截面的平均流速和压强的关系可以利用非粘性流体的连续方程图截面的流速压强分布和欧拉方程以喷嘴中流体的性质为边界条件积分求得。结果为式中拉普拉斯标符号气流密度截面上势函数。在式中，当以轴为基准线时，仅为摩擦引起的水头损失。假设在进口截面上则从进口截面到任意截面，根据喷嘴中气流特点由量纲法式中摩擦阻力系数于是从进口到出口的过程中得出假设喷嘴中的气流为理想流动，则，于是式中理想流动时截面处的平均速度。那么高压气体从喷嘴中流出而形成高压射流时，其实际出流为理想出流式中理想流动时截面的流量，其流量系数从可以看出，射流喷嘴的流量系数与孔口出流的孔口流量系数相同，也仅与喷嘴的摩擦阻力系数有关，即流量系数是喷嘴自身阻力引起的能量损失，喷嘴的摩擦阻力越小，流量系数越大，液流在喷嘴中的能量损失也越小。在此，为了尽可能的减小喷嘴的流量系数，采用图所示的喷嘴形状，同时在加工过程中提高内孔的加工精度，减小摩擦阻力。种箱设计种箱用于盛放待播的种子，随着播种的不断进行，种箱里的种子应该自动下滑，其形状采用播种机普遍使用的方形形状，种箱下端用适当的锥度过渡，种箱尺寸的大小根据播种装置的整体尺寸进行合理的设计。本设计中种子箱的形状如图所示。输种管设计输种管是连接排种漏斗和排种腔体的柔性过渡管，其作用是将种子从排种漏斗输送到排种腔体并为下步的射种做准备。输种管应有定的弹性，以便保证和排种漏斗连接时的可靠性。结构形状如图所示。图种箱图排种管排种器机械结构窝眼式精密排种器的机械结构如图所示。步进电机控制控制排种轴的转动，排种口下方连接排种漏斗。其中窝眼的直径大小由种子的类型决定，以绿豆为例，绿豆的直径最大为左右，所以窝眼的直径选择。窝眼式精密排种器上的窝眼径向角度应该由步进电机的步踞角来确定，以便实现精密排种。通过对排种器进行多次排种试验，排种器每次排出粒或两粒种子。图排种器总体示意图步进电机种箱窝眼式槽轮机架盖板排种器.本章小结本章主要介绍了气动射种实验装置的车架装置机架装置气动射种装置的设计过程，并对气动射种中的些关键部件进行理论分析，力求使实验装置变得简化，为以后实验过程中更换些不合理的部件或者检修提供方便。第三章气动射种装置的电路设计.控制装置的设计本装置中的控制主要是对牵引电磁阀步进电动机二位二通电磁阀的通电延时及断电的控制。初步应用控制器进行控制，其控制流程图如图所示。具体控制过程为系统初始化，牵引电磁铁和步进电动机同时得电工作，通电延时秒，电磁铁断电，延时秒二位二通电磁阀得电，延时秒，电磁阀断电，个循环结束，系统控制进入下个循环。如图所示图控制流程图控制电路综述根据装置的动作顺序，控制电路采取开环控制直接对气动电磁阀和牵引电磁铁进行控制，同时对步进电机进行起停控制。具体的控制过程为步进电机的驱动轴转动定的角度实现排种后停止，等待下次的脉冲信号牵引电磁铁通电吸合将种子排入射种腔中，然后断电复位气动电磁阀通电吸合实现次射种后断电复位。次射种完成后进入下次射种循环。这是个循环过程，期间并没有反馈信息，所以无论是软件还是硬件的设计都应该采取简单可靠的方式设计。从步进电机动作停止到送种电磁铁动作，中间需要有段时间的延时，这样才能保证种子落入进种口。送种电磁铁的通电和断电之间也有延时，这个时间并不确定还需要具体试验过程中随时的调整，通过对试验结果的分析来确定最佳的时间，因为时间的长短关系到射种腔里面的气压大小的问题。电磁阀的通断电延时也需要在试验过程中调整。.步进电机的选择步进电机的基本原理步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号作为角位移，即给个脉冲信号，步进电机就转动个角度，转子角位移的大小及转速分别与输入的控制电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量频率及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角转速及转向。步进电机作为执行元件，是机电体化的关键产品之,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度步步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为种控制用的特种电机，利用其没有积累误差精度为的特点，广泛应用于各种开环控制。步进电机的优点步进电机的角位移与输入的脉冲数严格成正比，它没有累计误差，具有良好的跟随性。由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，即非常简单廉价，又非常可靠，同时，可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。步进电机的动态响应快，易于起停正反转及变速。动作灵敏步进电机因为加速性能优越,所以可做到瞬时起动停止正反转之快速频繁的定位动作。开回路控制不必依赖传感器定位步进电机的控制系统构成简单，不需要速度感应器转速发电机及位置传感器，就能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回路控制，故最适合于短距离高频度高精度之定位控制的场合下使用。