电控株距无级调节器的基本结构、工作原理及性能

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1、电控株距无级调节器的基本结构、工作原理及性能　　引言　　　　智能化农业机械是一个集信息获取、分析、推理、决策于一体，可实现精确变量控制的作业平台，是实现精准农业的重要设备。智能变量播种机是智能化农业实施的一个重要机械装备，而播种机株距无级调节器是智能变量播种机的核心部件。　　现有国内播种机的株距调节为档位调节式，具体形式有独立变速齿轮箱和带变速齿轮箱的勺盘式排种器等。这类机构只能若干级别地设定穴播作物的株距，不能实现株距的无级调节。美国凯斯(CASE)集团设计的变量播种机安装了电控液压马达变量播种施肥执行机构，可以通过改变液压比例阀的开度实现

2、无级调节;但是这种无级调节机构设计复杂、成本较高，不符合我国的国情和生产实际。为此，以山东理工大学设计的一种电控株距无级调节器为对象，介绍了其基本结构和工作原理，对株距调节性能进行了理论分析，并对工作性能进行了试验研究。　　1基本结构与工作原理　　　　　　1．1基本结构　　播种机电控株距无级调节器以凸轮摆杆机构为基本模型，主要由箱体、安装在箱体内部的动力输入装置、传动装置、调速装置、动力输出装置、限位装置、摆杆复位装置、株距指示装置和位移检测装置等构成，结构简图如图1所示。【图1】　　　　其性能特点如下:在播种机静止或工作过程中均可进行调速，

3、性能稳定，传动比范围大;理论上输出转速可以为0，最大输入转速为可以达到1500r/min;工作时运行平稳、噪声小、传递扭矩大，适用于农田作业机械。　　1．2工作原理　　凸轮在动力输入轴的带动下进行转动，摆杆在凸轮的推动下围绕调节架底部的摆轴上下摆动，进而带动超越离合器往复摆动，使动力输出轴单向旋转并输出动力;微型直流减速电机在外部控制器的控制下带动调节计量螺蜗杆旋转，通过固定在调节架上的调节螺母套带动调节架沿导轨移动，进而调节摆杆与调节架底部的摆轴接触点的位置，改变接触点两侧摆杆的长度比，从而改变离合器壳毂的摆动角度，完成播种株距的无级调节;

4、接近开关通过信号线把信号反馈给外部控制器，对调节架移动进行限位控制;微型滑块位移传感器的滑块随调节架移动，通过信号线把调节架的位置传给外部控制器，完成调节架定位控制。　　2株距无级调节器调节性能分析　　2．1调速分析　　对于电控株距无级调节器，调速装置是实现株距无级调节的核心机构，其运动原理图如图2所示。调速装置通过改变C点在连杆BD上的位置，从而使连杆BD的BC段与CD段形成新的比例关系，使摆杆DE获得不同的摆角，再通过与摆杆DE连接的单向超越离合器使输出轴的转速发生变化，达到无级调速的目的。【图2】　　　　由图2可知，在调速装置调节过程中

5、，凸轮轮廓线保持不变，则H值也基本不变。当滑块铰接点从点C移动到点C时，摆杆的摆角ψ会逐渐变大。在凸轮转速不变的条件下，摆杆的平均角速度逐渐变大，即C处的传动比是C点处的Δψ2/Δψ1(Δψ2＞Δψ1)倍。显然，随铰接点C点的连续移动，Δψ2、Δψ1也随之呈连续变化，故传动比也为连续变化，满足调速连续性的要求，进而实现了株距的无级调节。在理论上，当点C移动到D点时，摆杆摆角Δψ为0(即输出角速度为

6、0)，此时的株距为无穷大;在点C靠近B点的过程中，传动比逐渐较小，则株距越来越小。　　2．2脉动度δ分析　　电控株距无级调节器基本模型是凸轮摆杆机构。无级调节器工作时，凸轮机构的连续性旋转运动转变为摆杆的往复摆动，作为输出构件的超越离合器将摆杆的往复摆动转变为脉动的单向转动输出;调节器配置3组相互间具有120°相位差的凸轮摆杆机构，结合超越离合器的输出特性，调节器瞬时角速度曲线图如图3所示。图3中，虚线部分被超越离合器过滤掉了，瞬时角速度从s1点到s2点完成1次脉动变化循环。【图3】　　　　由以上可知，凸轮摆杆机构的输出角

7、速度具有脉动性。为了衡量脉动性的大小及机构运行的稳定性，采用脉动度δ作为脉动发生机构的一个基本性能指标，δ定义为【公式】　　　　对于播种机株距无级调节器，在其工作过程中输入轴为连续性输入，而输出轴为具有脉动度δ的输出，故脉动度δ成为影响播种质量的一个重要因素，需要用试验来验证具有脉动度δ的株距无级调节器是否适用于农业变量播种机械。　　2．3株距计算分析　　由图3可知，电控株距无级调节器的输出转速具有脉动性，则播种时的理论株距时刻变化。以勺盘式排种器为例，株距的计算公式可以表示为【1】

8、　　　　其中，L为播种株距，m;v为播种机的前进速度，km/h;t为排种器排下两粒种子的时间间隔，s。实际计算中，由于式(1)中时间t计算困难，且无级调节器的输出转