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一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機及其控制方法.pdf

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一種 實現 有序 智能 彈射 式拋秧機 及其 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201711422317.4

申請日:

20171225

公開號:

CN108235846A

公開日:

20180703

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01C11/00 主分類號: A01C11/00
申請人: 西南大學
發明人: 梁新成,黃世佩,陳泳吉,宮銘錢,唐茂森
地址: 400715 重慶市北碚區天生路2號
優先權: CN201711422317A
專利代理機構: 北京鴻元知識產權代理有限公司 代理人: 邸更巖
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201711422317.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機及其控制方法,包括落料機構、傳輸機構、彈射控制機構驅動機構;落料機構包括落料桶、落料開關擋板、開關擋板導軌、開關擋板驅動機構等;傳輸機構包括傳輸帶、C型擋板、傳輸帶驅動機構等;彈射控制機構包括彈射托板、彈射導軌、電磁鐵及彈射導軌角度調節驅動機構。該彈射式拋秧機可以實現落料、傳輸、彈射聯合控制,調節秧苗彈射頻率和落料時間間隔,控制傳輸速度、彈射頻率與落料速度相匹配,秧苗在傳輸過程中有序排列,在彈射時保證有序彈出,實現有序拋秧;彈射導軌角度可調,電磁鐵彈射初速度可調,即可控制彈射距離,實現在田邊進行彈射拋秧作業。

權利要求書

1.一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,該拋秧機包括機架(1)、落料機構、傳輸機構和彈射機構,其特征在于:所述拋秧機還包括控制單元;所述落料機構包括并列布置的一個或多個,每個落料機構含有落料桶(2)落料開關擋板(19)以及開關擋板驅動機構;落料開關擋板(19)設置在落料筒的下方;所述傳輸機構包括傳輸帶(6)、傳輸帶驅動機構和設置在傳輸帶上的C型擋板(5);所述傳輸帶(6)呈前高后低傾斜布置;每個落料機構下面對應布置一個傳輸機構;彈射機構包括電磁鐵(7)、彈射托板(9)、彈射導軌(10)和復位彈簧(8)和角度調節驅動機構;彈射托板(9)在電磁鐵(7)和復位彈簧(8)的作用下沿彈射導軌(10)內往復運動;所述角度調節驅動機構包括角度調節齒輪(11)、角度調節齒條(12)和第二步進電機(13);第二步進電機(13)的輸出軸與角度調節齒輪(11)連接;角度調節齒輪與角度調節齒條(12)嚙合,角度調節齒條的頂端位于彈射導軌(10)背面的齒條凹槽(31)內;每個彈射控制機構的下面布置一個傳輸機構;所述拋秧機還包括控制單元;所述控制單元通過控制線路與落料機構中的開關擋板驅動機構、傳輸機構中的傳輸帶驅動機構,以及彈射機構中的電磁鐵和角度調節驅動機構連接。2.根據權利要求1所述的一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,其特征在于:所述開關擋板驅動機構包括第一步進電機(17)、開關檔板驅動齒輪(18a)和開關擋板齒條(18b);第一步進電機(17)的輸出軸與開關檔板驅動齒輪(18a)連接,開關檔板驅動齒輪(18a)與開關檔板驅動齒條(18b)嚙合,開關檔板驅動齒條(18b)的一端與落料開關擋板(19)固接。3.根據權利要求1或2所述的一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,其特征在于:所述傳輸帶驅動機構包括傳輸直流電機(20)、傳輸帶主動同步輪(21)、傳輸帶從動同步輪(23)、傳輸帶驅動同步帶(22)、帶輪傳動軸(4)和傳輸帶傳動帶輪(3);傳輸直流電機(20)的輸出軸與傳輸帶主動同步輪(21)連接;傳輸帶傳動帶輪(3)安裝在帶輪傳動軸(4)上。4.權利要求1、2或3所述的一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機的控制方法,其特征在于該方法包括如下步驟:1)確定所需的最遠彈射距離,控制單元根據所需最遠距離計算出彈射角度初值以及彈射的初速度,通過改變彈射角度及彈射速度兩種方式改變彈射的距離;若計算出的彈射角度初值大于實際最大彈射角度或計算出的彈射初速度大于實際最大彈射速度,則返回重新計算;若彈射角度初值及彈射初速度滿足彈射要求,則進行下一步;2)根據步驟1)計算出的彈射角度初值,調節第二步進電機(13)轉動相應角度,從而帶動角度調節齒條(12)上升,使彈射導軌(10)調節到初始彈射角度;3)根據步驟1)計算出的彈射初速度,調節電磁鐵(7)的通電電流,通過電流調節器達到所需的電流值,使電磁鐵(7)的彈射速度達到彈射初速度;4)確定所需的拋秧密度,程序根據拋秧密度計算出所需的電磁鐵彈射頻率;5)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,通過控制單元對繼電器進行設置,驅動電磁鐵(7)進行彈射;6)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,計算直流傳輸電機(20)的轉速,通過直流電機調速器來調節電機轉速;7)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,計算落料開關擋板(19)的往復頻率,通過步進電機驅動器來調節第一步進電機(17)的正反轉頻率;8)逐漸減小彈射角度及彈射速度,實現由遠至近的拋秧;9)當達到最小彈射距離時,第一步進電機(17)、直流傳輸電機(20)、電磁鐵(7)、第二步進電機(13)依次停止工作。

說明書

技術領域

本專利適用于一種有序智能彈射式拋秧機,特別適用于針對梯田及丘陵山區等特殊地形的無需下田的有序彈射式拋秧機。

背景技術

水稻是我國的主要糧食作物之一,具有悠久的種植歷史。長期以來,水稻種植作業以育苗移植為主,具有季節性強、勞動強度大、作業效率低及投入勞動力多等特點。80年代末期至90年代初期,隨著我國農村鄉鎮企業的不斷發展,農業勞動力逐步向第二、三產業轉移。由于水稻拋秧栽培技術能大幅度地減輕勞動強度,提高工效5~8倍,同時沒有緩苗期,而且比普通插秧提高產量17%~20%。故在國家農業部農技推廣總站統一牽頭下,各省、自治區、直轄市積極組織試驗示范和推廣水稻拋秧技術,種植面積不斷擴大,產量水平不斷提高,社會經濟效益十分顯著。但由于缺少按行距拋秧設備僅采用人工散拋,拋出后秧苗分布不均勻、疏密不勻、受光性和吸收養分的性能受限制,使增產效果難以達到理想標準。然而現有的氣動式拋秧機并沒有達到有序拋秧的效果,而且由于其背負式的特點,長時間的振動也會對農民的身體健康帶來不好的影響。除此之外,現有的其他種類的拋秧機大都是下田工作,只適用于平原地區,而我國還有很大一部分是丘陵山區,這類地理環境也限制了現有拋秧機的應用范圍。

中國專利CN 205623180U公開了一種拋秧機,該專利產品避免了拋秧機進入田地,同時操作簡單,使用的靈活度高,適用于丘陵山區。缺點在于使用氣動的方式將秧苗吹出,無法實現有序拋秧,且拋射角度無法調節,拋射范圍有限。

中國專利CN 106612791A公開了一種拋秧機,該專利產品需要下田作業,僅靠傳送帶的動作將秧苗甩出,通過調節傳送帶與前進方向的角度來改變拋射距離,結構較為簡單。但缺點也比較明顯,角度調節范圍小,拋秧效率不高,不適用于梯田和丘陵山區等特殊地形;其次,若傳送帶和拋秧機前進方向夾角過小,很有可能會出現秧苗無法插入泥土中的情況,而且行距調節的效果是否明顯還有待驗證。

中國專利文獻CN 205093143U公開了一種螺旋錐盤式拋秧機,該專利產品結構簡單,采用螺旋式高速旋轉拋秧技術,可使秧苗的拋秧效果更好,并且可以利用自帶的水箱及時對拋秧盤進行清洗。缺點是無法實現有序拋秧;其次,當錐盤的轉速太快時,由于秧苗拋射的水平初速度太大可能造成秧苗無法插入泥土中。

基于現有拋秧機的不足,開發一種適用范圍廣、能實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,能有效緩解丘陵山區農民的勞動強度、提高作業效率、降低勞動成本、提高生產工效,進一步加快我國農業現代化的進程。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足和缺陷,提出一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,可實現有序彈射拋秧,調節種植密度,無需下田,只在稻田邊工作;以消除現有一些拋秧機拋秧密度及拋秧距離不可調控或結構復雜的缺點。

本發明的技術方案如下:一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機,該拋秧機包括機架、落料機構、傳輸機構和彈射控制機構,其特征在于:所述落料機構包括并列布置一個或多個,每個落料機構含有落料桶、開關擋板以及開關擋板驅動機構;開關擋板設置在落料筒的下方;所述傳輸機構包括傳輸帶、傳輸帶驅動機構和設置在傳輸帶上的C型擋板;所述傳輸帶呈前高后的低傾斜布置;每個落料機構下面對應布置一個傳輸機構;彈射控制機構包括電磁鐵、彈射托板、彈射導軌和復位彈簧和角度調節驅動機構;彈射托板在電磁鐵和復位彈簧的作用下沿彈射導軌內往復運動;所述角度調節驅動機構包括角度調節齒輪、角度調節齒條和第二步進電機;第二步進電機的輸出軸與角度調節齒輪連接;角度調節齒輪與角度調節齒條嚙合,角度調節齒條的頂端位于彈射導軌背面的齒條凹槽內;每個彈射控制機構的下面布置一個傳輸機構;所述拋秧機還包括控制單元;所述控制單元通過控制線路與落料機構中的開關擋板驅動機構、傳輸機構中的傳輸帶驅動機構,以及彈射機構中的電磁鐵和角度調節驅動機構連接。

上述技術方案中,所述開關擋板驅動機構包括第一步進電機、開關檔板驅動齒輪和開關擋板齒條;第一步進電機的輸出軸與開關檔板驅動齒輪連接,開關檔板驅動齒輪與開關檔板驅動齒條嚙合,開關檔板驅動齒條的一端與開關擋板固接。

本發明所述傳輸帶驅動機構包括傳輸直流電機、傳輸帶主動同步輪、傳輸帶從動同步輪、傳輸帶驅動同步帶、帶輪傳動軸和傳輸帶傳動帶輪;傳輸直流電機的輸出軸與傳輸帶主動同步輪連接;傳輸帶傳動帶輪安裝在帶輪傳動軸上。

本發明提供的一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機的控制方法,其特征在于該方法包括如下步驟:

1)確定所需的最遠彈射距離,控制單元根據所需最遠距離計算出彈射角度初值以及彈射的初速度,通過改變彈射角度及彈射速度兩種方式改變彈射的距離;若計算出的彈射角度初值大于實際最大彈射角度或計算出的彈射初速度大于實際最大彈射速度,則返回重新計算;若彈射角度初值及彈射初速度滿足彈射要求,則進行下一步;

2)根據步驟1)計算出的彈射角度初值,調節第二步進電機轉動相應角度,從而帶動角度調節齒條上升,使彈射導軌調節到初始彈射角度;

3)根據步驟1)計算出的彈射初速度,調節電磁鐵的通電電流,通過電流調節器達到所需的電流值,使電磁鐵的彈射速度達到彈射初速度;

4)確定所需的拋秧密度,程序根據拋秧密度計算出所需的電磁鐵彈射頻率;

5)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,通過控制單元對繼電器進行設置,驅動電磁鐵(7)進行彈射;

6)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,計算直流傳輸電機的轉速,通過直流電機調速器來調節電機轉速;

7)根據步驟4)計算出的所需的彈射頻率,計算落料開關擋板的往復頻率,通過步進電機驅動器來調節第一步進電機的正反轉頻率;

8)逐漸減小彈射角度及彈射速度,實現由遠至近的拋秧;

9)當達到最小彈射距離時,第一步進電機、直流傳輸電機、電磁鐵、第二步進電機依次停止工作。

本發明與現有技術相比,具有以下優點及突出性的技術效果:①通過落料機構、傳輸機構對秧苗單次彈射的數量進行控制,由落料桶,傳輸帶及C型擋板對秧苗進行整理排布,使秧苗姿態整齊有序;②通過落料機構、傳輸機構、彈射控制機構的聯合控制實現種植密度可調,即控制第一步進電機的換向頻率、傳輸直流電機的轉速及電磁鐵的彈射頻率相匹配,實現種植密度的控制;③彈射機構中角度調節驅動機構對秧苗彈射角度進行調節,控制電磁鐵的通電電流大小,可以調節秧苗彈射的初速度,結合前面的落料機構、傳輸機構和彈射機構,無需下田拋秧,即可自動完成秧苗種植過程。

附圖說明

圖1是彈射式拋秧機的總體結構示意圖。

圖2是彈射式拋秧機去除機架的示意圖。

圖3是彈射式拋秧機落料機構示意圖。

圖4是彈射式拋秧機傳輸機構的示意圖。

圖5是彈射式拋秧機彈射控制機構示意圖。

圖6是彈射控制機構中彈射機構的示意圖。

圖7是智能彈射式拋秧機控制硬件連接框圖。

圖8是智能彈射式拋秧機軟件控制程序流程框圖。

圖9是智能彈射式拋秧機控制方法實施例的計算原理圖。

圖中:1-機架;2-落料桶;3-同步帶輪;4-傳輸帶轉軸;5-C型擋板;6-傳輸帶;7-電磁鐵;8-復位彈簧;9-彈射托板;10-彈射導軌;11-角度調節齒輪;12-角度調節齒條;13-第二步進電機;14-直流驅動電機及減速箱;15-履帶;16-履帶輪;17-第一步進電機;18a-開關檔板驅動齒輪;18b-開關檔板驅動齒條;19-落料開關擋板;20-直流傳輸電機;21-傳輸帶主動同步輪;22-傳輸帶驅動同步帶;23-傳輸帶從動同步輪;24-第一步進電機支撐板;25-第一步進電機支撐架;26-電池包;27-帶輪主動支架;28-角度調節軸承座;29-帶輪從動支架;30-傳輸機構軸承座;31-齒條凹槽;32-傳輸直流電機電機座;33-第一步進電機座。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理、工作過程及具體實施方式做進一步說明。

參見圖1和圖2,本發明提供的拋秧機包括機架1、落料機構、傳輸機構、彈射機構、控制單元以及拋秧機驅動機構;所述落料機構可以根據種植需并列布置一個或多個。

從圖2可以看到各個機構的安裝方式及每個部分的布置形式;落料機構布置在拋秧機的后上方;落料機構包括落料桶2、落料開關擋板19以及開關擋板驅動機構;所述開關擋板驅動機構包括第一步進電機17、開關檔板驅動齒輪18a和開關擋板齒條18b;第一步進電機17的輸出軸與開關檔板驅動齒輪18a連接,開關檔板驅動齒輪與開關檔板驅動齒條嚙合,開關檔板驅動齒條18b的一端與落料開關擋板19固接。其中落料桶2安裝在機架1上,落料桶2下方裝有落料開關擋板19,落料開關擋板19一端連接開關檔板驅動齒條18b,其可在機架預留出的導軌中運動,并且在第一步進電機17及開關擋板驅動齒輪18a的驅動下不斷開啟、關閉落料桶2。第一步進電機17通過第一步進電機座33、第一步進電機支撐板24、第一步進電機支撐架25連接到機架1上;傳輸機構布置在拋秧機中部,傳輸帶6前端連接在帶輪從動支架29上,后端連接在帶輪主動支架27上,前支撐架高于后支撐架,則傳輸帶具有前高后低的傾斜角度,支撐架固定在機架1上;傳輸帶從動同步輪23安裝在傳輸帶6的主動軸上,通過傳輸帶驅動同步帶22和傳輸帶主動同步輪21與直流傳輸電機20相連接。彈射控制機構布置在傳輸機構前方靠下的位置,通過角度調節軸承座28支撐在帶輪從動支架29上;角度調節驅動機構布置在拋秧機前方,角度調節齒條12的導軌和機架1是一體的,第二步進電機13固定在機架1上。驅動機構布置在下方,拋秧機不需要進入稻田中,只需在稻田邊即可完成拋秧種植作業,通過彈射機構的彈射角度由小到大,以及彈射初速度的由小到大調節,即可完成從近到遠的拋秧作業。拋秧機驅動機構主要由電池包26提供電能,帶動直流驅動電機及減速箱14驅動履帶輪16轉動,從而帶動拋秧機行進。左右兩側各有一個直流電機及減速箱14,可以實現差速轉向;通過履帶式更加適應梯田及丘陵等特殊地形。

圖3和圖4是彈射式拋秧機的落料機構及傳輸機構示意圖,所述傳輸機構包括傳輸帶6、傳輸帶驅動機構和設置在傳輸帶上的C型擋板5;所述傳輸帶6呈前高后的低傾斜布置;每個落料機構下面對應布置一個傳輸機構;落料機構和傳輸機構布置在拋秧機后上方及中部;第一步進電機17、開關檔板驅動齒輪18a、開關檔板驅動齒條18b、第一步進電機17安裝在落料開關擋板19右側,通過第一步進電機座33、第一步進電機支撐板25、第一步進電機支撐架25連接在機架1上;第一步進電機17通過開關檔板驅動齒輪18a和開關檔板驅動齒條18b驅動落料開關擋板19,當落料開關擋板19處于開啟時,一定數量的秧苗在重力及擠壓作用下落入傳輸到傳輸帶6并被C型擋板5擋住,C型擋板5均勻分布設置在傳輸帶6表面,傳輸直流電機20連接傳輸帶主動同步輪21,通過傳輸帶驅動同步帶22帶動傳輸帶從動同步輪23,傳輸帶從動同步輪23帶動傳輸帶轉軸4轉動,同步帶輪3固定在傳輸帶轉軸4上,傳輸帶軸安裝在傳輸機構軸承座30上,軸承座安裝在帶輪主動支架27及帶輪從動支架29上,帶輪主動支架27安裝高度低于帶輪從動支架29的安裝高度,使傳輸帶6呈前高后低傾斜布置在拋秧機中部;C型擋板5只能傳輸一定數量的秧苗,因傳輸帶6帶有傾斜度,轉動時能使秧苗整齊排布有序輸送到彈射托板。

在第一步進電機17的正反轉驅動下,通過開關擋板驅動齒條18b,落料開關擋板19不斷開啟和關閉落料桶2,秧苗間歇性的從落料桶2中落下,進入傳輸機構;在傳輸機構中,傳輸帶6在直流傳輸電機20的驅動下轉動,秧苗被C型擋板5帶動,在傳輸帶端口處落入彈射機構;在彈射機構中,彈射托板9在電磁鐵7的作用下沿著彈射導軌10間歇性彈射,將秧苗彈出;在彈射控制機構的角度調節驅動機構中,第二步進電機13驅動角度調節齒輪11轉動一定角度,帶動角度調節齒條12升降一段距離,則角度調節齒條12上端在齒條凹槽31中的支點位置發生移動,從而改變彈射導軌10和水平方向的夾角,改變彈射角度。

從育秧盤取出的秧苗,無需用心整理,只需將根部放置在同一側排好即可,然后放置在落料桶2中,在第一步進電機17的正反轉驅動下,落料開關擋板19不斷開啟和關閉落料桶2;當落料桶2處于開啟狀態時,一定數量的秧苗在重力及擠壓作用下落到傳輸帶6上;由于從落料桶2到傳輸帶6的掉落距離短,秧苗掉落時姿態基本不變,秧苗的根部將基本保持在同一側,使秧苗具有橫線整齊排布的特點;由于一個C型擋板5只能攜帶一定數量的秧苗,且傳送帶安裝在前高后低的支撐架上,具有一定的傾斜角度,在傳送過程中也會產生振動,多余的秧苗將會滑落到下一個C型擋板5中。傳輸帶6通過傳輸直流電機20經傳輸帶主動同步輪21、傳輸帶驅動同步帶22、傳輸帶從動同步輪23的作用不斷轉動,不斷傳輸一定數量并且排列整齊的秧苗到彈射機構,然后通過彈射托板9將秧苗彈入稻田中,本專利就是通過這種方式來實現有序拋秧。

圖5和圖6是彈射式拋秧機彈射控制機構示意圖。所述彈射機構包括電磁鐵7、彈射托板9、彈射導軌10和復位彈簧8和角度調節驅動機構;彈射托板9在電磁鐵7和復位彈簧8的作用下沿彈射導軌10內往復運動;所述角度調節驅動機構包括角度調節齒輪11、角度調節齒條12和第二步進電機13;第二步進電機13的輸出軸與角度調節齒輪11連接;角度調節齒輪與角度調節齒條12嚙合,角度調節齒條的頂端位于彈射導軌10背面的齒條凹槽31內;第二步進電機13連接在機架前部中間的位置上,角度調節齒條12豎直安裝在機架導軌內,機架導軌下方有限位塊,用來限定彈射機構的最小彈射角度,齒條頂端支撐在齒條凹槽31中,齒條凹槽31固定安裝在彈射導軌10下方中部,從而通過角度調節齒條12支撐彈射導軌10。通過控制單元對第二步進電機13的轉動方向及角度進行控制;第二步進電機13驅動角度調節齒輪11轉動一定角度,帶動角度調節齒條12升降一段距離,則角度調節齒條12上端在齒條凹槽31中的支點位置發生移動,從而改變彈射導軌10和水平方向的夾角,從而改變彈射角度;結合在彈射機構中,通過調節電流的大小來改變電磁鐵彈射的初速度,可以實現更大范圍的彈射距離變化,該拋秧機構就是通過種方式實現改變彈射距離,使得拋秧機無需下田,只在田邊就可完成種植。

彈射控制機構布置在傳輸機構前方靠下的位置,通過角度調節軸承座28支撐在帶輪從動支架29上;角度調節驅動機構布置在拋秧機前方,角度調節齒條12的導軌和機架1是一體的,第二步進電機13固定在機架1上。驅動機構布置在下方,拋秧機不需要進入稻田中,只需在稻田邊即可完成拋秧種植作業,通過彈射機構的彈射角度由小到大,以及彈射初速度的由小到大調節,即可完成從近到遠的拋秧作業。驅動機構主要由電池包26提供電能,帶動直流電機及減速箱14驅動履帶輪16轉動,從而帶動拋秧機行進。左右兩側各有一個直流電機及減速箱14,可以實現差速轉向,通過履帶式更加適應梯田及丘陵等特殊地形。

彈射托板9在傳輸帶6的下方,在電磁鐵7的往復帶動下實現彈射,將秧苗拋出,并在復位彈簧8的作用下實現復位,秧苗則以相同的初速度彈出,彈出落下的過程中,由于根部帶有育秧盤中少量的土,質量較大,使秧苗根部朝下插入稻田中;由于秧苗大小差別不大,彈射初速度相同,使秧苗拋秧如土后分布均勻,且彈射過程基本不傷苗。在彈射機構中,可以通過調節電流的大小來改變電磁鐵彈射的初速度,從而實現秧苗彈射距離的調節;還可以調節繼電器的通斷頻率來改變電磁鐵的彈射頻率,從而調節秧苗的種植密度;在調節彈射頻率時,相應調節傳輸帶的轉動速度和落料的時間間隔,保證秧苗落入彈射托盤后再被彈出,做到落料速度、傳輸速度、彈射頻率相匹配。

圖7是智能彈射式拋秧機控制硬件連接框圖,控制單元的輸出信號包含五個通道,第一通道和步進電機驅動器相連接,步進電機驅動器和第一步進電機17相連接,產生驅動信號控制第一步進電機17不斷正反轉,用來調節落料機構的落料時間間隔;第二通道和直流電機調速器相連接,直流電機調速器和直流傳輸電機20相連接,通過調節電流的大小來調節直流傳輸電機20的轉速,從而調節傳輸帶6的轉速;通道三和電流調節器相連接,電流調節器和電磁鐵7相連接,通過調節電流的大小來調節電磁鐵7的彈射速度;通道四和繼電器相連接,繼電器和電磁鐵7相連接,通過調節繼電器端口狀態的變換頻率來改變電磁鐵7的通斷電頻率,從而改變彈射頻率;通道五和步進電機驅動器相連接,步進電機驅動器和第二步進電機相13連接,產生驅動信號控制第二步進電機13正轉或反轉一定角度,使角度調節齒條12上下移動一定距離,帶動彈射導軌10轉動一定角度,從而調節彈射角度。

圖8是智能彈射式拋秧機軟件控制程序流程框圖,現結合該圖對控制方法做進一步的說明:

1)確定所需的最遠彈射距離后,控制單元根據所需最遠距離計算出彈射角度初值以及彈射的初速度,通過改變彈射角度及彈射速度兩種方式改變彈射的距離;若計算出的彈射角度初值大于實際最大彈射角度或計算出的彈射初速度大于實際最大彈射速度,則返回重新計算;若彈射角度初值及彈射初速度滿足彈射要求,則進行下一步;

2)根據步驟1)計算出的彈射角度初值,調節第二步進電機13轉動相應角度,從而帶動角度調節齒條12上升一定的距離,使彈射導軌10調節到初始彈射角度;

3)根據步驟1)計算出的彈射初速度,采用電流調節器調節電磁鐵7的通電電流達到所需的電流值,使電磁鐵7的彈射速度達到彈射初速度;

4)確定所需的拋秧密度,程序根據拋秧密度計算出所需的電磁鐵彈射頻率,然后根據計算出的所需的電磁鐵彈射頻率,通過設置的繼電器驅動電磁鐵7進行彈射;同時根據所需的電磁鐵彈射頻率,計算直流傳輸電機20的轉速,直流傳輸電機20的轉速通過直流電機調速器進行調節;再根據計算出的所需的電磁鐵彈射頻率,計算落料開關擋板19的往復頻率,通過步進電機驅動器來調節第一步進電機17的正反轉頻率;

5)逐漸減小彈射角度及彈射速度,實現由遠至近的拋秧;當達到最小彈射距離時,第一步進電機17、直流傳輸電機20、電磁鐵7和第二步進電機13依次停止工作。

圖9是智能彈射式拋秧機控制方法實施例的計算原理圖。秧苗的彈射過程可以簡化為斜拋運動:A為彈射導軌的長度也為電磁鐵有效導體的長度,值為0.15m,B為彈射導軌轉動中心的離地距離,值為0.3m,L為彈射距離,H1為彈射初始點的離地距離,H2為彈射時距初始點的垂直距離,θ為彈射的初速度的水平夾角,α為秧苗入土角度。

1)電磁鐵對秧苗的推動過程:

F=nma0其中F為電磁鐵的推力,m為一株秧苗的質量,n為秧苗的數量,a0為秧苗的加速度,可通過改變電磁鐵的通電電流改變推力F,則在秧苗數量一定時改變秧苗的加速度a0;2a0×A=v02-0,其中,v0為秧苗彈出沿導軌方向的初速度。

2)秧苗的拋出過程:

H1=B+Asinθ,H=H1+H2

其中,θ為彈射的初速度的水平夾角,H1為彈射初始點的離地距離,H2為彈射時距初始點的垂直距離,g為重力加速度;上升階段所需時間t1=v0sinθ/g,下降階段所需時間秧苗在空中飛行的總時間:t=t1+t2,通過改變角度θ即可改變秧苗在空中飛行的時間。由于忽略了空氣阻力,秧苗在水平方向可以近似認為做勻速運動,即彈射距離:

秧苗入土時水平速度vx=v0cosθ,豎直速度秧苗入土角度

本發明所用的電磁鐵有效最大推力為30N,有效長度A為0.6m,匝數n為6000砸,彈射秧苗30株共重約0.4Kg,根據計算,取彈射角度θ=45o能實現最大拋射距離。

由F=nma0計算出,a0=75m/s2;由計算出,v0=9.47m/s;

由得v0=8.0m/s;

則在126.19A電流下,45°的彈射傾角及9.47m/s的彈射速度下,彈射距離可達9.64m。

若實現7m的彈射距離,若取彈射角度θ為40度,

由得v0=8.0m/s;

由計算出a0=67.2m/s2;由F=nma0計算出,F=26.88N;

由F=BIL及B=u0nI計算出電流大小為119.44A;

則在119.44A電流下,45°的彈射傾角及8m/s的彈射速度下,彈射距離可達8m。本專利拋射距離通過彈射角度θ及彈射初速度v共同控制,如下表所示,其中變量的計算通過一定算法計算,組成一個表格,一定的彈射距離對應匹配好的彈射角度θ和彈射初速度v,其中彈射初速度v可通過電流大小改變,拋秧機根據表格1參數自動完成從遠到近的拋射。

表1彈射距離與彈射角度及彈射速度的關系表

種植密度的調節:根據以上表格若取彈射角度為45°,彈射初速為9.47m/s及彈射角度為40°,彈射初速度為9.56m/s,為一個彈射區間。即在9.47的彈射速度下從45°變為40°,角度勻速變化,取秧苗彈出過程中的時間為彈射間隔時間;此時的種植間距:l1=8cm;由t=t1+t2,t1=v0sinθ/g,求得間隔時間t=1.28s;彈射頻率為:H1=1/1.28=0.78Hz若密度變為之前的兩倍,則秧苗間距為l2=4cm彈射頻率變為為:H2=l1/l2=1.56Hz;則在彈射角度在45—40度均勻變化區間,彈射頻率為0.78Hz時,行間距為8cm,彈射頻率為1.56Hz時,行間距為4cm。

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本文標題:一種實現有序拋秧的智能彈射式拋秧機及其控制方法.pdf
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