紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

馬文軍 趙妍 張佳麗

摘 要：紫苜蓿是一種優(yōu)良的牧草，良好的牧草對于我國畜牧業(yè)的發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。長期以來，我國的高端牧草種子多數(shù)依賴進(jìn)口，自給率不足和高度集中的市場結(jié)構(gòu)嚴(yán)重制約了我國牧場的發(fā)展，高品質(zhì)牧草種子的缺失使得我國的草場牧草品質(zhì)退化，進(jìn)而無法對畜牧業(yè)提供高質(zhì)量、營養(yǎng)豐富的牧草供應(yīng)。紫苜蓿是與皇節(jié)草并稱為牧草貴族的高品質(zhì)牧草，做好紫苜蓿種子的洗選機(jī)械加工對于增強(qiáng)紫苜蓿種子的活力、提高種子的凈度和紫苜蓿種子的發(fā)芽率有著極為重要的意義。本文在分析紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工工藝原理的基礎(chǔ)上對紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：紫苜蓿種子；洗選加工設(shè)備；自控系統(tǒng)

中圖分類號：S551 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

紫苜蓿是一種優(yōu)良的牧草，其含有豐富的營養(yǎng)能夠有效地促進(jìn)牲畜的生長。長期以來我國由于紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的缺失導(dǎo)致我國在高端牧草種子長期需要進(jìn)口。做好紫苜蓿種子洗選加工需要在做好紫苜蓿種子的拋射篩分特性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合紫苜蓿種子的洗選加工工藝、原理以及紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)來對紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的自控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用以完成高質(zhì)量的紫苜蓿種子的機(jī)械加工。

1 紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的重要性

紫苜蓿種子是種植高質(zhì)量紫苜蓿的前提和基礎(chǔ)。在紫苜蓿種子的機(jī)械加工中通過良好的對紫苜蓿種子洗選加工能夠有效地提高紫苜蓿種子的發(fā)芽率、凈度并使得紫苜蓿種子能夠具有良好的活力。在紫苜蓿種子的加工中難免會(huì)混入莖桿、葉片等的雜物，為提高紫苜蓿種子的加工質(zhì)量需要對紫苜蓿種子進(jìn)行洗選加工，去除混入到紫苜蓿種子中的雜物并將其中所含有的不飽滿、蟲咬的種子篩選出來，以確保洗選加工后的紫苜蓿種子能夠具有良好的凈度。此外，凈度較高的紫苜蓿種子還能夠更好地進(jìn)行干燥和存貯，這是由于如果紫苜蓿種子中混有雜質(zhì)等會(huì)在后期的干燥和存貯中直接影響干燥和存貯的加工。此外，如未能對紫苜蓿種子進(jìn)行良好的洗選加工，紫苜蓿種子內(nèi)所含有的雜質(zhì)將容易對播種設(shè)備造成堵塞或是不飽滿的種子進(jìn)入到土壤中從而造成無法取得高品質(zhì)的紫苜蓿牧草。因此，應(yīng)當(dāng)積極做好紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的研究和應(yīng)用，通過對紫苜蓿種子進(jìn)行良好的洗選加工用以確保紫苜蓿種子具有良好的活力。

2 風(fēng)篩式紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的組成及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

復(fù)式清選工藝在種子清選設(shè)備中應(yīng)用較多也較為廣泛，風(fēng)篩式清選設(shè)備在其中占據(jù)著較大的比例，尤其是對于紫苜蓿種子這類粒徑較小且含有較多的葉、莖等的雜物的種子清選中能夠取得較好的效果。風(fēng)篩清選主要是根據(jù)種子在風(fēng)力作用下的浮力特性來對紫苜蓿種子進(jìn)行篩選的。利用風(fēng)篩來構(gòu)建紫苜蓿種子篩選機(jī)時(shí)對于紫苜蓿種子的清選主要采用的是以下工作原理：種子首先進(jìn)入到初清篩網(wǎng)時(shí)，大粒徑的雜物等首先被初篩清網(wǎng)篩除，小粒徑的物體進(jìn)入到下一步的分級篩網(wǎng)并向下逐層落到篩孔直徑依次減小的篩面上，在這一過程中依靠空氣將種子里懸浮速度較低的紫苜蓿種殼等的雜物等吹出而后分離出紫苜蓿種子。振動(dòng)篩是紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備中的重要部件，其利用篩孔直徑的不同來將不同直徑尺寸外形的種子篩選出來。振動(dòng)篩分為上、中、下三層篩。對于篩面進(jìn)料方向的選擇需要結(jié)合紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的大小和成本來進(jìn)行選擇，對于小型紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備為降低紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的成本和設(shè)備長度多選用的是與出料端相反的進(jìn)料方向。紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備中的動(dòng)力傳動(dòng)主要用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)篩和風(fēng)機(jī)，對于振動(dòng)篩的驅(qū)動(dòng)采用的是偏心裝置來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。偏心裝置安裝在驅(qū)動(dòng)軸上，電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)后偏心裝置來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩的往復(fù)振動(dòng)。對于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸之間使用帶連接用以減少電機(jī)的沖擊和振動(dòng)。對于風(fēng)機(jī)部分可以選用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的方式，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)來獲取所需要的風(fēng)量和風(fēng)速。

3 紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)

在完成了對于紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，需要注意做好喂料斗、篩箱、風(fēng)量調(diào)節(jié)器的自動(dòng)化控制，對于篩箱的震動(dòng)頻率依靠控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、對于紫苜蓿種子洗選時(shí)的風(fēng)量依靠控制電動(dòng)風(fēng)閥，對于步進(jìn)電機(jī)的控制依靠霍爾傳感器反饋步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的工作流程如下：在紫苜蓿種子進(jìn)入料斗后，通過震動(dòng)喂料斗進(jìn)入篩箱內(nèi)，通過對震動(dòng)喂料斗的震動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)用以控制震動(dòng)喂料口的進(jìn)料量。經(jīng)過喂料斗后紫苜蓿種子經(jīng)過前吸風(fēng)通道后其內(nèi)部所含有的葉、莖桿等的輕質(zhì)雜質(zhì)將會(huì)被清除，完成對于紫苜蓿種子所含雜質(zhì)的初步清除后紫苜蓿種子將進(jìn)入紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備中的上層大雜篩片，用以去除紫苜蓿種子中的大塊雜質(zhì)。而后紫苜蓿種子將進(jìn)入篩孔直徑較小的下層篩片用以去除紫苜蓿種子內(nèi)的砂礫、小顆粒等的雜物。經(jīng)過多道篩選后的紫苜蓿種子進(jìn)過出料口途徑吸風(fēng)管道用以將紫苜蓿種子內(nèi)的殼等的雜物去除用以完成對于紫苜蓿種子洗選加工作業(yè)。在這一過程中著重需要做好對于進(jìn)料口振動(dòng)、篩片、風(fēng)量的控制。

紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備中所使用的電機(jī)選用的是三相步進(jìn)電機(jī)，三相步進(jìn)電機(jī)的步距角≥1.2°，用以較小振動(dòng)且獲得在高速下的良好性能。由于需要帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行運(yùn)動(dòng)因此步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩需要滿足使用要求。在步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩的確定上，首先應(yīng)當(dāng)確定電機(jī)的靜力矩，靜力矩選擇是以電機(jī)工作時(shí)所帶負(fù)載為依據(jù)的。步進(jìn)電機(jī)的輸出功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比，在對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選型時(shí)需要引起足夠的重視。在對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行輸出控制時(shí)，需要選用專用的驅(qū)動(dòng)控制器來對其進(jìn)行控制，控制器通過脈沖數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過調(diào)節(jié)脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)對于步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制。對于風(fēng)量的控制是按照對于風(fēng)閥的控制來實(shí)現(xiàn)的。為對篩箱的振動(dòng)頻率進(jìn)行控制使用霍爾傳感器反饋傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，通過對轉(zhuǎn)速進(jìn)行一定的計(jì)算來得出篩箱的振動(dòng)頻率。在對步進(jìn)電機(jī)的控制上與普通的電機(jī)控制有所區(qū)別，步進(jìn)電機(jī)主要依靠脈沖信號來進(jìn)行控制，將數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)的控制中可以采用FPGA來加以實(shí)現(xiàn)，使用FPGA芯片來對電機(jī)的數(shù)控動(dòng)作加以控制。在使用FPGA控制方式對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)用戶輸入的轉(zhuǎn)速越高，F(xiàn)PGA對時(shí)鐘頻率進(jìn)行分頻，頻率會(huì)越快在達(dá)到某一用戶輸入值時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號。低于紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的振動(dòng)喂料口的控制設(shè)計(jì)，通過對PWM信號進(jìn)行調(diào)節(jié)用以對調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行控制。紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備振動(dòng)喂料口的控制可以使用典型的PWM控制方式加以實(shí)現(xiàn)，使用WISHBONE總線模式加以實(shí)現(xiàn)。對于紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備風(fēng)量的控制通過利用IP核實(shí)現(xiàn)的計(jì)時(shí)器，通過對風(fēng)閥執(zhí)行器的正反轉(zhuǎn)接線端信號進(jìn)行相應(yīng)的控制來實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)閥角度的控制用以完成對于風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

結(jié)語

紫苜蓿種子通過紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的洗選加工后能夠有效地提高紫苜蓿種子的凈度和種子的活力，用以確保紫苜蓿種子在種植后能夠獲得較為良好的紫苜蓿植株。本文在分析紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上對紫苜蓿種子洗選加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析介紹。

參考文獻(xiàn)

[1]何寶祥，沈惠平，薛國新，等.并聯(lián)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩的篩分特性實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2011，35 （11）：52-54.

[2]黃文景，翟志雄，楊建紅，等.篩分滾筒干燥器仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017（7）：223-226.

[3]馬廣華.種子精選機(jī)的科學(xué)應(yīng)用與技術(shù)調(diào)整[J].青海農(nóng)技推廣，2015（3）：62-64.