紫苜蓿種子洗選加工設備控制系統實現與優化

馬文軍 趙妍 張佳麗

摘 要：紫苜蓿是一種優良的牧草，良好的牧草對于我國畜牧業的發展有著積極的推動作用。長期以來，我國的高端牧草種子多數依賴進口，自給率不足和高度集中的市場結構嚴重制約了我國牧場的發展，高品質牧草種子的缺失使得我國的草場牧草品質退化，進而無法對畜牧業提供高質量、營養豐富的牧草供應。紫苜蓿是與皇節草并稱為牧草貴族的高品質牧草，做好紫苜蓿種子的洗選機械加工對于增強紫苜蓿種子的活力、提高種子的凈度和紫苜蓿種子的發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備機械結構、加工工藝原理的基礎上對紫苜蓿種子洗選加工設備的控制系統進行了分析闡述。

關鍵詞：紫苜蓿種子；洗選加工設備；自控系統

中圖分類號：S551 文獻標志碼：A

紫苜蓿是一種優良的牧草，其含有豐富的營養能夠有效地促進牲畜的生長。長期以來我國由于紫苜蓿種子洗選加工設備的缺失導致我國在高端牧草種子長期需要進口。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上，結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備的機械結構來對紫苜蓿種子洗選加工設備的自控系統進行設計，用以完成高質量的紫苜蓿種子的機械加工。

1 紫苜蓿種子洗選加工設備的重要性

紫苜蓿種子是種植高質量紫苜蓿的前提和基礎。在紫苜蓿種子的機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混入莖桿、葉片等的雜物，為提高紫苜蓿種子的加工質量需要對紫苜蓿種子進行洗選加工，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行干燥和存貯，這是由于如果紫苜蓿種子中混有雜質等會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行良好的洗選加工，紫苜蓿種子內所含有的雜質將容易對播種設備造成堵塞或是不飽滿的種子進入到土壤中從而造成無法取得高品質的紫苜蓿牧草。因此，應當積極做好紫苜蓿種子洗選加工設備的研究和應用，通過對紫苜蓿種子進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 風篩式紫苜蓿種子洗選加工設備的組成及傳動機構

復式清選工藝在種子清選設備中應用較多也較為廣泛，風篩式清選設備在其中占據著較大的比例，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。風篩清選主要是根據種子在風力作用下的浮力特性來對紫苜蓿種子進行篩選的。利用風篩來構建紫苜蓿種子篩選機時對于紫苜蓿種子的清選主要采用的是以下工作原理：種子首先進入到初清篩網時，大粒徑的雜物等首先被初篩清網篩除，小粒徑的物體進入到下一步的分級篩網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。振動篩是紫苜蓿種子洗選加工設備中的重要部件，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。振動篩分為上、中、下三層篩。對于篩面進料方向的選擇需要結合紫苜蓿種子洗選加工設備的大小和成本來進行選擇，對于小型紫苜蓿種子洗選加工設備為降低紫苜蓿種子洗選加工設備的成本和設備長度多選用的是與出料端相反的進料方向。紫苜蓿種子洗選加工設備中的動力傳動主要用于驅動振動篩和風機，對于振動篩的驅動采用的是偏心裝置來實現振動篩的往復運動的。偏心裝置安裝在驅動軸上，電機帶動驅動軸運動后偏心裝置來實現振動篩的往復振動。對于電機與驅動軸之間使用帶連接用以減少電機的沖擊和振動。對于風機部分可以選用電機直接驅動風機的方式，通過對電機轉速進行調節來獲取所需要的風量和風速。

3 紫苜蓿種子洗選加工設備自動控制系統的組成和實現

在完成了對于紫苜蓿種子洗選加工設備的結構設計后，需要注意做好喂料斗、篩箱、風量調節器的自動化控制，對于篩箱的震動頻率依靠控制步進電機的轉速、對于紫苜蓿種子洗選時的風量依靠控制電動風閥，對于步進電機的控制依靠霍爾傳感器反饋步進電機的轉速。紫苜蓿種子洗選加工設備的工作流程如下：在紫苜蓿種子進入料斗后，通過震動喂料斗進入篩箱內，通過對震動喂料斗的震動頻率進行調節用以控制震動喂料口的進料量。經過喂料斗后紫苜蓿種子經過前吸風通道后其內部所含有的葉、莖桿等的輕質雜質將會被清除，完成對于紫苜蓿種子所含雜質的初步清除后紫苜蓿種子將進入紫苜蓿種子洗選加工設備中的上層大雜篩片，用以去除紫苜蓿種子中的大塊雜質。而后紫苜蓿種子將進入篩孔直徑較小的下層篩片用以去除紫苜蓿種子內的砂礫、小顆粒等的雜物。經過多道篩選后的紫苜蓿種子進過出料口途徑吸風管道用以將紫苜蓿種子內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。在這一過程中著重需要做好對于進料口振動、篩片、風量的控制。

紫苜蓿種子洗選加工設備中所使用的電機選用的是三相步進電機，三相步進電機的步距角≥1.2°，用以較小振動且獲得在高速下的良好性能。由于需要帶動負載進行運動因此步進電機的動態力矩需要滿足使用要求。在步進電機動態力矩的確定上，首先應當確定電機的靜力矩，靜力矩選擇是以電機工作時所帶負載為依據的。步進電機的輸出功率與電機的轉速成反比，在對步進電機進行選型時需要引起足夠的重視。在對步進電機進行輸出控制時，需要選用專用的驅動控制器來對其進行控制，控制器通過脈沖數來控制步進電機的轉動角度，通過調節脈沖頻率來實現對于步進電機的調速控制。對于風量的控制是按照對于風閥的控制來實現的。為對篩箱的振動頻率進行控制使用霍爾傳感器反饋傳動軸的轉速，通過對轉速進行一定的計算來得出篩箱的振動頻率。在對步進電機的控制上與普通的電機控制有所區別，步進電機主要依靠脈沖信號來進行控制，將數字控制技術應用于步進電機的控制中可以采用FPGA來加以實現，使用FPGA芯片來對電機的數控動作加以控制。在使用FPGA控制方式對步進電機進行控制時，當用戶輸入的轉速越高，FPGA對時鐘頻率進行分頻，頻率會越快在達到某一用戶輸入值時將會產生一個中斷信號。低于紫苜蓿種子洗選加工設備的振動喂料口的控制設計，通過對PWM信號進行調節用以對調節電壓進行控制。紫苜蓿種子洗選加工設備振動喂料口的控制可以使用典型的PWM控制方式加以實現，使用WISHBONE總線模式加以實現。對于紫苜蓿種子洗選加工設備風量的控制通過利用IP核實現的計時器，通過對風閥執行器的正反轉接線端信號進行相應的控制來實現對于風閥角度的控制用以完成對于風量的調節。

結語

紫苜蓿種子通過紫苜蓿種子洗選加工設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備工作原理的基礎上對紫苜蓿種子洗選加工設備的結構及自動化控制的實現進行了分析介紹。

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