紫苜蓿种子洗选加工设备控制系统实现与优化

马文军 赵妍 张佳丽

摘 要：紫苜蓿是一种优良的牧草，良好的牧草对于我国畜牧业的发展有着积极的推动作用。长期以来，我国的高端牧草种子多数依赖进口，自给率不足和高度集中的市场结构严重制约了我国牧场的发展，高品质牧草种子的缺失使得我国的草场牧草品质退化，进而无法对畜牧业提供高质量、营养丰富的牧草供应。紫苜蓿是与皇节草并称为牧草贵族的高品质牧草，做好紫苜蓿种子的洗选机械加工对于增强紫苜蓿种子的活力、提高种子的净度和紫苜蓿种子的发芽率有着极为重要的意义。本文在分析紫苜蓿种子洗选加工设备机械结构、加工工艺原理的基础上对紫苜蓿种子洗选加工设备的控制系统进行了分析阐述。

关键词：紫苜蓿种子；洗选加工设备；自控系统

中图分类号：S551 文献标志码：A

紫苜蓿是一种优良的牧草，其含有丰富的营养能够有效地促进牲畜的生长。长期以来我国由于紫苜蓿种子洗选加工设备的缺失导致我国在高端牧草种子长期需要进口。做好紫苜蓿种子洗选加工需要在做好紫苜蓿种子的抛射筛分特性分析的基础上，结合紫苜蓿种子的洗选加工工艺、原理以及紫苜蓿种子洗选加工设备的机械结构来对紫苜蓿种子洗选加工设备的自控系统进行设计，用以完成高质量的紫苜蓿种子的机械加工。

1 紫苜蓿种子洗选加工设备的重要性

紫苜蓿种子是种植高质量紫苜蓿的前提和基础。在紫苜蓿种子的机械加工中通过良好的对紫苜蓿种子洗选加工能够有效地提高紫苜蓿种子的发芽率、净度并使得紫苜蓿种子能够具有良好的活力。在紫苜蓿种子的加工中难免会混入茎杆、叶片等的杂物，为提高紫苜蓿种子的加工质量需要对紫苜蓿种子进行洗选加工，去除混入到紫苜蓿种子中的杂物并将其中所含有的不饱满、虫咬的种子筛选出来，以确保洗选加工后的紫苜蓿种子能够具有良好的净度。此外，净度较高的紫苜蓿种子还能够更好地进行干燥和存贮，这是由于如果紫苜蓿种子中混有杂质等会在后期的干燥和存贮中直接影响干燥和存贮的加工。此外，如未能对紫苜蓿种子进行良好的洗选加工，紫苜蓿种子内所含有的杂质将容易对播种设备造成堵塞或是不饱满的种子进入到土壤中从而造成无法取得高品质的紫苜蓿牧草。因此，应当积极做好紫苜蓿种子洗选加工设备的研究和应用，通过对紫苜蓿种子进行良好的洗选加工用以确保紫苜蓿种子具有良好的活力。

2 风筛式紫苜蓿种子洗选加工设备的组成及传动机构

复式清选工艺在种子清选设备中应用较多也较为广泛，风筛式清选设备在其中占据着较大的比例，尤其是对于紫苜蓿种子这类粒径较小且含有较多的叶、茎等的杂物的种子清选中能够取得较好的效果。风筛清选主要是根据种子在风力作用下的浮力特性来对紫苜蓿种子进行筛选的。利用风筛来构建紫苜蓿种子筛选机时对于紫苜蓿种子的清选主要采用的是以下工作原理：种子首先进入到初清筛网时，大粒径的杂物等首先被初筛清网筛除，小粒径的物体进入到下一步的分级筛网并向下逐层落到筛孔直径依次减小的筛面上，在这一过程中依靠空气将种子里悬浮速度较低的紫苜蓿种壳等的杂物等吹出而后分离出紫苜蓿种子。振动筛是紫苜蓿种子洗选加工设备中的重要部件，其利用筛孔直径的不同来将不同直径尺寸外形的种子筛选出来。振动筛分为上、中、下三层筛。对于筛面进料方向的选择需要结合紫苜蓿种子洗选加工设备的大小和成本来进行选择，对于小型紫苜蓿种子洗选加工设备为降低紫苜蓿种子洗选加工设备的成本和设备长度多选用的是与出料端相反的进料方向。紫苜蓿种子洗选加工设备中的动力传动主要用于驱动振动筛和风机，对于振动筛的驱动采用的是偏心装置来实现振动筛的往复运动的。偏心装置安装在驱动轴上，电机带动驱动轴运动后偏心装置来实现振动筛的往复振动。对于电机与驱动轴之间使用带连接用以减少电机的冲击和振动。对于风机部分可以选用电机直接驱动风机的方式，通过对电机转速进行调节来获取所需要的风量和风速。

3 紫苜蓿种子洗选加工设备自动控制系统的组成和实现

在完成了对于紫苜蓿种子洗选加工设备的结构设计后，需要注意做好喂料斗、筛箱、风量调节器的自动化控制，对于筛箱的震动频率依靠控制步进电机的转速、对于紫苜蓿种子洗选时的风量依靠控制电动风阀，对于步进电机的控制依靠霍尔传感器反馈步进电机的转速。紫苜蓿种子洗选加工设备的工作流程如下：在紫苜蓿种子进入料斗后，通过震动喂料斗进入筛箱内，通过对震动喂料斗的震动频率进行调节用以控制震动喂料口的进料量。经过喂料斗后紫苜蓿种子经过前吸风通道后其内部所含有的叶、茎杆等的轻质杂质将会被清除，完成对于紫苜蓿种子所含杂质的初步清除后紫苜蓿种子将进入紫苜蓿种子洗选加工设备中的上层大杂筛片，用以去除紫苜蓿种子中的大块杂质。而后紫苜蓿种子将进入筛孔直径较小的下层筛片用以去除紫苜蓿种子内的砂砾、小颗粒等的杂物。经过多道筛选后的紫苜蓿种子进过出料口途径吸风管道用以将紫苜蓿种子内的壳等的杂物去除用以完成对于紫苜蓿种子洗选加工作业。在这一过程中着重需要做好对于进料口振动、筛片、风量的控制。

紫苜蓿种子洗选加工设备中所使用的电机选用的是三相步进电机，三相步进电机的步距角≥1.2°，用以较小振动且获得在高速下的良好性能。由于需要带动负载进行运动因此步进电机的动态力矩需要满足使用要求。在步进电机动态力矩的确定上，首先应当确定电机的静力矩，靜力矩选择是以电机工作时所带负载为依据的。步进电机的输出功率与电机的转速成反比，在对步进电机进行选型时需要引起足够的重视。在对步进电机进行输出控制时，需要选用专用的驱动控制器来对其进行控制，控制器通过脉冲数来控制步进电机的转动角度，通过调节脉冲频率来实现对于步进电机的调速控制。对于风量的控制是按照对于风阀的控制来实现的。为对筛箱的振动频率进行控制使用霍尔传感器反馈传动轴的转速，通过对转速进行一定的计算来得出筛箱的振动频率。在对步进电机的控制上与普通的电机控制有所区别，步进电机主要依靠脉冲信号来进行控制，将数字控制技术应用于步进电机的控制中可以采用FPGA来加以实现，使用FPGA芯片来对电机的数控动作加以控制。在使用FPGA控制方式对步进电机进行控制时，当用户输入的转速越高，FPGA对时钟频率进行分频，频率会越快在达到某一用户输入值时将会产生一个中断信号。低于紫苜蓿种子洗选加工设备的振动喂料口的控制设计，通过对PWM信号进行调节用以对调节电压进行控制。紫苜蓿种子洗选加工设备振动喂料口的控制可以使用典型的PWM控制方式加以实现，使用WISHBONE总线模式加以实现。对于紫苜蓿种子洗选加工设备风量的控制通过利用IP核实现的计时器，通过对风阀执行器的正反转接线端信号进行相应的控制来实现对于风阀角度的控制用以完成对于风量的调节。

结语

紫苜蓿种子通过紫苜蓿种子洗选加工设备的洗选加工后能够有效地提高紫苜蓿种子的净度和种子的活力，用以确保紫苜蓿种子在种植后能够获得较为良好的紫苜蓿植株。本文在分析紫苜蓿种子洗选加工设备工作原理的基础上对紫苜蓿种子洗选加工设备的结构及自动化控制的实现进行了分析介绍。

参考文献

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