磁吸滾筒式排種器磁場(chǎng)特性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

磁吸滾筒式排種器磁場(chǎng)特性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 磁吸式精密排種是依靠排種元件對(duì)磁粉包衣種子的磁吸力來實(shí)現(xiàn)的，而磁吸 力的大小與排種元件在排種空間所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度直接相關(guān)。為了提高工作效 率，滾筒內(nèi)多個(gè)排種元件采取周向均布，軸向陣列的布置形式，從而組成了一個(gè) 復(fù)雜空間磁系。在這空間磁系結(jié)構(gòu)中，排種元件的不同結(jié)構(gòu)形式、不同組合形式， 均將影響排種空間的磁場(chǎng)分布狀況以及排種元件磁吸能力，進(jìn)而影響排種器的工 作性能。為此，本文應(yīng)用磁場(chǎng)有限元分析方法及測(cè)試手段，分別對(duì)單個(gè)排種元件 的吸力特性、磁場(chǎng)特性，以及多個(gè)排種元件組成的空間磁系結(jié)構(gòu)空間磁場(chǎng)分布特 性進(jìn)行研究，以提高排種元件的吸種性能。 通過對(duì)端面直徑為2 5 毫米給定規(guī)格的單個(gè)磁力排種元件沿軸向和徑向的空 間磁場(chǎng)有限元分析，得出排種元件磁極端面磁場(chǎng)成中間低，邊緣高的現(xiàn)象分布， 其邊緣有一定的聚磁作用，所以對(duì)在一定直徑的種子播種時(shí)，盡量減少排種元件 的端面直徑，避免造成重播；通過對(duì)原有開路型排種元件和有導(dǎo)磁罩閉合型4 種 不同結(jié)構(gòu)模型的磁場(chǎng)分析，優(yōu)選了一種磁能利用率最高的結(jié)構(gòu)模型；通過模型試 驗(yàn)優(yōu)化出優(yōu)選模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：端面直徑為2 毫米，中部直徑為5 毫米，導(dǎo)磁 罩間隙寬度為1 5 毫米，經(jīng)分析和測(cè)試，在相同安匝數(shù)下，其端面磁感應(yīng)強(qiáng)度比原 有開路型排種元件有一定提高。 研究滾筒內(nèi)多個(gè)排種元件組成的空間磁系不同極性排列對(duì)空間磁場(chǎng)分布的影 響，得出磁系結(jié)構(gòu)中磁力排種元件沿軸向和徑向的排列方式為N 、S 極交替排列， 通過對(duì)影響磁系結(jié)構(gòu)空間磁場(chǎng)分布的因素分析，了解到由于磁力排種元件間的交 互影響，空間磁場(chǎng)成中間比較強(qiáng)，兩端比較弱不均勻的形式分布，提出利用增加 兩端排種元件線圈匝數(shù)的方法來提高磁場(chǎng)的均勻性，利用曲線擬合的方法，得出 了中間磁力排種元件線圈匝數(shù)和兩端線圈匝數(shù)的關(guān)系式；最后通過排種元件的吸 種試驗(yàn)和排種性能試驗(yàn)得出優(yōu)化后的磁系結(jié)構(gòu)空問磁場(chǎng)的不均性降低了5 0 ，排 種性能提高了1 0 7 。 本文通過對(duì)磁吸式精密播種器磁系結(jié)構(gòu)空間磁場(chǎng)特性和試驗(yàn)研究分析，得出 了磁吸式精密播種器磁系結(jié)構(gòu)空間磁場(chǎng)分布的規(guī)律，并且對(duì)空I 日j 磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 優(yōu)化，為排種器播種性能的進(jìn)一步提高提供了依據(jù)，為磁吸滾筒式精密播種器在 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 小顆粒種子機(jī)械化精密播種方面的實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：磁吸式，精密排種器，空間磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度，A n s o f tM a x w e l l 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 A B S T R A C T T h em a g n e t i cp r e c i s i o ns e e d i n gr e l i e so nm a g n e t i cf o r c eo fm a g n e t i cs e e d i n g e l e m e n tt Os u c kc o v e r e ds e e dw i t hm a g n e t i c ，a n dt h em a g n e t i cf o r c eh a st h ed i r e c t r e l a t i o nt ot h em a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yo fm a g n e t i cs e e d i n ge l e m e n ti nt h es e e d i n g s p a c e ，I no r d e r t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c y ，t h ec o m p l e xm a g n e t i cs y s t e mi sc o n s i s t e db y m a n ym a g n e t i cs e e d i n ge l e m e n t sw h i c ha r ea r r a n g e db yt h ef o r mo ft h ec i r c u m f e r e n c e u n i f o r ma n dt h ea x i a la r r a yi nt h ed r u m I nt h i sm a g n e t i cs t r u c t u r e ，t h ed i f f e r e n t s t r u c t u r ea n dc o m b i n a t i o n so fs e e d i n ge l e m e n tw i l la f f e c tt h em a g n e t i cd i s t r i b u t i o no f t h es e e d i n gs p a c e sa n dt h em a g n e t i cf o r c eo fs e e d i n ge l e m e n t ，f u r t h e r m o r e ，t h e p e r f o r m a n c eo fs e e d e rw i l lb ea f f e c t e d I no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fs e e d i n g e l e m e n t , e l e c t r o m a g n e t i cf i e l df i n i t ee l e m e n tm e t h o di su t U i z e dt os t u d yt h em a g n e t i c f o r c ea n dm a g n e t i cf i e l dc h a r a c t e r i s t i c so fas i n g l es e e d i n ge l e m e n t ，a n dt h es p a t i a l m a g n e t i cf i e l dc h a r a c t e r i s t i c so fm a g n e t i cs t r u c t u r e T h r o u g he l e c t r o m a g n e t i cf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so fm a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o n a l o n gt h ea x i a la n dt h er a d i a lo fas i n g l em a g n e t i cs e e d i n ge l e m e n tg i v e nt h ee n d d i a m e t e ro f2 5 m m ，t h em a g n e t i cd i s t r i b u t i o no fs e e d i n ge l e m e n te n df a c ew h i c hi sl o w m a g n e t i cf i e l di nt h em i d d l eo fe n df a c ea n dh i g h e rm a g n e t i cf i e l di nt h ee d g eo fe n d f a c ei sg a i n e d ，b e c a u s eo fm a g n e t i cc o n g r e g a t ee f f e c ti nt h ee d g eo fe n df a c e T h e r e f o r e ， m i n i m i z em o s t l ye n dd i a m e t e ro fs e e d i n ge l e m e n tw h e ns o w i n gt h ec e r t a i nd i a m e t e r s e e d si no r d e rt oa v o i dr e s e e d i n g T h em o d e li sp i c k e dw h i c hh i g h e re n e r g yu t i l i z a t i o n f r o mf o u rk i n d so fd i f f e r e n tt y p e so fs t r u c t u r em o d e l sw h i c ha r ec o m p o s e dw i t h o p e n - c i r c u i tt y p eo ft h eo r i g i n a ls e e d i n ge l e m e n ta n dc l o s u r em a g n e t i cs h i e l db y a n a l y z i n gm a g n e t i cf i e l d T h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fp i c k e dm o d e la r eo p t i m i z e d 弱 f o l l o w s ：2m me n d - d i a m e t e r , 5n l n lt h ec e n t r a ld i a m e t e r , a n d1 5m mg a pw i d t hf o r m a g n e t i cs h i e l dt h r o u g ht h em o d e lt e s t A f t e ra n a l y s i sa n dt e s t i n g ，t h ee n df a c em a g n e t i c i n d u c t i o ni n t e n s i t yo ft h eo p t i m i z e dm o d e li sh i g h e rt h a no r i g i n a lm o d e lu n d e rt h e c o n d i t i o no ft h es a m ec o i lt u r n sa n dc u r r e n t T h ea r r a n g e m e n tw a yf o rm a g n e t i cs e e d i n ge l e m e n ti sa t t a i n e d b ya n a l y s i st h e m 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 e f f e c to ft w op o l a ra r r a n g e m e n to fm a n ys e e d i n ge l e m e n to nt h em a g n e t i cf i e l d d i s t r i b u t i o n A n a l y z i n gt h ef a c t o r si m p a c t e dt h em a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o n ，i ts h o w s n o n u n i f o r mm a g n e t i cd i s t r i b u t i o nt h a tt h em a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yi ss t r o n g e ri n t h em i d d l et h a nb o t he n d sb e c a u s eo ft h ei n f l u e n c eb e t w e e ns e e d i n ge l e m e n t sa n dt h u sa m e t h o dw a sp u tf o r w a r dt oi n c r e a s et h eu n i f o r m i t yo ft h em a g n e t i cf i e l db yi n c r e a s i n g c o i lt u r n so ft h es e e d i n ge l e m e n ta tt h eb o t he n d s T h ec o i lt u r n sr e l a t i o n s h i pb e t w e e n m i d d l ea n db o t he n d ss e e d i n ge l e m e n ti sg o tb yu s i n gc u r v ef i t t i n g F i n a l l y , t h es u c k i n g s e e dt e s to fs e e d i n ge l e m e n ta n dp e r f o r m a n c et e s to fm a g n e t i cs t r u c t u r es h o w st h a tt h e s p a t i a lm a g n e t i c n o n u n i f o r mo fo p t i m i z e ds t r u c t u r ei sr e d u c e db y5 0 a n dt h e p e r f o r m a n c eo fs e e d i n gi si n c r e a s e db y l 0 7 B a s e do nt h em a g n e t i cf i e l dc h a r a c t e r i s t i c so ft h em a g n e t i cp r e c i s i o ns e e d e ra n d e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ，t h el a w so fm a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o no fm a g n e t i cp r e c i s i o n s e e d e ra r eg a i n e da n dm a g n e t i cs t r u c t u r ei so p t i m i z e d A l la b o v ec a no f f e rar e f e r e n c e f o re n h a n c i n gt h ep e r f o r m a n c eo fp r e c i s i o ns e e d e r , a n dl a yt h ef o u n d a t i o no fp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n sf o rt h em a g n e t i cp r e c i s i o ns e e d e ri nt h ef i e l do fs m a l ls e e d sm e c h a n i z e d p r e c i s i o ns e e d i n g K e y w o r d s ：M a g n e t i cp r e c i s i o ns e e d e r , M a g n e t i cf i e l d ，M a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t y , A n s o f lM a x w e l l I V 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 精密播種機(jī)及排種器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 精密播種是指按照精確的粒數(shù)、間距和播深，將種子播入種溝或種穴中，并 覆土【1 1 。精密播種是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化的農(nóng)作物種植方法，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之 路，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)豐收和降低糧食生產(chǎn)成本的重要措施之一。精密播種機(jī)的 功能就是要實(shí)現(xiàn)精密播種，其核心部件是精密排種器，目前代表世界先進(jìn)水平的 精密排種器所采用的排種原理主要有兩大類：機(jī)械式排種和氣力式排種 2 - 5 1 。 機(jī)械式排種是最原始也是最簡(jiǎn)單的排種方式，是依據(jù)種子形狀、顆粒大小對(duì) 排種器進(jìn)行設(shè)計(jì)，排種時(shí)，利用排種器內(nèi)排種元件的容腔將種子從種箱中分離出 來，其充種、清種和落種等環(huán)節(jié)依靠種子自重或機(jī)械裝置來完成，這種排種原理 簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)，但存在排種不精確、且易傷種等方面的不足，美國文圖爾 公司研制的齒盤式精密播種機(jī)即采用了機(jī)械式排種原理，我國現(xiàn)有的機(jī)械式精密 播種機(jī)有水平圓盤式、垂直窩眼輪式和側(cè)充式播種機(jī) 6 - 8 1 。 氣力式排種器依靠排種元件兩側(cè)的壓力差將單粒種子吸附或壓附于吸孔或吸 嘴上，從而達(dá)到從種子群中精確分離出單粒種子的目的，如各種氣吸式、氣吹式、 氣壓式、氣吸振動(dòng)式排種器。氣力式排種利用控制種子重量或流量的方式來控制 排種量，因而對(duì)種子形狀尺寸要求不那么嚴(yán)格，與機(jī)械式排種器相比，對(duì)不同類 型種子的適應(yīng)能力有了較大提高，而且排種時(shí)不傷種子，但氣力式排種器結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，制造成本高，氣孔易被雜物堵塞，而且吸孔或吸嘴需根據(jù)種子粒型、大小不 斷更換，如荷蘭V I S S E R 公司、美國B L A C K M O R E 公司研制的穴盤育苗用針式( 又 稱吸嘴式) 精密播種機(jī)，其配套吸嘴多達(dá)九套1 6 9 4 1 。 我國從7 0 年代初開始精密播種機(jī)的研制和開發(fā)，雖然起步較晚，但研制開發(fā) 速度較快【6 1 5 】，在發(fā)展初期基本上走的是自行研制的道路，近些年，隨著我國和世 界發(fā)達(dá)國家之問的聯(lián)系日益密切，尤其是技術(shù)領(lǐng)域的廣泛合作，一條“引進(jìn)吸 收一改進(jìn)“ 的發(fā)展道路給我國精密播種技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，也為我國精 密播種機(jī)械的穩(wěn)健快速發(fā)展提供了一條捷徑，目前，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械專家、學(xué)者研 究領(lǐng)域幾乎涉及到精密播種機(jī)械的每一種原理和機(jī)型，為尋找、設(shè)計(jì)適合我國國 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 情的精密播種機(jī)械提供了有力的保障。另外，隨著精密播種技術(shù)的不斷提高，針 對(duì)不同種子，尤其是一些小顆粒種子在幾何物理特性上的差異，國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械 專家提出了多種排種或播種方式，如針對(duì)水稻種子內(nèi)摩擦力的特點(diǎn)，華南農(nóng)業(yè)大 學(xué)的李志偉、邵耀堅(jiān)設(shè)計(jì)了電磁振動(dòng)式水稻穴盤精量播種機(jī)1 1 6 1 ，針對(duì)蔬菜種子顆 粒小、重量輕、形狀又不規(guī)則的特點(diǎn)，歐美一些國家相繼提出了靜電播種、帶式 播種、液體播種等。 精密播種機(jī)械是實(shí)現(xiàn)精密播種的有效途徑，近年來隨著人們對(duì)精密播種的日 益重視，精密播種機(jī)械也必將迎來新的發(fā)展契機(jī)，其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾 個(gè)方面： 1 、一機(jī)多用【1 7 1 。一機(jī)多用就是通過對(duì)播種機(jī)排種器進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠適用 于盡可能多的作物的精密播種，減少播種機(jī)的空閑時(shí)間，提高其使用率，一機(jī)多 用將會(huì)有效地解決傳統(tǒng)機(jī)械中一機(jī)一用所帶來的生產(chǎn)成本較高的問題。 2 、提高播種機(jī)械的播種精度。精播率始終是精密播種機(jī)械一個(gè)非常重要的衡 量指標(biāo)，目前相當(dāng)一部分精密播種機(jī)械精播率達(dá)不到作物的播種要求，漏播或重 播的情況較為嚴(yán)重，為了有效地提高作物栽培產(chǎn)量、質(zhì)量，應(yīng)該使精密播種的精 播率趨于作物生長(zhǎng)的最佳取值。 3 、廣泛采用新原理新技術(shù)，研制新機(jī)型。傳統(tǒng)的精密播種機(jī)( 排種器) 主要 以機(jī)械式和氣力式為主，近年來針對(duì)不同種子在幾何物理特性上的差異及自身的 農(nóng)藝要求，國內(nèi)外的農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)者和科研部門正在發(fā)展一些基于新的播種原理的 播種機(jī)械及相關(guān)技術(shù)，如日本提出適合蔬菜的靜電播種，英國提出適合于蔬菜的 液體播種、適合于牧草的超音速播種，還有目前廣泛應(yīng)用的種子帶播種等，液壓 等新技術(shù)在國外播種機(jī)的應(yīng)用也同益廣泛，例如東德A 6 9 7 型精密播種機(jī)裝有供驅(qū) 動(dòng)排種錐體的液壓馬達(dá)，當(dāng)?shù)剌喕瑒?dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)啟動(dòng)，以保證排種錐體的轉(zhuǎn)速 與機(jī)器f j 進(jìn)速度相協(xié)調(diào)，也用以操作開溝器的升降，在大寬幅的播種機(jī)上還用液 壓折疊機(jī)架，以便安全運(yùn)輸【1 8 1 。 4 、精密播種機(jī)核心部件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主化。隨著我國與世界聯(lián)系的日益密切， 仿照必將會(huì)引來更多的產(chǎn)權(quán)糾紛，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自主化將是解決這一問題的最根本 方法。 針對(duì)機(jī)械式精密排種過程中存在傷種的現(xiàn)象，日本三重大學(xué)的伊騰信孝、鬼 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 頭孝治等人于1 9 9 3 年設(shè)計(jì)了一種非接觸式電磁加速播種器，其主要是利用空心螺 ， 線管電磁力實(shí)現(xiàn)了種子的非接觸式排種，從而避免了機(jī)械傷種，但由于空心螺線 管所產(chǎn)生的電磁吸力有限，吸起并推動(dòng)一粒種子做直線運(yùn)動(dòng)所消耗的能量較大， 所以此種排種方式還存在一定的不足。 針對(duì)伊騰信孝等人設(shè)計(jì)的電磁加速播種器存在的不足，江蘇大學(xué)胡建平、毛 罕平提出了一種新型磁吸式排種原理閘：對(duì)繞在鐵芯外部的線圈通電，鐵芯內(nèi)部產(chǎn) 生感應(yīng)磁場(chǎng)，整個(gè)線圈就是一個(gè)電磁鐵，當(dāng)經(jīng)過鐵粉包衣的種子落在電磁鐵的磁 力范圍之內(nèi)時(shí)，種子就會(huì)受到電磁鐵的吸引力，當(dāng)吸引力足夠大時(shí)，種子就會(huì)從 種群中精確分離出來，跟隨電磁鐵運(yùn)動(dòng)，再借助排種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連續(xù)取種和排種， 對(duì)不同顆粒大小的種子，只需改變電磁鐵工作電流便可實(shí)現(xiàn)精密排種?；诖盼?式精密排種原理，介紹了具有擺桿式排種機(jī)構(gòu)的磁吸式穴盤精密播種器，如圖1 1 所示，播種器在工作時(shí)，平行四邊形擺桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磁吸頭在播種和吸種位之間往 復(fù)擺動(dòng)，完成取種、播種等動(dòng)作 4 9 1 ；并且通過分析磁力排種元件電磁鐵的吸力特 性和負(fù)載特性，建立了單粒磁粉包衣種子在梯度磁場(chǎng)中所受磁吸力的力學(xué)計(jì)算模 型，得出了電磁鐵精確吸取單粒磁粉包衣種子的力學(xué)基本條件及磁場(chǎng)力條件，通 過實(shí)際測(cè)量不同磁系結(jié)構(gòu)下排種空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力特性，全面分析了極距、 極隙、磁極端面大小、磁極錐形角等磁系結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)排種空間的氣隙磁場(chǎng)特性和 播種性能的影響，并按磁力條件最優(yōu)、播種性能最優(yōu)兩條件，確定了以錐形磁極 為基礎(chǔ)的磁系結(jié)構(gòu)參數(shù)。 圖1 1磁吸擺桿式穴盤播種器L 作原理示意圖 為了提高播種效率，李宣秋對(duì)磁吸擺桿式播種器進(jìn)行了改進(jìn)f 1 9 ，把運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由擺桿式改為滾筒式，磁吸滾筒式精密排種器采用電磁鐵磁力排種元件沿周向陣 3 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 列( 共四排) 、沿滾筒軸向按穴盤孔距均勻分布的結(jié)構(gòu)形式，如圖1 2 所示，其吸 種原理和磁吸擺桿式播種器一樣，磁力排種元件經(jīng)過種箱中種群時(shí)，種子在磁吸 力作用下隨磁力排種元件做圓周運(yùn)動(dòng)，由于電磁鐵吸頭可以圓周多排布置，故而 可以大大提高播種效率，又由于滾筒單向圓周勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以有效的減少運(yùn)行不 穩(wěn)定性。磁力排種元件在經(jīng)過種箱時(shí)對(duì)靠近滾筒的種子直接進(jìn)行耿種，從而消除 了吸種空隙大小對(duì)吸種穩(wěn)定性的影響，并且通過分析幾種不同的排種元件端部結(jié) 構(gòu)對(duì)種子所受吸力的影響，從而得出了合理的磁力排種元件結(jié)構(gòu)形式；對(duì)種子在 吸種、持種及排種三種階段受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行了分析，總結(jié)給出了電磁鐵 磁吸頭在整個(gè)排種過程中可靠吸種、持種的基本條件。 滾筒 圖1 2 磁吸滾筒式精密播種器排種器示意圖 柳召芹通過分析磁吸滾筒式精密播種器的工作原理【加J ，制定自動(dòng)控制系統(tǒng)總 體方案。運(yùn)用單片機(jī)控制技術(shù)，以S S T 8 9 E 5 1 6 R D 2 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并研制微 控制器、磁力排種元件電流控制電路、傳感器檢測(cè)電路、故障報(bào)警電路，采用C 5 1 和匯編混合編制系統(tǒng)的軟件程序，并從軟、硬件兩個(gè)方面采取相應(yīng)的保護(hù)措施進(jìn) 行系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)，完成磁吸滾筒式穴盤精密播種器自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 由于磁力排種元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和安裝的方便，對(duì)磁吸滾筒式精密播種器的滾筒 進(jìn)行了改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 2 ( b ) 所示，將滾筒沿軸線分開，為兩半圓柱 形，滾筒上面沿排種元件的分布打有窩眼，窩眼的內(nèi)壁上裝有螺母，磁力排種元 件直接安裝在滾筒內(nèi)壁上，這樣可以方便排種元件的安裝和高度調(diào)節(jié)。其總體結(jié) 構(gòu)如圖2 3 所示，其主要由五部分組成：操作屏、程控恒流源、滾筒、種箱，振動(dòng) 器及即傳輸帶。其中，傳輸帶主要負(fù)責(zé)穴盤的迸給，滾筒是磁吸滾筒式精密播種 器的核心部件。其工作原理為：當(dāng)傳輸帶帶動(dòng)穴盤移動(dòng)到滾筒下方時(shí)，控制穴盤 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( a )( b ) 1 磁力排種元”2 滾筒3 碰粉包農(nóng)種子4 穴盤5 種箱 陶2 2 磷吸滾筒式精密播種器釧種器小意吲 阿23 磁吸滾筒式精密播種器結(jié)構(gòu)幽 的傳感器給控制系統(tǒng)。個(gè)信號(hào)，使?jié)L筒復(fù)忙，然后滾筒在步進(jìn)l U 機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)， 磁力排種兀件經(jīng)過種葙中種群時(shí)，種f 在磁吸力作用下隨排種元件做腳劇運(yùn)動(dòng)， “1 單排磁力排種兀件運(yùn) 丁午穴盤穴孔上方時(shí)，咒電傳感器給控制裝簧一個(gè)信【j ， 使該排磁力排種冗件斷電，磁肺火，種子住重力利離心力的作_ 【 jF 落入穴黜穴 孔，輸送帶的逑艘和滾筒轉(zhuǎn)速通過一定的算i L - 白行匹配。當(dāng)個(gè)穴盤播種完畢后， 控制穴稿的光I b 忙感器給挖制系統(tǒng)個(gè)信號(hào)，使?jié)L筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待下玖播種。 1 2 電磁場(chǎng)分析方法的研究概況 1 8 3 1 年法拇蚺發(fā)現(xiàn)1 n 磁感應(yīng)恥緣，1 9 5 6q - 麥克斯K 從數(shù)。產(chǎn)L ：以積分萬 l 平微 分方程的形t 描述了電磁肚本理論，更深刻m 簡(jiǎn)練地描述r I t l 、磁之M 的關(guān)系， 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 奠定了電磁理論的基礎(chǔ)，為其應(yīng)用和發(fā)展丌辟了道路。在其后的1 0 0 多年中，人 們以這些方程為指導(dǎo)，推導(dǎo)出不少其他的公式和近似關(guān)系，并以此從事電磁的工 程設(shè)計(jì)和理論分析計(jì)算工作。 上個(gè)世紀(jì)六十年代以前1 2 1 】，電磁元件的設(shè)計(jì)和場(chǎng)分布的計(jì)算中，廣泛采用的 方法有一下幾種： 1 ) 磁路法，在有鐵芯的電磁元件設(shè)計(jì)中，由于磁鐵的磁阻小，在小氣隙的情況下， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極其方便，其主要缺點(diǎn)是不能給出準(zhǔn)確的場(chǎng)的分布，故必須同時(shí)用其他 的方法，以決定如何給出必要的好場(chǎng)區(qū)的磁極尺寸及激勵(lì)參數(shù)。 2 ) 數(shù)學(xué)模擬法，根據(jù)描述各種場(chǎng)方程的相似性，常用電解槽、電解紙模擬某些電 場(chǎng)或磁場(chǎng)分布，這種模擬法稱為數(shù)學(xué)模擬，方法簡(jiǎn)單，但精度有限。 3 ) 物理模擬法，由于實(shí)際電磁元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其他方法難以確定其場(chǎng)分布，常要 按實(shí)際元件尺寸或按比例制成模型進(jìn)行實(shí)測(cè)，以確定設(shè)計(jì)全尺寸參數(shù)，由此方法 得出機(jī)構(gòu)比較接近實(shí)際，這種方法稱為物理模擬，其缺點(diǎn)是需要較多的資金和加 工周期。 4 ) 解析法和近似解析法包括分離變量法、鏡像法、有效等位面發(fā)、均勻磁化法、 保角變換法等，其中保角變換法與鏡像法在計(jì)算高壓靜電場(chǎng)中曾被廣泛應(yīng)用，但 它們并不是普遍通用的場(chǎng)分布計(jì)算法。有效等位面法是把鐵磁表面( 或?qū)w表面) 做某些修正作為等位面，以它為基礎(chǔ)算出極間場(chǎng)的分布。均勻磁化法是認(rèn)為鐵磁 體在外場(chǎng)作用下被均勻磁化，然后計(jì)算極間場(chǎng)分布。這些方法對(duì)某些特定情況下 的電磁場(chǎng)分布可以計(jì)算出滿足要求的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)實(shí)際情況與限定條件相差較大時(shí)， 其結(jié)果將差的很遠(yuǎn)。 在上個(gè)世紀(jì)六十年代以后，伴隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的電磁 場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法不斷涌現(xiàn)，并得到廣泛地應(yīng)用，相對(duì)于經(jīng)典電磁理論而言，數(shù) 值方法受邊界形狀的約束大為減少，可以解決各種類型的復(fù)雜問題。電磁學(xué)問題 的數(shù)值求解方法可分為時(shí)域和頻域兩大類。頻域技術(shù)發(fā)展得比較早，也比較成熟， 主要有矩量法、有限差分方法等。時(shí)域法主要有時(shí)域差分技術(shù)。時(shí)域法的引入是 基于計(jì)算效率的考慮，某些問題在時(shí)域中討論起來計(jì)算量要小。例如求解目標(biāo)對(duì) 沖激脈沖的早期響應(yīng)時(shí)，頻域必須在很大的帶寬內(nèi)進(jìn)行多次采樣計(jì)算。然后做傅 里葉反變換才能求得解答，計(jì)算精度受到采樣點(diǎn)的影響。若有非線性部分隨時(shí)間 6 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 變化，采用時(shí)域法更加直接。另外還有一些高頻方法，如G T D ，U T D 和射線理論 閻。 幾種重要的數(shù)值計(jì)算方法： 有限差分法( f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d ) 是最早被應(yīng)用的電磁場(chǎng)計(jì)算方法之一， 其基本原理早在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前就已提出，只是在高速大容量電子計(jì)算機(jī)問世后， 有限差分法才成為計(jì)算電磁場(chǎng)的實(shí)際有效的方法。1 9 6 6 年由K S Y e e 提出了時(shí)域 有限差分( f i n i t e - - d i f f e r e n c et i m e d o m a i n ，F(xiàn) D T D ) 法，直接用有限差分式代替麥克 斯韋時(shí)域旋度方程中的微分式，得到關(guān)于場(chǎng)分量的有限差分式，用具有相同電參 數(shù)的空間網(wǎng)格去模擬被研究體，選取合適的場(chǎng)初值和計(jì)算空| 日J(rèn) 的邊界條件，可以 得到包括時(shí)間變量的麥克斯韋方程的四維數(shù)值解。因此，時(shí)域有限差分法步進(jìn)可 以用于瞬態(tài)電磁場(chǎng)的分析和計(jì)算，而且可用于求解穩(wěn)態(tài)場(chǎng)問題。它不僅在電磁散 射、電磁兼容預(yù)測(cè)、生物電磁學(xué)中得到卓有成效的應(yīng)用，而且在天線、微波技術(shù)、 光電子學(xué)的應(yīng)用中也同益受到重視。 有限元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ) 首先由M c g i l l 大學(xué)的S i l v e s t e r 和C h a d 在2 0 世紀(jì)7 0 年代用來求解滿足麥克斯韋方程的電磁場(chǎng)。由于計(jì)算機(jī)速度的提高，內(nèi)存 的加大，為電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算提供了良好的物質(zhì)條件。有限元方法是近似求解數(shù)理 邊值問題的一種數(shù)值技術(shù)，該方法的原理是用許多子域來代表整個(gè)連續(xù)區(qū)域，在 子域中未知函數(shù)用帶有未知系數(shù)的簡(jiǎn)單插值函數(shù)來表示。因此無限個(gè)自由度的原 邊值問題被轉(zhuǎn)化為有限個(gè)自由度的問題。換言之，整個(gè)系統(tǒng)的解用有限數(shù)目的未 知系數(shù)近似，然后用旱茲變分法或伽遼金方法得到一組代數(shù)方程，最后通過求解 這組方程得到原邊值問題的近似解。在西歐以有限元法計(jì)算二維靜磁場(chǎng)的F A T I M A 程序成功地用于西歐中心( C E I 瑚) 機(jī)臺(tái)加速器磁鐵的設(shè)計(jì)，這是電磁場(chǎng)計(jì)算的重 大發(fā)展之一。與此同時(shí)，原來從事有效等磁位面法和均勻磁化法的一些學(xué)者吸取 了微分方程中離散的概念，將源區(qū)進(jìn)行隔離，發(fā)展了積分方程法。在有些情況下， 積分方程法較微分方程法更為方便和有效，具有代表性的程序有G F U N 和B I M 程 序。 矩量法( M o M ) 是一種將連續(xù)方程離散化為代數(shù)方程組的方法，此法對(duì)于求解微 分方程和積分方程均適用。其原理就是先將需要求解的微分方程或積分方程寫成 帶有積分算符的算子方程；再將待求函數(shù)表示為某一組選用的基函數(shù)的線性組合 7 江蘇大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文 并帶入算子方程；最后用一組選定的權(quán)函數(shù)對(duì)所得的方程取矩量，就得到一個(gè)矩 陣方程或代數(shù)方程組，然后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算得到數(shù)值結(jié)果。 邊界元法( B E M ) ：是近年來在積分方程和加權(quán)余數(shù)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種 數(shù)值計(jì)算方法。它是在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制議程的函數(shù)去逼近邊 界條件邊界元法，是一種繼有限元法之后發(fā)展起來的一種新數(shù)值方法，與有限元法 在連續(xù)體域內(nèi)劃分單元的基本思想不同，邊界元法是在定義域的邊界上劃分單元， 用滿足控制議程的函數(shù)去逼近邊界條件所以邊界元法與有限元相比具有單元的未 知數(shù)少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在解決如應(yīng)力集中問題或邊界變量出現(xiàn)奇異性的裂 紋問題，邊界元法被公認(rèn)為比有限元法更加精確高效。但用邊界元法解非線性問 題時(shí)，遇到同非線性項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的區(qū)域積分，這種積分在奇異點(diǎn)附近有強(qiáng)烈的奇異性， 使求解遇到困難 從當(dāng)前電磁計(jì)算的前沿發(fā)展來看，有限元法不僅本身在應(yīng)用方面具有很大的 潛能，而且結(jié)合其他理論和方法還有廣闊的發(fā)展前景【2 3 1 ，這些前沿性發(fā)展包括一 些已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，并且有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用范圍的成果，如自適應(yīng)網(wǎng)格剖分、三 維場(chǎng)建模求解、耦合問題、開域問題、高磁性材料及具有磁滯及飽和非線性特性 介質(zhì)的處理等，他們進(jìn)一步開拓了有限元的應(yīng)用范圍，也適應(yīng)了更復(fù)雜的、精確 度要求更高的問題求解之需要。此外，這些前沿性發(fā)展還包括了一些尚處于探索 性階段的工作，如逆問題、人工智能和專家系統(tǒng)在電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、 邊界有限元法等。 1 3 電磁鐵理論及技術(shù)的研究概況 劉少克、倪鴻雁、張葵判冽采用A n s o f l 有限元分析軟件對(duì)中低速磁浮列車懸 浮電磁鐵電磁場(chǎng)進(jìn)行了三維研究，并與二維計(jì)算進(jìn)行了比較。計(jì)算結(jié)果表明，在 電磁鐵電流較小情況下，鐵心和軌道發(fā)生飽和的局部區(qū)域較小，三維與二維計(jì)算 結(jié)果接近；但當(dāng)電磁鐵電流較大時(shí)，兩者計(jì)算結(jié)果相差較大，三維計(jì)算得到的懸 浮電磁力值更接近實(shí)驗(yàn)值。 李勇、丁凡、李其朋、李其波【2 5 1 基于力傳感器和位移傳感器等器件，提出了 一種電磁鐵力特性測(cè)試系統(tǒng)，介紹了其結(jié)構(gòu)及原理，建立了測(cè)試系統(tǒng)模型，對(duì)測(cè) 試系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析通過試驗(yàn)研究了測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)誤差并對(duì)單向和 8 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 雙向兩種特定結(jié)構(gòu)的比例電磁鐵的靜動(dòng)態(tài)力特性進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果表明：該 系統(tǒng)測(cè)試方便、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠適用于單向和雙向電磁鐵靜動(dòng)態(tài)力特性的測(cè) 試。 樸吉興、朱鵬、徐國政、黃瑜瓏【硐針對(duì)關(guān)于高壓斷路器電磁鐵動(dòng)作特性研究 較少的現(xiàn)狀，為深入了解電磁鐵運(yùn)動(dòng)過程，得到其運(yùn)動(dòng)特性相關(guān)參數(shù)，為狀態(tài)監(jiān) 測(cè)提供依據(jù)，對(duì)一彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的1 2 k V 真空斷路器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析。主要基于振 動(dòng)信號(hào)，并結(jié)合合閘線圈電流，從振動(dòng)時(shí)間、頻譜特性和小波包分解能量分布來 分析斷路器的電磁鐵動(dòng)特性；并模擬鐵芯卡澀故障對(duì)比正常和故障兩種狀態(tài)，找 出相應(yīng)的特征量。研究結(jié)果表明，振動(dòng)信號(hào)反映斷路器脫扣過程的運(yùn)行特性，通 過振動(dòng)信號(hào)的分析，可以診斷出電磁鐵的狀態(tài)，能提高現(xiàn)有的高壓斷路器狀態(tài)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的水平。 王揚(yáng)彬、徐兵、劉英杰f 2 7 】介紹了電磁鐵及電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理，建立了 基于A n s o f t 的電磁鐵仿真模型和基于A M E S i m 的電磁閥整體仿真模型。通過將電 磁鐵A n s o f t 模型分析結(jié)果導(dǎo)入A M E S i m 仿真模型中，實(shí)現(xiàn)電磁回路、機(jī)械部件和 液壓系統(tǒng)之間耦合，獲得比較準(zhǔn)確的電磁鐵動(dòng)態(tài)特性仿真結(jié)果，避免了采用磁路 原理計(jì)算時(shí)存在的問題，提高了電磁鐵仿真的精度。 劉云，程軍嗍對(duì)聚磁效應(yīng)與聚磁頭幾何參數(shù)的關(guān)系作進(jìn)一步研究，尋求聚磁 效果與聚磁頭幾何參數(shù)間的規(guī)律，得出在磁鐵截面積S 和聚磁面積R 不變的情況 下，磁隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B 隨聚磁長(zhǎng)度L 的增加成指數(shù)增大，并存在極值。表明L 的 增加是有限的，若L 超過極限長(zhǎng)度時(shí)，由于磁極截面整體減小，將引起B(yǎng) 的下降； 在聚磁長(zhǎng)度L 和截面積S 不變的情況下，隨聚磁面積甌的減小B 先增大，超過一 定值后B 下降，存在一理想聚磁面積A ，得到帶聚磁頭電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)學(xué) 模型計(jì)算公式，為電磁鐵的設(shè)計(jì)提供新的參考依據(jù)。 李其朋，丁凡，王傳禮l 冽針對(duì)傳統(tǒng)比例電磁鐵僅具備單向驅(qū)動(dòng)能力的不足， 提出了一種耐高壓具有雙向驅(qū)動(dòng)能力的比例電磁鐵采用永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁 場(chǎng)與線圈產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)形成差動(dòng)磁路作用于銜鐵，使之實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)在有限 元模型的基礎(chǔ)上分別仿真分析了該比例電磁鐵在相同位置不同激勵(lì)安匝以及相 同激勵(lì)安匝、不同位置時(shí)的磁場(chǎng)分布，探討了該比例電磁鐵的位移力輸出特性成 9 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 因及特性，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合該雙向比例電磁鐵能夠有效消除零位死區(qū)， 并具有良好的線性度、較小的滯環(huán)和較低的功耗。 陳富安、王慶中、李攀峰、沈安文【蚓針對(duì)水下電磁鐵受水下供電電源的限制， 普通直流電磁鐵的起始吸力小，吸力特性曲線較陡，不能滿足水下操縱要求。通 過研究直流電磁鐵吸力特性，對(duì)電磁鐵鐵芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了準(zhǔn)恒吸力直 流電磁鐵。為了防止水和泥沙等進(jìn)入內(nèi)腔，用液壓油壓縮比小、能夠潤滑的特點(diǎn)， 在腔內(nèi)裝滿液壓油，達(dá)到了防水、耐壓、耐淤泥等效果。經(jīng)過近5 年的小浪底水 庫現(xiàn)場(chǎng)試用，這種耐淤泥水下電磁鐵未發(fā)生過任何故障現(xiàn)象，說明該方案具有很 高的可靠性。 佘龍華【3 1 】基于有關(guān)磁路定律和電路定律研究并建立多極串聯(lián)懸浮電磁鐵動(dòng)態(tài) 模型，該模型包括電磁力電流間隙的動(dòng)態(tài)約束方程和電流電壓的動(dòng)態(tài)約束方程， 它們構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)懸浮控制器是一個(gè)十分 復(fù)雜的過程，該文研究了一種基于多極串聯(lián)電磁鐵的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，該方法使多 極串聯(lián)懸浮電磁鐵的動(dòng)念耦合模型得以去耦。 葉勁松針【3 2 】對(duì)傳統(tǒng)起重電磁鐵在搬運(yùn)特高溫磁性物料時(shí)容易造成板坯脫落現(xiàn) 象，著重研究了高溫電磁鐵的電磁結(jié)構(gòu)及計(jì)算方法，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了電磁鐵 的空氣冷卻計(jì)算公式，通過現(xiàn)場(chǎng)使用表明，高溫電磁鐵成功地滿足吊運(yùn)高溫磁性 物料的要求。 柯明純、趙建斌、閆念華、王新海1 3 3 1 在分析一般直動(dòng)式比例電磁鐵和截錐頭 直動(dòng)式電磁鐵結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型直動(dòng)式比例電磁鐵的結(jié) 構(gòu)通過合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)化比例電磁鐵的靜態(tài)特性；通過有限元方法對(duì)新型直動(dòng)式 比例電磁鐵靜態(tài)性能進(jìn)行了仿真計(jì)算，證明了新型比例電磁鐵具有良好靜態(tài)性能 的可實(shí)現(xiàn)性，并探討了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)銜鐵工作錐面角度、隔磁角、隔磁環(huán)位置、 銜鐵長(zhǎng)度、銜鐵與導(dǎo)套間的徑向間隙、導(dǎo)套厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁鐵的靜態(tài)特性 具有重要的影響。 付文智、李明哲、鄧玉t h f 3 4 1 從工程應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)，闡述有限元法在電磁場(chǎng) 數(shù)值分析中的應(yīng)用。首先建立直流螺管式電磁鐵的數(shù)學(xué)模型，并用有限元法對(duì)電 磁鐵進(jìn)行了求解，得到電磁場(chǎng)的等磁位線和磁通密度等參數(shù)的分布規(guī)律及動(dòng)鐵芯 的吸力與行程的關(guān)系，與實(shí)際測(cè)試的吸力基本吻合，相對(duì)誤差為5 8 ，為電磁鐵 l O 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 的設(shè)計(jì)和安裝過程中控制牽引力提供了理論依據(jù)。 王淑紅、肖旭亮、熊光煜【3 5 1 等提出兩種圓柱形直流電磁鐵結(jié)構(gòu)一盆形極面和 錐形極面結(jié)構(gòu)，在簡(jiǎn)化的等值磁路方法和分析磁路總磁導(dǎo)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出產(chǎn)生恒 力特性時(shí)電磁鐵各主要尺寸之間的解析關(guān)系，分析各主要參數(shù)對(duì)力特性的綜合影 響。為進(jìn)一步電磁場(chǎng)數(shù)值方法精確計(jì)算和試驗(yàn)研究提供初步的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。采 用A N S O F T 有限元電磁場(chǎng)軟件計(jì)算的結(jié)果與解析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)所提出 的方法和結(jié)論是正確的，對(duì)于恒力特性直流電磁鐵的研發(fā)和設(shè)計(jì)是一種簡(jiǎn)便、適 用的方法。 江竹于蘭英柯堅(jiān)【3 6 1 等利用有限元方法對(duì)液壓控制系統(tǒng)中的超高速電磁比例 閥的電磁鐵磁場(chǎng)進(jìn)行研究，確定并優(yōu)化了比例閥電磁鐵的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 1 4 本課題研究的目的和意義 磁系結(jié)構(gòu)是磁吸式精密排種器的關(guān)鍵部位，已作的研究是在簡(jiǎn)單的分析模型 上進(jìn)行，其模型是由假設(shè)的等效磁路構(gòu)成，沒有考慮鐵芯結(jié)構(gòu)對(duì)磁場(chǎng)的影響，及磁 力排種元件的漏磁嚴(yán)重的現(xiàn)象，并且沒做整個(gè)磁系的模擬及磁場(chǎng)特性的分析及優(yōu) 化。所以本課題針對(duì)上述問題進(jìn)行研究，利用電磁場(chǎng)有限元分析軟件，通過對(duì)磁 力排種元件和磁系結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)特性分析，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使單個(gè)磁力 排種元件端面的磁場(chǎng)強(qiáng)度比較集中，整個(gè)磁系結(jié)構(gòu)中所有磁力排種元件的磁場(chǎng)分 布比較均勻，從而提高磁吸式排種機(jī)的吸種精度和攜種穩(wěn)定性，為磁吸滾筒式精 密播種器在小顆粒種子機(jī)械化精密播種方面的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 1 5 本課題研究的主要內(nèi)容和方法 基于磁吸式排種原理，本文將對(duì)磁吸滾筒式精密播種器磁系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化， 通過對(duì)磁力排種元件空間磁場(chǎng)分布和試驗(yàn)分析，給出影響其空間磁場(chǎng)分布的主要 結(jié)構(gòu)因素并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，利用軟件模擬和數(shù)據(jù)處理找出磁系結(jié)構(gòu)空間磁場(chǎng)的不 均勻性并對(duì)其進(jìn)行改善，并用試驗(yàn)來檢驗(yàn)優(yōu)化的結(jié)果。具體如下： 1 、通過利用電磁場(chǎng)基本理論和電磁場(chǎng)有限元分析軟件，對(duì)磁力排種元件空問磁場(chǎng) 分布進(jìn)行研究，得出其分布規(guī)律，確定其吸種范圍；根據(jù)電磁場(chǎng)的基本理論提出 幾種新型排種元件結(jié)構(gòu)，通過分析其空間磁場(chǎng)優(yōu)選出一種結(jié)構(gòu)，并且分析其結(jié)構(gòu) 1 1 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 參數(shù)對(duì)空自J 磁場(chǎng)的影響，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，從而確定最佳的磁力排種元件結(jié)構(gòu)。 2 、運(yùn)用A n s o f tl a x w e l l 軟件對(duì)磁力排種元件極性排列和間距對(duì)空間磁場(chǎng)的影響 進(jìn)行分析，確定磁力排種元件的極性排列方式，通過對(duì)空間磁分布的分析，找出 磁系結(jié)構(gòu)的不均勻性，運(yùn)用軟件模擬和和曲線擬合方法改善其不均勻性。 3 、通過對(duì)磁力排種元件吸種試驗(yàn)和磁系結(jié)構(gòu)的排種性能試驗(yàn)分析，來檢驗(yàn)?zāi)M仿 真的正確性和優(yōu)化的可行性，得出相應(yīng)結(jié)論。 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章磁場(chǎng)有限元軟件A n s o f tM a x w e l l 介紹 2 1A n s o f tM a x w e l l 的主要功能 由于工業(yè)應(yīng)用中的電磁元件，如傳感器，調(diào)節(jié)器，電動(dòng)機(jī)，變壓器，以及其 他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都使用得更加廣泛。由于設(shè)計(jì)者對(duì)性能與體積設(shè) 計(jì)封裝的希望，因而先進(jìn)而便于使用的數(shù)字場(chǎng)仿真技術(shù)的需求也顯著的增長(zhǎng)。在 電磁場(chǎng)技術(shù)的研究中，工程人員所關(guān)心的實(shí)用性及數(shù)字化功能方面，M a x w e l l 的 產(chǎn)品遙遙領(lǐng)先其他的一流公司。M a x w e l l2 D 3 D 是A n s o f t 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案 的重要組成部分【3 7 1 。M a x w e l l2 D 是一個(gè)功能強(qiáng)大、結(jié)果精確、易于使用的二維電 磁場(chǎng)有限元分析軟件。它包括電場(chǎng)、交流直流磁場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、瞬態(tài)場(chǎng)、 溫度場(chǎng)和參數(shù)化分析模塊，以及優(yōu)化功能可以用來分析電機(jī)、傳感器、變壓器、 永磁設(shè)備、激勵(lì)器等電磁設(shè)備的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、瞬態(tài)、正常工況和故障工況的特性， 并且M a x w e l 2 D 還可產(chǎn)生高精度的等效電路模型以供A n s o f t 的S I M P L O R E R 模塊 和其它電路分析工具調(diào)用。M a x w e l l2 D 具有高性能矩陣求解器和多C P U 處理能力， 提供了最快的求解速度，它所包含的自上而下執(zhí)行的用戶界面、領(lǐng)先的自適應(yīng)網(wǎng) 格剖分技術(shù)、用戶定業(yè)材料庫的特點(diǎn)，使的M a x w e l l2 D 在易用性上遙遙領(lǐng)先。 M a x w e l l3 D 包含M a x w e l l2 D 所有的模塊并新增了3 D 應(yīng)力場(chǎng)分析模塊，向?qū)降?用戶界面、精度驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)剖分技術(shù)和強(qiáng)大的后處理器時(shí)的M a x w e l l3 D 成為業(yè) 界最佳的高性能三維電磁設(shè)計(jì)軟件?？梢苑治鰷u流、位移電流、集膚效應(yīng)和鄰近 效應(yīng)具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機(jī)、母線、變壓器、線圈等電磁部件的整 體特性。功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗( R 和L ) 、力、轉(zhuǎn)矩、電感、 儲(chǔ)能等參數(shù)可以自動(dòng)計(jì)算。同時(shí)也可以給出整個(gè)相位的磁力線、B 和H 分布圖、 能量密度、溫度分布等圖形結(jié)果。 2 2A n s o f tM a x w e l l 的理論基礎(chǔ) 2 2 1 麥克斯韋方程組的一般微分形式 在1 9 世紀(jì)中葉，麥克斯韋在總結(jié)f ；i f 人工作的基礎(chǔ)上，提出了適用于所有宏觀 電磁現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，稱之為麥克斯韋方程組，它是電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)也是工程 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 電磁場(chǎng)數(shù)值分析的出發(fā)點(diǎn)。麥克斯韋方程組在電磁學(xué)中的地位，如同牛頓運(yùn)動(dòng)定 律在力學(xué)中的地位一樣，以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最 引以自豪的成就之一。它揭示出了電磁相