电控株距无级调节器的基本结构、工作原理及性能
电控株距无级调节器的基本结构、工作原理及
性能
引言
智能化农业机械是一个集信息获取、分析、推理、决策于一体，可实现精确变量控制的作业平
台，是实现精准农业的重要设备。智能变量播种机是智能化农业实施的一个重要机械装备，而
播种机株距无级调节器是智能变量播种机的核心部件。
现有国内播种机的株距调节为档位调节式，具体形式有独立变速齿轮箱和带变速齿轮箱的勺盘
式排种器等。这类机构只能若干级别地设定穴播作物的株距，不能实现株距的无级调节。美国
凯斯( CASE)集团设计的变量播种机安装了电控液压马达变量播种施肥执行机构，可以通过改
变液压比例阀的开度实现无级调节; 但是这种无级调节机构设计复杂、成本较高，不符合我国
的国情和生产实际。为此，以山东理工大学设计的一种电控株距无级调节器为对象，介绍了其
基本结构和工作原理，对株距调节性能进行了理论分析，并对工作性能进行了试验研究。
1 基本结构与工作原理
1 ．1 基本结构
播种机电控株距无级调节器以凸轮摆杆机构为基本模型，主要由箱体、安装在箱体内部的动力
输入装置、传动装置、调速装置、动力输出装置、限位装置、摆杆复位装置、株距指示装置和
位移检测装置等构成，结构简图如图 1 所示。【图 1】
其性能特点如下: 在播种机静止或工作过程中均可进行调速，性能稳定，传动比范围大; 理论上
输出转速可以为 0 ，最大输入转速为可以达到 1 500r/min; 工作时运行平稳、噪声小、传递扭矩
大，适用于农田作业机械。
1 ．2 工作原理
凸轮在动力输入轴的带动下进行转动，摆杆在凸轮的推动下围绕调节架底部的摆轴上下摆动，
进而带动超越离合器往复摆动，使动力输出轴单向旋转并输出动力; 微型直流减速电机在外部
—控制器的控制下带动调节计量螺 蜗杆旋转，通过固定在调节架上的调节螺母套带动调节架沿
导轨移动，进而调节摆杆与调节架底部的摆轴接触点的位置，改变接触点两侧摆杆的长度比，
从而改变离合器壳毂的摆动角度，完成播种株距的无级调节; 接近开关通过信号线把信号反馈
给外部控制器，对调节架移动进行限位控制; 微型滑块位移传感器的滑块随调节架移动，通过
信号线把调节架的位置传给外部控制器，完成调节架定位控制。
2 株距无级调节器调节性能分析
2 ．1 调速分析
对于电控株距无级调节器，调速装置是实现株距无级调节的核心机构，其运动原理图如图 2 所
示。调速装置通过改变 C 点在连杆BD 上的位置，从而使连杆BD 的BC 段与CD 段形成新的
比例关系，使摆杆 DE 获得不同的摆角，再通过与摆杆 DE 连接的单向超越离合器使输出轴的
转速发生变化，达到无级调速的目的。【图 2】
由图 2 可知，在调速装置调节过程中，凸轮轮廓线保持不变，则H 值也基本不变。当滑块铰接
点从点 C 移动到点 C 时，摆杆的摆角 ψ 会逐渐变大。在凸轮转速不变的条件下，摆杆的平均
角速度逐渐变大，即C 处的传动比是 C 点处的Δψ2/ Δψ1( Δψ2 ＞Δψ1) 倍。显然，随铰接点 C
点的连续移动，Δψ2、Δψ1 也随之呈连续变化，故传动比也为连续变化，满足调速连续性的要
求，进而实现了株距的无级调节。在理论上，当点C 移动到 D 点时，摆杆摆角 Δψ 为0( 即输
出角速度为 0) ，此时的株距为无穷大; 在点 C 靠近B 点的过程中，传动比逐渐较小，则株距越
来越小。
2 ．2 脉动度 δ 分析
电控株距无级调节器基本模型是凸轮摆杆机构。无级调节器工作时，凸轮机构的连续性旋转运
动转变为摆杆的往复摆动，作为输出构件的超越离合器将摆杆的往复摆动转变为脉动的单向转
动输出; 调节器配置3 组相互间具有 120°相位差的凸轮摆杆机构，结合超越离合器的输出特
性，调节器瞬时角速度曲线图如图 3 所示。图 3 中，虚线部分被超越离合器过滤掉了，瞬时角
速度从 s1 点到 s2 点完成 1 次脉动变化循环。【图 3】
由以上可知，凸轮摆杆机构的输出角速度具有脉动性。为了衡量脉动性的大小及机构运行的稳
定性，采用脉动度 δ 作为脉动发生机构的一个基本性能指标，δ 定义为【公式】
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电控株距无级调节器的基本结构、工作原理及性能引言智能化农业机械是一个集信息获取、分析、推理、决策于一体，可实现精确变量控制的作业平台，是实现精准农业的重要设备。智能变量播种机是智能化农业实施的一个重要机械装备，而播种机株距无级调节器是智能变量播种机的核心部件。现有国内播种机的株距调节为档位调节式，具体形式有独立变速齿轮箱和带变速齿轮箱的勺盘式排种器等。这类机构只能若干级别地设定穴播作物的株距，不能实现株距的无级调节。美国凯斯(CASE)集团设计的变量播种机安装了电控液压马达变量播种施肥执行机构，可以通过改变液压比例阀的开度实现无级调节;但是这种无级调节机构设计复杂、成本较高，不符合我国的国情和...
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