基于转盘斜刮式光电自动数粒仪的设计

　　引言

　　自动数粒仪用途广泛。在农业上可用于种子千粒重测量、种子定量分装、蚕卵雌雄分离和计数、播种机的精准排种等; 在工业上可用于粒料、药丸、珍珠等定量分装和数粒。数粒仪一般可分为两类。一类是粒料静态测量仪，如具有计算机图像处理功能的数粒仪和千粒重仪[1 ～ 3]; 另一类是粒料动态测量仪。目前，国内外可购到的小型动态数粒仪多数采用电磁扭振盘原理[4 ～ 5]，盘中粒料沿V 形环槽螺旋向上排序移行，并在落粒过程中光电计数。但由于移行中不产生粒间距，落粒穿过光电检测区时会有叠影和散乱现象，易造成计数失误; 此外受电磁振动噪声影响，计数速度只能达到330 粒/min [6]。针对上述问题，提出转盘斜刮排序原理，并基于该原理设计光电自动数粒仪( 已申请了专利[7]) 。

　　1 转盘斜刮排序原理

　　图1 所示结构由槽盘和转盘等组成。开有斜槽和弧槽的槽盘套装在转盘上面，且两盘的接触面是倾斜一定角度的圆锥面，中心低边缘高，盘中的粒料受重力作用而获得向心合力f3，使粒料具有滚向或滑向盘心的趋势。槽中的粒料在转盘切向力F 作用下移动并接触到斜槽边时，F 作用力可分解为方向与斜槽平行的槽向分力F1和方向与斜槽垂直的法向分力F2，同时也产生2 个摩擦力f1和f2。f1由粒料自重产生，作用在粒底，当粒料较轻时，可忽略不计。f2由F2产生，作用在粒与槽边的接触点上，方向与F1相反。当粒料在斜槽中移行有空隙h 时，因F1作用在粒底，一般会以粒半径为力矩，以摩擦力f2为动态支点，使粒料向前滚动或滑移。当许多粒料排列成无空隙移行时，一些粒料的滚动力被互挤而抵消，无法滚动。F1克服摩擦力f2和向心力f3，推动粒料以槽向速度v1沿斜槽平移，同时法向分力F2和f3的分力挤压粒料嵌入粒间而实现排列。设转盘转速合理，且粒料被排成了理想的单列沿斜槽移行状态，当粒料脱离斜槽，拐入弧槽( 图1 中C1、C2) ，因失去F2和f2的约束而释放，粒速在拐弯处( C2) 从v1突然变为转盘切向速度v，加快了约1 /cosα 倍，而排在其后的粒料还未脱离斜边的约束。此时，粒与粒之间便自动产生了间隙，形成粒间距S。

       从图1 的α 角关系可知

　　v1 = v /cosα ( 1)

　　设T 时间内以v1

　　速度沿斜槽槽向移动h + d，则

　　v1T = h + d ( 2)

　　由式( 1) 和( 2) 可得

　　vT = ( h + d) /cosα

　　而vT 是以切线速度v 在T 时间内移动h + d，即粒间距S，则

　　S = ( h + d) /cosα ( 3)