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1. 緒論
1.1本課題的來源及研究的目的和意義
為了滿足日益增長的種苗需求量，各地開始建立育苗工廠，引進世界先進的穴盤育苗技術(shù)，進行種苗工廠化生產(chǎn)。在育苗工廠中傳統(tǒng)的手工操作方式是不能滿足人們對生產(chǎn)的需求的，育苗工廠需要有精確、便捷、高效的現(xiàn)代化的育苗設(shè)備，來完成育苗的各項工作。
番茄生產(chǎn)在人們生活地位日益重要，發(fā)展生產(chǎn)機械化和工廠化是調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)重要措施之一。番茄育苗是一項對整個生產(chǎn)至關(guān)重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，尤其是穴盤育苗；其用種量少，幼苗分布均勻、發(fā)育好，同時節(jié)省幼苗移栽的工作量，保證秧苗的成活率和增產(chǎn)豐收，為機械化和工廠化育苗生產(chǎn)提供可能。隨著我國設(shè)施園藝的快速發(fā)展，機械化育苗設(shè)備也有了較快的發(fā)展，相應(yīng)的核心設(shè)備——精密播種裝置的重要性在整個育苗環(huán)節(jié)中顯得更加突出。中國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜的總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60％左右。近幾年來，種植業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，在糧食作物的播種面積呈現(xiàn)持續(xù)遞減的趨勢下，蔬菜、水果等經(jīng)濟作物的種植面積持續(xù)增長。健壯的幼苗是生產(chǎn)的基本條件，因此培育壯苗就是實現(xiàn)早熟、高產(chǎn)的重要的基礎(chǔ)。因為幼苗的好壞直接影響到定植田地以后的生長情況，又在很大的程度上影響到產(chǎn)量和采收期的早晚。幼苗的品質(zhì)如果不好，即使在定植以后加強管理也是事倍功半，很難獲得很好的收成。因此育苗是一項對整個生產(chǎn)至關(guān)重要的技術(shù)，是一項需要大量勞動力的勞動密集型的作業(yè)項目。能否育出苗、育出壯苗，很大程度上決定于人對秧苗的培育。我國傳統(tǒng)栽培上的“苗好一半收”，就是對培育壯苗重要性的概括。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展，培育壯苗的意義也變得猶為重要。以輕基質(zhì)無土材料草炭、蛭石等作育苗的基質(zhì)、采用機械化精量播種、一次成苗的現(xiàn)代化育苗體系是國際上70年代發(fā)展起來的一項新的技術(shù)。
穴盤育苗精量播種機是實施育苗移栽的主要裝備之一， 按其結(jié)構(gòu)形式可分為針式播種機 板式播種機和滾筒式播種機針式播種機播種精度雖然較高， 但速度慢 效率低，100～200盤/ h，針頭對種子有傷害; 滾筒式播種機播種速度較快，可達(dá)800 ～ 1200盤/ h，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在高速作業(yè)時漏播率較高; 板式播種機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便， 價格低，播種速度低于120～150盤/ h，但取種精度低，空穴率高［1］本文依據(jù)農(nóng)村溫棚育苗生產(chǎn)的實際要求，在分析國內(nèi)外典型育苗精量播種機工作機理的情況下，研制了拋擲式穴盤育苗精量播種機，創(chuàng)新設(shè)計了針式吸種盤 拋擲式種子盤和氣吹投種和清孔系統(tǒng)，較好地解決了氣吸式精量播種機對番茄等不規(guī)整小顆粒種子播種單粒率低和空穴率高等難點經(jīng)生產(chǎn)試驗測定，該機結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，各項性能指標(biāo)穩(wěn)定，能夠滿足主要作物如番茄，辣椒等的育苗播種技術(shù)要求。
播種是穴盤育苗中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。穴盤育苗技術(shù)對播種要求很高，要求每穴進行單粒播種，漏播和多粒種子的穴數(shù)盡可能少，以保證出苗整齊一致，群體結(jié)構(gòu)合理，因此，工廠化育苗需要進行精密播種，精量播種還可以節(jié)省大量種子。工廠化育苗精量播種主要依靠精量播種機來完成。育苗工廠使用的育苗設(shè)備大多是從國外引進的播種流水線或是單一用途的播種機。從國外購買播種流水線價格達(dá)100萬元左右，單一用途的播種機價格也要5萬元左右，這樣高的價格與我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品價格水平不相適應(yīng)，因此很難推廣應(yīng)用。另外，由于種子形狀差異較大，種類繁多，實現(xiàn)精量播種的難度較大，因此，研究穴盤精量播種裝置對促進我國的蔬菜生產(chǎn)機械化進程具有現(xiàn)實意義。
1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及分析
1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國工廠化農(nóng)業(yè)起步較晚，70年代末開始引進一些國外技術(shù)設(shè)備進行試驗研究，20 年來在技術(shù)與生產(chǎn)上均有較大的發(fā)展，目前我國各種溫室已發(fā)展到30萬公頃，對我國 農(nóng)業(yè)發(fā)展起到積極有效的促進作用。但也存在很多問題。
1. 播種機的播種合格率低。我國精密播種機結(jié)構(gòu)尚不完善，排種器精度不高，特別是對于形狀不規(guī)則、重量較輕的小粒蔬菜種子，播種機的播種質(zhì)量不穩(wěn)定，重播、漏播現(xiàn)象比較嚴(yán)重，多數(shù)播種機的性能尚不能達(dá)到要求。
2. 播種機的適應(yīng)能力差。機械化播種育苗技術(shù)為精密播種．對種子的品質(zhì)和外形均有較高要求。但由于不同蔬菜種子差距較大，目前我國多數(shù)精密播種 機械一般還只能播種一種或少數(shù)幾種種子。多為一機一用，對不同種子的適應(yīng)能力較差．造成機器的使用周期短、利用率低，不利于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。
3. 播種機的播種效率低。我國的排種機構(gòu)存在結(jié)構(gòu)冗余、播種速度低等問題，造成整機的工作效率 較低。一些國產(chǎn)播種機的工作情況相比人工播種，效率并沒有顯著提高，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要．限制了工廠化育苗技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外發(fā)達(dá)國家普遍采用溫室營養(yǎng)缽育苗，然后進行田間移栽的作業(yè)方法。近10年來，
有關(guān)部門加強從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究，使育苗和移栽有機結(jié)合，研制出多種全自動移栽機，使育苗過程實現(xiàn)機械化、工廠化和設(shè)施化。
經(jīng)過二三十年的發(fā)展，工廠化育苗自動生產(chǎn)線在發(fā)達(dá)國家成套技術(shù)己基本形成并向 高科技、高度自動化發(fā)展。工廠化育苗自動生產(chǎn)線一般由育苗穴盤擺放機、送料機、基質(zhì)裝盤機、壓穴及精量播種機、覆土和噴淋機等五大部分組成，這五大部分連在一起構(gòu)成自動生產(chǎn)線，拆開后每一部分又可獨立作業(yè)。這種自動生產(chǎn)線在荷蘭、美國、日本、韓國都有產(chǎn)品。穴盤育苗生產(chǎn)線的核心部分是復(fù)雜的精量播種系統(tǒng)，其播種系統(tǒng)的型號多種多樣。穴盤育苗生產(chǎn)線上多采用吸嘴式排種器，如美國Hamilton公司、Blackmore 公司及歐共體等廠家生產(chǎn)的各種穴盤精量播種生產(chǎn)線。 布萊克默系統(tǒng)(Black more system)播種裝置可將單粒種子分別播到648個育苗缽中， 它有一個平臺，發(fā)芽盤在平臺上可靜置，亦可滑動。還有側(cè)梁對發(fā)芽盤的滑動起導(dǎo)向作用，對種子的吸持裝置起支持作用。種子吸持裝置有一根橫梁，橫梁懸掛在裝有彈簧的套管支臂上，并可旋轉(zhuǎn)。橫梁兩端分別與導(dǎo)桿相連。橫梁經(jīng)過關(guān)閉閥與真空管相通。每個吸嘴均由富有彈性的柔軟材料構(gòu)成，內(nèi)部有一個通道，一直延伸到平臺的進口處。存放單層種子的槽與橫梁平行安裝，使吸嘴能降至槽內(nèi)。
美國佛羅里達(dá)州的斯匹德林公司發(fā)明了培育蔬菜秧苗的斯匹德林系統(tǒng)(Speeding System)。該系統(tǒng)的自動播種裝置采用吸嘴式排種器將種子單粒放到TODD育苗缽(穴盤)。真空式精播機公認(rèn)比較有代表性的，有美國的勃蘭克莫爾自動播種機。這種播種機只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機械，才能完成全部工序。
范達(dá)納(Van Dana)播種機是由美國密爾沃基的生長系統(tǒng)(Growing System lnc)設(shè)計制造的。該機較實用，成本卻僅為大多數(shù)播種機的一半。該設(shè)備能準(zhǔn)確、快速的將種子播種于真空導(dǎo)板上，將真空導(dǎo)管轉(zhuǎn)動到排種管處，此時真空產(chǎn)生壓力，種子通過排種管進入各個缽體。它能100％單個地吸持住所有顆粒狀種子，以適應(yīng)各種類型的種子和缽體。
目前國外的精量播種機已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，在精量播種機上除了設(shè)有完善的整地、覆土、鎮(zhèn)壓及施肥、灑農(nóng)藥裝置外，其排種裝黃多采用新的工作原理，包括各種氣力式排種原理與機械式排種原理，以保證單粒精量播種。另外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也在播種機上得以應(yīng)用。
精量播種裝置有機械式、氣力式等多種，由于機械式精量播種裝置對種子的外形要求嚴(yán)格，有一定的種子破碎率，而且其總體結(jié)構(gòu)配置復(fù)雜擁擠，整機笨重，效率低等因素，限制了機械式精量播種機性能的進一步提高。所以氣力式精量播種裝置較為多用。氣力式精量播種裝置是通過空氣真空度產(chǎn)生的吸力工作的。氣力式精量播種機對種子的形狀要求不嚴(yán)，通用性好而且播種速度也比機械式的高。氣力式精量播種機盡管形式多種多樣，但其工作原理只有氣吹式、氣壓式和氣吸式。
1.3對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1.3.1任務(wù)要求：查閱相關(guān)文獻，進行歸納整理 ，并進行總結(jié)，從而梳理思路，進行缽體精量點播機的設(shè)計，設(shè)計一種適用于棉花或番茄精量點播于穴盤（96穴或128穴）的機械，要求該機械每穴1-2粒，能連續(xù)工作，實現(xiàn)自動或半自動作業(yè)。
1.3.2 可行性分析：本設(shè)計用振動氣吸工作原理進行吸氣和排種。由于種子之間有摩擦，所以利用振動器將種子處于懸浮狀態(tài)以便吸種。當(dāng)進行吸種時，將氣力吸種部件移動到種子盤振動盤正上方，調(diào)節(jié)氣力吸種部件的轉(zhuǎn)換開關(guān)，使氣源和氣室接通，氣室形成負(fù)壓，拋起的種子在氣力作用下，被吸附在吸種盤上均布的吸種孔上；吸種后將吸種盤移到育秧盤上方適當(dāng)位置，氣室與氣源通路切斷，同時氣室與大氣相通，迅速釋放負(fù)壓，種子將靠自身質(zhì)量落入育秧盤，實現(xiàn)對靶播種。
1.4本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
重點研究的問題：
1.4.1核心部件是播種裝置，它由吸種部件和振動部件組成。
1.4.2振動部件由振動臺和種子盤組成，振動臺由支架和激振機構(gòu)組成。振動部件主要是是種子處于懸浮狀態(tài)便于吸種。
1.4.3吸種部件主要由吸種盤，氣室，轉(zhuǎn)換開關(guān)，接管和氣源等組成。其主要功用是保證每孔吸附1-2粒種子，并且準(zhǔn)確將種子點播于穴盤中。
關(guān)鍵的問題：本課題的關(guān)鍵在于吸種部件在吸種時必須保證每個孔吸附1-2粒種子，并且能準(zhǔn)確點播于盤中。
解決的思路：需研究種子在多大的氣力下才能被吸附起來，進行種子的質(zhì)量與氣力吸附的相關(guān)試驗，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。對于播種的準(zhǔn)確性需對設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，保證播種的準(zhǔn)確性。
1 播種機的結(jié)構(gòu)與原理
1． 1 播種機的總體結(jié)構(gòu)
播種機結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示 該機由行程控制開關(guān)，直滑軌 ，工作臺，萬向輪行走機架，針式吸種盤，氣泵，拋擲裝置，種子盤和氣動控制系統(tǒng)等組成；拋擲裝置有壓縮回位彈簧和牽引電磁鐵等組成; 針式吸種盤由吸種盤和可更換的吸嘴組成 。氣動控制系統(tǒng)由換向電磁閥 ，泄壓閥 ，輸氣管路和壓力調(diào)節(jié)開關(guān)等部件組成。
1． 2 播種機的工作原理
工作時， 先將裝有育苗基質(zhì)的穴盤放置在播種工位， 穴盤將被夾具自動定位 拉動吸種盤把手， 吸種盤在直滑軌引導(dǎo)下將外移( 由取種工位向播種工位作水平移動) ; 當(dāng)行程開關(guān)撞塊檢測到電信號， 反饋給牽引電磁鐵使其吸合， 拉動種子盤下降到下工位， 使吸種盤能繼續(xù)向前水平移動到播種工位; 此時行程開關(guān)撞塊檢測到吸種盤到達(dá)播種工位后， 產(chǎn)生電信號給換向電磁閥， 關(guān)閉負(fù)壓氣管， 同時開啟正壓氣管， 則氣室負(fù)壓消失， 切換正壓進入吸種盤， 將種子吹投至育苗穴盤對應(yīng)的穴空， 同時完成氣吹清孔， 投種結(jié)束 投種后吸種盤內(nèi)移( 由播種工位向取種工位作水平移動) ， 當(dāng)行程開關(guān)撞塊監(jiān)測到位移信號， 控制換向電磁閥關(guān)閉正壓氣管， 同時切換到負(fù)壓氣路 當(dāng)吸種盤內(nèi)移至種子盤正上方， 行程開關(guān)控制牽引電磁鐵吸合器斷電， 種子盤在復(fù)位彈簧作用下垂直上彈至上工位，同時將種子拋起迎合針式吸嘴被吸住， 吸附取種結(jié)束 重復(fù)上述動作， 可連續(xù)進行穴盤精量播種作業(yè)。
2．1主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
2．1．1氣室(吸種盤腔體)形狀尺寸的確定
氣吸式播種機是由吸孔處的負(fù)壓來完成種子的吸附，氣室對吸孔的吸附性能影響很大。理想的氣室形狀能實現(xiàn)氣流從吸種盤到吸嘴的連續(xù)流動，形成均勻穩(wěn)定的流場。根據(jù)陳進等【5]研究試驗結(jié)論：氣室形狀對氣室內(nèi)壓力傳遞、吸盤上壓力分布的均勻性無明顯影響，本設(shè)計將氣室形狀確定為長方體以便加工制造。由于氣室腔體太大會造成負(fù)壓不足，吸不上種子，而且氣室過大，會造成漏氣，從而影響流量和真空度，因此，吸種盤腔體的尺寸越小越好，另外，為了安裝吸嘴，吸種腔體尺寸又不能太小，所以按標(biāo)準(zhǔn)育苗盤尺寸，對于128穴的穴盤尺寸為：490mm×240mm，空穴尺寸：30mm×13mm×40mm（上口×下底×深度）。吸種盤腔體尺寸設(shè)計為：490mm×240mm×40mm（長×寬×高）。
2．1．2吸嘴的孔徑設(shè)計
吸嘴的直徑大小與真空度緊密聯(lián)系。在相同的真空度的情況下，直徑越大其吸附力也越大．
吸嘴的直徑設(shè)計的要求有：
1，保證吸附力大于種子質(zhì)量(重量)，這樣種子才有可能被吸附在吸嘴上． 2，吸嘴孔直徑不能大種子最大直徑．
3、保證一定的吸附合格率。
經(jīng)試驗證明，當(dāng)吸嘴直徑大于種子直徑時，種子會被吸入吸嘴，從而造成吸嘴孔堵塞：而當(dāng)
吸嘴直徑小于六分之一種子直徑時，吸嘴的吸附能力將降低。這兩種情況都將導(dǎo)致播種合格率下降．空穴率升高。因此吸嘴的孔徑必須是多種規(guī)格，以適應(yīng)不同種類的種子需要。
2．6．4．3吸嘴的規(guī)格設(shè)計
嚴(yán)格米說，每一種質(zhì)量和形狀的種子都有一個相應(yīng)的最適合的吸嘴直徑。但是精密播種機不可能也不必要為每一類種子配備一種規(guī)格的吸嘴。因此，在實際設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)種子質(zhì)量的分布進行吸嘴的規(guī)格設(shè)計．一般情況下，我們以克粒數(shù)作為種子的質(zhì)量指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗，我們一般將吸嘴設(shè)計為表2-3所示的幾個規(guī)格。
表2-3吸嘴規(guī)格對應(yīng)表
吸孔孔徑大小對單粒率、多粒率影響很大，孔徑尺寸減小，單粒率上升，多粒率下降，但孔徑太小不易加工且易被堵塞。研究表明：吸嘴孔徑取物料種子直徑的0.5一0.7倍較合適[6，7J。據(jù)此確定吸孔直徑分別為0．7mm和1.5mm二種尺寸，其中0．7mm用于吸附西紅柿和辣椒種子，1．5mm用于吸附棉種。帶導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率明顯高于無導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率，但吸嘴導(dǎo)程過長會降低吸嘴口處負(fù)壓和流量，從而不利于吸種，為便于加工和配合拋振裝置的需要，選擇吸嘴長度為8mm，吸嘴間距為30mm，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．1．3吸嘴端口形狀的確定
真空吸嘴是氣吸式穴盤育苗精量播種機的核心工作件，國內(nèi)外研究者就其氣流場的分布及其動力學(xué)參數(shù)與播種性能間關(guān)系進行了試驗研究【IoJ，結(jié)果表明：吸嘴真空度、嘴型、孔徑和導(dǎo)程等是影響真空吸嘴吸附能力的主要因素。由于上述研究是一個多目標(biāo)多因素問題，其影響因素互相制約，從理論上進行分析設(shè)計具有較大的難度，傳統(tǒng)的物理試驗方法費時費力，無形中增加了成本和延長了設(shè)計周期，同時不直觀的數(shù)據(jù)誤差也影響整個設(shè)計的可靠性。
吸嘴端口形狀目前應(yīng)用最常見的有A型、U型和V型。經(jīng)試驗表明（胡斌）其中，V型端口吸附性能最好(31。
1吸嘴體 2針管 不同的吸嘴規(guī)格有不同的針管直徑。
2。1．3氣源流量的確定
物料的臨界速度是氣力輸送裝置和物料吸取裝置設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。在吸嘴氣力式播種機的氣流場中，按照氣力輸送裝置的氣流速度來進一步確定流體速度，以保證種子被有效吸附。周祖愕[8J研究表明：當(dāng)氣流輸送速度為30m/s以上時，物科可以被有效吸附。吸嘴氣力式播種根據(jù)不同大小的種子選用不同孔徑的吸嘴，以番茄種子播種為研究對象，對吸嘴吸取種子進行分析，確定吸嘴能夠吸取種子的最小氣體流量。假定每個吸嘴的真空度和氣體流量均勻，每個吸嘴的流量為：
吸嘴的總流量為：
上式中，d為吸嘴 直徑，0.7mm；n為吸嘴個數(shù)；128個；v為吸嘴口流速。
當(dāng)氣源氣體流量大于5.3/h時，吸嘴能夠把種子完全吸取。
2 氣泵的選擇
由于溫室大棚育苗播種一般要求空粒率低，對多粒率通常沒有特殊要求，故選用流量較大、價格便宜的XWB-1型旋渦氣泵作為氣源，以提高吸附率。由無錫某機電設(shè)備有限公司氣泵研究所的有關(guān)人員對旋渦氣泵產(chǎn)品所作的實驗統(tǒng)計得到，氣泵的有效功率為總效率的20％～45％XWB-1型旋渦氣泵最大流量為60m3／h，故實際工作流量為12～27m3／h，完全滿足設(shè)計流量要求。具體參數(shù)見下表。
型號/參數(shù)
最大壓力(kpa)
真空度(kpa）
最大流量(M3/h)
電動機功率(Kw)
電機轉(zhuǎn)速(Rpm)
管徑
(mm)
外型尺寸
長＊寬＊高
紙箱包裝尺寸長＊寬＊高
重量(Kg)
XWB-1
18
12
60
0.37
2800
40
280×252×260
290×260×280
10
拋振機構(gòu)的設(shè)計
拋振機構(gòu)由復(fù)位彈簧、牽引電磁鐵、種盤等組成（如圖 1 所示）。
考慮到吸種盤來回吸種時，拋振裝置將種盤彈起，吸種盤落人種盤內(nèi)吸附處于懸浮狀態(tài)的種子，故種盤稍大于吸種盤面積，底面尺寸每邊大于吸種盤2～3個種子直徑，以免在邊緣上擠碎種子，并且由于實際吸種時為了提高吸種性能，種盤要能放多于3層的種子，需有一定深度，所以種盤尺寸設(shè)計為：550mm×320mm×20mm。同時在種盤底部打上小孔，孔徑小于種子直徑，以便能有足夠的氣體流入到吸嘴產(chǎn)生負(fù)壓。種盤通過螺栓與拋振裝置連接在一起，這樣當(dāng)拋振裝置的牽引電磁鐵處于斷開狀態(tài)時，復(fù)位彈簧利用回復(fù)力將種盤彈起，盤內(nèi)種子上拋處于懸浮狀態(tài)，以減小吸附時的阻力，提高種子吸附率。
1 拋振機構(gòu)工作原理
種盤與牽引電磁鐵的銜鐵連接在一起，種盤底面四角安裝有復(fù)位彈簧。牽引電磁鐵通電時，銜鐵拉動種盤克服彈簧力向下運動一定行程。磁力斷開狀態(tài)時，復(fù)位彈簧將種盤彈起，盤內(nèi)種子隨盤產(chǎn)生上拋運動，上表面的種子將脫離種子群，處于懸空“沸騰”游離狀態(tài)，由于增加與吸盤上吸嘴的接觸機會，顯著提高種子吸附率[8-10]。機構(gòu)設(shè)計參數(shù)為[11][11] 董春旺，羅昕，胡斌．半自動穴盤育苗精量播種機的設(shè)計[J]．石河子大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，26(5)：630－632．Dong Chunwang, Luo Xin, Hu Bin. Design of semi-automatic tray precision seeding-machine[J]. Journal of ShiheziUniversity: Natural Science, 2008, 26(5): 630－632. (inChinese with English abstract)：種盤及連接器質(zhì)量約3 kg，彈簧系統(tǒng)剛度 4 N/mm，牽引電磁鐵使用電壓為220 V，最大牽力為 80 N，可調(diào)最大行程為 25 mm。
2 拋振機構(gòu)運動規(guī)律分析
2.1 種子“沸騰”運動條件與拋振強度計算
對單粒（層）種子在種盤上的運動進行分析。種盤上的種子受自身的重力和種盤運動時給予的慣性力[12-13]，忽略空氣阻力對種子受力運動的影響，種子脫離種盤出現(xiàn)跳動的臨界條件為
P> G 3 （1）
式中 P——種子所受慣性力，N；G——種子重力，N。
種盤運動的周期性簡諧方程為
當(dāng)不考慮系統(tǒng)阻尼 ε時，方程為
式中：x——運動方程；A——振幅，mm；t——振動時
間，s；φ——振動初相位，rad；ω——振系固有角頻率
rad/s。
種子初始加速度與種盤加速度相同
由牛頓第二定律可得
將（5）代入（1）式得
w = =
令 K為拋射強度[8,14]，則
僅當(dāng)種子隨盤運動且與種盤之間接觸力為 0 時等號成立,說明只有 K＞1 時，種子才可能被拋起。
如圖 2 所示，拋振機構(gòu)處于狀態(tài) A 時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，存在
k
式中： F——牽引電磁鐵拉力，N；k——拋振系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；Δx——F形成的壓縮量，mm；δ——種盤種子的靜變形量，mm；M——種盤質(zhì)量，kg；m——棉種質(zhì)量，kg。
將式（9）代入到公式（8）得
由拋振裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)決定（如圖 1） ，吸嘴取種后將從種盤上方移動到穴盤上方的播種工位，為避免吸盤吸嘴移出時種子不被種盤外沿碰掉，則種盤下移距離必須大于吸嘴和棉種的累加高度（即 16～20 mm） 。故選用80 N 的牽引電磁鐵時，設(shè)計拋振系統(tǒng)彈簧的剛度為4 N/mm。
則拋振系統(tǒng)的固有頻率為
+
振幅為
式中：xt1——種盤位移量，mm；t1——有效位移時間，s。
代入式（7）得振系的拋射強度為
= = = >
故拋振機構(gòu)滿足設(shè)計要求，種子能從種盤上被拋起。
播種機取種時，系統(tǒng)電磁鐵斷電，回位彈簧將盤和盤內(nèi)種子向上拋擲，假設(shè)系統(tǒng)種子和種子盤均勻，均布的彈簧剛度一致，依據(jù)機械能守恒，系量方程式為
Es為彈性勢能，即
則可推出
式中M一種子盤和磁鐵銜鐵質(zhì)量之和；
m一種子質(zhì)量；
δ-M+m引起的靜變形鼉；
V-二者拋擲初速度；
k一系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；
△x一磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量。
種子與種子盤拋擲后，種子受慣性力作用做自由上拋運動，自由上拋高度為
可以看出，種子上拋高度與彈簧剛度系數(shù)后，磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量△x和種子盤、種子和彈振機構(gòu)質(zhì)量(M+m)有關(guān)。將樣機的種盤質(zhì)量M =3 kg， 單粒棉種質(zhì)量m=0.096 g，銜鐵牽引力 F=80 N，代入式（11） 、 （13） 、 （14）得：v=735 mm/s，h =12.59 mm，h'=26.67mm，棉種脫離種盤上拋高度為：h'－h(huán)=14.08 mm。