锥盘式颗粒肥撒施机构抛撒性能分析与试验

为了提高颗粒肥撒施的均匀性和一致性,该文设计了一种锥盘式撒肥机构,通过对锥盘式撒肥机构工作性能的分析,建立了肥料颗粒的受力方程。通过撒肥试验,研究喂入区大小、甩盘转速、甩肥高度对撒肥区域内肥料分布规律的影响。试验结果表明：喂入区大小对肥料颗粒的横向幅宽分布影响较大,对纵向分布影响较小,施肥作业中合理的喂入角为75°;随着甩盘转速的增加,有效施肥区域的横向幅宽和纵向距离均逐渐增大,而且施肥的均匀性和一致性也不断提高,合理转速为600 r/min;施肥高度对施肥幅宽分布和一致性没有显著影响。研究结果可为颗粒肥撒施机的设计提供参考。     

离心侧抛式藕田撒肥器设计与试验

针对藕田机械化施肥实际需求,该研究设计了一种离心侧抛式撒肥器。通过建立单个肥料颗粒在叶片上受力的理论模型,确定影响颗粒运动特性的主要参数为撒肥盘转速、叶片倾角和叶片偏角。以肥料喂入速率以及上述因素为影响因素,利用EDEM软件进行单因素仿真试验,结果显示以撒肥器中心为原点,沿抛撒方向,肥料在单个统计区域的分布量变化趋势为先升高后降低。定义肥料分布最多的单个统计区域与撒肥器间的距离为峰值距离,以肥料分布均匀性变异系数和峰值距离为评价指标进行正交旋转仿真试验,根据试验结果利用Design-Expert软件对撒肥器结构进行优化,求取峰值距离为10、21m且均匀性变异系数最小的两种叶片各自对应的叶片倾角和叶片偏角分别为8.5°、17.5°和11.5°、–1.9°。以上述结构撒肥器开展仿真与实际撒肥试验。仿真结果显示:撒肥盘转速1 250 r/min、喂入速率0.316 kg/s时,肥料分布均匀性变异系数、峰值距离、作业幅宽分别为19.43%、21 m和29 m,实际试验结果分别为21.95%、18.6 m和24.5m。以藕田追肥中常用肥料尿素、复合肥、磷肥为对象开展撒肥性能试验,结果显示,撒肥盘转速、喂入速率、肥料种类、肥料种类与转速的交互项、肥料种类与喂入速率的交互项对肥料分布均匀性变异系数影响极显著(P0.01),转速、喂入速率、种类对作业幅宽影响极显著(P0.01)。该研究结果可为藕田撒肥机械设计提供重要参考。     

锥盘式撒肥装置的性能分析与试验

针对目前大多数撒肥机在作业过程中存在抛撒不均问题,该文设计了一种锥盘式撒肥装置。通过对该装置结构和工作原理的阐述及肥料颗粒在撒肥盘、叶片上和空气中的动力学和运动学分析,建立了肥料颗粒的运动模型。以叶片长度、叶片水平投影倾角、撒肥盘转速、肥箱落肥口位置和面积为试验因素,以肥料抛撒的横向变异系数为试验指标进行了台架试验。试验表明,当落肥口位置(落肥口中心点在以叶片旋转中心在地面的投影为坐标原点的空间直角坐标系中的坐标值)为(70 mm,0,800 mm),叶片长度为150 mm,落肥口面积为2456 mm2,叶片水平投影倾角为1°,撒肥盘转速为1090 r/min时,横向撒肥变异系数为5.215%,此时肥料抛撒的均匀性最好,满足施肥作业要求。该装置基本上解决了肥料抛撒不均方面的不足,为锥盘式撒肥机的设计与优化提供了参考。     

立式有机肥螺旋撒肥装置设计与试验

针对有机肥黏度大、流动性差、粘结成块后抛撒困难的问题,该研究设计了一种带撒肥叶片的立式有机肥螺旋撒肥装置。通过建立有机肥在抛撒过程中的运动学模型,对撒肥距离、撒肥幅宽进行分析,确定影响撒肥效果的主要因素。以撒肥均匀度和撒肥幅宽为试验指标,以螺旋轴转速、撒肥圆盘倾斜角度、螺旋叶片螺距为试验因素进行旋转正交试验。运用Design-Expert软件对试验结果进行参数优化,通过验证试验对优化后的参数进行验证,结果表明：当螺旋轴转速为385.0 r/min,撒肥圆盘倾斜角度为16.0°,螺旋叶片螺距为360.0 mm时,撒肥均匀度横向变异系数为14%,撒肥幅宽为8.1 m,满足有机肥撒肥机作业标准及田间作业要求。该研究可为有机肥撒肥机的设计和优化提供参考。     

斜置式甘蔗切割喂入装置设计及试验

为了提高甘蔗收割机的作业质量,该文设计了一种斜置式甘蔗切割喂入装置,并进行了装置性能的试验和对不同生长状态甘蔗的适应性试验。性能试验结果表明,切割喂入装置在机器前进速度为0.43m/s、刀盘转速为450r/min、刀盘倾角为8°时,甘蔗的破头率为20%、整秆率为60%、喂入率为100%、损失率为12.6%;适应性试验结果表明,甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm("-"表示沿机器前进方向,甘蔗位于蔗行中心线右侧)、倒伏姿态角为40°、侧偏角为30°和甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm、倒伏姿态角为60°、侧偏角为0的甘蔗适应性好。     

螺旋排肥器排肥口参数对排肥性能影响的试验研究

针对螺旋排肥器在物料输送过程中排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性降低的问题,该研究采用离散元仿真和台架试验相结合的方法,以排肥均匀性变异系数为评价指标,在螺旋转速30r/min下,研究了排肥口长度和排肥口角度对排肥均匀性的影响,通过正交试验分析了单个螺旋转动周期内的排肥特性。试验结果表明:影响螺旋排肥器排肥性能的主次因素分别为排肥口长度、排肥口角度,两者对螺旋排肥器的排肥稳定性和均匀性有非常显著的影响,在排肥口角度为135°、排肥口长度为60mm的组合下取得较优排肥效果,该组合下仿真试验的排肥均匀性变异系数为4.98%,台架验证试验的排肥均匀性变异系数为5.41%,仿真试验和台架试验结果吻合度较好。该研究可为螺旋式排肥器的设计与优化提供参考和理论依据。     

小麦联合收获机双出风口多风道清选作业试验

针对小麦联合收获机双出风口多风道清选装置由于主要作业参数调整不当而导致清选损失率、含杂率、二次含杂率高的问题,该文通过台架试验分别对双出风口多风道清选装置主要作业参数(喂入量、风门开度、风机转速、上、下导风板角度)进行单因素与多因素优化试验,探究各试验因素对清选损失率、含杂率、二次含杂率的影响规律,寻找最优参数组合。参考市场上小麦收获机拥有量较大的久保田988机型相关参数,搭建联合收获机双出风口多风道试验台。双出风口4风道时,小麦清选损失率、含杂率最低,分别为0.78%与0.48%,通过单因素试验,得出喂入量4.5～5.8 kg/s、风门开度0°～20°、风机转速1 200～1 600 r/min、上、下导风板角度0～20°。利用Box-Behnken中心组合试验设计理论,进行五因素三水平正交试验。结果表明:对清选损失率影响较显著的因素有风机转速、喂入量、上导风板角度;对含杂率影响较显著的因素有风机转速、上、下导风板角度;对二次含杂率影响较大的因素有上导风板角度、风机转速、喂入量,通过对目标参数优化得到最优作业参数为喂入量4.5 kg/s、风门开度10.2°、风机转速1 548 r/min、上、下导风板角度分别为20°和0°,此时清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.79%、0.40%与0.82%。台架试验验证得到清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.75%、0.38%与0.76%,与优化结果误差分别为5.1%、5.0%与7.3%。此研究结果可为小麦联合收获机多风道清选装置作业参数调整提供理论参考。     

组合型孔排种器双充种室结构对充种性能的影响

为研究组合型孔排种器的双充种室结构对充种性能的影响,该文对组合型孔排种器的充种起始角和限种机构参数进行了理论计算和试验验证。理论计算和以充种起始角为单因素变量的试验结果表明,组合型孔排种器在-40°左右的位置开始充种。以型孔大小、充种起始角度和排种器工作转速为变量的多因素试验结果表明,最佳充种起始角为-20°;与-10°和0相比,充种起始角为-20°的平均穴粒数受排种器工作转速影响的变化更小,变异系数也更小。限种机构距离排种轮中心40 mm时最佳,解决了毛刷甩种的情况;以型孔大小、水稻品种、限种板调节位置和排种器工作转速为变量的多因素试验结果表明,限种调节板与型孔轮的距离在0~22 mm范围内可调,对大、小型孔以及不同类型的稻种都能实现对播种量的微调节。     

小粒牧草种子丸粒化包衣数值模拟与试验

针对小粒牧草种子丸粒化包衣时包衣质量不高、丸化合格率较低等问题,该研究采用理论方法,分析种粉颗粒在包衣锅内的运动过程、受力情况,构建种粉颗粒与包衣锅相互作用力学模型,获取影响种子包衣质量的主要因素。利用EDEM软件模拟包衣设备中不同结构参数下物料混合情况,探究结构参数对种粉混合效果的影响,以粉料的变异系数为评价指标,以包衣机甩盘直径、包衣机边缘倾角和包衣机转速为影响因素开展优化试验,得到最优参数组合为包衣机甩盘直径309.9 mm、包衣机边缘倾角61.9°和包衣机转速10.1 r/s。利用搭建的物理试验平台进行种子丸粒化包衣验证试验,结构参数优化后的包衣锅物理试验平均丸化合格率得到提升。进一步优化种子丸粒化包衣质量,探究粘结过程中粉料、药液对丸粒化包衣的影响。对丸粒化包衣机进行工艺参数正交试验,得到最佳工艺参数组合为单次供粉量为10 g、单次供液量为15 mL和包衣时长为7 min。在最优工作结构参数与工艺参数组合下,种子丸粒化包衣试验质量较高,研究结果可为其他不规则种子包衣提供参考。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

导流式水田离心扬肥器设计与试验

针对水稻撒施追肥肥料颗粒破碎率高、抛程低的问题，该研究设计了一种导流式离心圆盘扬肥器，其主要由带导向叶片的旋转圆盘、进料部分和导流筒组成，利用离心力和气流共同作用抛撒肥料，以提高抛程。首先，对肥料颗粒进行动力学分析，建立抛程与肥料颗粒速度之间的函数关系，确定装置的结构及运动参数。其次，基于EDEM对撒肥过程进行了仿真分析，研究扬肥器导向叶片结构参数与进料口位置对肥料初速度的影响，并基于FLUENT对扬肥器内部气流流场进行仿真分析，研究扬肥器导流筒对颗粒抛出速度的影响，优化导流筒的结构参数。最后，采用四因素三水平正交试验，研究叶片数量、叶片型式、叶片高度和盘室间隙对抛程和肥料破碎率的影响。结果表明，当叶片数为4、叶片型式为径向叶片、叶片高度为15 mm、盘室间隙为25 mm时，抛程为16.95 m，肥料破碎率为26.32%，较无导流筒的扬肥器抛程提高5 m、肥料破碎率降低28.2%。研究结果可为扬肥装置的研制提供依据。     

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°~5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°~5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%~14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速、沿作业方向前或后单向摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速的数学模型,确定了不同地表坡度下,排种量与作业方向地表坡度和供种装置转速的匹配关系,以实现有坡度地表的排种量与平整地表的排种量趋同,为满足不同地表坡度下的播种作业提供参考。     

颗粒化肥水平气送式螺旋组合可调定量供肥装置设计与试验

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,确定了其主要结构参数,构建了颗粒化肥组合体在肥料充填区和投肥区的力学模型。应用台架试验研究了螺旋式排肥轮数量和转速对供肥速率及供肥稳定性变异系数的影响。结果表明:倾斜螺旋状型孔结构有利于充肥和排肥;螺旋式排肥轮数量和转速分别为1~4个和10~40 r/min条件下,供肥速率随螺旋式排肥轮数量与转速增加而增加,供肥速率范围为912.67~13 164.26 g/min。螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥,3种颗粒化肥的供肥速率之间的差值低于5%。构建了螺旋式排肥轮数量和转速与供肥速率的回归预测模型,在目标施肥量150~750 kg/hm2和拖拉机前进速度2.52~5.88 km/h条件下,供肥速率试验值与模型预测值的偏差在3%以内,供肥稳定性变异系数低于1.0%。田间试验结果表明,颗粒化肥实际施用量与模型预测值相对误差为3.54%。该研究提出的倾斜螺旋状型孔和组合排肥轮结构可满足农业生产的变量、定量集中供肥要求,可为颗粒化肥水平气送式集中排肥器结构设计提供参考。     

油菜集排器供种装置侧向倾斜排种性能试验与分析

针对油菜机械化播种中地表不平引起集排器供种装置倾斜,导致排种稳定性不足的问题,该研究以油菜集排器供种装置为对象,构建排种过程中侧向倾斜时种子与供种装置型孔间的力学模型,应用EDEM仿真开展供种装置侧向倾斜角度和供种装置转速对排种过程中型孔中的种子种量及种子运移轨迹影响的双因素试验。仿真结果表明：在0～5°范围内,沿播种机作业方向侧向倾斜角度逐渐增大时,充种、携种过程中倾斜一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均增加量在0%～36.55%内逐渐增加,另一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均减少量在0%～26.68%内逐渐增加。利用智能种植机械测试平台开展供种装置转速为20～40 r/min时不同侧向倾斜和摆动对供种装置排种性能影响的试验。结果表明：投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量与仿真试验中投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量比值的平均误差为3.86%;随侧向倾斜、侧向摆动、侧向往复摆动角度的增加,总排种速率相对无倾斜状态时的增加量在0%～9.02%内逐渐增大;通过提高供种装置转速,可减少侧向倾斜和摆动对排种性能的影响。研究结果可为供种装置的结构改进和性能提升提供参考。     

链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验

针对国内变量施肥机作业幅宽小,变量施肥抛撒机缺乏的问题,该文应用变量施肥技术,设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机。通过分析肥料颗粒在撒肥盘上的运动和受力,建立了肥料颗粒在脱离撒肥机圆盘过程中的运动方程,设计并确定了变量抛撒控制系统、肥箱、肥门自动开启装置等关键部件的结构及参数。并进行了不同施肥量和抛撒均匀性的试验,结果表明:链条输送式变量施肥抛撒机变量效果较好,且具有较好的抛撒均匀性,在拖拉机速度1.5m/s,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.53%;拖拉机速度2m/s,目标施肥量225kg/hm2,抛撒幅宽设定30m,有效幅宽抛撒变异系数为14.90%,能够较好的满足实际生产要求。     

果园有机肥深施机土肥混合分层回填装置研制

针对果园有机肥传统深施方式存在的肥料过于集中、利用率低等问题,该研究设计了一种土肥混合分层回填装置。该装置采用绞龙输送回填土肥,并在绞龙间螺旋布置桨叶用以提高土肥混合质量,再通过前、中、后3组混合回填部件将土肥混合物依次回填至施肥沟中,实现分层回填。首先,通过理论计算确定绞龙的结构参数。进一步以混合桨叶侧向角、俯仰角和转速为因素,以有机肥比例相对标准差和颗粒结构间法向接触力为评价指标,进行离散元仿真试验。仿真结果表明,桨叶侧向角、俯仰角和转速分别为90°、60°和200r/min时,有机肥比例相对标准差为40.35%,颗粒结构间法向接触力为0.33N,混合均匀度最高,且接触力较小。在最优桨叶参数的基础上,通过仿真试验得到,混合均匀度先随桨叶布置区域长度的增加而提高,当长度大于400mm时趋于稳定。理论计算和台架试验结果表明:当前、中、后卸料口导流板倾斜角度分别为70°、65°、50°时,各层的土肥在施肥沟的整个宽度范围内可以均匀分布,提高分层质量。有机肥比例相对标准差与仿真试验结果的相对误差为0.11%,表明仿真优化结果可靠,该装置混合性能较好,可满足土肥混合作业要求。