SYJ-3深施型斜置式液肥穴施肥机设计与试验

针对深施型液肥穴施肥机存在损伤作物、穴口宽度大和喷肥效率低等问题，设计了一种深施型斜置式液肥穴施肥机。基于斜置式扎穴和参数反求求解设计思想，借助人机交互平台，设计关键部件扎穴机构，优化了机构的结构与工作参数，分析了喷肥针进肥接口运动轨迹。根据喷肥针入土、出土喷肥技术特点，运用差动轮系传动和空间凸轮机构的组合传动形式，设计了关键部件液肥分配机构，减少了输肥管路复杂的连接配置，构建了出肥软管接口运动模型，解析了满足于进肥软管接口协同运动机理。进行了深施型斜置式液肥穴施肥机田间性能检测试验，结果表明，该机扎穴性能优越，肥料喷射均匀，对作物的机械损伤小，穴口宽度、作物损伤率、施肥量和施肥深度分别为45.0mm、0.3%、28.5mL/次和102mm，各项指标与前期设计差异较小，且符合农艺要求。     

基于三次拉格朗日曲线拟合轨迹的斜置式扎穴机构研究

为更好地满足斜置式扎穴机构喷肥针的入出土轨迹姿态以及不损伤作物的农艺要求,提出基于三次拉格朗日曲线拟合扎穴轨迹的逆向设计参数优化方法,为得到理想的"杏胡形"扎穴轨迹,通过改变相对轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针入出土姿态并建立喷肥针的运动学模型,采用Matlab GUI开发平台,编写了斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构的逆向设计与运动学分析仿真软件,最终得到非规则齿轮行星轮系的节曲线、喷肥针的入出土角及喷肥针尖的速度随行星架转角的变化曲线。通过高速摄影试验,观察和分析了在扎穴机构不同斜置角度下喷肥针尖相对运动轨迹的变化规律。试验结果表明,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹横向尺寸不变,纵向尺寸减小,扎穴轨迹段曲线逐渐向里收缩。在保证喷肥针扎入土壤一定深度情况下,喷肥针入出土角逐渐增大,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹的穴口宽度逐渐增大。     

深施型液态施肥机液肥转子式转换器设计与试验

针对深施型液态施肥机中输肥管路错综复杂存在能量损失大、工作效率低、输肥软管缠绕等问题,采用理论分析与ADAMS仿真方法设计了一种液肥转子式转换器。采用可替换分配器及施肥机构中原有输肥管路的转换器设计了结构简单、工作效率高的输肥管路系统。对安有转换器的新管路系统进行了防缠绕试验,对新、原管路系统进行了施肥对比试验研究。结果表明,当太阳轮与行星轮齿数比为3∶1,太阳轮与行星架转速比为2∶3时转换器可较好地解决施肥机构输肥软管的缠绕问题;当施肥量为20.32 mL/次,液泵压力为0.31 MPa时,新管路系统的工作效率是原管路系统的2.63倍。     

液肥穴施肥机扎穴针体与土壤互作仿真分析及试验

针对液肥穴施肥机斜置式扎穴机构扎穴时，触土部件-针体所受三向阻力变化规律以及土壤动态行为特性难以直接通过试验获取问题，通过采用Drucker-Prager屈服准则构建穴施土壤有限元模型，运用ADAMS运动学分析模块获得扎穴机构喷肥针扎穴轨迹，利用ANSYS/LS-DYNA显示动力学软件建立喷肥针与土壤互作仿真模型。以Z轴方向针体所受最大压力（均指绝对值）为测量指标，工作参数为影响因素，进行喷肥针单向受力虚拟和台架对比试验。结果表明，压力皆随前进速度和扎穴机构转速的增大先增大后减小，仿真和试验数据接近，变化趋势基本相同。以喷肥针前进速度0.62m/s、扎穴机构转速70r/min及斜置角20°为仿真工作参数，对针体进行三向阻力以及土壤动态行为仿真分析，可知喷肥针在3个方向的阻力先增大后减小。0~0189s内即喷肥针入土过程，针体在X轴方向阻力缓慢上升，说明喷肥针对前进方向土壤扰动较小；针体在Z轴方向上阻力增大较快，说明喷肥针冲击土壤作用较强，土壤受到针尖剪切致使应力主要集中在此方向上，在0.189s阻力达到最大值21.69N；针体在Y轴方向上阻力较小，说明喷肥针挤压土壤作用较弱，在0.189s阻力达到最大值8.56N。0.189~0.214s内即喷肥针原位置自身摆动过程，针体在X轴方向阻力增大趋势变快，说明喷肥针对前进方向土壤产生较大扰动；其他两个方向阻力基本保持不变。0.214~0.350s内即喷肥针出土过程，喷肥针在Z轴和Y轴方向阻力逐渐减小直至变为0；其中在0.214~0.238s内，针体在X轴方向阻力瞬间增大，说明喷肥针对前进方向土壤产生强烈挤压，0.238s达到最大值31.87N。在整个扎穴过程中，穴口形成是喷肥针出土过程自身的摆动姿态与前进方向土壤扰动引起的，因此针体沿X轴方向阻力影响显著，符合实际扎穴规律。     

液肥深施双斜孔式喷肥针动力学分析与试验

喷肥针为扎穴机构的关键部件,作业时直接与土壤接触,其结构特点影响施肥质量。设计了一种新型的双斜孔式喷肥针,并对其进行了动力学分析。在搭建的动力学测试系统台架上以土槽车前进速度和行星架转速为试验因素,以土壤对喷肥针反作用力为指标,对喷肥针扎穴过程受到的土壤反作用力进行试验测定。试验结果表明,喷肥针受到的土壤拉压力随土槽车前进速度及行星架转速的增加而减小,变化范围为19.944~25.936 N;弯曲力随土槽车前进速度及行星架转速的增加而增大,变化范围为8.62~75.32 N,行星架转速对喷肥针反作用力的影响显著;根据试验结果,行星架转速在100~120 r/min时,既可提高工作效率,又能保证扎穴机构的正常工作。     

斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构工作参数试验优化

为探明深施型液态施肥机扎穴机构工作参数对作物损伤率、穴口宽度以及穴距的影响机理,设计了一种斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构。通过联轴器使扎穴机构满足斜置式扎穴状态,使其扎穴轨迹平面与垄面呈一定角度变化,实现斜入式扎穴。采用二次回归正交旋转组合设计进行最佳工作参数试验,以行星架转速、前进速度和斜置角度为试验影响因素,以穴口宽度、穴距和作物损伤率为优化指标,利用响应曲面方法进行优化,运用DesignExpert 8.0.10软件对试验数据进行分析,得到因素与指标之间的回归方程及响应曲面图。试验结果表明,当行星架转速75.0 r/min、前进速度0.48 m/s、斜置角度23.3°时,穴口宽度为40.2 mm,穴距为220 mm,作物损伤率为0.33%,此时机构性能最优,应用此参数组合进行斜入式扎穴测试验证,验证了其合理性。     

液态施肥机椭圆齿轮扎穴机构优化设计与仿真

为减少深施液态肥时土壤回带现象,建立了扎穴机构数学模型,利用VB编写了计算机辅助分析软件,并仿真得到影响施肥效果的因素以及喷肥针长度、摇臂长度、喷肥针与摇臂的夹角、行星架的初始位置等有关参数。其中一组优化后参数为：摇臂长度197mm,喷肥针长度180mm,喷肥针与摇臂的夹角76°,行星架的初始角度31°,行星轮轴心和喷肥针尖D的连线与行星架中心连线的初始夹角-70°。通过验证,优化后扎穴机构大大减少了喷肥针土壤回带现象。     

卵形——全正圆齿轮行星系变速扎穴机构设计与试验

针对深施型液态施肥机扎穴机构始终无法满足喷肥针垂直姿态入出土问题,分别根据卵形非圆齿轮与全正圆齿轮行星轮系的组合啮合特性,设计了一种实现变速垂直扎穴的新型卵形—全正圆齿轮行星系扎穴机构。采用卵形齿轮相互啮合原理,控制扎穴机构在工作周期内的瞬时角速度变化,实现变速扎穴,满足喷肥针在入土与出土过程中水平绝度速度趋近于0的特定要求,达到穴口最小。以喷肥针垂直姿态扎穴并满足小穴口为设计目标,建立机构数学模型,以扎穴机构转速120r/min、前进速度1.2m/s和扎穴深度80mm为约束条件,得到机构的结构参数为卵形齿轮长半轴距离39.9mm、偏心率0.15、正圆齿轮节曲线直径68mm和喷肥针长度140mm,并运用ADAMS软件进行虚拟试验验证。通过高速摄像与扎穴试验,得到喷肥针在前进速度1.2m/s、扎穴转速120r/min与扎穴深度80mm下的轨迹形状、水平绝对速度曲线以及穴口宽度。结果表明,卵形—全正圆齿轮行星系扎穴机构在高转速与前进速度下,喷肥针始终保证垂直姿态入出土,实现了小穴口的目标。     

卵形-全正圆齿轮行星系变速扎穴机构设计与试验

针对深施型液态施肥机扎穴机构始终无法满足喷肥针垂直姿态入出土问题,分别根据卵形非圆齿轮与全正圆齿轮行星轮系的组合啮合特性,设计了一种实现变速垂直扎穴的新型卵形-全正圆齿轮行星系扎穴机构。采用卵形齿轮相互啮合原理,控制扎穴机构在工作周期内的瞬时角速度变化,实现变速扎穴,满足喷肥针在入土与出土过程中水平绝度速度趋近于零的特定要求,达到穴口最小。以喷肥针垂直姿态扎穴并满足小穴口为设计目标,建立机构数学模型,以扎穴机构转速120 r/min、前进速度1.2 m/s和扎穴深度80 mm为约束条件,得到机构的结构参数为卵形齿轮长半轴距离39.9 mm、偏心率0.15、正圆齿轮节曲线直径68 mm和喷肥针长度140 mm,并运用ADAMS软件进行虚拟试验验证。通过高速摄像与扎穴试验,得到喷肥针在前进速度1.2 m/s、扎穴转速120 r/min与扎穴深度80 mm下的轨迹形状、水平绝对速度曲线以及穴口宽度。结果表明,卵形-全正圆齿轮行星系变速扎穴机构在高转速与前进速度下,喷肥针始终保证垂直姿态入出土,实现了小穴口的目标。     

深施型液态施肥装置施肥过程高速摄像分析

在行星架转速110 r/min、液泵压力0.3 MPa、分配器阀芯孔直径3 mm和喷肥针孔直径2 mm的条件下,采用高速摄像对扎穴机构扎穴和喷肥工作过程进行拍摄。借助高速摄像及图像处理技术对扎穴和喷肥的运动规律进行分析后得出：喷肥针入土后开始喷肥到离土前停止喷肥的时间为0.1 s、液态肥施肥损失率为0.48%、喷肥针真实运动轨迹宽度变化256 mm和高度变化502 mm。结果表明：扎穴机构扎穴过程和喷肥过程具有较好的同步性,且施肥损失率远小于3.5%的作业要求。     

稻田气力式变量施肥机肥料喷撒器设计与试验

目前水稻施追肥以离心圆盘式撒肥机为主,虽具有幅宽大、作业效率高的特点,但是变量控制精度差。为了满足水稻变量施肥的作业要求,设计了一种气力式变量施肥机,在满足幅宽要求的基础上,还能够实现在幅宽方向上的变量控制施肥。设计了用于该机的肥料喷撒器,对该喷撒器的肥料运动进行了理论分析,并对不同挡板结构的喷撒器进行气流流场模拟分析,对在不同转速下各排肥口的施肥量和不同挡板类型的施肥喷撒器在各自施肥范围内的施肥均匀性进行了试验。试验结果表明：转速对各排肥口的排肥量没有显著性影响,各排肥口的排肥量误差在均值的5%以内;转速和喷撒器的挡板结构类型对单一喷撒器施肥范围内的施肥均匀性具有显著性影响,以施肥均匀性变异系数为指标,排肥轮转速在30r/min左右时,整体排肥均匀性变异系数优于其他转速;而圆锥形挡板喷撒器在所有转速下其排肥均匀性变异系数均优于其他挡板结构的喷撒器,且当排肥轮转速大于30r/min时,该喷撒器的施肥均匀性变异系数小于8%。就挡板结构对喷撒器出口气流场的影响和施肥均匀性进行了比较研究,发现二者具有相似性,初步断定气流场对施肥均匀性具有一定影响。在实际作业过程中为了使单个排肥口的排肥均匀性更好,应当采用圆锥挡板喷撒器,并且在确定作业区域的施肥量下,尽可能调整车速,使排肥轮转速达到30r/min以上,以最大程度保证施肥区域的施肥均匀性。     

水肥一体化施肥机吸肥器结构优化及试验

为探究水肥一体化施肥机吸肥器结构对吸肥量的影响及吸肥通道吸肥量差值较大的问题,运用SolidwWorks设计并联1条、2条、3条射流泵的吸肥器模型;并利用FloEFD对3种吸肥器的吸肥量进行分析。综合对比数值模拟结果可知:吸肥器的最优结构为并联3条射流泵。此外,通过改变主管道长度和射流泵间距对吸肥器结构进行优化并分析每条射流泵吸肥量,结果表明:吸肥器结构优化后,每条射流泵的吸肥量趋于相同且吸肥量高于优化前。样机试验表明:每条射流泵的吸肥量差值较小,试验得到的吸肥量数据与数值模拟数据的误差在合理范围内;样机长时间运行具有很好的稳定性,可满足实际的农业灌溉施肥要求。     

水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验

依据现代农业生产中作物施肥与灌溉融为一体的发展趋势,对水肥一体化施肥机的关键部分—吸肥系统进行结构设计及吸肥通道的变量吸肥展开研究。设计了基于射流器并联的水肥一体化施肥机三通道吸肥系统,通过Solid Works三维软件建立水肥一体化水肥一体化施肥机三通道吸肥系统三维结构,并应用Flo EFD对吸肥系统吸肥性能进行仿真分析。构造了5种边界条件方案进行吸肥性能仿真分析对比,并以进口压力0. 5MPa出口压力0. 1MPa为例进行性能试验,结果表明:吸肥系统各通道吸肥精度最高可达98. 1%。对三吸肥通道的变量吸肥进行了控制器及管道机械部件的设计,并通过试验验证其可行性,旨在为水肥一体化施肥机的深入研究和发展提供参考。     

粉末状有机肥条施排肥器设计与试验

针对粉末状有机肥湿度大、流动性差、条施困难等问题,设计了一种粉末状有机肥排肥器。该装置主要由肥箱、排肥拨轮、防自流挡板和排肥轴组成。为了提高排肥器的适用性,以不同含水率（（28±1）%、（32±1）%、（36±1）%）的粉末状有机肥为研究对象进行排肥器设计。对拨轮推动过程中的有机肥进行力学分析,将排肥拨轮设计成摆线型。为了防止有机肥直接通过肥箱底板的排肥口产生自流现象,以及破碎结块的有机肥,设计了防自流挡板。以排肥指数和排肥口宽度为试验因素,排肥稳定性变异系数为性能指标,进行二次正交旋转组合试验,建立排肥器离散元仿真模型,得到排肥指数为6个、排肥口宽度36.36mm时排肥稳定性最好;以断条率、各行排肥量一致性变异系数、排肥稳定性变异系数与排肥均匀性变异系数为评价指标对设计的排肥器进行性能测试试验,试验结果表明：排肥器对不同含水率有机肥以5~8km/h的速度施用时各性能指标均在规定范围内,工作性能稳定,满足技术要求。     

9YPE-10型液态肥撒播机的研制

针对当前液态肥撒播缺乏专用机械的现状,研制了9YPE-10型液态肥撒播机,实现了液态肥撒播的机械化作业。该机由拖拉机牵引作业,采用真空泵作为动力源,实现液态肥的吸取和撒播,作业效率高,作业效果良好。     

基于单片机的电动变量施肥装置控制系统设计

随着我国农业的不断发展,传统的施肥装置已不能满足生产需求,而近几年推出的变量施肥装置因操作复杂和价格昂贵等原因不适宜大面积推广。为此,设计一款操作简便、造价低和适用于大多数用户的新型电动变量施肥装置。该装置采用单片机作为控制核心,运用自动控制算法,根据需要调节施肥量,实现变量施肥,有效提高化肥的利用率,减少因化肥使用不当而造成的环境污染和食品安全问题。该装置采用汽车蓄电池供电和全电动的施肥过程,简化了复杂的机械传动机构,可完全取代传统纯机械式驱动的施肥装置。经实际应用证明,该电动变量施肥装置性能稳定可靠。     

肥料抛撒机颗粒肥料抛撒运动分析

为探讨肥料抛撒机的撒肥性能,从理论上分析了颗粒肥料在撒肥盘和脱离撒肥盘后的运动机理和颗粒肥料脱离撒肥盘的条件,并通过分析颗粒肥料在撒肥盘和脱离撒肥盘后运动过程中的受力情况,建立了相应的运动方程,进一步得到了颗粒肥料离开撒肥盘时速度的函数关系以及颗粒抛撒幅宽的函数关系,可为肥料抛撒机设计优化和研究提供较好的参考。     

蕉园自走式压穴施肥机设计与试验

为实现香蕉根部肥料深施的机械化作业,设计了一种可变位、变深、变量施肥的蕉园自走式压穴施肥机。压穴性能试验结果表明:压头的直径和锥度均对峰值压穴阻力的影响极显著,呈正相关关系,减少锥度能有效降低施肥机作业能耗,构建的多元线性回归模型可用于压穴作业决策;压头的沉降速度对峰值压穴阻力无显著影响,增大沉降速度有利于提高施肥机工作效率。最后,试验研究了外槽轮的螺旋升角和转速对施肥机排肥稳定性的影响,建立了施肥量变异系数的多元回归方程,为变量施肥控制提供了参考。     

炭—肥互作对芥菜产量和肥料利用率的影响

进行了生物质炭-化肥互作试验,探究炭-肥互作对红壤养分、芥菜产量、肥料利用率的影响。采用盆栽试验,设置空白对照组CK(不加炭,不施肥)、加炭组(施加5%的稻壳炭),按照化肥投入量的递减率为0、15%、30%、45%,依次标记为RFC0、RFC1、RFC2、RFC3,对应的不加炭处理依次记为RF0、RF1、RF2、RF3。结果表明,添加5%的稻壳炭、化肥施用量为常规施肥量的55%(RFC3)时,氮肥表观利用率最高,炭-肥互作处理的氮肥利用率均显著高于常规施肥处理,平均提高161.42%,而加炭处理(RFC0、RFC1、RFC2、RFC3)的芥菜产量分别比对应的不加炭处理平均提高79.28%。炭-肥互作组的红壤有机质含量比单施化肥组平均高出241.42%;RFC3处理的红壤碱解氮、有效磷含量均高于RF0处理,说明炭可以增加土壤养分,当施肥量为常规施肥量的55%时,生物质炭与化肥互作,保持了土壤的有效养分。另外,炭-肥互作的种植模式也促进了芥菜对氮、磷、钾养分的吸收和贮藏。在本试验条件下,降低肥料投入时,生物质炭发挥其对红壤的综合改良效应及其对养分的吸收和固持作用,从而表现出显著的增产效应;炭-肥互作模式可以在低肥料投入时通过提高肥料表观利用率、氮肥利用率来保证作物的养分供给,保持土壤的肥力,使作物增产。