免耕播种机精量穴施肥系统设计与试验

为实现玉米精量穴施肥农业技术要求,提高穴施肥质量,设计了一种穴施肥控制系统。应用颗粒系统仿真软件EDEM对穴施肥控制装置成穴性能进行了仿真研究,表明穴施肥装置在播种速度3~7 km/h时,鸭嘴阀成穴性能较好,成穴性能随着播种机速度增加逐渐减弱。通过穴施肥控制算法,调节种子脱离排种口与肥料脱离排肥口的时间间隔t_3,控制穴施肥料与穴播种子水平距离a,实现穴施肥位置控制;调节排肥轴转速和鸭嘴阀开合频率,实现穴施肥量控制。采用正交旋转组合试验,以播种机行进速度、鸭嘴阀旋转角、穴施肥装置安装高度为试验因素,穴距精度和穴施肥量精度为试验指标,应用响应面分析法,进行三因素五水平正交试验,结果表明,在播种机行进速度为7 km/h,最佳参数组合为:旋转角33.37°,安装高度17.30 cm。田间试验结果表明,在播种机行进速度3~7 km/h,旋转角33.37°,安装高度17.30 cm时,穴距精度可达84.76%,穴施肥量精度可达87.20%,满足玉米精量穴施肥控制技术农业要求。     

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。     

油菜侧深穴施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率、降低肥料施用量、实现油菜根区施肥,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种油菜侧深穴施肥工艺,设计了一种机械式穴施肥装置,阐述了穴施肥装置的工作过程,确定了穴施肥装置的基本参数,建立了充肥和排肥环节中肥料颗粒群的力学模型,分析了影响穴施肥装置成穴性能的主要因素;应用离散元软件EDEM对穴施肥排肥器的成穴性能进行了仿真试验,分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对穴排肥量误差和穴径长轴长度的影响;利用正交组合试验确定了成穴性能较优的参数组合,排肥轮转速为60r/min、充肥型孔长度为18mm、导肥管材料为ABS塑料管时,穴排肥量误差为7.05%、穴径长轴长度为62.45mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.53%~9.78%、穴距误差为3.24%~7.31%;田间试验表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.82%~10.63%、穴距误差为3.36%~7.58%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%~10.85%,成穴性能较好,满足穴施肥要求。     

夏玉米穴施肥作业机械设计与试验——基于新能源技术

为了探究夏玉米中耕施肥机械化,设计了一种基于新能源技术的精准定穴施肥试验机械,可以在600mm等行距的玉米田间完成两行的精准定穴施肥。该机包括行走机构、整体机架及电控机构,可升降及水平滑动调节的施肥单体机构、玉米植株探测机构及穴施肥距离保持机构等。其中,玉米植株探测采用自复位式行程开关实现植株的识别;施肥单体采用电磁式推拉杆、3D打印槽轮和鸭嘴等关键结构实现施肥单体的入土扎穴精准施肥;穴施肥距离保持机构采用自复位式行程开关与电推杆结合,实现了施肥单体的横向移动,保证扎穴点与植株合适的距离。初步试验表明:作业机械经过每株玉米时可以实现扎穴施肥,且施肥量变异系数均小于6,满足中耕追肥机的技术标准,可为利用新能源技术实现玉米的机械化精准施肥提供技术参考。     

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。     

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。     

密植果园挖穴施肥机挖穴钻头的设计及试验研究

为解决新疆密植果园施肥效率低、劳动强度大的问题,研制一种挖穴施肥机,详细介绍挖穴钻头的螺旋外径、长度、螺旋升角、临界转速和功率等参数计算.田间正交试验及调整挖穴深度试验表明:影响挖穴时间的因素主次顺序为土壤坚实度、钻头转速、土壤含水量;挖穴深度在400～600 mm之间,直径为300～310 mm,最长挖穴时间16 s.     

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。     

旋耕机运动参数动态试验方法的研究

介绍了通过计算机的处理与控制，在试验过程中用直接实现改变台车前进速度或动力输出轴转速的试验方法（简称动态试验法）来获取旋耕机运动参数与功率消耗的关系曲线，从而大大减少了试验次数，提高了试验的可比性及精度。本试验方法也适用于其它耕种机具。     

深松旋耕全层施肥联合整地机施肥量影响因素分析

针对深松旋耕全层施肥联合整地机在作业过程中存在施肥不均、精度较低等现象,对影响施肥量因素进行分析,确定排肥轴转速、排肥器开度以及肥箱料位高度为影响因素,设计三因素五水平正交试验,以施肥量变异系数为评价指标,进行极差分析和方差分析得出影响因素主次顺序:肥箱料位高度>排肥轴转速>排肥器开度,其中料位高度对施肥量变异系数的影响高度显著,为后续肥箱肥料监测系统提供理论基础。施肥量变异系数在0.19%~3.12%之间,满足试验要求。运用最小二乘法建立施肥量关于排肥轴转速、排肥器开度和肥箱料位高度之间的数学模型。经检验:数学模型值与实测值的相关系数达到0.889,可以作为施肥精量控制相关技术参数的选择依据。     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

我国施肥技术与施肥机械的研究现状及对策

施用化肥直接关系着粮食安全与产量,落后机具与技术的现状会导致作物肥料吸收率低,进而影响粮食产量,也会加重农业对生态环境的污染。为此,分析了测土配方施肥、缓控释肥、变量施肥与灌溉施肥技术,以及变量施肥机械、种肥施肥机械、追肥施肥机械、液态施肥机与撒肥机的研究现状及其存在的问题,并提出了相应的对策与措施。     

玉米分层正位穴施肥精播机SPH仿真与试验

为了有效地将化肥集中施在玉米植株下方根系生长的区域内,以减少化肥用量,设计了一种玉米分层正位穴施肥精播机。在对穴施肥精播机进行实体建模的基础上,结合MAT147土壤材料模型与SPH(光滑粒子流体动力学)算法,运用LS-DYNA模拟并分析了穴施肥系统的间歇排肥机构的落肥状态,以及分层排肥管将化肥施入土壤之后的分布情况。通过土槽和田间试验验证,表明分层正位穴施肥精播机能够精确地将所需化肥按预定比例施入不同深度土层中,化肥分布于种子正下方深度为7~23 cm的土层内,化肥集中在最深施肥层中,并且化肥分布由深至浅依次递减,符合玉米生长过程中的实际需肥规律。     

棉花膜下滴灌比例混合变量施肥装置的研发与应用

根据变量施肥技术研发适用于大田棉花膜下滴灌的比例混合变量施肥装置,同时具有可编程控制(PLC)、计算机程序控制(CPC)和遥控控制(RC)3种功能,通过水流驱动无需动力,节能降耗,提高肥料利用率10%以上,达到预期研发应用目的.     

水田风送施肥参数检测试验台设计与试验

水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响，而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验，设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况，实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示，可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明，试验台行进速度可在0~1.62m/s内调节，误差1.5%；输肥气流速度在0~30m/s之间，满足风送排肥需求；排肥系统最大排肥变异系数为5.79%，施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试，结果表明，对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为：排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测，缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期，为实现水田施肥智能控制打下基础。     

水平涡轮叶片式精量排肥器设计与试验

为提高排肥均匀性，以大颗粒尿素为研究对象，设计了一种水平涡轮叶片式精量排肥器，对关键参数进行了设计与机理分析，确定了影响排肥均匀性的影响因素和参数范围，并基于离散元仿真软件确定了对数螺旋线叶片曲面参数。以涡轮叶片数量、涡轮转速和排肥口开度为试验因素，进行了排肥量的单因素试验和排肥均匀性的Box-Behnken多因素试验，结果表明，排肥量与转速呈良好的线性关系，决定系数R2不小于0.96，对于确定叶片数量的排肥涡轮，可匹配不同排肥口开度的涡轮底盘并实时控制排肥涡轮转速来调节排肥量，易于实现变量施肥作业，且排量范围内排肥均匀性较好；涡轮叶片数和排肥口开度的交互作用对排肥均匀性影响高度显著，各因素影响的主次顺序为涡轮叶片数、涡轮转速和排肥口开度；当涡轮叶片数为8个、涡轮转速为98r/min、排肥口开度为40°时，排肥均匀性系数为97.24％，实际试验验证结果与优化结果相吻合；对磷酸二胺颗粒肥料的适应性验证试验结果表明，两种颗粒肥料排肥器排肥均匀性系数接近97%，排肥量稳定性变异系数小于2%，排肥器具有较好的排肥均匀性和排量稳定性;对比分析目前常用外槽轮排肥器，设计的水平涡轮叶片式精量排肥器有效地提高了颗粒肥料的排肥均匀性。     

化肥减施增效关键技术研究进展分析

化肥作为现代农业生产基础物质之一,对保障粮食生产安全和农业高效高产具有重要作用,但因其长期盲目过量施用所引发的系列农产品安全、环境污染及资源浪费等问题日益突显,如何有效权衡粮食产量品质及生态安全与化肥减施增效间关系成为需要解决的系统工程问题。根据对科学施肥技术迫切需求,综合评价了中国化肥施用现状与形势,重点阐述分析了国内外测土配方施肥、缓控释肥施用、精准变量施肥、灌溉施肥及部分大宗农作物典型施肥等现代施肥技术的研究进展、技术特点、应用概况及存在问题等。在此基础上,结合可持续农业发展需求分析了我国化肥施用的发展趁势,提出未来主要发展建议,为构建符合中国国情的化肥减施增效科学管理技术体系及相关研究提供参考。     

稻麦精准变量施肥机排肥性能分析与试验

为提高基于近地光谱技术的稻麦精准变量施肥机排肥性能稳定性,改善变量施肥控制精度,建立了外槽轮式变量施肥机离散元仿真模型,运用离散单元法和EDEM 2.2软件对施肥机排肥过程进行性能分析和数值模拟,研究不同排肥器结构和施肥控制策略对施肥机排肥稳定性的影响,并通过台架试验和田间试验验证仿真模型的准确性。结果表明:改进后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小14.59 g,变异系数降低9.9%;采用转速优先控制策略,当槽轮开度为19.34 mm时,排肥量稳定性系数最佳为1.09%;采用开度优先控制策略,当槽轮转速为55.75 r/min时,排肥量变异性系数最小为1.85%;与验证试验结果相比,误差最大为14.06%。结果验证了离散元仿真方法分析颗粒运动过程的准确性,表明所设计改进的排肥器能够提高施肥机排肥稳定性,满足稻麦精准变量施肥要求。     

桑园自走式变比配肥定向撒肥机设计与试验

为实现桑园内氮、磷、钾和有机肥按需均衡施肥,保障桑叶产量、质量,减小肥料不合理使用造成的面源污染,设计了一种能够变比配肥和定向撒肥的桑园自走式变比配肥定向撒肥机。根据桑园农艺要求设计的整机长为1450mm、宽为655mm、高为1141mm,并对履带行走系统、变比配肥掺混机构进行设计。通过离散元法对变比配肥掺混过程和撒肥盘撒肥效果进行仿真分析,发现槽轮转速在20~80r/min范围内,配肥偏离度标准差低于0.4,掺混均匀性较好;抛撒肥料时,曲线形叶片撒肥盘肥料分布呈对称形状,撒肥效果较好。通过正交试验优化设计定向撒肥板长度为450mm、高度为80mm、折弯角为100°。通过响应面法分析因素对撒肥分布变异系数的影响,主次顺序为：撒肥盘转速、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离、整机作业速度,并确定较优工作参数：撒肥盘转速为290.1r/min、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离为88.2mm、整机作业速度范围为0.5~0.7m/s。通过田间试验验证,桑园自走式变比配肥定向撒肥机工作时撒肥分布变异系数低于40%,试验表明自走式桑园变比配肥定向撒肥一体机田间工作时具有较高的可靠性。