基于开沟施肥的撒肥圆盘设计与试验

针对传统果树开沟施肥机存在的肥料分布不均问题,设计了一种基于开沟施肥的撒肥圆盘。首先,建立撒肥圆盘的三维模型,对肥料颗粒在撒肥圆盘上的受力和运动进行分析,建立肥料颗粒的运动方程;通过离散元软件建立仿真模型,以撒肥圆盘的盘面倾角、母线极角、肥盘转速为试验因素,以肥料分布均匀性变异系数、施肥量偏差为实验指标,开展二次旋转正交组合试验。对撒肥圆盘的施肥效果进行仿真分析,结果表明：颗粒肥料在盘面倾角为0°、母线极角为120°、肥盘转速为72r/min时,肥料分布均匀性变异系数为14.42%,施肥质量偏差为4.50%,肥料分布均匀性较好,能够满足果树施肥的要求,可为撒肥圆盘在开沟施肥中的应用提供理论参考。     

锥形撒肥圆盘中肥料颗粒运动模型优化与试验

针对锥形撒肥圆盘存在抛施肥均匀性差、相关理论和解析模型研究较少等问题,建立了肥料颗粒在锥形撒肥圆盘上及空气中的运动模型。分析锥形撒肥圆盘结构和运动参数对肥料颗粒自旋性的影响,将肥料颗粒的自旋性充分考虑在整个运动过程中,进而得到影响抛撒均匀性及抛撒幅宽的主要因素。采用正交试验方案研究了叶片长度、叶片倾角、锥形撒肥圆盘转速对肥料颗粒抛撒的横向变异系数的影响。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:叶片长度为145 mm、叶片倾角为0°、锥形撒肥圆盘转速为1 200 r/min时,抛撒的横向变异系数为5.80%,满足抛施肥作业要求。该研究可提高马铃薯锥盘式撒肥机施肥作业效率,为锥盘式撒肥机的设计提供理论参考。     

离心式撒肥机撒肥部件研究设计

通过分析推肥板在撒肥圆盘上的布置对肥料颗粒在撒肥圆盘上运动的影响,得出推肥板在撒肥圆盘上的布置形式,计算了肥料颗粒的抛撒半径。据此设计了一种离心式撒肥机用的撒肥部件,并简介了撒肥部件的结构及参数的确定。试验及大面积生产考核证明,该离心式撒肥部件效率高,肥料撒施均匀,能够满足新疆兵团农场对全耕层施肥的要求。     

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。     

宽幅高效离心式双圆盘撒肥机设计与试验

为解决现有水旱田撒肥机械作业效率低、撒肥量调节技术落后、施肥均匀性稳定性差等实际问题,设计了一种同轴驱动的离心式双圆盘撒肥机。介绍了整机结构与工作参数,研究设计了撒肥传动系统、撒肥盘结构、排肥量液压调节装置等,并确定了关键结构和参数,同时进行了试验研究。试验结果显示,推肥板推肥角度-20°~30°可调,撒肥幅宽达到50m,总排肥量稳定性变异系数低于6%,施肥均匀性变异系数低于16%。研究结果表明,撒肥机工作性能稳定、撒肥量可控、抛撒均匀,整机设计满足水旱田宽幅高效撒肥作业要求。     

离心匀肥罩式水稻地表变量撒肥机设计与试验

为实现水稻生长周期内区域性实时变量施肥,提高机械化施肥作业效率和肥料利用率,结合水稻施肥农艺特点和近地光谱技术,设计了一种基于传感器的双圆盘离心匀肥罩式水稻地表变量施肥机。对光谱检测装置、决策控制系统、变量执行机构等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103核心控制器的反馈系统,结合专家施肥策略响应目标施肥量。以闸口排肥流量A、撒肥圆盘转速B、整机行进速度C为影响因素,颗粒分布变异系数Cv和施肥量相对误差γ为评价指标,设计三因素三水平撒肥性能正交试验。性能试验结果表明:在目标作业幅宽内(24 m),影响Cv主次因素为A、B、C,影响γ主次因素为B、A、C,综合选择较优的工作参数因素水平组合为:A2B2C2,即排肥流量300 g/s,圆盘转速600 r/min,整机行进速度1.2 m/s时,Cv=13.82%,γ=9.54%,整机撒肥性能最优。田间试验结果表明:与性能试验相比,Cv误差均值为9.19%,γ误差均值为9.25%。研究结果表明离心式变量施肥机满足撒肥均匀性和施肥量准确性要求,提高了离心式变量施肥机撒肥性能,为圆盘式撒肥机传统的经验式施肥提供了理论基础。     

地轮驱动离心式化肥撒布机的设计与试验

设计了一种由地轮驱动的离心式化肥撒布机，对其撒肥性能进行了试验，测定了撒肥量、撒肥幅宽、撒肥形状、撒肥均匀性，并进行了搭接撒施的均匀撒肥试验，该机与人工撒肥进行了比较。结果表明，这种新型的地轮驱动离心式化肥撒布机完全能满足使用要求。     

离心式撒肥机性能试验台的设计

撒肥施肥技术具有效率高,施肥机械结构简单等特点,是目前常用的施肥方法。离心式撒肥机在撒肥机械中应用范围较广,但其设计未达到完全优化的程度,因此需要对离心式撒肥机的撒肥盘、排肥机构等核心部件进行优化,以提高撒肥均匀性、撒肥量可控性和排肥流畅性。本文依据离心式撒肥机工作原理和结构特点设计离心式撒肥机性能试验台,可更换不同的离心式撒肥盘和排肥机构做不同的试验。基于西门子MM440变频器设计控制系统和LabVIEW软件开发环境设计的数据检测系统,可对试验台工作参数进行实时调整,并实时检测离心式撒肥盘与排肥机构工作性能和机器振动参数。该试验台具有较高的通用性和自动化程度,为离心式撒肥机研究提供基础试验平台。     

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。     

双螺旋式有机肥撒施机抛撒性能影响因素建模与试验

围绕影响双螺旋式有机肥撒施机撒施粪肥效果的作业参数进行研究,以ADS120型有机肥撒施机作为样机,分别利用仿真建模分析与试验验证的方法,对有机肥撒施机在不同作业速度、推板速度、螺旋转速条件下的撒肥量、作业效率及撒肥均匀性进行分析。三因素正交试验结果表明:作业速度是影响撒肥量和施肥效率的主要因素,螺旋转速是影响撒肥宽度的主要指标。     

基于EDEM的有机肥撒施机抛撒性能试验研究

为解决有机肥流动性差、机械抛撒难的问题,基于自制的卧式有机肥撒施机,建立了有机肥在抛撒过程中的运动模型,分析了影响抛撒均匀度的主要因素;采用SolidWorks软件建立了有机肥和卧式有机肥撒施机的三维模型,运用EDEM软件以输肥速比（作业速度与刮板输肥速度比值）、抛撒辊转速、螺旋叶片螺距为试验因素进行了响应面设计试验;采用Design-Expert 8.0.5软件优化了作业参数,并进行仿真试验验证和田间试验验证。仿真结果表明:影响抛撒均匀度横向变异系数的主次顺序为螺旋叶片螺距＞抛撒辊转速＞输肥速比;当输肥速比为-16.42、抛撒辊转速为557.90 r/min、螺旋叶片螺距为365.40 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14%,仿真验证值与预测值误差≤5%,响应面模型合理。田间试验表明,当输肥速比为-16.6、抛撒辊转速为560 r/min、螺旋叶片螺距为360 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14.5%,与EDEM仿真值误差≤5%,满足有机肥撒施机的田间作业标准,仿真模型及优化参数合理。该研究可为有机肥撒施机的优化设计及抛撒性能提升提供参考。      

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。     

基于Solidworks的双圆盘式抛撒机建模及抛撒性能试验研究

粮食安全是“国之大者”。粮食安全不仅事关国运民生,关乎经济发展和社会稳定,更是国家安全的重要基础。习近平提出把中国人的饭碗牢牢端在自己手中,以“长牙齿”的硬措施实施耕地保护。为增加有机质等土壤养分,提升耕地质量总体水平,加大粪肥、有机肥施用量,提高抛撒效率及抛撒均匀性,研究双圆盘式抛撒机作业速度、抛撒盘转速、排肥口开度三因素对抛撒效率、抛撒均匀性的影响。试验结果表明：一是影响抛撒效率试验指标的因素由大到小依次为作业速度,排肥口开度,抛撒盘转速；最优组合为A3C3B2,即作业速度第三水平6km/h,排肥口开度第三水平70%,抛撒盘转速第二水平90r/min。二是影响抛撒均匀性试验指标的因素由大到小依次为作业速度,抛撒盘转速,排肥口开度；最优组合为C2B2A1,即作业速度第三水平6km/h,抛撒盘转速第三水平120r/min,排肥口开度第三水平70%。。三是综合分析抛撒作业速度是其抛撒效率和抛撒均匀性最大影响因素。     

刮板式有机肥条铺与旋耕混合施肥机设计与试验

针对果园有机肥人工施肥量不准确、施肥不均匀等问题,本文根据施肥农艺要求,设计了一种有机肥条铺与旋耕混合施肥机。该装置采用刮板式结构,通过圆环链带动刮板向前排肥,将有机肥呈条状铺撒在地表,通过旋耕装置将其与土壤混合。通过计算确定了施肥装置最大开口高度、肥箱容积等结构参数,分析了上、下层有机肥排肥过程。以排肥口开口高度、前进速度、链轮转速和刮板间距为试验因素进行离散元仿真试验,以有机肥相对误差和变异系数为评价指标,对排肥过程工作参数进行优化求解,得到最优参数组合：开口高度为53.17mm、前进速度为2.8km/h、链轮转速为15.96r/min、刮板间距为160mm。在最优工作条件下进行试验验证,得到有机肥平均排肥量为5.099kg/m2,与理论施肥量相对误差为4.5%,变异系数为8.8%,表明仿真优化结果可靠,排肥量准确且排肥均匀性较好,该施肥装置施肥性能较优。在旋耕混合试验中,通过测定得到上层有机肥混合比例为11.83%,下层有机肥混合比例为6.29%,表明经过旋耕后,能够实现土肥混合效果,上层土肥混合比例高于下层。     

奶牛卧床垫料抛撒机锤式抛撒机构设计与试验

为研究对象,建立了锤式垫料抛撒机构作业的理论模型,对锤头回转半径、抛撒转速、物料抛出角、锤头数量和锤头尺寸进行了设计和计算。采用EDEM建立了沙子抛撒仿真模型,并对抛撒转速、抛料切线角、上挡板开启角和上挡板长度等关键因素进行了仿真分析,得出各因素对抛撒幅宽、地面堆积物料平均厚度和抛撒均匀性的影响规律。仿真分析表明,提高抛撒转速、减小抛料切线角、增大上挡板开启角和减小上挡板长度,能够显著增大物料抛撒幅宽和提高抛撒均匀性,并能够降低地面堆积物料平均厚度。选取抛撒转速1200r/min、抛料切线角35°、上挡板开启角70°、上挡板长度180mm和行驶速度4km/h进行仿真分析与现场试验,结果表明,仿真分析与试验结果基本吻合,证实了仿真分析的可靠性。试验测试抛撒幅宽为5.1m,地面堆积物料平均厚度为22mm,抛撒均匀性变异系数为31.96%,满足养殖场的使用要求。     

螺旋锥体离心式排肥器扰动防堵机理分析与试验

针对传统排肥器因肥料架空结拱堵塞而影响排肥性能的问题，通过构建螺旋锥体离心式排肥器排肥过程颗粒化肥的运动模型及扰动破拱防堵机理分析，阐明了螺旋扰动叶片破拱防堵作用机理。采用EDEM离散元软件，进行了有、无螺旋扰动杯的排肥器排肥过程仿真对比分析，螺旋叶片能够为肥箱出肥口与排肥器连接处及扰动杯内的颗粒化肥提供卷携扰动作用，同时可增大颗粒化肥下移速度，防止肥料架空结拱堵塞。高速摄像试验表明：肥箱出肥口与有螺旋扰动杯排肥器连接处的颗粒化肥做与弧形锥体圆盘转速相同方向的向下运动，颗粒化肥运动流畅，无断层下落问题；无螺旋扰动杯排肥器与肥箱出肥口连接处的颗粒化肥做缓慢的向下运动，且运动过程中出现了颗粒化肥断续下落问题。台架试验表明：有螺旋扰动杯的排肥器排肥频率稳定性系数在96%以上，排肥量稳定性变异系数不超过5.57%，满足施肥质量要求，明显优于无螺旋扰动杯的排肥器。     

双圆盘式固体肥料抛撒机抛撒性能试验

为增加有机质、氮、磷、钾等土壤养分,提升耕地质量总体水平,加大粪肥、有机肥施用量,提高抛撒效率及抛撒均匀性,研究了双圆盘式抛撒机作业速度、抛撒盘转速、排肥口开度3个因素对抛撒效率、抛撒均匀性的影响。试验结果表明:影响抛撒效率的因素主次顺序为作业速度＞排肥口开度＞抛撒盘转速,最优组合为作业速度6 km/h、排肥口开度70%、抛撒盘转速90 r/min;影响抛撒均匀性的因素主次顺序为作业速度＞抛撒盘转速＞排肥口开度,最优组合为作业速度6 km/h、抛撒盘转速120 r/min、排肥口开度70%。综合分析得知,抛撒作业速度是抛撒效率和抛撒均匀性的最大影响因素。      

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。     

基于EDEM的转轮式TMR混合机混合性能数值模拟

为深入研究全混合日粮混合机的混合性能,采用自行设计的转轮式TMR混合机,基于离散元法应用EDEM软件,对其混合性能进行数值模拟及仿真试验。仿真结果表明:转子转速在3 0~3 2 r/min、充满系数在5 0%~5 5%、混合叶板角度在1 6°~2 0°时得到的偏离系数较低,混合时间在1 2 0 s内偏离系数呈下降趋势。仿真得出混合均匀度较高时各结构及运行参数的取值范围,为该机的设计及参数优化提供参考。