油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

基于颗粒肥料运动模型的排肥器优化与试验

针对螺旋锥体离心式排肥器排肥性能需提升、各参数对排肥性能影响规律不明确及相关理论和解析模型研究不深入的问题,建立了颗粒肥料在排肥器内的运动模型,通过理论分析确定了弧形锥体圆盘的母线方程及影响排肥器性能的主要结构参数和范围。采用EDEM离散元仿真软件,开展了以排肥器锥盘离送段水平倾角δ、推板径向偏角γ及锥盘转速n为试验因素,以排肥量稳定性变异系数CV1、各排肥管道排出肥料的一致性变异系数CV2及随机选取的某一路排肥管道的同行排肥量一致性变异系数CV3作为响应指标的二次回归正交旋转组合试验,应用Design-Expert软件分析了各参数对排肥性能的影响规律,确定了排肥器最优结构参数为水平倾角30.4°、推板径向偏角3.2°、锥盘转速130r/min。为验证所优化排肥器的排肥性能,基于排肥器最优参数组合,开展排肥器在100、110、120、130r/min的排量标定及性能验证试验,试验结果表明,排肥器行最大供肥速率为1.6kg/min,排肥量稳定性变异系数不大于3.12%,各行排肥量一致性变异系数不大于5.29%,同行排肥量一致性变异系数不大于2.05%,各指标均满足施肥量要求。田间试验表明,排肥器排肥量稳定性变异系数不大于4.57%、各行排肥量一致性变异系数不大于6.98%、同行排肥量一致性变异系数不大于3.56%,满足行业标准要求。该研究可为进一步提高排肥器性能及排肥器设计提供理论参考。     

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。     

离散元模拟外槽轮排肥器排量分析

排肥装置作为免耕播种机的重要组成部分,其排肥性能直接影响播种的出苗率、作物的长势及粮食的产量。为得到外槽轮排肥器不同槽轮工作长度的单位圆周排出质量和质量流率,本文采用离散元软件,对外槽轮排肥器转速为35r/min,槽轮工作长度为15、30、55mm时的排肥过程进行了模拟。模拟结果表明:外槽轮工作长度为15、30、55mm时,单位圆周排出质量分别为0.036 9、0.069 4、0.135 5kg/r;质量流率分别为0.0215、0.0405、0.0790kg/s。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与试验

针对目前我国马铃薯种植机普遍存在的肥料定位不精确问题,结合马铃薯根系分布规律和一垄二行种植模式特点,提出了一种基于曲面排肥与V型防堵结构的分层施肥技术,设计了深度可调式分层施肥开沟器,研究了土壤与开沟部件之间运动关系,并对肥料在曲面分肥板上的运动规律进行了理论分析;以下层排肥量稳定性变异系数为试验指标进行了单因素试验,确定了排肥器最佳槽轮工作长度;在此条件下,以排肥轴转速和曲面分肥板斜面倾角为试验因素,上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为试验指标进行了通用旋转组合试验,运用DPS和Matlab软件进行回归方程显著性分析和参数优化,得出最佳因素组合为排肥轴转速20.5r/min,曲面分肥板斜面倾角15o,此时上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.30%。最优参数下的重复试验结果表明,平均上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.71%,试验值与理论值相近;同时田间排肥性能试验结果表明,该开沟器作业流畅,排肥性能满足马铃薯施肥要求。     

油菜深施肥播种机动态倾斜工况排肥性能试验

针对油菜播种机同步深施肥作业中肥料条带集中，机具受地表坡度变化等因素作用发生倾斜时，各条带施肥量变化情况不明确的问题，以油菜深施肥播种机排肥系统为研究对象，构建不同倾斜工况下肥料颗粒的动力学模型，分析机具动态倾斜对肥料颗粒流动特性的影响，利用测试平台模拟播种机在1°~5°动态倾斜作业工况，开展外槽轮排肥器各行排量一致性和总排量稳定性影响试验，并建立倾斜状态对施肥均匀性影响的数学模型。试验结果表明，播种机处于水平状态理想工况时，排肥器各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数平均为8.75%和0.89%；当播种机沿作业方向前后动态单向倾斜或俯仰，随着角度增大，排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐减小，最低可达8.35%和0.41%，说明沿作业方向的前后俯仰摆动对外槽轮排肥性能具有增益效应；而播种机沿垂直作业方向左右动态单向倾斜或往复摆动角逐渐增大时，排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐增大，往复摆动最大倾角为5°时达到最大值11.41%和2.16%。研究结果为油菜机械化播种同步深施肥作业和播种机施肥性能优化提供了参考。     

圆锥盘推板式水田侧深施肥双行排肥器设计与试验

为提高水田侧深施肥排肥器稳定性与均匀性,增强肥量调节能力,保证水田侧深施肥作业效率与质量,结合黑龙江地区水田施肥农艺要求,设计了一种圆锥盘推板式双行排肥器。阐述了排肥器工作原理,构建了肥料不同阶段的力学模型,确定了圆锥转盘结构参数与临界转速;应用离散元软件EDEM仿真分析推板数量对肥料填充能力与排肥性能的影响规律,得出推板数量为8时,排肥器具有最佳排肥性能;采用全因子试验方法开展圆锥转盘转速为15～45 r/min、排肥口开度为5～25 mm条件下排肥器排肥量和排肥性能的台架试验,试验结果表明,排肥量范围为122～934 kg/hm²,与圆锥转盘转速和排肥口开度均具有较高的线性相关性,且与圆锥转盘转速相关性最高;双行排肥量一致性变异系数、总排肥量稳定性变异系数和排肥均匀性变异系数范围分别为1.01%～3.88%、1.05%～3.81%、6.64%～15.79%,排肥器倾斜状态下双行排肥量一致性变异系数最大值为6.17%,试验结果满足水田侧深施肥性能要求。     

苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统优化设计与试验

为提高苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统工作性能,利用EDEM软件和Fluent软件对气送式集排系统工作过程进行联合仿真,以管道内部流场压力与速度变化情况、种子颗粒速度与受力情况为指标,分析波纹管和分配头结构参数对集排系统工作性能的影响,进而优化了其结构参数。以输种弯管弯径比、波纹管长度和分配头锥角为试验因素,以各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数为试验指标,进行Box-Behnken响应面分析仿真试验,获取集排系统最优结构参数组合。结果表明,当弯径比为0.96、波纹管长度为183mm、锥角为123.4°时,各行排量一致性变异系数为3.06%,总排量稳定性变异系数为3.17%。样机大田性能试验结果表明,在不同的螺旋输送机输送效率条件下,苇状羊毛种子、固体颗粒肥各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数均小于5%。     

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。     

无管式小麦播种机电控排肥装置设计与试验

为实现变量施肥和提高施肥的均匀性、准确性,设计一种电控排肥装置。该装置可根据机组的作业速度、输入的目标施肥量和外槽轮有效工作长度自动调整外槽轮转速。搭建电控排肥装置试验平台,完成对系统参数的标定,通过试验得出外槽轮排肥器有效工作长度和平均每转排肥量的函数关系,在20～40 r/min转速区间内,排肥稳定性较好。田间试验结果表明,在25～40 r/min转速区间内,各行排肥量变异系数小于1.72%,排肥均匀性良好;在目标施肥量为150、200和250 kg/hm~2时,实际施肥量与目标施肥量的偏差均小于7.68%,可以为精准施肥技术提供参考。     

3ZT-3型中耕追肥机设计与试验

针对中耕追肥机动力功耗大、除草效果不好和肥料利用率不高等问题,结合现有的中耕机械技术,研制出3ZT-3型中耕追肥机。该机通过施肥铲和前后松土铲,可以分别完成垄帮儿施肥和垄沟分层松土除草。为此,主要论述了追肥机整体结构、工作原理和主要工作部件的设计。田间试验结果表明:总排量稳定性变异系数为5.4%,各行排肥量一致性最大变异系数为6%,行间杂草除净率为95%,其它各项技术性能指标均符合设计要求,能满足实际工作需求。     

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。     

倾斜梯形孔式穴施肥排肥器设计与试验

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥，设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理，分析了影响其成穴性能的主要因素，构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型；应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析，研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响，通过全因子试验得到作业速度为3~7km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0mm、气流速度15.0m/s，对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5mm和7.4%~8.9%。台架试验表明，在作业速度为3~7km/h、充肥孔长度为27.0mm和气流速度为15.0m/s条件下，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%；田间试验表明，作业速度为3~7km/h时，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%，成穴性能较好。     

气送式播种机气压平衡装置设计与试验

针对气送式播种机输种管长度影响排种性能的问题,设计了一种槽轮式气压平衡装置。装置进种口与上端输种管连接,出种口与下端输种管连接,且各行上端输种管长度相同。台架试验证明,采用所设计的槽轮式气压平衡装置后,总排量稳定性变异系数为0.56%,各行排量一致性变异系数由12.79%减少至2.12%,种子破损率为0.38%,满足相关标准要求。      

荞麦播种机气力集排系统螺旋式增压管设计与试验

针对播种机气力集排系统中种子流沿输种管侧壁进入分配器时,产生气种混合均匀性低、各行排量一致性差的问题,提出了螺旋式增压管,阐述了总体结构和工作原理,并对输种管和螺旋式增压管进行了设计,以荞麦为对象,开展了螺旋式增压管内种子群受力、运动及压损分析。基于CFD-DEM耦合仿真方法,通过单因素试验、最陡爬坡试验和中心复合设计试验研究了叶片数、扭转角、螺旋式增压管长度和输送气流速度对荞麦种子各行排量一致性变异系数的影响,仿真试验结果表明：当叶片数为3、螺旋式增压管长度为210 mm、扭转角为383°、输送气流速度29.30 m/s时,荞麦各行排量一致性变异系数为9.83%,达到最优。通过气力集排系统试验台架开展了不同型式增压管性能验证试验,结果表明：采用螺旋式、波纹式和窝眼式增压管的荞麦气力集排系统各行排量一致性变异系数分别为5.58%、6.85%和9.65%,最优参数组合条件下螺旋式增压管的仿真结果与台架验证试验结果相差4.25个百分点。提出的螺旋式增压管较传统增压管,增强了气种混合均匀性,提高了气力集排系统的作业质量,可为气力集排系统设计提供技术支撑。     

2BM-5型气吸式免耕播种机田间播种性能试验

为提高2BM-5型气吸式免耕播种机的播种精度,对该机关键部件改进优化后,进行了田间播种性能试验。结果表明:播种机传动轮的滑移率为5.7%,轮子下陷深度均值17mm,前进速度为3~5km/h的范围内播种深度保持在30~70mm之间,破土宽度在前进速度为3~5km/h的范围内保持在50~100mm之间,粒距合格指数为86.01%,重播指数7.74%,漏播指数6.33%,平均合格粒距变异系数4.86%,各行排肥量一致性变异系数均值为3.44%,总排肥量稳定性变异系数均值为0.26%,播种深度合格率均值为89.81%,排肥深度合格率均值为88.23%,均符合免耕播种技术指标。     

气流式集中排种系统中排种定量器的设计

根据气流式集中排种系统的播种要求,通过对普通外槽轮排种器的研究,设计了能够满足"一器多行" 排种的大播量外槽轮排种定量器;由压缩弹簧和调节手柄组成的播量调节装置能准确控制阻塞轮的位置,从而改变外槽轮的工作长度,达到能够准确调节播量的目的.与一般外槽轮排种器的播量调节装置相比,播量调节方便、准确且耐用,为进一步研究气流式集中排种系统打下基础.     

全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机设计与试验

为实现马铃薯大垄双行膜上覆土自然破膜出苗机械化栽培,设计了一种可实现施肥、播种、起垄、覆膜和全膜面覆土一体化作业的全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机。对样机关键部件进行了设计,确定其排肥系统、链勺式排种系统工作参数,同时分析了提土-膜面覆土装置作业过程,得到满足膜顶覆土厚度的必要作业条件。田间试验结果表明,当作业速度为1.8~2.0 km/h时,重种指数为4.9%,漏种指数为6.6%,种植深度合格率为95.2%,种薯间距合格指数为90.1%,膜顶覆土厚度合格率为98.8%,各行排肥量一致性变异系数为6.5%,总排肥量稳定性变异系数为5.1%,试验指标均符合国家和行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。