双齿轮式排肥器设计与试验

为了提高颗粒肥料的施肥均匀性,设计了双齿轮式排肥器。利用离散元软件对排肥过程进行仿真分析,以排肥轮压力角、排肥轮间隙为试验因素,以排肥均匀度变异系数为排肥效果评价指标,分析因素对指标的影响。单因素试验结果表明,排肥轮压力角在15°～25°,排肥轮间隙在4～6 mm,排肥效果较好;通过二次通用旋转组合试验,建立了两个因素与评价指标的回归方程,试验结果表明,随排肥轮压力角、排肥轮间隙的增大,排肥均匀度变异系数均呈现先增大、后减小的趋势,当排肥轮压力角为19. 52°、排肥轮间隙为4. 7 mm时,排肥器具有最优的排肥效果,此时理论计算和仿真试验的排肥均匀度变异系数分别为15. 30%和14. 58%,两者偏差为0. 72个百分点,说明回归模型准确。最优结构参数组合下双齿轮式排肥器的台架试验结果表明,排肥量可通过排肥轮转速线性调节,排肥均匀度变异系数为15. 42%,与仿真值及理论值基本一致;同等条件下外槽轮排肥器的排肥均匀度变异系数为20. 29%,试验排肥器排肥均匀度变异系数提高了31. 58%,排肥均匀性得到明显改善。     

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。     

斜口螺旋精控排肥器优化设计与试验

为解决螺旋排肥器排肥流量不均匀影响精控施肥的问题,在通过排肥过程肥料运动状态仿真分析确定其排肥不均原因的基础上,采用倾斜排肥口的结构设计以提升排肥均匀性。利用EDEM建立斜口螺旋排肥器仿真模型,以斜口长度x1、斜口角度x2、开口宽度x3试验因素,排肥流量变异系数为试验指标,进行二次通用旋转组合设计试验研究。试验结果表明：试验因素对试验指标的影响主次顺序为x3、x2、x1,且当x1为105mm、x2在30°~44°范围内、x3在40.05~55.00mm范围内时,排肥流量变异系数σ小于15%,排肥均匀性较佳。采用台架试验对传统及斜口螺旋排肥器进行对比试验,结果证明：转速60r/min时斜口螺旋排肥器排肥流量变异系数σ为13.59%,与理论优化值相吻合,且斜口螺旋排肥器均优于传统螺旋排肥器。同时基于实测的排肥器排肥转速流量曲线,设计一种排肥控制器并进行台架试验,结果表明其可实现精控施肥。     

弧槽双螺旋式排肥器优化设计与试验

为实现排肥器的精量排肥,对采用错位叠加单螺旋排肥曲线原理的弧槽双螺旋式排肥器的排肥性能进行理论分析,确定其排肥量及影响其排肥性能的因素,以螺距S、弧槽半径Rp、中心距a为试验因素,并以均匀性变异系数、施肥精度为试验指标,进行了三因素三水平Box-Behnken试验,得到最优参数：螺距S为35mm,弧槽半径Rp为17.5mm,中心距a为35mm,在最优参数组合下制作排肥器并进行台架验证试验与对比试验,试验结果表明：台架试验的均匀性变异系数、施肥精度与仿真试验相对误差分别为5.07%、4.69%,仿真与台架试验吻合度较好,对比试验结果表明：优化后弧槽双螺旋式排肥器施肥精度为3.35%,施肥精度较高,优化后弧槽双螺旋式排肥器较未优化弧槽双螺旋式排肥器、单螺旋排肥器均匀性变异系数分别降低7.26、15.48个百分点,优化后的弧槽双螺旋式排肥器排肥性能良好。     

手扶式三岔条带中耕施肥机的设计与仿真

为保证垄作作物中耕后前后期的肥料需求,减少施肥次数和肥料浪费,设计了一种手扶式三岔条带中耕施肥机。机器采用间隙啮合齿轮排肥器,提高了排肥均匀性。设计并采用三岔条带排肥管,通过二次分肥作用实现肥料的带状分布。采用EDEM对三岔条带排肥管进行了施肥作业仿真。结果表明:肥料呈带状分布,垄侧到垄沟方向肥料数量呈增大趋势,沿机器前进方向均匀分布,肥料颗粒数量分布平均变异系数为0.077,符合实际施肥要求。该研究可为小型中耕施肥机的设计和应用提供参考。     

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。     

穴施肥排肥器设计与试验

穴播作物采用对穴施肥的方法可以提高肥料利用率、降低生产成本。为此,设计了一种勺轮式穴施肥排肥器。运用EDEM离散元仿真技术对排肥器的成穴性进行仿真试验,对每穴施肥量均匀性进行了测试,并且分别测定了排肥部件角速度为100°/s、150°/s和200°/s时,每穴施肥量一致性变异系数分别为2.66、3.10和4.18。随后在排种器试验台上进行了验证试验,验证试验中测得的相应变异系数分别为4.2 6、4.8 7和6.1 6,变化趋势与仿真试验相同,整体试验结果与仿真试验结果相似。设计的穴施肥排肥器性能可以满足生产要求,为穴施肥精密播种机的设计打下了基础。     

偏心弹射式排肥器设计与仿真试验

针对目前穴施排肥器存在易伤作物、喷肥均匀性差、喷肥可靠性低等问题,设计一种偏心弹射式排肥器。根据颗粒肥穴施特性,基于盛肥腔体积压缩而形成压力差的原理,借助人机交互平台,设计关键部件弹射机构和偏心机构,优化机构的结构与工作参数,分析肥料在腔体内的受力状况和运动轨迹。该排肥器主要由排肥装置、偏心轮装置、弹射部件等组成。通过Soildworks三维建模,运用离散元法(EDEM)和动力学(RecurDyn)耦合仿真分析技术对排肥器的成穴性进行仿真,并进行台架试验。试验表明:该机构弹射性能稳定可靠,对农作物无机械损伤。在排肥器角速度为6.2 rad/s、6.7 rad/s,7.2 rad/s时,每穴排肥量一致性变异系数分别为2.8%、3.3%、4.0%,肥料喷射均匀性较好。作业效率等各项指标与预期目标差异性小。离散元仿真值与台架试验相对误差值接近,表明台架试验结果真实可靠。     

基于EDEM的深施肥器排肥与阻力影响因素分析

为解决深施肥的施肥口堵塞问题,设计了一种鸭舌型深施肥器,并建立了深施肥器的离散元仿真模型,模拟了不同工作参数下的排肥过程,探索了施肥器类型、施肥深度、前进速度和土壤含水率对排肥量和工作阻力的影响。仿真及台架试验结果表明:鸭舌型深施肥器肥料堵塞时间短,排肥均匀,综合性能最优;施肥深度越大,工作阻力越大,排肥量稍少;含水率影响初期的排肥流畅性,肥料堵塞程度含水率25%的比15%的要严重;前进速度对工作阻力和稳定后的排肥均匀性影响不大,而对排肥滞后和排肥量的影响较大。工作阻力仿真值与台架试验值的误差在11.5%以内,变化趋势基本一致,证明采用离散元法对深施肥器排肥影响因素进行仿真分析具有可行性。该研究结果为深施肥器的设计及其田间作业参数的确定提供了参考。     

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。     

玉米行间滚轮式穴施排肥器设计与试验

针对玉米在大喇叭口时期追肥机械化水平低的问题，结合黄淮海地区玉米播种行距、株距的农艺要求，设计了一种滚轮式穴施排肥器。为满足穴施排肥器稳定深施要求，基于Abaqus建立成穴器动力学模型，对穴施排肥器进行成穴性能和扎穴压力分析，利用分析结果对液压系统进行设计选型；根据穴施排肥器排肥稳定性要求，应用EDEM建立机具-土壤-肥料离散元模型，进行3种作业速度下的抛土特性和穴施量分析，得出当滚轮式穴施排肥器作业速度为1.5m/s时，排肥效果最佳。试验结果表明：该排肥器以速度1.5m/s作业时，平均穴排肥量为9.01g，穴施肥量偏差为11.2%，施肥均匀性变异系数为4.17%；施肥深度合格率92%，施肥深度变异系数6.57%，符合设计要求。     

基于EDEM的螺旋式排肥器排肥性能研究

为优化改进螺旋式排肥器在热带果园中的施肥效果,在试验统计获得肥料颗粒物理及相关力学仿真参数的基础上建立了颗粒肥料的EDEM模型,并通过对其与螺旋式排肥器数字化模型耦合进行排肥过程仿真分析。通过随机选取料箱左、中和右侧的单个肥料颗粒,获得了不同位置的仿真运动轨迹、速度与受力变化曲线图。数据分析结果表明:不同转速下的排肥螺旋单圈排肥量变异系数均小于2%;螺旋叶片直径对排肥量影响显著(P0.05),呈线性负相关;螺距和排肥轴转速对排肥量影响极显著(P0.01),呈线性正相关。建立的螺旋式排肥器模型结构合理,排肥过程稳定性与均匀性较好,可为螺旋式排肥器的优化设计提供参考。     

叶片式排肥器参数优化设计与分析

为解决带有纵向螺旋钢丝的水田深施肥机具施肥量调节问题,设计了一种叶片式排肥器。同时,建立叶片式排肥器的数学模型,将结构轻巧和叶片间无间隙、排肥口近圆形确定为优化目标、排肥器结构要求作为约束条件,应用Visual Basic 6.0编写叶片式排肥器肥量调节软件对叶片式排肥器进行运动学优化。软件得到优化参数范围为:调节叶片及圆弧槽数量8个;叶片连接座销孔分布半径47mm;调节叶片销轴间距离13mm;形成圆弧槽曲线参数φ和θ分别为30°~40°和60°~75°。根据优化结果,应用Visual Studio 2010编写的叶片式排肥器参数化平台,可实现三维实体模型在Pro/E中快速生成,通过仿真对比分析对参数优化结果进行验证,并确定了圆弧槽曲线参数φ和θ分别为40°和60°。仿真结果表明:排肥器结构轻巧,排肥口变化均匀且叶片运动良好,设计的叶片式排肥器能够满足预期的设计要求。     

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。     

玉米行间滚轮式穴施排肥器设计与试验

针对玉米在大喇叭口时期追肥机械化水平低的问题，结合黄淮海地区玉米播种行距、株距的农艺要求，本文设计了一种滚轮式穴施排肥器。为满足穴施排肥器稳定深施要求，基于Abaqus建立成穴器动力学模型，对穴施排肥器进行成穴性能和扎穴压力分析，利用分析结果对液压系统进行设计选型；针对穴施排肥器排肥稳定性能要求，应用EDEM建立机具-土壤-肥料离散元模型，进行3种作业速度下其抛土特性和穴施量分析，确定滚轮式穴施排肥器作业速度1.5m/s时，排肥效果最佳；试验结果表明：该排肥器在1.5m/s的速度作业时，平均穴排肥量为9.01g，穴施量偏差为11.2%，施肥均匀变异系数为4.17%；施肥深度合格率92%，施肥深度变异系数6.75%，符合设计要求。     

插板式叶轮排肥器安装角度的优化与试验

为改进插板式叶轮排肥器的肥料填充性能,针对插板式叶轮排肥器的安装角度,采用离散元仿真技术进行了试验研究。以体积确定的叶轮槽轮单圈排肥量作为基准,在叶轮转速30r/min、开度40mm的条件下,对安转角度从0°~90°开展7组离散元仿真试验。结果表明:安装倾角为36.4°时,排肥器单圈排肥量与基准值一致,且在该角度±10°范围内均满足相对误差小于5%的施肥要求。在该安装角度下开展了3种肥料的验证试验,结果表明:安装角度为36.4°时,不同肥料单圈排肥量与开度呈线性关系,开度全调节范围内单圈排肥量线性回归的R 2为0.995以上,满足插板对工作长度调节的需求,与仿真结果基本吻合。本研究为插板式叶轮排肥器的设计优化提供了参考和理论依据。     

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。     

滑槽回转式水田侧深施肥装置设计与试验

针对现有施肥机械出现的堆积堵塞、肥量调节困难以及施肥均匀性差的问题,设计了一种易于调节肥量、挡板推肥防堵塞的侧深施肥装置,阐述了该装置工作原理,参考水田侧深施肥农艺要求和插秧机空间结构,确定了施肥装置基本结构参数;对侧深施肥装置工作过程进行理论分析,确定了影响装置施肥性能的工作参数主要为排肥圆盘转速和肥槽高度;利用EDEM离散元仿真软件建立滑槽回转式施肥装置仿真模型,探究了排肥圆盘转速和肥槽高度对施肥装置充肥和排肥效果的影响,确定了排肥圆盘的最佳工作转速为10~50r/min;为验证施肥性能,通过台架试验对滑槽回转式水田侧深施肥装置进行试验研究,获得了排肥圆盘转速、肥槽高度对施肥稳定性影响规律和排肥圆盘转速、插秧机速度对施肥均匀性影响规律,各指标均满足国家施肥作业机械标准;通过与常见施肥结构装置进行对比,证明滑槽回转式水田侧深施肥装置在一定程度上提高了施肥均匀性。     

外槽轮排肥器关键工作参数对排肥量影响的仿真与试验研究

明确排肥器工作参数对排肥量的影响,有助于提高外槽轮排肥器的排肥性能。应用离散元法(EDEM)研究外槽轮排肥器工作过程的基础上,以外槽轮工作长度、排肥轴转速、排肥舌开口角度为试验因素,以排肥量为评价指标,综合应用离散元法、二次正交回归试验、排肥器排肥台架试验,研究排肥器工作参数对排肥量的影响。建立外槽轮排肥器工作参数与排肥量之间的数学模型,明确工作参数对排肥量影响程度大小依次为:外槽轮工作长度、排肥轴转速、排肥舌开口角度。仿真与台架试验排肥量的平均相对误差为10.04%,且试验结果的方差分析结论一致。研究成果可以为施肥机械排肥量的调整和机具设计提供依据。     

拖拉机液压机械无级变速器换段过程行星排动力学特性仿真研究

课题组使用AMESim和Adams两个软件进行联合仿真,研究了拖拉机液压机械无级变速器换段过程行星排不同换段时序的动力学特性.仿真结果表明:换段时序不同,行星排齿轮啮合力也不同;随着换段重叠时序的增加齿轮啮合力增大,加剧轮齿间磨损,使得行星排振动加剧;在保证变速器换段的平顺性和效率的情况下,降低换段重叠时序有助于达到减...