双变量排肥系统充肥性能分析与试验研究

为实现玉米中耕精准变量施肥,针对自行研制的玉米智能化中耕变量施肥机,进行了双变量控制特性研究,并通过排肥理论分析确定了影响充肥性能的主要参数为排肥轮转速、排肥口开度、排肥轮倾角。利用设计的角度可调式排肥试验台,进行了排肥量的多参数试验,结果表明:排肥轮倾角影响排肥轮充肥性能,应选择排肥轮安装角接近肥料的自然休止角;在排肥轮倾角采用30°条件下,建立了排肥口大小、排肥轮转速与排肥量之间的关系模型;利用排肥口开度、排肥轮转速与排肥量之间的线性关系,确定了分段控制方式,排肥口开度采取分段固定值分别为32、39、46mm。分段控制实际排肥试验表明:实际排肥量的变异系数为0.493,实际施肥量与目标施肥量的相对误差为3.08%。     

稻田气力施肥装置设计与试验

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所设计的文丘里管混合腔进行流场分析,确定最优混合腔直径为15 mm,进肥口与进气角度呈锐角;最后,进行田间试验,结果表明,在规定电机转速变化范围内,各行平均排肥量变异系数均小于2.21%,各行排肥量一致性较好,排肥量稳定;在目标施肥量为150 kg/hm²,作业速度为4 km/h时,各区域内施肥量偏差控制在7.47%以内,施肥精确性较好。肥料在排肥管中的滞后时间随着排肥管长度增加而增加,变化范围为0.67~1.81 s。本文设计的稻田气力施肥装置可以满足生产需求。     

水田侧深施肥装置关键部件设计与试验

针对水田侧深施肥装置施肥均匀性低、作业性能不稳定、输肥管路堵塞等问题,结合水田侧深施肥的农艺特点,对水田侧深施肥装置关键部件排肥器和气力输送系统进行设计与分析,通过运动学和动力学的方法得出排肥轮转速越大越有利于提高施肥均匀性,计算得出排肥轮转速的最大理论值为150 r/min,并设计了适宜输送颗粒肥的气力输送系统。采用二次正交旋转组合设计试验,以排肥轮转速、插秧机前进速度、风机风速为影响因素,以施肥均匀性施肥量均值和施肥均匀性变异系数为响应指标,利用JPS-12型排种器检测试验台对施肥装置的排肥性能进行台架试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析和响应面分析,得到影响因素与响应指标之间的数学模型,并对数学模型进行优化及验证。试验结果表明:在排肥轮转速21.96 r/min、前进速度0.93 m/s、风机风速22.93 m/s条件下,施肥装置的施肥均匀性变异系数为28.25%,且满足黑龙江省寒地稻作区侧深施肥最小施肥量150 kg/hm2的农艺要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

圆盘顶出式水田侧深施肥装置设计与试验

为保证水田侧深施肥的作业效率、提高侧深施肥装置的施肥均匀性,结合寒地水稻侧深施肥的农艺要求,设计了圆盘顶出式侧深施肥装置。阐述了该装置的工作原理,并对关键部件圆盘顶出式排肥器和风送系统进行分析,建立了施肥装置排肥过程的运动学模型,得出排肥圆盘转速是施肥性能的重要影响因素,通过EDEM虚拟仿真试验确定排肥圆盘最佳工作转速为10~60r/min;进行了侧深施肥装置施肥性能试验,结果表明：各行排量一致性、施肥稳定性均满足国家施肥机械作业标准要求;以肥槽有效工作长度为因素,以施肥量均值、施肥均匀性变异系数和总施肥量为指标进行施肥均匀性试验,结果表明：当肥料密度为1.15g/cm3、肥槽有效工作长度在5~20mm之间调节时,总施肥量变化范围为137~921kg/hm2,施肥均匀性变异系数为5.96%~12.77%,满足国家施肥机械作业标准要求;与直槽轮式和斜槽轮式侧深施肥装置对比表明,圆盘顶出式侧深施肥装置有效提高了施肥均匀性,在满足施肥量要求的前提下,长时间作业未出现肥料挤压破碎现象;另选择4种不同密度的水田侧深施肥专用肥,验证施肥装置肥量调节性能,结果表明,所设计的侧深施肥装置对常用专用肥料具有良好适应性,获得了肥料密度在0.85~1.40g/cm3之间的肥槽有效工作长度与总施肥量的变化曲线,可应用于田间作业,为机具调试应用及实际施肥作业提供指导和参考。     

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。     

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。     

气力输送式小麦播种机垂直型分配器设计与试验

传统小麦播种机存在作业效率较低、生产成本高、各行排量一致性差等问题,设计了一种适用于气力输送式小麦播种机的垂直型分配器。分配器采用垂直分配的种子分配方式,能使种子运动轨迹平滑,运动方向变化小,实现种子均匀分配。通过研究种子在分配器内部的受力情况,确定了风速、圆锥角度等对排种性能影响较大的关键参数;采用Flow Simulation对分配器进行了内部流场仿真,得出了气流场在不同圆锥角度及风速作用下的状态;通过对种子的运动仿真,得出了种子在分配器内运动状态,验证了垂直分配式分配器的分配效果。搭建了气力输送式小麦排种试验台,以排种器转速、圆锥角度和风速为试验因素,以小麦排种系统各行排量一致性变异系数为试验指标进行正交试验,确定较优参数组合为风速15m/s,排种器转速40r/min,圆锥角度90°。在该条件下,测试结果各行排量一致性变异系数2.78%,远远满足小麦播种各行排量一致性变异系数低于3.9%的要求。     

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。     

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。     

集排风送式玉米分层追肥机设计与试验

针对玉米追肥机械化程度低、追肥作业效率和肥料利用率不高等问题，根据玉米分层施肥农艺要求，设计了一种多行集中排肥、气流输肥以及分层深施肥方式的玉米追肥机。对追肥机关键部件进行了理论分析与参数确定，并对各行之间排肥量一致性、施肥精度以及施肥深度进行了试验研究。试验结果表明：排肥转速对各行之间排肥量一致性影响较小，在相同转速下，深、浅层之间排肥量一致性差异较小，排肥量比较均匀；随着转速的增加，各行之间排肥量变异系数有所减小，最大变异系数为2.64%。在试验速度范围内，随着工作速度的增加，追肥机械施肥精度呈减小趋势，施肥精度最小值为95.42%；深层施肥深度变化量不大，施肥深度均值最小为11.04cm，变异系数不超过5.35%；浅层施肥深度稳定性有所降低，施肥深度均值最小为6.9cm，变异系数不超过9.36%；追肥机性能达到设计目标，能够较好地满足玉米追肥机械作业标准要求。     

基于鲫鱼流线的气送式排种系统分配器仿生设计与试验

针对气流输送式排种系统分配器工作过程中存在紊流等现象破坏种子流分配均匀性的问题,以鲫鱼流线型曲线为仿生原型,提出了一种分配器仿生设计方法.对鲫鱼进行三维扫面,获取点云数据,利用Matlab软件拟合得到4条鲫鱼流线型曲线,设计4种不同结构分配器,同时采用标准k-ε模型非稳态的Lagrangian耦合算法对4种仿生结构分配...     

免耕播种机无轴螺旋排肥输肥装置设计与试验

针对西南地区坡度较大、免耕地表秸秆及根茬等造成耕地平整度较差,驱动式破茬防堵免耕播种机作业时机具整体产生振动较大,导致排肥器排肥及导肥管导肥作业性能差的问题,基于螺旋输送原理,设计了一种柔性无轴螺旋排肥输肥装置。通过对肥料的螺旋输送以及物料临界输送速度分析,得出螺旋叶片最佳充肥尺寸以及转速范围。采用EDEM仿真进行二次回归正交旋转试验和响应曲面法分析无轴螺旋排肥输肥装置最佳工作参数：螺旋叶片内半径3mm、螺旋叶片外半径12.8mm、螺旋叶片转速319r/min以及螺旋间距24.5mm。田间测试结果表明,在地表平整度平均值以及地表坡度分别为8.9cm、16.1°时,无轴螺旋排肥输肥装置在作业速度1.5 m/s时,排肥精度误差、均匀性变异系数分别为1.87%、2.52%,满足国家施肥标准,播肥符合当地农艺要求。所设计的无轴螺旋排肥输肥装置满足免耕播种施肥要求,可为在地表平整度较差时排肥和振动较大条件下排肥器以及导肥管的设计与改进提供参考。     

稻麦轮作区气动式小麦精准投种装置设计与试验

为实现稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦精量播种,设计了一种气动式小麦精准投种装置,该装置通过气动加速将小麦种粒高速精准投置于清洁土壤内。以稳态气体流速、入口负压为试验指标,出气室直径、喉嘴距和接收室直径为影响因素,利用Fluent分析进行气动式小麦精准投种装置的关键结构参数设计。Fluent分析结果表明:该装置的较优组合为出气室直径为6 mm、喉嘴距为10 mm、接收室直径为32 mm,此时稳态气体流速为524 m/s,入口负压为15. 966 kPa。较优参数组合下的投种性能台架试验结果表明:当作业速度为1. 2 m/s、投种高度为0. 1 m、进气室压力为0. 5 MPa时,小麦种粒可高速冲击进入土壤,实现高速精准稳着床点播、且无破损,平均投种速度为43. 8 m/s,平均投种深度6. 78 mm,投种速度、投种深度变异系数分别为8. 3%、5. 8%,投种性能稳定。     

小麦宽苗带精量播种施肥机设计与试验

为解决小麦宽苗带播种均匀性差和开沟阻力大的问题,设计了一种窝眼轮式精量排种、内四等分输种管间隔输种的小麦宽苗带精量播种施肥机。对关键部件进行了理论分析,并对旋耕覆土过程进行了离散元仿真研究,在此基础上进行了排种器台架试验和整机田间试验。台架试验结果表明,窝眼轮转速为35r/min时,行内播种均匀性变异系数、各行排量一致性变异系数、种子破碎率分别为9.31%、2.30%和0.38%。田间试验结果表明,窝眼轮式排种器配套内四等分输种管提高了种子在苗带上的分布均匀性,播种均匀性变异系数为11.55%,苗带平均宽度为8.2cm,正转旋耕装置能有效清理苗带、避免秸秆杂草堵塞;利用旋耕抛土原理能够实现对种、肥的分层覆土,播种和施肥平均深度分别为3.2cm和9.4cm,种肥深度垂直间距平均值为6.2cm,变异系数分别为4.15%、2.97%和5.48%,较好地实现了种肥分层,整机设计满足大田播种农艺要求。     

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。