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。     

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。     

2FPG-40型葡萄开沟施肥机的设计与试验

根据新疆葡萄种植施肥需要,设计2FPG-40型葡萄开沟施肥机,该机能一次完成开沟、施肥和覆土三项作业。机具由40.4kW拖拉机牵引和驱动,作业幅宽1.7m,一次可开沟施肥1行,最大开沟深40cm,沟宽15cm,作业速度1km/h。以机具的前进速度、开沟深度和绞龙转速为因素进行田间试验,结果表明机具前进速度和开沟深度对排肥变异系数差异并不显著,绞龙转速对排肥变异系数差异显著,各因素对排肥变异系数影响程度为:绞龙转速机具前进速度开沟深度。通过正交试验极差和方差分析得出最优组合方案为绞龙转速60r/min,机具前进速度为1.5km/h,开沟深度为30cm。     

水田电动双行深施肥除草机设计与试验

针对水稻分蘖期施肥和除草作业过程中存在作业环节多、环境污染严重、营养分布不均匀等问题,结合水稻分蘖期深施肥和行间除草的农艺特点,设计了一种可同步完成水稻分蘖肥深施和行间除草的水田电动双行深施肥除草机。根据达朗贝尔原理,对机具启动加速阶段进行动力学分析,建立主动除草轮所需驱动力矩数学模型,得到主动除草轮所需最大驱动力矩理论值为59.05 N·m,完成深施肥装置控制系统与机具行走控制系统设计。采用二次正交旋转组合设计,以机具前进速度和叶片开口直径为影响因素,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深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与响应面分析,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,优化结果表明:在前进速度0.40 m/s,叶片开口直径16 mm的条件下,施肥均匀性施肥量均值为0.20 g,施肥均匀性变异系数最小值为21.7%。对机具进行田间性能试验,当叶片开口直径16 mm,机具前进速度0.40 m/s,给定施肥量为67.5 kg/hm2时,施肥量偏差控制在3.54%以内,机具在不同前进速度情况下除草率均不小于78.5%,满足水稻分蘖肥深施和行间除草的农艺要求。     

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。     

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。     

滑切型自激振动减阻深松装置设计与试验

针对长江中下游地区黏重土壤深松作业阻力大的问题,基于滑切和自激振动减阻的原理,设计了滑切型自激振动深松装置。对滑切型铲柄的滑切角及刃口角进行了分析及参数设计,通过有限元分析,表明铲柄强度符合设计要求,自激振动弹簧采用内外双弹簧以减小自激振动装置的结构尺寸。土槽对比试验表明,固定连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻7. 79%～8. 81%,自激振动连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻15. 45%～20. 05%。田间性能试验表明,深松后各深度下土壤坚实度下降显著,0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm深度下土壤坚实度分别减小78. 18%、56. 08%和62. 72%;深松后各深度下土壤容重下降14. 66%～20. 81%,土壤含水率在0～10 cm略有下降,在10～20 cm和20～30 cm略有上升;土壤扰动系数均值为60. 8%,土壤蓬松度均值为11. 9%;深松深度及其稳定性系数符合行业标准,滑切型自激振动深松装置作业质量总体满足作业要求。     

深松铲入土深度及铲形对耕作阻力影响

深松作业存在的主要问题是耕作阻力大。深松机中深松铲作为重要部件,其形状和结构参数直接影响着深松作业的牵引阻力及作业质量等。通过推拉力计测量了鸭掌形铲在不同入土深度时的耕作阻力;通过变换不同铲形的耕作试验,测量了现有凿形铲、鸭掌形铲、翼形铲在入土深度为35cm时的耕作阻力。结果表明:牵引阻力随着鸭掌形铲入土深度的增大而增大,因为土壤硬度随着土层深度的增加而增大,所以在10~20cm的土层中对深松铲的阻力较小,深松铲在20~30cm的土层中的阻力有较大增加,在30~40cm的土层中阻力增加幅度最大,其规律符合二次曲线。不同铲形耕作试验表明:铲形不同时,铲尖与土壤接触面积不同,导致深松铲与土壤之间的剪切力和挤压力不同,其牵引阻力与铲尖面积满足对数关系。     

甘薯双垄垄芯弧形精准施肥施药机设计与试验研究

鉴于目前的甘薯施肥、施药机械作业效率低、可靠性差、作业不规范等问题,研究设计一款新型的垄芯弧形精准施肥施药机,与66～88 kW的大型拖拉机相匹配,实现规范的起垄作业和药在上、肥在下的双层弧形释放面。运用理论计算与试验研究相结合的方式,以垄型参数合格率、肥药分层合格率作为机具试验的鉴定指标,对机具的施肥铲、施药铲和镇压器等关键部件的结构参数、工作参数等进行优化。结果表明:机具的前进速度、施肥铲与施药铲前后间距、镇压器结构形式这3个因素对机具作业质量的影响较大,优选组合为前进速度2.1 km/h,施肥铲与施药铲前后间距为600 mm,镇压器结构形式为斜压式,田间验证试验得知,垄型参数合格率为98.6%,肥药分层合格率为99.1%。