锥型被动旋转式浅松装置设计与试验

针对垄作免耕播种后,中耕时期对作物根系附近土壤的浅松作业,研究设计了一种锥型被动旋转锄齿式浅松装置,以达到浅松和除草目的。作业时,外嵌锄齿锥形滚筒贴合垄侧,利用锥形滚筒的结构特性,增强锄齿在土壤作业过程中的滑移作用,以减小土壤扰动及耕作阻力、降低动力消耗及增强作业效果。为此,对外嵌锄齿锥形滚筒进行结构和参数研究,采用正交试验,以前进速度、弹簧镇压力、锄齿环间距为因素,以土壤坚实度差、入土深度稳定性为指标,利用Design-expert软件平台进行试验数据处理与分析。结果表明:在土槽试验车前进速度为1.0m/s、弹簧压力920N、锄齿环间距42mm时,土壤坚实度差达到29.8N/cm2,入土深度稳定性93%,参数优化结果可满足中耕作物苗期浅松作业的性能要求。     

颗粒肥料离散元仿真摩擦因数标定方法研究

对分体圆筒法、倾斜法、抽板法和斜面法4种颗粒特性测试方法进行Plackett-Burman多因素显著性筛选试验,试验方差分析结果表明,不同的测试方法影响测量结果的显著因素与因素显著程度。根据分体圆筒法、倾斜法和斜面法的方差分析结果,提出一种基于颗粒物料整体特性的摩擦因数标定方法,将仿真试验与真实试验相结合,依次标定出尿素颗粒与PVC材料间静摩擦因数为0. 41,颗粒间静摩擦因数为0. 36,颗粒间滚动摩擦因数为0. 15。将所标定的摩擦因数采用无底圆筒法进行验证试验,休止角仿真试验结果为30. 57°,真实试验结果为31. 74°,相对误差为3. 69%,不同含水率下的实际试验休止角与所标定摩擦因数下的仿真休止角相对误差均不大于4. 59%,仿真试验结果与真实试验结果无显著差异,验证了所标定摩擦因数的有效性。本方法可用于其他颗粒状物料间摩擦因数的标定试验。     

颗粒肥料质量流量传感器设计与试验

变量施肥具有提高肥料利用率、保护生态环境、节约农业生产成本等优点，但目前还没有得到广泛的应用，除了难以获得变量施肥的处方图之外，缺乏闭环检测也是原因之一。闭环控制是实现变量施肥的关键之一，与间接测量排肥轴的转速相比，实时检测肥料的质量流量更为准确。本文基于静电感应原理，设计了一种颗粒肥料质量流量传感器。由于颗粒肥料之间、颗粒肥料与空气、颗粒肥料与排肥管之间的摩擦和碰撞，颗粒肥料会携带一定量的电荷，因此本研究设计了环形电极来检测电荷强度，并利用电流放大电路输出感应电流。通过标定质量流量与感应电流的关系，获得了实时的肥料质量流量。搭建试验台对该颗粒肥料质量流量传感器进行检测，试验台主要包括动态信号采集系统、肥料箱、电流放大器和环形电极传感器。以大颗粒尿素（CO(NH2)2）、过磷酸钙（Ca(H2PO4)2·H2O）和氯化钾（KCl）为研究对象，其平均容重分别为0.7、1.2、1.1g/cm3。根据施肥装置的物理参数，通过调整排肥轴转速可获得近似的目标质量流量，目标质量流量的范围是3~15g/s，增量为1g/s。对于每个质量流量，进行了4次重复。每次重复30s，施肥装置与信号采集系统同时启动。利用平均感应电流和平均质量流量建立回归方程，采用插值法得到实时质量流量。随后，对每种肥料进行25次试验，从而检验本文中颗粒肥料质量流量传感器的测量精度，每次试验的目标质量流量由5个随机质量流量组成，每个质量流量下持续排肥6s，用天平称量30s内的实际质量，通过积分质量流量和时间曲线计算检测质量。采用SPSS 22.0软件对试验结果进行统计分析，分析表明，大颗粒尿素、过磷酸钙、氯化钾的检测误差分别为3.9%、5.1%、5.9%，相应的标准差分别为5.21、7.98、11.29。检测质量与实际质量无显著性差异（P>0.1），大颗粒尿素、过磷酸钙和氯化钾检测误差的数学期望值分别为3.74%、4.93%、5.22%。本文的研究结果表明，检测误差随颗粒肥料粒径的减小而增大。     

中耕作物精准穴施肥控制机构工作参数优化与试验

为增加中耕作物产量,有效提高肥料利用率,设计了玉米苗期自动穴施肥控制机构,通过土槽试验分析了穴施肥控制机构的结构和工作参数,研究了施肥传动机构工作参数对施肥控制精准度的影响规律。采用正交旋转组合试验,以动力输出轴转速、台车前进速度、触碰转针高度为影响因子,以穴株拟合度和伤苗率为响应函数,利用Design-Expert软件平台的回归分析法及响应面分析法,对3个因子进行单因素和多因素正交试验。结果表明:在台车前进速度为1.25 m/s,动力输出轴转速为16.5 r/min,触碰转针高度在5 mm的条件下,穴株拟合度可达到0.796,伤苗率接近10%,参数优化结果满足玉米苗期施肥控制性能的要求。     

基于EDEM-Fluent耦合的颗粒肥料悬浮速度测定试验

为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素悬浮速度7. 21～12. 97 m/s,磷酸二铵悬浮速度7. 68～12. 48 m/s,硫酸钾悬浮速度11. 09～18. 15 m/s。通过台架试验测定大颗粒尿素悬浮速度6. 68～12. 48 m/s、磷酸二铵悬浮速度7. 22～11. 96 m/s、硫酸钾悬浮速度9. 46～17. 81 m/s,相对误差分别为5. 3%、5. 1%、7. 2%。在颗粒肥料体积分数1. 0%、3. 5%、6. 0%、8. 5%时,分别测定肥料颗粒群的悬浮速度,结果表明,颗粒群悬浮速度随着体积分数的增加而减小,在不同颗粒肥料体积分数下,仿真结果与试验结果相对误差近似为常数,其原因为颗粒球形度对悬浮速度的影响,标定得出大颗粒尿素悬浮速度修正系数0. 90、磷酸二铵悬浮速度修正系数0. 96、硫酸钾悬浮速度修正系数0. 84。基于流固耦合的颗粒悬浮速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent气固两相流耦合仿真测定物料悬浮速度方法的可行性。     

气力集排式精量配混施肥装置设计与试验

为满足玉米生长中后期的追肥需求,本文设计一种气力集排式精量配混施肥装置。电机驱动叶片旋转进行混肥,将肥料分配器内部设计成锥形结构。基于流体动力学和离散元耦合法对分配器排肥口倾角、分配器上端波纹管的结构和布置方式进行研究;以排肥口倾角、输送气速和波纹管长度为试验因素,以各行排肥量变异系数为试验指标,进行三元二次回归正交组合设计试验。试验结果表明,当排肥口倾角45°、输送气速35m/s、波纹管长度568mm时,性能最优。混肥器进口采用中心布置方式,叶片数量为8。田间试验结果表明,该机施肥量误差小于2%,总施肥量稳定性变异系数为2%,施肥断条率低于2%,满足国家标准。     

固定式天然橡胶自动割胶机设计与试验

为解决天然橡胶夜间割胶作业劳动强度大、割胶工短缺、割胶效率低等问题,设计一种固定式天然橡胶自动割胶机,采用行走电机与丝杆电机分别驱动割胶刀绕树转动以及沿竖直方向运动,2种运动复合形成割胶刀螺旋线作业轨迹,实现割胶机根据橡胶树生长状况调节螺旋线升角,保证排胶顺畅。采用丝杆电机与旋转编码盘配合,实现割胶机耗皮量的调整,通过仿形双弹簧实现割刀割深均匀稳定,适应不同割胶需求,降低橡胶树损伤。以螺旋线升角、割刀运行速度、耗皮量为试验因素,以割胶机能耗、耗皮量变异系数为试验指标,进行三因素三水平正交试验。试验结果表明：螺旋线升角为25°、割刀运行速度为0.6 m/min、耗皮量为0.8 mm时,试验结果最优,平均耗电量为0.48 W·h,耗皮量变异系数为7.61%,割深变异系数为4.78%,试验结果满足要求。