玉米空间分层施肥装置结构优化与试验

针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题，设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置，肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数，明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析，选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素，以上层和中层排肥口出肥量为试验指标，进行二次正交旋转组合仿真试验，建立了试验指标与影响因素的回归模型，仿真结果表明，当施肥调节片前端宽度为3.61mm，后端宽度为21.52mm，安装角为43.23°时，上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果，在不同作业速度和不同施肥量条件下，进行了空间分层施肥装置的样机性能试验，试验结果表明，空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比，在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%，各层肥料深度误差在10mm以内，各层肥料横向距离误差在6mm以内，工作性能稳定。     

固定垄保护性耕作机具的研究现状

固定垄保护性耕作作为一项将保护性耕作、固定道和垄作沟灌等技术相结合的新型农业生产体系,对于促进农业的可持续发展具有重要的现实意义。为此,总结了国内外起修垄机具、垄作播种机以及其他配套机具的研制和应用情况,并对存在的问题进行了探讨,以期为固定垄保护性耕作机具的研制提供参考。     

异速对辊式玉米秸秆粉碎还田装置设计与试验

针对玉米秸秆量大、韧性强,导致还田后秸秆粉碎不均匀影响后续整地和播种等问题,该研究提出了一种异速对辊及动态双支撑形式的玉米秸秆粉碎还田方式,并研制了相应的玉米秸秆还田装置,主要由捡拾粉碎单元、对辊滑切支撑单元、支撑板和机壳等组成。在异速动态双支撑条件下,通过对作业过程中玉米秸秆动力学分析和秸秆漏捡面积分析,对捡拾粉碎刀和对辊滑切支撑刀进行设计,建立了影响秸秆粉碎合格率的数学模型。以捡拾粉碎刀转速、L型甩刀折弯角、L型甩刀刃口长度和滑切支撑刀滑切角为因素,秸秆粉碎合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明:当滑切支撑刀滑切角45°、捡拾粉碎刀转速1 700 r/min、L型甩刀刃口长度45 mm和L型甩刀折弯角40°时,玉米秸秆粉碎合格率为92.58%,与预测值误差5%,满足国家标准要求。该研究提出的秸秆粉碎还田方式和研制的秸秆粉碎装置为玉米秸秆粉碎还田机设计和优化提供新的方案和技术支撑。     

垄台修复中耕施肥机关键部件的改进与试验

针对东北垄作区原垄免耕播种后,垄形破坏,玉米出苗后需进行垄台修复施肥,但作业过程中存在机具堵塞严重,行间玉米秸秆被机具挑起伤苗,以及机具作业过程中动力消耗大等问题,设计改进了垄台修复中耕施肥机的关键部件,优化了关键参数.田间试验表明:平板直刀型破茬松土方式动力消耗小、防堵效果好,采用的凹面双圆盘进行垄形修复,起土效果好,能够有效防堵.     

垄作区几种保护性耕作种植模式研究

主要对东北垄作区实施保护性耕作技术种植玉米试验进行了分析和评价.试验结果表明:在东北垄作区实施保护性耕作技术是可行的,能够增加作物产量,减少作业成本.与传统耕作模式相比,碎茬覆盖模式的产量增加了14.96%,高留茬模式增加了9.5%,而作业成本碎茬覆盖模式减少了29.4%,高留茬模式则减少了23.5%.比较各项指标,碎秆覆盖模式更加体现出了保护性耕作技术的优越性,具有更好的推广前景.     

植物工厂立体栽培系统多功能作业平台优化与试验

植物工厂中多采用立体栽培架进行育苗与栽培,立体栽培架上的栽培床搬运是其中重要一环。目前,栽培床多为人工搬运,存在劳动强度大、自动化水平低等问题。针对此问题,该研究研制了一种多功能作业平台,可实现自主循迹、定位和栽培床的自动搬运和输送。根据栽培床质量和立体栽培架高度要求,设计了升降机构,并确定了关键参数;研究了栽培床自动对接和自动输送机构,实现了栽培床的自动装卸;确定了基于RFID（Radio Frequency Identification）传感器的定位系统方案。采用STM32单片机作为自动控制系统的主控制器,自动控制系统主要包括导航系统、定位系统、通信系统、行走系统、升降系统、自动对接系统和自动输送系统等部分,并基于Android平台设计了人机交互界面,通过设置相应指令实时监控多功能作业平台的运动状态和作业参数。为评价多功能作业平台作业效果,以升降机构高度范围、前后定位偏差、高度定位偏差和平台与立体栽培架对接成功率为试验指标,进行了性能试验。试验结果表明,多功能作业平台升降高度范围为833～2 460 mm,前后定位偏差小于9 mm,高度定位偏差小于5 mm,对接成功率不小于96%,满足作业要求。该研究为进一步提高植物工厂立体栽培自动化水平提供了参考。     

双凸轮连杆型排种施肥无级变速器设计与试验

针对目前国产机械式施肥播种机中种肥排量无级调节装置种类较少、电液式种肥排量无级调节装置成本较高,变量播种施肥作业调节范围有限、准确性与均匀性较差等问题,该文提出了一种基于连杆机构与凸轮机构实现无级变速的方法,并设计了相应的双凸轮连杆型无级变速器,它由输出机构、传动机构及调节机构共同实现对输出轴转速的无级调节.运动学仿真分析表明:无级变速器的机构设计合理,凸轮的轮廓曲面质量较高,设计方案可行;性能校验试验表明:随着传动比的变化,输出转速的相对误差值基本在0~10%的范围内波动,占空比值在其理论值附近的波动幅度不超过10%,均满足种肥排量调节的传动比精确性与传动平稳性要求.该研究可为变量施肥播种机的设计提供参考.     

大垄双行玉米免耕播种技术研究

主要针对我国东北冷凉风沙区在玉米播种时,难以实现原垄免耕播种的问题,提出了大垄双行玉米错茬免耕垄作播种的作业思路,大垄双行技术是指将传统的一垄一行改为一垄双行,垄台宽度约为传统垄台的3倍,目前设计为700 mm;建立了相应的试验田.试验表明:该项技术能够在田间大量玉米根茬直立覆盖情况下,在大垄上实现两行玉米错茬播种,保持垄形,作业质量满足农艺要求.与传统播种方式相比,具有提高地温、降低作业成本、提高产量等优点,可以提高地温约1℃,降低机械作业成本350元/hm2,提高产量14.42%,是保护性耕作技术在东北冷凉风沙区推广应用的一种较理想的模式.     

基于气力分配的不同肥料分层深施装置设计与试验

根据东北黑土地玉米免少耕播种与施肥需求,提出一种普通复合肥与缓释肥分层施用的方法,并设计了一种分层深施肥装置,通过理论分析与参数计算确定了分层深施肥装置关键部件的结构和基本工作参数。分析确定了影响分层深施肥装置施肥作业效果的主要因素,选取翼铲向后和向下倾斜角、作业速度为试验因素,以各层施肥量偏差稳定性系数为试验指标,利用计算流体动力学与离散元耦合仿真的方法,进行二次正交旋转组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到了翼铲向后和向下倾斜角分别为58.11°和52.84°、作业速度为3.38km/h时,上、中、下3层施肥量偏差稳定性系数分别为8.50%、6.54%和9.10%,以优化得到的参数进行了装置加工和田间试验,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。     

秸秆条带捡拾粉碎深埋装置设计与试验

针对东北黑土区保护性耕作秸秆还田条件下,地表秸秆量大导致免耕播种过程易雍堵、播种后地温提升慢等问题,提出了一种秸秆条带捡拾粉碎深埋方式,通过捡拾粉碎机构将地表部分秸秆捡拾粉碎,由罩壳处筛孔完成土秆筛分,集秆螺旋器进行秸秆的定向集运,最后经运秸风机实现秸秆输送深埋。本文对粉碎刀结构、排列方式和转速等关键参数进行确定,对粉碎刀轴的秸秆漏捡区域面积展开分析,通过理论分析和离散元单因素仿真试验明确了集秆螺旋器转速与其所受扭矩和秸秆运动速度之间的关系,初步确定了螺旋器转速为900~1100r/min,设计了开沟铲的结构参数,并利用离散元全因素仿真试验模拟了作业速度与开沟深度两因素间与表层土壤颗粒运动及开沟铲受力之间的关系,以作业速度、开沟深度和螺旋器转速为因素,秸秆深埋合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明,当前进速度为3km/h、开沟深度为290mm、螺旋器转速为1000r/min时,其秸秆掩埋合格率为64.2%,其预测值约为67.4%,误差小于5%,满足设计需求。研究成果为东北黑土地保护性耕作推广提供了新的方案和技术支撑。