水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验（英文）

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

2BSF-4型穴灌坐水播种机的设计与试验

介绍了2BSF-4型地轮驱动泵注水穴播穴灌机的组成、工作原理及部件设计,并作了田间试验,结果表明：该机平均穴施水量为137.35 g/穴(527.1 kg/(667 m²)),合格指数可达86.7%,总体变异率为3.03%;种子离灌溉水湿润中心距平均为11 mm,小于设计值20 mm,合格率平均达到97.8%。穴粒数平均1.67粒,合格率达到97.25%;粒距304 mm,行间最高变异率1.83%,总变异率不超过3.27%,合格率为94.15%;重播指数小于1.66%,漏播指数不大于2.38%;播种深度及种、水同穴合格率均达到100%;田间出苗率高于97.5%。试验机具除平均穴施水量略低于设计值外,其余各项性能均达到了设计要求。测试数据表明该机工作性能稳定、可靠。     

基于MATLAB仿真的非规则齿轮行星系扎穴机构的优化设计

为更好地满足深施型液态施肥机喷肥针入土垂直度及穴口较小的农艺要求,采用MATLAB GUI开发平台,编写了非规则齿轮行星系扎穴机构的反求设计与运动学分析仿真软件。该软件避免了正求方法试凑参数的盲目性,通过改变静轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针尖姿态,直观动态地显示出反求过程、结果以及机构仿真运动过程,优化出最佳参数:穴口宽度为28 mm,静轨迹的高度为252 mm、宽度为182 mm。为了验证扎穴轨迹的正确性进行高速摄像试验,观察和分析了实际作业过程中喷肥针尖的相对运动轨迹、关键点姿态。试验结果表明:喷肥针尖轨迹高度246 mm、宽度188 mm,在试验误差允许范围内,轨迹的高度和宽度与理论仿真软件优化结果基本一致,充分验证反求设计分析的准确性和可行性。该研究为扎穴机构的反求设计提供了参考。     

玉米纸筒苗移栽机运动轨迹分析与性能试验

针对中国玉米苗移栽过程中普遍存在人工劳动强度大、移栽效率低以及移栽钵苗成本高、裸根苗不易成活等问题,采用纸筒育苗方式培育玉米苗,根据纸筒玉米苗的特点研制出一种新型纸筒玉米苗移栽机。通过对纸筒苗在栽植机构中的运动过程和运动轨迹的理论分析,确定了栽植机构关键结构和工作参数,即栽植盘角速度w=7 rad/s、栽植盘中心到纸筒苗质心的距离L=275 mm、纸筒苗随栽植盘转过的角度α=80°。进行了田间试验,通过测取苗株直立度、株距和栽植深度并计算这3个指标的合格率来评价整机作业性能。试验结果表明:当移栽机前进速度为5 km/h、理论株距为200 mm时,苗株直立度合格率为91%,株距合格率为92.6%,栽植深度合格率为79.3%,能够满足玉米苗移栽的农艺要求;栽植深度变异系数为7.4%,表明该机具有良好的栽植深度一致性。该研究可为纸筒苗移栽机的设计提供参考。     

斜插式免耕穴播机设计与试验（英文）

该文针对现有免耕播种机存在的机具防堵效果差、种肥深度精准度低、播种均匀性差等问题,设计了一种斜插式免耕穴播机。该机器播种施肥采用45°斜插入土方式,入土器的凸轮推杆开合机构,能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题;入土器的平行四杆仿形机构配合曲柄滑块入土机构,可保证播种深度一致、种肥同步、种肥侧深距离精确度高以及播种均匀性好;45°倾斜角易实现自动覆土功能。另外增设了可调链轮变速机构,充分弥补了现有免耕穴播机株距调整困难问题;改进了原有排种器和排肥器适应性差的缺点,采用多窝眼轮排种器,能够满足不同作物品种的播种需求。该机的工作参数(行距、株距、播深、肥位等)皆为可调,适应性更强。依据设计研制样机并进行玉米播种田间试验,结果表明:播种覆土均匀,播种深度和施肥深度合格率分别为90.52%和91.23%,变异系数分别为5.91%和6.26%,种肥水平距离和垂直间距合格率分别为95.71%和91.65%,变异系数分别为4.64%和8.01%;株距合格率92.13%,重播率4.60%和空穴率3.27%,满足JB/T 10293-2001《单粒(精密)播种机技术条件》中播种合格指数≥80%,重播指数≤15%,漏播指数≤8%的农艺要求。该研究可为精准免耕穴播机的设计提供参考。     

电驱式小区玉米膜上直插穴播机的研制与试验

为解决西北地区制种玉米机械化播种问题,针对制种玉米播种条件和农艺要求,设计了电驱式小区玉米膜上直插穴播机。重点对构成该机的核心部件前进速度补偿机构、限深机构、后轮高度调节机构等进行了设计、仿真。前进速度补偿机构是由转动导杆机构驱动平行四杆机构进行机具前进速度补偿来实现成穴器入土播种和出土期间水平位移差接近零;限深机构可保证穴播机播深合格率;后轮高度调节机构可根据平铺膜和垄作铺膜前轮与后轮的行走情况使机器保持水平,非作业时升高后轮可避免鸭嘴接触地表或撕裂地膜。并进行了大田试验,试验结果表明:前进速度补偿机构运行平稳可靠、振动较小,驱动的排种器鸭嘴插膜口小,穴孔和膜孔无错位,播深合格率较高;整机空穴率为1.1%,穴粒数合格率为93.2%,膜下播种深度合格率为90.1%,三项核心指标均达到了NY/T987—2006《铺膜穴播机作业质量》标准的指标;膜孔合格率为98.5%,可满足制种玉米播种的农艺技术要求和玉米播种机的基本作业质量标准要求。     

西南地区玉米养分管理现状分析与评价

为了解西南地区玉米施肥现状与养分管理存在的问题,对西南地区4个省10个县的202份玉米养分调查数据进行了分析和评价。结果表明:(1)西南地区玉米生产中基肥以复合(混)肥为主,追肥以尿素和复合(混)肥为主;有机肥、玉米专用肥、缓(控)释肥等新型肥料使用率低。(2)化肥N、P_2O_5和K_2O平均投入量分别为323.52、80.93和56.55 kg·hm~(-2),总体表现为氮肥过量和钾肥不足,氮肥超量施用比例为62.38%,钾肥施用不足比例为60.89%,且区域之间差异较大。(3)玉米基肥以穴施覆土为主,但追肥养分管理粗放,第1次和第2次追肥中采用穴施不覆土的农户比例分别为63.22%和59.76%,表土撒施的比例分别为10.34%和25.61%。建议分区域明确玉米氮肥投入限量标准,引导农户降低氮肥用量;增施有机肥,发挥养分替代效应,同时推行秸秆还田,补充土壤钾素,提高土壤持续生产能力;推进玉米机械化生产,实现种、肥同播和化肥深施,降低农田养分流失。     

斜插式免耕穴播机设计与试验

该文针对现有免耕播种机存在的机具防堵效果差、种肥深度精准度低、播种均匀性差等问题,设计了一种斜插式免耕穴播机.该机器播种施肥采用45°斜插入土方式,入土器的凸轮推杆开合机构,能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题;入土器的平行四杆仿形机构配合曲柄滑块入土机构,可保证播种深度一致、种肥同步、种肥侧深距离精确度高以及播种均匀性好;45°倾斜角易实现自动覆土功能.另外增设了可调链轮变速机构,充分弥补了现有免耕穴播机株距调整困难问题;改进了原有排种器和排肥器适应性差的缺点,采用多窝眼轮排种器,能够满足不同作物品种的播种需求.该机的工作参数(行距、株距、播深、肥位等)皆为可调,适应性更强.依据设计研制样机并进行玉米播种田间试验,结果表明:播种覆土均匀,播种深度和施肥深度合格率分别为90.52％和91.23％,变异系数分别为5.91％和6.26％,种肥水平距离和垂直间距合格率分别为95.71％和91.65％,变异系数分别为4.64％和8.01％;株距合格率92.13％,重播率4.60％和空穴率3.27％,满足JB/T 10293-2001《单粒(精密)播种机技术条件》中播种合格指数≥80％,重播指数≤15％,漏播指数≤8％的农艺要求.该研究可为精准免耕穴播机的设计提供参考.     

双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机的设计与试验

针对马铃薯先覆膜后播种种植方式无配套膜上打孔播种机具的问题,该文基于西北黄土高原雨养农业区马铃薯大垄双行栽培模式,设计了双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机。对样机关键部件进行了分析与设计,建立了双曲柄多杆膜下成穴机构的运动学模型,确定了双曲柄多杆膜下成穴机构、侧开式排种机构、提土装置、对穴覆土装置结构及工作参数,确立了传动系统方案,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,膜下播种深度合格率、穴孔错位率、穴距合格率、膜孔全覆土率和地膜采光面机械破损程度分别为92%、5%、88%、93%和52.1 mm/m~2。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现马铃薯膜上打孔播种和对穴覆土一体化作业。     

2F-6-BP1型变量配肥施肥机的研制与试验

针对国内与大马力拖拉机配套应用施肥机型缺乏的问题,该文应用变量配肥施肥技术,设计了2F-6-BP1型变量配肥施肥机。施肥机通过GPS系统获取车辆在田间的位置信息,通过预先加载的施肥处方图,获取当前位置的目标施肥量,采用称重法反馈肥料流量信息,并按照当前车辆行进速度,实时调整施肥量,进行变量配肥施肥作业,达到精准施肥目的。对2F-6-BP1型变量施肥机系统设计、工作原理及试验情况进行了介绍。室内外试验结果表明,该变量配肥施肥机称重系统的最大称量误差为0.65%,施肥精度可达到95%以上,可实现精准施肥作业,具有良好的经济性和实用性。     

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法，但其高肥效的机理尚不明确，且其机械化作业依然是个巨大的挑战。针对上述问题，该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求，并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理，阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性，并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围，并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号，通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹，一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明，研制的施肥机能够精准识别果树树干，并围绕树干进行连续的环沟施肥，且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度210±6.3 mm，施肥深度300±19.5 mm，平均开沟阻力矩127.32 N·m，开沟混肥器平均功耗5.84 kW，工况稳定。基圆半径为0.7 m时，环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。本研究首次实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。     

排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统研制

针对当前变量施肥机无法根据实际田块尺寸调整作业行数,进而调节作业幅宽的问题,该研究通过改造玉米播种施肥机的排肥驱动方式,设计了一种排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统。首先通过二次多项式拟合方法,构建了排肥单体的双变量控制模型;然后对排肥单体的定位方法进行了分析,提出排肥单体独立控制系统;最后对各行排肥量一致性、不同车速下的排肥量控制准确性以及各行独立控制性能进行试验研究。结果表明,在排肥轴转速为10～60 r/min的区间内,各行平均排肥量一致性变异系数为3.35%;在目标排肥量为350 kg/hm~2,作业车速为7 km/h的条件下,排肥量控制精度达到97.6%;对于凸、凹和S形3种不同形状的施肥边界,各行排肥滞后距离相对于作业幅宽的变化率均小于15%。系统具有较高的控制准确性和稳定性,能够适应复杂施肥边界,可为玉米基肥变量施用装备的创新性研发提供技术参考。     

不同施肥方式对超高产夏玉米叶绿素荧光特性及产量性状的影响

通过田间试验,研究了不同施肥方式下超高产夏玉米叶片叶绿素荧光参数、SOD活性、细胞膜稳定性及产量性状。结果表明,“种沟施肥+拔节期追氮+大喇叭口期追氮”有利于提高玉米叶片的PSⅡ原初光化学效率（Fv/Fm） 、PSⅡ量子效率（ΦPSII）和光化学猝灭系数（qP）, 降低非光化学猝灭系数（NPQ）。“种沟施肥+拔节期追氮+大喇叭口期追氮”和控释肥这两种施肥方式对提高叶片叶绿素含量和SOD活性,降低MDA含量和相对电导率的效果较好。控释肥对提高玉米子粒千粒重的效应较大,“种沟施肥+拔节期追氮+大喇叭口期追氮”显著提高玉米子粒产量。为了获得高产,应采用种沟施肥+拔节期追氮+大喇叭口期追氮的施肥方式,而控释肥则有利于简化施肥作业,提高劳动效率。     

水田高地隙自走式变量撒肥机设计与试验

为解决现有水田撒肥机械地隙低、撒肥量调节技术落后、工作效率低等问题,设计了一种水田高地隙自走式变量撒肥机,介绍了整机结构与工作原理,研究设计了高地隙专用底盘、撒肥盘及排肥口调节装置,并确定了关键结构和参数,对以AT89C51单片机为核心的控制系统进行软硬件设计与系统集成。场地和水稻田间撒肥试验结果显示,推肥板推肥角度-20°～40°可调,机器最小转弯半径1.8m,撒肥盘离地高度可达1100mm,撒肥幅宽达14m,作业效率达到6hm2/h,试验结果表明撒肥机适合在水田里自主行走,整机与控制系统设计满足水田宽幅高效变量撒肥工作要求。     

2FHF-4.56型宽行距作物基肥对行分层深施机设计与试验

针对当前西北干旱地区宽行距作物种植过程中施肥方式不科学,传统撒施肥料用量大、利用率低,该研究结合作物种植农艺特点,提出在作物行方向进行基肥分层深施措施,并研制了基肥对行分层深施机,对仿形单体进行设计,分析了仿形单体的运动学和力学特性,确定了仿形单体质量和仿形弹簧型号。同时研制了一种基于雄性蜣螂头部角状突起的仿生开沟铲,得到仿生开沟铲刃轮廓曲线拟合方程,确定了仿生开沟铲结构及工作参数。通过土槽试验优化了仿生开沟铲前刃角,得出前刃角最佳角度为65°,此时仿生铲相对传统铲的开沟阻力减小42.6%,对土壤的扰动明显减小。样机田间试验表明,分层施肥作业对行精度偏差平均值为2.7 cm,6组施肥铲浅层肥料深度平均值为12.44 cm,浅层施肥深度一致性变异系数为6.12%;深层肥料深度平均值为20.49 cm,深层施肥深度一致性变异系数为4.98%。施肥模式对比试验表明,对行分层施肥的植株长势更好,棉果枝数和单株铃数更多,根系发育更为良好,肥料减施25%,同时棉花平均每公顷增产8.9%,玉米平均每公顷增产8.6%,研究结果表明,对行分层深施肥具有较好的减肥增效作用,对推进棉花生产科学施肥具有重大价值和现实意义。     

3SFBQ-500型果园气爆松土注肥机的优化设计与试验

针对目前果园开沟施肥存在的易伤树木根系、耕作能耗大、施肥不均等问题,该文研制了3SFBQ-500型果园气爆松土注肥机,采用液力辅助气铲激振的钻杆结构,建立液力辅助气铲钻土的力学模型及运动学方程,分析了钻杆的土力学关系,优化了钻头构型参数,优化后的钻头锥角60°、钻杆圆柱半径12.5 mm;设计了一种基于PLC控制的经济型多旋钮式开关操控系统,实现了机具手动、自动控制作业,一键操作可完成钻杆钻土、气爆松土、液肥注射、钻杆回升四步操作;在SolidWorks软件中建立了样机模型,并完成了样机的试制与田间试验工作。样机田间试验结果表明,气爆作用可在土体内部产生裂隙并扩散,300 mm钻深、0.8 MPa气爆压力下的土体最大裂隙宽约3~4 mm,裂隙扩展扰动半径约400 mm;土壤在气爆下发生扰动,扰动系数达50.11%;液肥在注肥机构作用下可在深土层中无堵塞喷射,并均匀扩散;样机操作简便,运行稳定,工作效率至少0.048 hm~2/h,满足果园施液肥农艺要求,适用于果树、园林、绿化地的施肥作业。     

一种精确农业自动变量施肥技术及其实施

该文介绍一种自制的实现精确农业自动变量施肥作业的变量施肥系统。该系统基于DGPS卫星定位原理，将GPS、GIS与DDS相结合，进行施肥作业决策，决策的施肥数据写在IC卡上。当施肥机在田间工作时，通过装备在施肥机上的GPS接收的位置数据触发存储在IC卡的施肥决策指令，用该指令通过单片机去控制施肥机上的排肥轴的转速，实现精确农业自动变量施肥作业。田间试验表明，该系统能够实现精确农业意义上的变量施肥作业。     

基于机器视觉的玉米施肥智能机器系统设计概述

分析了采用机器视觉识别大田玉米的生长状况进而实现大田玉米定时、定点、变量精确施肥和实现农业机组的视觉自主导航和无人驾驶的机理。重点介绍了开发研制的玉米施肥智能机器系统的总体设计和所采取的相关技术的概况。