曲翼中耕培土装置作业参数优化与试验

中耕培土作业质量对防旱保墒、促进玉米植株生长有重要影响,合理的结构及作业参数可有效改善玉米的生长环境。针对传统中耕培土器碎土率较低、培土高度不佳的问题,该研究对曲翼中耕培土装置（以下简称曲翼培土装置）曲翼结构及其关键作业参数进行优化。首先对阻力监测系统进行改进并通过土槽试验对其可靠性进行验证;再基于装置关键部件与结构理论分析,以工作速度、曲翼夹角和入土深度为因素,培土高度和碎土率为指标进行Box-Behnken试验设计,利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差与响应面分析,建立试验因素与指标之间的回归模型,采用多指标优化法确定因素最优参数组合并进行试验验证。田间试验表明,曲翼培土装置的最优参数组合：工作速度为7.64 km/h、曲翼夹角为61°、入土深度为152 mm。在最优参数条件下进行验证试验,结果表明培土高度及碎土率分别为62.13 mm、86.78%,与预测值对比分析表明,回归模型可靠性良好。研究结果可为中耕培土装置优化、培土作业质量提高提供理论参考与技术支撑。     

基于香蕉根系分布形态的变量排肥器参数优化与试验

香蕉的生产环节存在大量盲目施用化肥,导致肥料浪费、环境污染等问题。该文根据香蕉根系分布形态,设计了一种转盘式变量排肥器,并通过仿真分析对排肥器参数进行优化。通过对香蕉根部形态的图像处理、分区面积像素统计,分析了香蕉根系在水平方向的面积分布规律,以根系面积分布特点为依据,设计变量施肥模式为正态分布式,即在主根位置排肥量最大,按照正态规律在两侧相应递减,依此设计了转盘式变量排肥器,并采用虚拟仿真试验方法确定排肥器最优参数组合为:前进速度0.25 m/s、转盘周期10.00 s、圆心角90.00°、曲槽开口大小20.00 mm;并进行了田间试验,田间试验的排肥长度平均合格率为96%;排肥量平均合格率95.33%。排肥长度的模型与试验误差、仿真与试验误差分别为4.98%和3.30%;排肥量的模型与试验误差、仿真与试验误差分别为11.15%和6.68%。排肥器作业性能良好。     

错排齿轮式排肥器优化与试验

为提升双齿轮式排肥器的排肥均匀性,该研究基于原始结构参数对直齿排肥齿轮进行改进,设计错排齿轮式排肥器。在参数化建模和确定轮齿容肥体积的基础上,结合理论分析确定了排肥器的理论排肥量。利用EDEM对排肥过程进行仿真,通过单因素试验分析错排齿轮片数、排肥轮间隙对排肥均匀性的影响,选用L₉(3⁴)正交表进行正交仿真试验。试验结果表明：试验因素对试验指标影响的主次顺序为错排齿轮片数、排肥轮间隙,当错排齿轮片数为3片、排肥轮间隙为5 mm时,排肥均匀性变异系数为4.69%。采用台架试验对双齿轮和错排齿轮式排肥器进行对比试验,结果表明：转速60 r/min时错排齿轮式排肥器的排肥流量变异系数为4.74%,与理论值基本吻合,且比双齿轮排肥器变异系数减小10.68%。基于实测排肥器转速-流量曲线设计电控排肥控制器并进行台架试验,施肥精度偏差为3.1%,优化后的排肥器排肥均匀性良好,且可实现精控排肥。研究结果可为精控排肥器的设计及优化提供参考。     

气力集排式排肥系统结构优化与试验

针对气力集排式排肥系统与分层深施肥铲配合作业时,进肥口处肥料落入不顺畅以及排肥口处气流速度过大导致肥料弹跳和地表扬尘等问题,该研究通过分析排肥系统各部件结构参数与工作参数之间的关系,对排肥系统进行结构优化,并设计了一种气-肥分离装置,将部分输送气流提前从排肥系统排出,从而降低排肥口处的气流速度,提高进肥口的进料稳定性。通过理论分析和参数计算,确定了排肥系统各组成部件的结构和基本工作参数,分析确定了影响排肥口和进肥口处气流速度的主要因素,并以排肥口和进肥口处的气流速度为试验指标,以气-肥分离装置的排气口面积、排肥系统入口气流速度和施肥速率为试验因素,进行二次正交旋转组合台架试验,建立了试验指标与各影响因素的数学回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到气-肥分离装置排气口面积为798.0mm²。排肥系统入口气流速度为28.10 m/s,施肥速率为0.28 kg/s时,排肥系统排肥口气流速度为5.91 m/s,进肥口气流速度为3.94 m/s,以得到的优化参数进行试验验证,测得排肥系统排肥口气流速度为6.02 m/s,进肥口气流速度为4.11 m/s,排肥系统进肥...     

气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置研制

为提高分层施肥作业中肥料分配的精确性和稳定性,实现化肥按比例分层施用,该文设计了一种气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置,通过理论分析与参数计算确定了分层施肥量调节装置关键部件的结构和基本工作参数。运用离散元法与计算流体动力学耦合仿真方法,选取拨齿旋转锥的转速、入口风速和施肥速率为试验因素,以各出肥口出肥量的变异系数为试验指标,进行二次旋转正交组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型。在旋转锥转速735r/min、入口风速36 m/s、施肥速率0.42kg/s、分肥比例1:2条件下,对分层施肥量调节装置进行了台架试验,试验结果表明,各出肥口出肥量变异系数均小于5.18%,分肥比例误差小于2.68%,与仿真试验优化所得结果相吻合,满足施肥作业要求。研究结果可为气力集排式排肥装置的设计与优化提供技术参考与理论支撑。     

袋装缓控释肥有序排肥装置设计

为满足作物生长期对肥料的不同需求,人们正研究通过控制肥料颗粒内部养分释放速率的缓控释肥,试验表明其可减少施肥量,避免资源浪费和环境污染。目前,袋装缓控释肥的施放主要采用手工,耗工费时,效率低下。为实现袋装缓控释肥机械化施放,该文根据其基本物理参数及力学特性,对袋装肥有序排队机理、余量清理、定量施放进行研究,设计了一种袋装缓控释肥的有序排肥装置,它由偏心分离机构、清理机构、排肥机构及动力传输机构组成,以偏心轮转速、毛刷轮转速及毛刷轮与刮板输送带之间的间距为影响因素,以合格指数、漏排指数、重排指数为评价指标,进行正交试验,得出各因素对评价指标的影响关系。利用Design-Expert软件得到各因素的最佳参数组合为:偏心轮转速600 r/min、毛刷轮转速95 r/min、毛刷轮与刮板输送带之间的间距为18 mm,并进行验证试验得到排肥合格指数平均值为82%,漏排指数平均值9.33%,重排指数平均值8.67%。该研究为研制袋装缓控释肥有序施放排肥器提供了参考。     

3ZFC-7型全方位复式中耕机的设计与试验

针对中国对大马力拖拉机配套复式作业装备发展的需要,结合中耕和除草关键技术,设计一种与59.2～88.9 kW系列拖拉机配套的可一次性完成深松、侧深施肥和智能计量、行间和苗间除草等多项作业的全方位复式中耕机。应用虚拟样机技术和田间试验相结合,完成了平行四杆随行仿形单体、螺旋梳齿除草器和振动施肥装置有机组合,使机构紧凑合理,中耕和除草性能更加稳定。经试验测试,该机具结构简单,通用性好,作业适应性强,各项作业性能指标完全满足农艺要求,符合农场集约化、规模化和大机械化作业,为开发系列大型全方位复式中耕机型奠定基础。     

施肥无人机槽轮式排肥器槽轮结构参数优选

现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性较强和排量范围较小的问题,较难满足农用无人机低空高速施肥对大排量范围以及排量连续性和准确性的要求。针对以上问题,该研究设计了凹槽形状和凹槽列数不同的排肥槽轮,并利用EDEM仿真模拟和台架试验测试了各槽轮的排量范围以及排肥时的脉动性和准确性,优选出满足无人机施肥要求的排肥槽轮。仿真结果表明,转速为10～40 r/min时,凹槽的截面形状和列数对脉动性影响较大,且直槽槽轮的脉动性较为明显,外切4列和内切5列对脉动的幅度和时间间隔的影响最小。台架试验结果表明,转速为40～120 r/min时,各槽轮排放复合肥和尿素的排量均在17 kg/min以上,且均随转速的增大而增大,能够满足无人机施肥时对排量的需求。方差分析表明凹槽截面形状和凹槽列数的主效应和交互作用对排量的影响均显著（P<0.05）,而且会受到转速的干扰。对于复合肥,外切6列、直槽6列和外切5列槽轮的变异系数波动最小,基本稳定在1%以内;内切4列、内切6列和外切4列槽轮的变异系数波动范围稍大,但均在3%以内。对于尿素,内切4列和直槽4列的变异系数波动较大,排量准确性较差,内切6列和直槽6列槽轮的变异系数波动较小,基本稳定在1%以内;直槽5列、内切5列、外切4列、外切5列和外切6列槽轮的变异系数波动范围基本在1%～2%。综合低转速下的排量脉动性和高转速下的排量准确性,为了确保不同转速下的排肥效果,施肥无人机排放复合肥时可选择外切4列槽轮,排放尿素时可选择外切4列或内切5列槽轮。该研究可为施肥无人机的排肥性能研究提供参考。     

甘蔗收割机排杂风机叶轮结构参数优化与试验

切断式甘蔗收割机排杂风机的作业质量对甘蔗的含杂率有重要影响.为提高排杂风机叶轮的性能,该研究首先针对排杂风机建立了计算流体力学模型,以叶片安装角(β)、叶片数(N)、间隙占比(G)为因素,以风机转速为1650 r/min时的空载风速为指标,设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验,并对叶轮参数进行优化.结果表...     

气送式排肥系统分配装置结构型式对排肥性能的影响

针对油麦兼用型气送式播种机宽幅、高速播种同步施肥时,气送式排肥系统采用不同结构型式分配装置排肥过程中各行排肥量一致性和破损率具有明显差异的生产实际,该研究以平顶式、平顶倒锥式、穹顶式、穹顶倒锥式分配装置为研究对象,确定了分配装置的主要结构参数,基于Hertz理论构建了颗粒肥料与分配装置主体间的弹性碰撞模型。应用DEM-CFD气固耦合分析了4种型式分配装置对肥料颗粒运动特性及排肥性能的影响,试验结果表明：每秒生成肥料颗粒量相同时,穹顶式、平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置内肥料颗粒的各时刻最大速度、最大碰撞法向力、各行排肥量一致性变异系数均逐渐增加,穹顶式分配装置内肥料颗粒最大碰撞法向力大于30 N的比例最小,为1.56%。利用智能种植机械测试平台开展气送式排肥器排肥性能验证试验,结果表明：台架试验中不同型式分配装置内肥料颗粒破损率变化规律与仿真试验中肥料颗粒最大速度、最大碰撞法向力变化规律一致;穹顶式分配装置内肥料颗粒各行排肥量一致性变异系数为6.35%～7.52%、破损率为2.97%～3.26%,其排肥性能总体优于平顶式、平顶倒锥式、穹顶倒锥式分配装置,满足排肥性能要求,为分配装置结构改进提供参考。     

圆盘式甜菜收获机自动导向装置的参数优化与试验

为了提高圆盘式甜菜收获机的对行收获质量,该文结合导向装置的结构及工作特点,分析了导向机构的受载及运动特性,得到了导向机构在运动过程中的加速度方程,并确定了影响导向对行效果的关键参数。采用响应面优化设计方法,建立了关键参数与导向损失率之间的数学模型,确定了较优的参数组合(弯角为145°,安装角为8°,水平长度为240 mm)。田间试验表明:导向装置可实现甜菜收获机的自动导向对行收获,收获损失率为5.12%,且满足甜菜收获机收获质量的行业标准(NY/T 1412-2007)。研究结果可为同类甜菜收获机的研发和单株块根作物的导向对行收获研究提供参考。     

2BF-1400型水稻覆膜播种机覆土机构参数优化与试验

为提高水稻覆膜旱直播技术的关键环节膜上覆土质量,试验研究了水稻覆膜播种机的覆土机构性能参数对覆土质量的影响。以播种机前进速度、覆土圆盘直径和覆土圆盘偏角为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立了水稻覆膜播种机覆土合格率的数学模型,分析了各机构参数对覆土质量的影响规律。结果表明:在试验参数范围内,各因素对覆土合格率影响程度由高到低依次为前进速度、覆土机构圆盘偏角、覆土机构圆盘直径。当水稻覆膜播种机前进速度为5.3 km/h、覆土圆盘直径为336 mm、覆土圆盘偏角为34°的参数条件下,平均覆土厚度22.44 mm,覆土率100%,平均覆土合格率达到97%,平均出苗合格率达到87%。研究结果为水稻旱直播覆膜播种机的应用和推广提供了技术依据。     

手持式风送授粉机工作参数优化与试验

针对果树授粉作业普遍存在授粉量大、授粉作业不均匀等现象,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对风送式授粉作业工作参数作优化研究。以手持式风送授粉机为研究对象,以喷管直径、收缩管直径、电机电压等工作参数为影响因素,以花粉授粉量、喷管出口固相质量浓度、花粉覆盖率为目标函数,建立两者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到风送式授粉机最优工作参数。性能试验结果表明:喷粉量、固相质量浓度影响因素显著顺序依次为喷管直径、电机电压、收缩管直径;覆盖率影响因素显著顺序依次为电机电压、收缩管直径、喷管直径;最优参数组合为喷管直径为5 mm、收缩管直径为7.5 mm、电机电压为8.0 V,对应的花粉喷粉量、固相质量浓度、覆盖率分别为1.70 g/min、17.28 g/m3、77.71%,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于6%。田间试验结果表明:猕猴桃花朵柱头的覆盖率为67.11%,与性能试验结果相比相对误差小于16%。研究结果可为进一步完善风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供参考。     

圆盘式甜菜挖掘装置性能参数的优化

为了提高圆盘式挖掘装置的工作性能,解决收获过程易壅堵等问题,该文结合圆盘式挖掘装置的结构及工作原理,从理论上分析了挖掘装置的参数关系及运动机理,建立了挖掘圆盘刃口的运动方程,得到了甜菜的运动轨迹,确定了圆盘式挖掘装置的关键性能参数,并以圆盘的张角、偏转角和挖掘深度为试验因素,甜菜的粘土率、折断率和损伤率为性能评价指标进行三因素三水平的正交试验。试验结果表明:作业深度对甜菜的粘土率和折断率的影响较大,张角和作业深度共同影响着甜菜的折断率,偏转角对这2个指标的影响均不明显;损伤率受张角、偏转角和作业深度的影响不大,可以忽略不计。综合考虑各评价指标,通过综合评分法得较优的参数组合。即当张角为15°,偏转角为30°,挖掘深度为120 mm时,甜菜收获的粘土率为12%,折断率为0,损伤率为0,加权综合指标为3.6%,整体收获效果相对较好。     

锥体帆布带式排种器参数优化与试验

为使锥体帆布带式排种器性能达到育种试验播种要求,该文对设计的锥体帆布带式排种器相关结构进行了分析与参数优化试验。通过对该排种器的泄种、分种、携种环节中种子的力学、运动学及空间排布情况分析,选取出对锥体帆布带式排种器作业性能有显著影响的参数,通过单因素试验和图表分析将参数影响程度进行量化,确定了影响排种性能的主要参数有:锥体转速、锥体倾角和楔形环域单位排布量。通过三因素二次正交旋转设计试验,建立了因素与试验指标(排种均匀性变异系数)的回归方程;经优化计算得出:当锥体转速为3.46 rad/s,锥体倾角为45.8°,楔形环域单位排布量为7粒/cm时,排种器的性能综合评价指标达到育种试验最佳水平。该排种技术在2BZH-6型株行育种条播机上进行了推广应用,经田间试验验证,最佳参数组合下锥体帆布带式排种器不存在伤种和存种现象,作业性能与锥体格盘式排种器相比提升明显。该研究为现有育种条播机排种部件的改进设计提供了参考。     

基于EDEM软件的肥料调配装置关键部件参数优化与试验

为实现播种作业条件下肥料调比的分层深施,以满足不同作物整个生育期的养分供应,设计了肥料调配装置,并通过理论分析的方法确定了各关键部件的主要参数。以挡杆直径及分肥份数为试验因素,合格系数及波动系数为试验指标,分别采用仿真试验及验证试验的方法,进行二因素三水平正交肥料均布器参数优化试验研究,试验结果表明:均肥份数为极显著影响(P0.01),挡杆直径为显著影响(P0.05);肥料均布器最优参数为挡杆直径4 mm,均肥份数16,此时,试验指标合格系数及波动系数的仿真值及试验值分别为0.903、0.928及68.6、78,相对误差分别为2.19%、12.05%,验证试验与仿真试验具有相同的因素指标响应趋势,利用仿真试验进行肥料均布器参数优化具有可行性。该研究为肥料调配装置的设计研究提供了参考。     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

基于PSO-BP的甘蔗施肥监控系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机的施肥机构由于肥料潮湿结块易堵塞等问题,该研究对施肥机构进行电液传动与控制改造,构建了一套基于粒子群（Particle swarm optimization,PSO）-前反馈（Back Propagation,BP）神经网络预测的施肥监控系统。以施肥马达的压力、转速及肥料箱中肥料量为输入参数,将施肥机构的工作状态（空载状态、正常状态、重载状态、堵塞状态）作为输出,通过BP算法建立输入与输出之间的映射关系,并用PSO算法优化BP算法的权值与阈值,相比未优化BP算法,优化后的工作状态预测准确率由97%提高到99%。以识别施肥机构工作状态响应准确率以及重载状态下堵塞预防概率为试验指标进行车间试验,结果表明：工作状态响应识别准确率为89%;重载状态下,控制系统控制施肥马达正反转并消除堵塞的概率为87.5%。在田间试验中,监控系统能准确预测施肥机构的重载状态并自动执行防堵控制指令,没有出现堵塞故障。该施肥防堵塞监控系统无需上位机,能够满足复杂多变工况下施肥机构的工况预测及防堵控制要求,可为其他施肥机构的自动化改造提供参考。     

气力式授粉喷气管道参数优化与试验验证

杂交水稻制种气力式辅助授粉时,花粉随气流场运动,喷气管道多个喷孔的气流场叠加,表征气流场特性的射流极角、出孔动压对花粉分布均匀性、传播距离起决定性作用,为探索射流极角、出孔动压与管道参数之间的影响关系,获得较理想的气力授粉管道参数组合。该研究首先分析喷气管道气流场的叠加原理,采用消防烟雾弹发出有色气体经喷气管道的喷孔喷射并拍摄气流场图片,选取喷管直径、喷管壁厚、喷孔直径三因素为影响因子,以射流极角、出孔动压为评价指标,进行三因素五水平的单因素和多因素正交试验,通过对试验结果进行极差分析、矩阵分析,获得各因素对气流场特性的影响规律,找出较理想的因素组合并进行验证试验。结果表明,喷孔直径对射流极角和出孔动压的影响显著,3个因素的影响顺序为喷孔直径、喷管直径、喷管壁厚,较优的因素组合为喷管直径63 mm、喷管壁厚5 mm、喷孔直径12 mm,此时的射流极角为13.38°,出孔动压为31.6 Pa。验证试验表明,优化的因素组合明显提高花粉分布均匀性,花粉分布不均匀度（方差）降为1.33,花粉能形成覆盖母本行呈正态分布特性的单峰分布,能够满足气力辅助授粉对授粉管道的作业要求,研究结果为气力式授粉喷气管道的设计提供参考。