基于FPGA的有机肥撒施机控制系统研究

为实现有机肥撒施机撒肥量的精准调节,实时监控撒肥作业情况,设计基于FPGA的有机肥撒施机控制系统。以FPGA芯片为控制核心,利用转速、位移传感器采集数据,通过液压系统控制输肥链板转速、挡肥板开口高度,研究T-S模糊神经网络控制算法,实现撒肥量的精准控制。设计控制系统操作界面,通过触控显示屏可设置作业参数,显示作业速度、作业面积、撒肥量、转速、堵塞报警等。集成多个监控装置,向机手实时显示撒肥作业情况和肥料箱内情况。试验表明,该控制系统可有效监控撒肥作业情况,撒肥量控制偏差小于10.0%,人机交互好,系统稳定性高。     

基于EDEM的有机肥撒施机抛撒性能试验研究

为解决有机肥流动性差、机械抛撒难的问题,基于自制的卧式有机肥撒施机,建立了有机肥在抛撒过程中的运动模型,分析了影响抛撒均匀度的主要因素;采用SolidWorks软件建立了有机肥和卧式有机肥撒施机的三维模型,运用EDEM软件以输肥速比（作业速度与刮板输肥速度比值）、抛撒辊转速、螺旋叶片螺距为试验因素进行了响应面设计试验;采用Design-Expert 8.0.5软件优化了作业参数,并进行仿真试验验证和田间试验验证。仿真结果表明:影响抛撒均匀度横向变异系数的主次顺序为螺旋叶片螺距＞抛撒辊转速＞输肥速比;当输肥速比为-16.42、抛撒辊转速为557.90 r/min、螺旋叶片螺距为365.40 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14%,仿真验证值与预测值误差≤5%,响应面模型合理。田间试验表明,当输肥速比为-16.6、抛撒辊转速为560 r/min、螺旋叶片螺距为360 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14.5%,与EDEM仿真值误差≤5%,满足有机肥撒施机的田间作业标准,仿真模型及优化参数合理。该研究可为有机肥撒施机的优化设计及抛撒性能提升提供参考。      

2FZ200型撒肥机结构设计与性能检测

广东省拥有丰富的有机肥资源,但大部分区域的肥料撒施工作仍依靠人工完成,为缓解人工施撒有机肥劳动强度大、效率低的问题,课题组研发了一种履带自走式撒肥机。测试结果显示,撒肥机的最大载重量为200 kg,肥料抛撒宽度为4m,抛撒作业效率≥0.2 hm²/h。性能测试结果显示,该自走式撒肥机能满足一般农田管理作业要求,可提高撒肥作业效率,降低人员劳动强度。     

有机肥撒施机撒肥装置的研究

目前,我国有机肥利用技术落后,其生产、加工、使用及相关配套技术的滞后是导致我国有机肥利用率逐年下降的根本原因之一。针对目前国内有机肥利用现状,本文对有机肥撒施机的撒施装置进行了分析,特别对螺旋撒肥装置的撒布螺旋面进行了详细的阐述。     

有机肥撒施技术及装备研究

农业废弃物的随意排放、化学肥料的过量施用给环境带来严重破坏。在大力提倡有机肥代替化肥的政策背景和实际需求下,成熟实用的有机肥撒施装备亟待研究和开发。为提高有机肥施用设备的作业质量和工作效率,开发三套有机肥施用装备,可针对不同作业条件实现肥料的定量均匀撒施。针对研发的三套装备结构、工作原理及关键工作部件进行详细介绍,并进行田间试验,检验输肥机构、撒施机构、传动机构、行走机构的工作性能,测定撒肥均匀度、工作幅宽、作业效率等工作参数。结果表明:大田多功能撒肥机圆盘撒肥和拨料辊抛肥机构的横向和纵向均匀度变系数分别为20.6%、15.5%和27.4%、10.7%;履带自走式撒肥机的横向和纵向均匀度变异系数分别为19.5%和10.1%;轮式自走式撒肥机的横向和纵向均匀度变异系数分别为22.7%和11.4%;三台撒肥机的最大工作幅宽分别为7.2 m(圆盘撒肥功能为7.2 m,拨料辊抛肥功能为4.3 m)、5.8 m和5.2 m,三台撒肥机的工作效率分别为1.3 hm~2/h(圆盘撒肥功能为1.3 hm~2/h,拨料辊抛肥功能为0.9 hm~2/h)、0.5 hm~2/h和0.8 hm~2/h。该系列化撒肥机的成功研制为我国农业废弃物肥料化利用提供装备和技术支撑。     

锥形撒肥圆盘中肥料颗粒运动模型优化与试验

针对锥形撒肥圆盘存在抛施肥均匀性差、相关理论和解析模型研究较少等问题,建立了肥料颗粒在锥形撒肥圆盘上及空气中的运动模型。分析锥形撒肥圆盘结构和运动参数对肥料颗粒自旋性的影响,将肥料颗粒的自旋性充分考虑在整个运动过程中,进而得到影响抛撒均匀性及抛撒幅宽的主要因素。采用正交试验方案研究了叶片长度、叶片倾角、锥形撒肥圆盘转速对肥料颗粒抛撒的横向变异系数的影响。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:叶片长度为145 mm、叶片倾角为0°、锥形撒肥圆盘转速为1 200 r/min时,抛撒的横向变异系数为5.80%,满足抛施肥作业要求。该研究可提高马铃薯锥盘式撒肥机施肥作业效率,为锥盘式撒肥机的设计提供理论参考。     

螺旋循环式石灰撒施机撒施过程分析与模拟

针对南方红黄壤地区的土壤酸化及重金属污染等问题，介绍了一款螺旋循环式石灰撒施机。机器能有效解决石灰撒施存在的不均匀及扬尘污染等问题，适用于水田、旱田等多种土壤环境。首先，在介绍机器的结构组成和工作原理的基础上，对石灰撒施机撒施性能进行了分析；其次，基于BBD试验方法，以出灰孔开口宽度、撒施辊轴转速、机器前进速度作为影响因素，以石灰撒施的横向分布变异系数和撒施量作为影响效应，设计了三因素三水平的响应面试验，并借助离散元仿真软件EDEM对石灰撒施过程进行仿真模拟；最后，建立了影响因素和影响效应的数学回归模型，得到了各影响因素对分布变异系数和撒施量的影响次序，以期为石灰撒施机的进一步优化提供参考。     

有机肥撒施机水平单圆盘式撒施器的仿真分析与试验研究

农家肥沤制成有机肥并还田是一项重要技术。主要介绍水平单圆盘式撒施器的工作原理,分析有机肥颗粒在撒肥盘上的运动轨迹,应用Matlab对撒施过程进行理论计算和仿真分析,模拟出有机肥颗粒撒施的实际过程,为台架试验提供理论基础,台架试验确定出撒施器主要技术参数的最佳值。     

桑园自走式变比配肥定向撒肥机设计与试验

为实现桑园内氮、磷、钾和有机肥按需均衡施肥,保障桑叶产量、质量,减小肥料不合理使用造成的面源污染,设计了一种能够变比配肥和定向撒肥的桑园自走式变比配肥定向撒肥机。根据桑园农艺要求设计的整机长为1450mm、宽为655mm、高为1141mm,并对履带行走系统、变比配肥掺混机构进行设计。通过离散元法对变比配肥掺混过程和撒肥盘撒肥效果进行仿真分析,发现槽轮转速在20~80r/min范围内,配肥偏离度标准差低于0.4,掺混均匀性较好;抛撒肥料时,曲线形叶片撒肥盘肥料分布呈对称形状,撒肥效果较好。通过正交试验优化设计定向撒肥板长度为450mm、高度为80mm、折弯角为100°。通过响应面法分析因素对撒肥分布变异系数的影响,主次顺序为：撒肥盘转速、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离、整机作业速度,并确定较优工作参数：撒肥盘转速为290.1r/min、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离为88.2mm、整机作业速度范围为0.5~0.7m/s。通过田间试验验证,桑园自走式变比配肥定向撒肥机工作时撒肥分布变异系数低于40%,试验表明自走式桑园变比配肥定向撒肥一体机田间工作时具有较高的可靠性。     

基于EDEM的变量撒肥机性能分析与试验

为解决现有撒肥机颗粒肥料抛撒均匀性差且无法实现变量撒肥等问题,设计了一种双圆盘离心式液控变量撒肥机.首先,介绍了该离心式撒肥机的结构及工作原理,利用离散元仿真软件EDEM进行圆盘转速、搅龙转速、行走速度对撒肥均匀性单因素离散元仿真分析,并进行室外试验.结果表明:颗粒肥料抛撒均匀性最佳组合为:圆盘转速1600r/min、...     

双圆盘式固体肥料抛撒机抛撒性能试验

为增加有机质、氮、磷、钾等土壤养分,提升耕地质量总体水平,加大粪肥、有机肥施用量,提高抛撒效率及抛撒均匀性,研究了双圆盘式抛撒机作业速度、抛撒盘转速、排肥口开度3个因素对抛撒效率、抛撒均匀性的影响。试验结果表明:影响抛撒效率的因素主次顺序为作业速度＞排肥口开度＞抛撒盘转速,最优组合为作业速度6 km/h、排肥口开度70%、抛撒盘转速90 r/min;影响抛撒均匀性的因素主次顺序为作业速度＞抛撒盘转速＞排肥口开度,最优组合为作业速度6 km/h、抛撒盘转速120 r/min、排肥口开度70%。综合分析得知,抛撒作业速度是抛撒效率和抛撒均匀性的最大影响因素。      

基于Solidworks的双圆盘式抛撒机建模及抛撒性能试验研究

粮食安全是“国之大者”。粮食安全不仅事关国运民生,关乎经济发展和社会稳定,更是国家安全的重要基础。习近平提出把中国人的饭碗牢牢端在自己手中,以“长牙齿”的硬措施实施耕地保护。为增加有机质等土壤养分,提升耕地质量总体水平,加大粪肥、有机肥施用量,提高抛撒效率及抛撒均匀性,研究双圆盘式抛撒机作业速度、抛撒盘转速、排肥口开度三因素对抛撒效率、抛撒均匀性的影响。试验结果表明：一是影响抛撒效率试验指标的因素由大到小依次为作业速度,排肥口开度,抛撒盘转速；最优组合为A3C3B2,即作业速度第三水平6km/h,排肥口开度第三水平70%,抛撒盘转速第二水平90r/min。二是影响抛撒均匀性试验指标的因素由大到小依次为作业速度,抛撒盘转速,排肥口开度；最优组合为C2B2A1,即作业速度第三水平6km/h,抛撒盘转速第三水平120r/min,排肥口开度第三水平70%。。三是综合分析抛撒作业速度是其抛撒效率和抛撒均匀性最大影响因素。     

食用菌糠有机肥料混合机螺旋搅拌机构设计

为了提高食用菌废弃菌糠及养殖业产生的畜禽粪便等厩肥的综合利用率,以食用菌糠有机肥料混合机作为研究对象,对其主要工作部件螺旋搅拌机构的参数进行了设计和计算,并介绍了整机结构及工作原理。试验结果表明:该机可一次性完成对食用菌废弃菌糠的破碎与有机肥料搅拌、混合、翻料,降低了劳动强度,提高了生产效率。     

畜禽粪便堆沤有机肥撒肥机设计与试验

针对高含水率的畜禽粪便堆肥易堵料、难抛撒,使用人工撒施劳动强度大,严重制约畜禽粪污有效利用的问题,对农家肥的含水率、容积密度、滑动摩擦角、自然休止角等物理特性进行统计分析,以此为基础设计整机液压系统,并创新设计柔性甩料机构、可变长度搅料板机构、Arduino控制模块与北斗导航集成在一起的辅助控制系统。选取抛撒转速、行走速度和抛撒角度为试验因素,以均匀度变异系数和撒肥幅宽为试验指标作正交试验及响应曲面分析。结果表明,抛撒转速、抛撒角度、行走速度对撒肥均匀度变异系数的影响依次减小,利用Design-Expert 12.0.3.0软件进行响应曲面分析,当抛撒转速为305 r/min,行走速度为4 km/h,抛撒角度为20°时,均匀度变异系数为26.8%,撒肥幅宽为5.2 m,此时撒肥幅宽满足设计要求且均匀度变异系数最小,并通过试验进行验证。     

刮板式有机肥条铺与旋耕混合施肥机设计与试验

针对果园有机肥人工施肥量不准确、施肥不均匀等问题,本文根据施肥农艺要求,设计了一种有机肥条铺与旋耕混合施肥机。该装置采用刮板式结构,通过圆环链带动刮板向前排肥,将有机肥呈条状铺撒在地表,通过旋耕装置将其与土壤混合。通过计算确定了施肥装置最大开口高度、肥箱容积等结构参数,分析了上、下层有机肥排肥过程。以排肥口开口高度、前进速度、链轮转速和刮板间距为试验因素进行离散元仿真试验,以有机肥相对误差和变异系数为评价指标,对排肥过程工作参数进行优化求解,得到最优参数组合：开口高度为53.17 mm、前进速度为2.8 km/h、链轮转速为15.96 r/min、刮板间距为160 mm。在最优工作条件下进行试验验证,得到有机肥平均排肥量为5.099 kg/m²,与理论施肥量相对误差为4.5%,变异系数为8.8%,表明仿真优化结果可靠,排肥量准确且排肥均匀性较好,该施肥装置施肥性能较优。在旋耕混合试验中,通过测定得到上层有机肥混合比例为11.83%,下层有机肥混合比例为6.29%,表明经过旋耕后,能够实现土肥混合效果,上层土肥混合比例高于下层。     

自走式果园有机肥条铺机设计与试验

为扩展果园秸秆覆盖机作业功能,解决丘陵山地果园缺少有机肥施肥机械的问题,基于秸秆覆盖机,设计了自走式果园有机肥条铺机。整机主要由车体和条铺装置组成,其中条铺装置采用伸缩式结构,条铺间距为1.8～2.7 m,适应在行距为3.0～4.5 m的果园进行有机肥对沟施肥或行间双侧条铺,也可用于大田作物对行施基肥或条铺栽培基质。运用离散元法对条铺装置的排肥口结构进行优化,确定了最优斜口形排肥口结构。条铺试验结果表明,腐熟牛粪施肥量29.40～53.10 t/hm²,变异系数小于等于15.48%;菌渣施肥量21.45～75.00 t/hm²,变异系数小于等于6.57%;腐熟牛粪、菌渣施肥量模型的决定系数分别为0.871 3和0.963 1。果园实地试验中作业效果良好。     

腔盘式精量穴施肥装置设计与试验

施肥方式粗放是造成我国肥料利用率低的主要原因之一。与条状施肥相比,穴式施肥可有效提高肥料利用率。本文设计一种用于颗粒状肥料穴式施用的腔盘式精量穴施肥装置,通过理论分析确定了装置的主要结构和工作参数,并探讨了肥腔形状(圆弧型、直线型-钝角、直线型-锐角和抛物线型)对肥料运动的影响。运用离散元法(EDEM)对不同结构和作业参数下的排肥盘充肥性能和肥群运动进行了仿真分析,结果表明:肥腔形状、前进速度和施肥量对各穴排肥量变异系数均有显著影响,随前进速度的增大和施肥量的减少,变异系数增大,且圆弧型肥腔排肥稳定性最好;前进速度和肥腔形状对肥料扰动度有显著影响,排肥盘经过箱体的时间及其对肥料扰动的形式和扰动量是影响排肥量稳定性的主要原因。在前进速度7 km/h、排肥量300 kg/hm~2的条件下,对4种排肥盘进行台架试验,结果表明,圆弧型肥腔性能最优,排肥量合格率为94%,各穴排肥量变异系数为6.5%,与仿真结果呈现相同规律,且满足作业排肥要求。     

分层近根式液体粪肥施肥铲设计与试验

针对当前液体粪肥施肥铲存在的施肥不均匀、近根施肥难、作业功能单一等问题,从提高肥效、降低排放、提升性能角度出发,设计了一种分层近根、基施追施一体的液体粪肥施肥铲,设计了施肥器和避障器等关键部件,采用EDEM离散元法构建施肥铲-土壤力学仿真模型,优化追施过程施肥铲侧向排肥管参数,搭建施肥铲性能测试平台,采用清水模拟方式,开展了施肥铲分层施肥和近根施肥效果试验,结果表明：当施肥铲侧向排肥管后倾角为15°、侧向排肥管刃角为18°时,施肥铲基肥作业阻力最小;采用分层施肥方式时,当施肥铲作业速度为3km/h、排肥量为5L/s时,肥料在土壤中纵向扩散深度为235mm,较改进前单口排肥方式,纵向覆盖范围提升65%;采用近根施肥模式时,当施肥铲作业速度为1.2km/h、排肥量为3L/s时,约80%的肥料分布在距作物根部中心100mm半径范围内,较好地实现了近根施肥。