揉碎玉米秸秆螺旋-气力耦合输送装置设计

为解决揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中的生产率低、功耗大、易堵塞及机件磨损严重等问题,该文设计了一种螺旋-气力耦合输送装置,并以揉碎玉米秸秆为原料开展了试验研究。螺旋-气力耦合输送装置主要由螺旋输送装置和气力辅助输送系统组成。其中气力辅助输送系统主要由喷射角度可调的Y型喷嘴座、喷嘴、最大出气压力为1.6 MPa的空气压缩机、直径为10 mm的PPR(polypropylene random)管和15°弯管及压力表等组成。螺旋输送装置主要由机壳、螺旋叶片和中心轴等组成,其关键参数为:螺旋叶片外径为250 mm,中心轴直径为60 mm,螺距为335 mm,螺旋槽用U型机壳。以比功耗、轴向推力、螺旋叶片及机壳各部位所受压力作为输送性能指标,对施加气流前后各部位所受压力进行测试。结果表明,当螺距为335 mm、螺旋轴转速为100 r/min、喂入量为70 kg/min、气流速度为10～50 m/s时,随着气流速度的增大,输送装置的比功耗先减小后增大。当气流速度为20 m/s时比功耗最小,为10.78 W/kg,比无气流时的比功耗减小了8.3%,轴向推力、叶片和机壳各部位所受压力随着气流速度的增大而减小,且均小于不加气流时的值。     

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798.0mm~2。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,排肥系统进肥口肥料落入顺畅,工作稳定。     

气送式油菜飞播装置投种过程分析与试验

针对气送式油菜飞播装置作业时种子在离开投种管末端至到达土壤的过程中运移轨迹易受扰动而出现播种成条效果不佳甚至串行的问题,该研究对折叠式投种装置的投种过程进行了分析和优化。通过理论分析建立种子在投种管内和投种过程中的运动学模型,根据DEM-CFD（Discrete Element Method- Computational Fluid Dynamics, DEM-CFD）气固耦合仿真和高速摄像对种子在输送气流和无人机旋翼气流场中的运动轨迹和速度变化情况进行分析,并以此为基础对投种装置的结构及工作参数进行优化。混合正交仿真试验结果表明：种子在竖直投种管内速度变化的影响因子主次顺序依次为输送气流速度、投种管长度、投种管内径,其中输送气流速度、投种管长度对油菜种子在投种管内速度的变化的影响为极显著（P<0.01）,投种管内径对油菜种子在投种管内速度的影响一般显著（0.05≤P<0.1）。高速摄像及地面泥盒试验结果显示,将原有气固分离器改为种子加速器,即增加输送气流速度参与投种后,投种管末端气流速度为4.5 m/s时,竖直位移30 cm处种子的平均水平分位移为4 cm,投种管正下方30 cm处泥盒内种子落地条带宽度为5.2 cm,比有气固分离器的结构,种子平均水平分位移减少3.1 cm,条带宽度减少7.9 cm,与仿真分析结果基本保持一致,满足油菜成条飞播的作业要求。     

气力式杂交水稻制种授粉机授粉管结构参数优化

针对当前杂交水稻制种对机械化授粉装备的迫切需求,设计了气力式杂交水稻制种授粉机。首先对其关键部件授粉管建立了计算流体力学模型,进一步以授粉管内径、气流出口长度与宽度为因素,以气流出口流速变异系数、气流覆盖高度为指标,利用Design Expert软件设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验,最后对授粉管结构参数进行优化。结果表明：在授粉管内径为60～80 mm、气流出口长度为100～200 mm、气流出口宽度为4～10 mm的范围内,授粉管内径、气流出口宽度及授粉管内径与气流出口宽度的交互作用、气流出口长度与宽度的交互作用、气流出口宽度平方对气流出口流速变异系数影响极显著（P<0.01）;授粉管内径、气流出口长度与宽度及二者的交互作用、授粉管内径与宽度的交互作用对气流覆盖高度的影响极显著（P<0.01）。授粉管较佳结构为内径64.49 mm,气流出口长度、宽度分别为200.0、7.25 mm,此时出口气流速度变异系数为9.10%,气流覆盖高度187.57 mm。为便于加工,选用授粉管内径61.5 mm的标准不锈钢管,取气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm并进行验证试验,气流出口流速仿真值与实测值基本一致,实测流速变异系数为8.83%～9.25%,气流出口流速分布均匀。研究结果可为气力式杂交水稻制种授粉机参数优化提供理论参考。     

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。     

导流式水田离心扬肥器设计与试验

针对水稻撒施追肥肥料颗粒破碎率高、抛程低的问题，该研究设计了一种导流式离心圆盘扬肥器，其主要由带导向叶片的旋转圆盘、进料部分和导流筒组成，利用离心力和气流共同作用抛撒肥料，以提高抛程。首先，对肥料颗粒进行动力学分析，建立抛程与肥料颗粒速度之间的函数关系，确定装置的结构及运动参数。其次，基于EDEM对撒肥过程进行了仿真分析，研究扬肥器导向叶片结构参数与进料口位置对肥料初速度的影响，并基于FLUENT对扬肥器内部气流流场进行仿真分析，研究扬肥器导流筒对颗粒抛出速度的影响，优化导流筒的结构参数。最后，采用四因素三水平正交试验，研究叶片数量、叶片型式、叶片高度和盘室间隙对抛程和肥料破碎率的影响。结果表明，当叶片数为4、叶片型式为径向叶片、叶片高度为15 mm、盘室间隙为25 mm时，抛程为16.95 m，肥料破碎率为26.32%，较无导流筒的扬肥器抛程提高5 m、肥料破碎率降低28.2%。研究结果可为扬肥装置的研制提供依据。     

玉米行间定点扎穴深施追肥机的设计与试验

为解决玉米生长中后期追肥机械化水平低且追肥困难的问题,结合追肥农艺要求,设计了一种玉米行间定点扎穴深施追肥机,能够在行距为600 mm的玉米行间进行追肥作业,1次完成2行玉米追肥。该机采用植株位置探测机构和棘轮离合机构确定扎穴深施追肥的位置,采用水平位移补偿装置和曲柄连杆机构共同控制扎穴施肥机构的运动轨迹,实现玉米定点扎穴深施追肥与扎穴施肥机构在入土排肥过程中垂直运动,满足零速排肥要求,减少肥料滚动。该文采用理论计算与经验设计,对凸轮、探测杆等关键零部件进行了参数设计,采用MATLAB软件对扎穴器尖部运动轨迹进行了仿真分析。追肥机田间追肥性能试验结果表明,排肥轴含肥腔长度为20 mm时的穴追肥量为2.3 g,总排肥量稳定性变异系数为3.2%,平均追肥深度和平均追肥距离分别为91.3和127.5 mm,追肥深度合格率和追肥距离合格率分别为88.3%和96.7%,漏追率为2.7%,相关指标均达到技术要求。该研究为应用于玉米中后期行间精确追肥机械的设计提供了参考。     

滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率,降低肥料对水田的污染,该研究结合侧深施肥技术与液肥优点,研制一种水田滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置。该装置采用滑刀式开沟器开沟,利用气力引射式雾化施肥器雾化和引射液肥,将液肥侧深施于水稻根区附近土壤。设计了气液同轴气力引射式雾化施肥器内腔结构,以喉嘴距、混合室（喉部）直径、气体压力为因素进行全因子土槽试验,分析各因素对排肥量（液肥质量流率）和耗气量（气体流量）的影响。结果表明,影响液肥质量流率的主次因素顺序为混合室（喉部）直径、气体压力、喉嘴距;影响气体流量的主次因素顺序为气体压力、喉嘴距、混合室（喉部）直径。采用EDEM离散元仿真软件进行仿真优化,利用加权评分法综合评判仿真试验结果,结果表明,在不同工作速度下,滑切角为32.5°、刃口角为45°时,滑刀式开沟器可获得较优的工作性能。开展土槽试验验证仿真结果,滑刀式开沟器入土深度为30 mm、前进速度为1.2 m/s时,牵引阻力实测值为8.5 N,仿真结果为6.9 N,相对误差为18%,土壤扰动面积仿真结果为 1965.6 cm²;入土深度为50 mm、前进速度为0.6 m/s时,牵引阻力实测值为14.4 N,仿真结果为12.2 N,相对误差为15%,土壤扰动面积仿真结果为2137.2 cm²。土槽性能试验结果表明,该装置在入土深度为30 mm,前进速度为1.2 m/s时,排肥量标准差为0.2427 g/s,与最大排肥量的相对误差为1.42%,施肥深度与入土深度的相对误差为4.4%;在入土深度为50 mm,前进速度为0.6 m/s时,排肥量标准差为0.4796 g/s,与最大排肥量的相对误差为2.13%,施肥深度与入土深度的相对误差为2.1%。研究结果可为水田液肥侧深施技术的应用提供参考。     

杂交水稻制种气力授粉的参数试验及优化

摘要：为研究各作用因素对杂交水稻制种气力授粉效果的影响,该文设计了气力授粉试验装置,应用二次正交旋转试验设计方法,研究气流速度、作用位置和作用角度对花粉有效分布面积比率、花粉平均分布密度以及花粉分布不均匀度的影响。通过Design-Expert8.05数据处理系统建立3个因素对各指标影响的回归方程,进一步优化,得到最佳授粉效果的参数组合为：气流速度21.98 m/s,作用位置为穗顶以下16.85 cm,作用角度为0。此时,花粉有效分布面积率为88.75%,单视野花粉平均密度为4.50粒,花粉分布不均匀度为19.53,授粉效果综合评价指数为最大值0.744。该结果为研究杂交水稻气力式授粉技术及研制气力式授粉装备提供理论依据。     

气力滚筒式水稻直播精量排种器排种性能分析与田间试验

为了提高气力滚筒式水稻直播精量排种器的排种性能,该文运用单因素和中心组合试验设计理论,借助JPS-12型排种器性能检测试验台,研究了排种滚筒转速、负压气室真空度、清种气流速度及正压气室清堵正压4个主要运行参数对其排种性能的影响规律。单因素试验结果表明:排种滚筒转速、负压气室真空度、清种气流速度对排种器合格率、漏播率等指标的影响显著;正压气室清堵正压对排种器合格率、漏播率等指标的影响不显著;3个影响显著因素的三因素五水平回归正交旋转组合设计试验结果表明:各试验因素及因素交互作用对主要评价指标的影响主次顺序不同,影响排种器合格率的主次因素依次为:排种滚筒转速负压气室真空度清种气流速度;影响漏播率的主次因素依次为:负压气室真空度排种滚筒转速清种气流速度;对所建回归方程进行综合优化,得出排种器最佳工作参数组合为:排种滚筒转速10.00 r/min,负压气室真空度4.6 k Pa,清种气流速度21.88 m/s。此时,排种器的合格率为87.73%、漏播率为2.93%、空穴率为0.53%、重播率为9.34%、破损率为0.91%、穴距平均值为200.07 mm、穴距变异系数为4.75%、各行排量一致性变异系数为3.07%、总排量稳定性变异系数为2.08%。田间播种试验结果为合格率79.42%、漏播率15.11%、空穴率3.88、重播率5.47%、穴距平均值175.61 mm、穴距变异系数为20.03%。研究结果为气力滚筒式水稻直播精量排种器结构参数优化及排种性能提升提供参考。     

水稻直播机气流式分层施肥系统设计与试验

针对水稻不同生长期施肥劳动强度大和肥料易堵塞的问题,该文提出了一种水稻分层施肥技术,根据水稻种植农艺要求和根系分布特点,在水稻直播时将整个生长期所需肥料一次性分层施入土壤中,浅层施肥深度为30～40 mm,距离水稻行距离为50 mm,为水稻苗期生长提供养分;深层施肥深度为70～100 mm,深层施肥沟在2行水稻中间,为水稻的后期生长提供养分。设计了一种气流式分层施肥系统,根据分层施肥要求确定肥料分配器结构及分层施肥量调节比例;利用Solid Works软件对肥料混合器变截面处不同截面高度的进肥口风速和出口处的负压进行仿真分析和试验验证,确定气流肥料混合器变截面通道高度为20 mm;对气流式分层施肥系统进行性能试验,以风速、肥量分配比例调节板开度和施肥管道长度为主要因素进行正交试验。试验结果表明,当风速为18 m/s、肥量分配比例调节板开度为30°、施肥管道长度为1 000 mm时,浅层施肥量变异系数为1.61%、深层施肥量变异系数为1.58%、2个浅层施肥量和深层的施肥量分配比例误差为1.91%。将气流式分层施肥系统安装在2BDH-10型水稻直播机上进行田间作业性能试验,田间试验结果表明,2个浅层施肥量与深层施肥量分配比例最大误差为7.76%,浅层施肥量最大变异系数为3.98%,深层施肥量最大变异系数为4.41%,满足水稻种植分层施肥的要求。研究结果可为水稻气流式分层施肥技术研究提供重要参考。     

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。     

再生稻促芽追肥机研制

再生稻再生季促芽肥的用量较小,因此对排肥器排量准确性和排肥均匀性具有较高要求。现有再生稻追肥机械较难满足再生稻促芽肥追施准确性和均匀性要求的问题。该研究综合槽轮排肥器和齿式排肥器的优点,结合具有较好分气性能的导流板式分气装置,设计了一种可与再生稻收割机配合使用的气力式再生稻促芽追肥机。追肥机采用两级排肥器进行排肥,主要由上方槽轮与下方多组齿式排肥轮组成。首先根据常用促芽肥外形尺寸确定了两级排肥器中槽轮、齿式排肥轮的主要结构参数,然后通过理论计算结合离散元仿真试验,确定了槽轮与齿式排肥轮转速的最佳传动比为1∶1.8,此时排肥器排肥最均匀,断条现象发生较少,肥料无堆积。对分气装置进行仿真模拟试验发现,随着导流板开口角度的增大,各排气口流速一致性变异系数先降低后增大,当开口角度为48°时,变异系数最小,为5.65%,此时分气装置各排气口流速差异最小、分气效果最优,各排气口平均风速为19.37 m/s,满足设计要求。对两级排肥器进行离散元仿真试验发现,在10～20 r/min转速范围内,各排肥口排肥量一致性变异系数随转速的增大先减小后增大,最大值为2.57%,满足施肥标准中各行排肥量一致性变异系数小于7%的要求。最后,以小粒径尿素为试验材料,以排肥槽轮转速为试验因素,以排肥速率、各行排肥量变异系数、排肥均匀性变异系数为评价指标,进行样机排肥性能试验。结果表明：在10～20 r/min转速范围内,排肥速率随排肥槽轮转速的增加而增大,排肥速率变化范围为672.9～1447.6 g/min,可与收割机作业速度相匹配;各行排肥量一致性变异系数为2.14%～3.09%,各排肥口排量均匀性变异系数为20.99%～27.01%,均满足NY/T1003-2006追肥机械作业标准要求。研究结果可为再生稻追肥机设计提供重要参考。     

水稻直播机气流式施肥监测系统设计与试验

针对水稻直播机施肥装置施肥过程中易堵塞及无法及时报警的问题,结合南方水稻直播施肥的农艺要求,该研究设计了一种水稻直播机气流式施肥监测系统,可以在施肥装置出现管道堵塞后进行报警提示。首先,对气流式施肥监测系统的整体结构进行设计。然后,对关键部件气流分流管道建立仿真模型,采用Fluent和Rocky软件进行气固耦合仿真试验,以肥料颗粒的动能变化量为指标,对气流分流管道的防堵性能进行试验,仿真试验结果表明,当气流分流管道进气口施加800 Pa气流时,肥料颗粒的动能提高了17.4%。最后,采用Box-Behnken响应面试验设计方法进行台架静态试验,以堵塞报警准确率为评价指标,得出较优工作参数为气流分流管道内径28 mm,进气口气压值700 Pa,施肥速率20 g/s;以较优参数进行田间试验,结果表明,堵塞报警准确率均大于90.0%,最高达96.7%;装置工作稳定性好,未出现装置失灵情况,可满足水稻施肥装置堵塞监测准确率要求,该研究可为水稻施肥堵塞报警监测提供参考。     

风送式水稻侧深精准施肥装置的设计与试验

针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。该装置采用模块化设计与乘坐式插秧机配套使用,采用电机驱动排肥、风送肥料、全球定位系统(global position system,GPS)测速的工作原理,侧位深施化肥的施肥方式,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验。试验表明,该装置与插秧机配合使用时能一次性完成插秧与侧深精准施肥作业,当预置施肥量为300 kg/hm2,车辆稳定行驶速度为1 m/s时,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需求。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。     

不同施氮量和施氮方式对稻田氨挥发损失的影响

采用密闭室法研究苏南地区稻麦轮作体系中,不同施N量和施N方式对水稻和小麦生育期氨挥发损失的影响。结果表明,优化施肥能明显降低稻-麦轮作系统中的氨挥发损失,在整个稻麦轮作体系中,优化和习惯的氨挥发损失占N肥施用量的百分比分别为7．05％±1.37％和9．81％±0．38％。稻季与麦季的氨挥发损失差异显著。稻季氨挥发损失量与N肥施用量呈乘幂关系上升,麦季则呈正的线性关系。水稻施肥后氨挥发持续的时间短,主要发生在施肥后1周以内,麦季持续时间较长,在施肥后10天左右。稻季和麦季的基肥阶段是主要的氨挥发时期,占各自氨挥发损失N的50％左右。     

优化施氮下稻-麦轮作体系氮肥氨挥发损失研究

采用密闭室连续通气法研究了优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田氨挥发损失。结果表明,肥料氮素氨挥发损失量随施肥量增加而增加。施肥处理小麦季氨挥发损失量为N 11.37~17.05 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为4.75%5~.43%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第35~d,肥料氨挥发过程持续71~0 d;水稻季氨挥发损失量为N32.506~2.82 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为8.24%1~9.38%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第23~d,氨挥发过程持续57~d。水稻季和小麦季氨挥发之间差异显著,整个稻-麦轮作体系氨挥发主要发生在水稻季,约占整个轮作体系的74.08%7~8.65%。同习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施肥次数的优化施氮能有效减少肥料氮的氨挥发损失。     

杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失.为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管...