穴施肥排肥器设计与试验

穴播作物采用对穴施肥的方法可以提高肥料利用率、降低生产成本。为此,设计了一种勺轮式穴施肥排肥器。运用EDEM离散元仿真技术对排肥器的成穴性进行仿真试验,对每穴施肥量均匀性进行了测试,并且分别测定了排肥部件角速度为100°/s、150°/s和200°/s时,每穴施肥量一致性变异系数分别为2.66、3.10和4.18。随后在排种器试验台上进行了验证试验,验证试验中测得的相应变异系数分别为4.2 6、4.8 7和6.1 6,变化趋势与仿真试验相同,整体试验结果与仿真试验结果相似。设计的穴施肥排肥器性能可以满足生产要求,为穴施肥精密播种机的设计打下了基础。     

免耕播种机精量穴施肥系统设计与试验

为实现玉米精量穴施肥农业技术要求,提高穴施肥质量,设计了一种穴施肥控制系统。应用颗粒系统仿真软件EDEM对穴施肥控制装置成穴性能进行了仿真研究,表明穴施肥装置在播种速度3~7 km/h时,鸭嘴阀成穴性能较好,成穴性能随着播种机速度增加逐渐减弱。通过穴施肥控制算法,调节种子脱离排种口与肥料脱离排肥口的时间间隔t_3,控制穴施肥料与穴播种子水平距离a,实现穴施肥位置控制;调节排肥轴转速和鸭嘴阀开合频率,实现穴施肥量控制。采用正交旋转组合试验,以播种机行进速度、鸭嘴阀旋转角、穴施肥装置安装高度为试验因素,穴距精度和穴施肥量精度为试验指标,应用响应面分析法,进行三因素五水平正交试验,结果表明,在播种机行进速度为7 km/h,最佳参数组合为:旋转角33.37°,安装高度17.30 cm。田间试验结果表明,在播种机行进速度3~7 km/h,旋转角33.37°,安装高度17.30 cm时,穴距精度可达84.76%,穴施肥量精度可达87.20%,满足玉米精量穴施肥控制技术农业要求。     

玉米行间滚轮式穴施排肥器设计与试验

针对玉米在大喇叭口时期追肥机械化水平低的问题,结合黄淮海地区玉米播种行距、株距的农艺要求,设计了一种滚轮式穴施排肥器。为满足穴施排肥器稳定深施要求,基于Abaqus建立成穴器动力学模型,对穴施排肥器进行成穴性能和扎穴压力分析,利用分析结果对液压系统进行设计选型;根据穴施排肥器排肥稳定性要求,应用EDEM建立机具-土壤-肥料离散元模型,进行3种作业速度下的抛土特性和穴施量分析,得出当滚轮式穴施排肥器作业速度为1.5m/s时,排肥效果最佳。试验结果表明：该排肥器以速度1.5m/s作业时,平均穴排肥量为9.01g,穴施肥量偏差为11.2%,施肥均匀性变异系数为4.17%;施肥深度合格率92%,施肥深度变异系数6.57%,符合设计要求。     

基于行星轮系的玉米穴施肥自动对种系统设计与试验

玉米播种同步穴施肥是提高肥料利用率的有效手段，本文针对现有穴施肥装置用于精量播种作业时种肥相对位置无法实时检测和控制的难题，设计了一种玉米自动对种穴施肥装置。提出了基于行星轮系的自动对种方法，在确保种距和肥距相等的前提下实时调节排种盘和排肥盘相位差，实现播种作业过程中种肥相对位置的实时调控。通过分析机具前进速度、排种器排肥器间距、株距等对落种落肥位置的影响，得到种肥相对位置计算方法，设计了穴施肥自动对种控制算法。搭建了基于STM32F103的控制系统，并完成硬件系统和软件系统的设计，可完成落种落肥等信息的检测和种肥相对位置的实时调控。验证试验结果表明，当前进速度分别为3、4、5、6 km/h时，种肥纵向平均间距分别为8.6、6.1、11.7、8.5 mm,满足对种穴施肥需求。     

油菜侧深穴施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率、降低肥料施用量、实现油菜根区施肥,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种油菜侧深穴施肥工艺,设计了一种机械式穴施肥装置,阐述了穴施肥装置的工作过程,确定了穴施肥装置的基本参数,建立了充肥和排肥环节中肥料颗粒群的力学模型,分析了影响穴施肥装置成穴性能的主要因素;应用离散元软件EDEM对穴施肥排肥器的成穴性能进行了仿真试验,分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对穴排肥量误差和穴径长轴长度的影响;利用正交组合试验确定了成穴性能较优的参数组合,排肥轮转速为60r/min、充肥型孔长度为18mm、导肥管材料为ABS塑料管时,穴排肥量误差为7.05%、穴径长轴长度为62.45mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.53%~9.78%、穴距误差为3.24%~7.31%;田间试验表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.82%~10.63%、穴距误差为3.36%~7.58%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%~10.85%,成穴性能较好,满足穴施肥要求。     

玉米变量穴施肥试验台的设计与试验

为了提高玉米种植中化肥的利用率、减少资源浪费,基于玉米穴播穴施肥的理论设计了一台玉米变量穴施肥的试验台。在前人研究运用外槽轮排肥器实现变量施肥的基础上,通过控制步进电机精准的启动停止运转与排肥口的挡片设计来实现玉米穴施肥,同时配合玉米排种器监测装置实现种肥同步。玉米穴施肥装置主要由外槽轮排肥器、步进电机、排肥口挡片和光电检测装置构成,具有结构简单、体积小的优点,控制系统操作简单,易于推广。试验结果表明:总排肥变异性系数为4.39%,在开度10mm下排肥效果最佳,排肥变异性系数为0.28%,符合国家标准≤7.8%,且实际穴距与种肥距离符合相关农艺要求。     

玉米行间滚轮式穴施排肥器设计与试验

针对玉米在大喇叭口时期追肥机械化水平低的问题,结合黄淮海地区玉米播种行距、株距的农艺要求,本文设计了一种滚轮式穴施排肥器。为满足穴施排肥器稳定深施要求,基于Abaqus建立成穴器动力学模型,对穴施排肥器进行成穴性能和扎穴压力分析,利用分析结果对液压系统进行设计选型;针对穴施排肥器排肥稳定性能要求,应用EDEM建立机具-土壤-肥料离散元模型,进行3种作业速度下其抛土特性和穴施量分析,确定滚轮式穴施排肥器作业速度1.5m/s时,排肥效果最佳;试验结果表明：该排肥器在1.5m/s的速度作业时,平均穴排肥量为9.01g,穴施量偏差为11.2%,施肥均匀变异系数为4.17%;施肥深度合格率92%,施肥深度变异系数6.75%,符合设计要求。     

铺膜点播机的维修与保养

1主要结构及工作原理1.1主要结构该机由机架、施肥装置、铺膜装置、膜上穴播和覆土装置组成。排肥装置由地轮驱动、链轮传动、肥箱、排肥器、排肥管等组成;铺膜装置由开沟器、挂膜架、膜辊组成;膜上穴播装置由播种滚筒、取种器、播种鸭嘴组成;覆土装置由圆盘覆土器和挡土板组成。     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

变量穴施水穴播机设计

设计了一种可根据田间的土壤含水率自动改变施水量的精密穴施水穴播机.系统集成应用微控制器、GIS、GPS以及VRA技术,采用快速型单片机W78E58作为控制中心,大容量U盘作为GIS数据传递的媒体,以基于OEM模块自主开发的GPS接收机作为定位装置.系统通过集中器内的光电传感器对种子的下落进行监测,然后控制施水播种机构,实现水、种同穴施播.研制的控制系统应用于玉米穴播机,静态校准试验结果显示,控制系统具有良好的线性特征,光电传感器对玉米种子的检出率为99.5%.     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

深施型液肥对靶点施装置设计与试验

针对液肥穴深施机具存在施肥位置不准确等问题,结合机械结构设计和自动控制技术,设计了一种深施型液肥对靶点施装置,该装置包括液肥深施开沟器和液肥对靶点施控制系统。设计液肥深施开沟器,构建了开沟器与土壤间力学接触模型和土粒质点运动学模型,确定了开沟器结构参数,解析了扰土和回土原理,应用EDEM软件建立开沟器-土壤离散元仿真模型,验证了液肥深施开沟器结构可行性。以单片机为核心开发一种液肥对靶点施系统,光电传感器感知作物植株位置,测速模块实时监测装置作业速度,单片机结合作物植株位置信息和作业速度控制电磁阀启闭,实现液肥对靶点施作业。通过田间试验验证了装置作业性能,在作业速度为0.4～1.0m/s时,平均回土深度52.8mm,平均对靶率84.03%,装置回土性能和对靶喷肥性能稳定,满足液肥深施农艺要求。     

圆形喷灌机泵注式施肥装置设计与田间试验

圆形喷灌机水肥一体化作业时对喷洒肥液均匀性有较高要求,需要采用比例施肥装置,确保注入喷灌机的肥液流量保持恒定。为此设计了基于柱塞式注肥泵的泵注式施肥装置,并以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为变量,进行了圆形喷灌机应用泵注式施肥装置的喷灌施肥均匀性试验。结果表明,圆形喷灌机停止状态下,注肥泵电源频率50 Hz运行时,3种注射喷嘴孔口直径和3种安装位置的组合工况下喷灌施肥的均匀系数CU为99.00%~99.65%,变异系数CV为0.46%~1.37%,其中当注射喷嘴孔口直径为2.5 mm、安装在进水管水平段位置的工况时获得的喷灌施肥均匀性最佳。圆形喷灌机行走状态下,测得单列雨量筒喷灌施肥均匀系数C*UH为88.77%~90.66%,表明圆形喷灌机采用泵注式施肥装置能够获得较高的喷灌施肥均匀性。此外,通过对比注肥泵电源频率在50 Hz和46 Hz时的喷灌施肥均匀性,发现喷头喷洒肥液的电导率总平均值与电源频率之间具有显著的正相关性,表明改变注肥泵的电源频率是圆形喷灌机实现高均匀度变量喷灌施肥的一种有效途径。     

水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验

为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题,本研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象,构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。首先提出现场在线水肥溶液智能感知模型的快速建立方法,利用数据分析算法从传感器实时监测的一系列浓度梯度的肥料溶液中挖掘出模型。其次基于上述模型设计水肥浓度智能感知与精准配比系统的框架结构,阐述系统工作原理;并通过三种水体模拟在线配肥验证了该系统原位指导水肥浓度配比的有效性,同时评价了水体电导率对水肥配比浓度的干扰。试验结果表明,正则化条件下二阶的多项式拟合曲线是表达溶液电导率与水肥浓度的变化关系最优的模型,相关系数R²均大于0.999,由此模型可得出用户关心的复合肥各指标浓度。三种水体模拟在线配肥结果表明,水体会干扰电导率导致无法准确反演水肥配比的浓度,相对偏差值超过了0.1。因此,本研究提出的在线水肥智能感知与精准配比系统实现了消除当地水体电导率对水肥配比准确性的干扰,通过模型计算实现复合肥精准化配比,并得出各指标浓度。该系统结构简单,配比精准,易与现有水肥一体机或者人工配肥系统结合使用,可广泛应用于设施农业栽培、果园栽培和大田经济作物栽培等环境下的精准智能施肥。     

果园定向施肥机施肥系统结构设计

为解决江西省丘陵山区大面积果园施肥作业缺乏合适作业机械的问题,分析了国内果园施肥的现状,针对江西省复杂地形设计了果园定向施肥机的施肥装置。基于现代果园的施肥农艺标准,提出了施肥系统结构方案,设计成不完全齿轮传动以适应定向施肥要求,并进行了施肥部分的计算。设计了关键结构:适合不同肥量的搅龙排肥装置和适应南方地形的仿形装置。该施肥机能够在树根附近定向施肥,节省肥料,提高肥料利用效率,施肥量大而且可调。      

滑槽回转式水田侧深施肥装置设计与试验

针对现有施肥机械出现的堆积堵塞、肥量调节困难以及施肥均匀性差的问题,设计了一种易于调节肥量、挡板推肥防堵塞的侧深施肥装置,阐述了该装置工作原理,参考水田侧深施肥农艺要求和插秧机空间结构,确定了施肥装置基本结构参数;对侧深施肥装置工作过程进行理论分析,确定了影响装置施肥性能的工作参数主要为排肥圆盘转速和肥槽高度;利用EDEM离散元仿真软件建立滑槽回转式施肥装置仿真模型,探究了排肥圆盘转速和肥槽高度对施肥装置充肥和排肥效果的影响,确定了排肥圆盘的最佳工作转速为10~50r/min;为验证施肥性能,通过台架试验对滑槽回转式水田侧深施肥装置进行试验研究,获得了排肥圆盘转速、肥槽高度对施肥稳定性影响规律和排肥圆盘转速、插秧机速度对施肥均匀性影响规律,各指标均满足国家施肥作业机械标准;通过与常见施肥结构装置进行对比,证明滑槽回转式水田侧深施肥装置在一定程度上提高了施肥均匀性。     

Field evaluation of fertigation uniformity as affected by injector type and manufacturing variability of emitters

Fertigation with microirrigation systems is increasing in popularity. Uniformity of fertigation is important for many reasons. Field experiments were conducted to evaluate the effects of injector types and emitters on fertigation uniformity by simultaneously measuring the distributions of water application, solution concentration, and fertilizer applied within a subunit of microirrigation system. Three conventionally used injectors, a water-driven piston proportional pump, a venturi device, and a differential pressure tank, were evaluated with three different emitters. The results indicated that both manufacturing variability of emitters and injector types had a very significant effect on the uniformity of fertilizer applied, while the uniformity of water application was mainly dependent on emitter type. The uniformity of solution concentration was dependent on injection methods. Emitters having a higher manufacturer’s variation produced a more nonuniform distribution of water application and fertilizer applied. For a given emitter type, a differential pressure tank produced considerably higher coefficients of variation (Cv) for water application and fertilizer applied than a proportional pump or a venturi injector because a differential pressure tank released fertilizer in a decreasing rate with time. To obtain a uniform fertigation distribution, an injector that can inject fertilizers in a constant rate is recommended. The relationship between water application uniformity and fertigation uniformity for a microirrigation system was established for different injection methods. Cv for fertilizer applied was very close to water application Cv for a microirrigation system using a proportional pump or a venturi injector as an injection device. However, fertilizer Cv for a differential pressure tank was approximately double of the water application Cv. The injection method and injector performance should therefore be considered in the design of microirrigation systems.     

排肥器试验台智能控制系统的研究设计

随着精细农业的发展,精量施肥装置成为农机研究必不可少的一部分.排肥器是精量施肥装置的核心部件,因此,对排肥器性能的测试也显得尤为重要.为实现对各种排肥器的性能测试,通过对排肥器主要性能的研究,设计开发了以PC机为平台,以单片机为核心的排肥器试验台的智能控制系统.对系统的硬件组成和人机交互界面的软件设计进行了介绍.表明系统实现了对排肥器几个重要性能的精确测试并输出测试参数.为排肥器的改良设计提供数据.     

电动助力式螺旋条施机控制系统的设计

在西南山地丘陵地区,田地施肥多人工撒施或使用小型施肥机,存在劳动强度大、均匀性差等问题。为了减小劳动强度、提高施肥效率及均匀性,设计了一种电动助力式螺旋条施机,该条施机整机由控制系统、螺旋式排肥机构、速度检测机构和机架四大部分组成。控制系统根据施肥量设置值和轮速信号控制步进排肥电机执行动作,从而实现精量均匀施肥。试验结果表明:当设定施肥量一定时,条肥机行走距离与排肥机构排肥量成线性关系。该条施机可降低劳动强度、提高施肥效率和农业机械的机电一体化程度。