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。     

马铃薯微型种薯种植机双侧位深施肥装置设计与试验

基于前期设计的马铃薯微型种薯(简称"微型薯")播种机,结合微型薯种植农艺特点,设计了一种单行薯双侧位深施肥装置,并对其关键部件排肥器和施肥开沟器进行分析。采用运动学理论分析了颗粒肥料在排肥器内的运动特性,并通过离散元仿真模拟研究了不同螺距下排肥器排肥情况,以确定较佳的螺距;采用力学理论对施肥开沟器进行分析,明确开沟圆盘等设计参数。机具静态试验表明,排肥器间的排肥均匀性变异系数为2.29%,排肥器排肥稳定性较好;田间试验结果表明,肥料与种薯间的平均横向间距为51.2 mm,平均纵向间距为63.5 mm,施肥装置的整体施肥作业性能满足农艺要求。     

圆盘顶出式水田侧深施肥装置设计与试验

为保证水田侧深施肥的作业效率、提高侧深施肥装置的施肥均匀性,结合寒地水稻侧深施肥的农艺要求,设计了圆盘顶出式侧深施肥装置.阐述了该装置的工作原理,并对关键部件圆盘顶出式排肥器和风送系统进行分析,建立了施肥装置排肥过程的运动学模型,得出排肥圆盘转速是施肥性能的重要影响因素,通过EDEM虚拟仿真试验确定排肥圆盘最佳工作转速...     

小麦精准施肥播种装置现状研究

小麦是我国的主要粮食作物,施肥播种装置的精准水平对小麦产量有很大的影响。为提升我国小麦施肥播种机的性能,对国内外小麦施肥播种装置的发展现状进行分析,重点分析开沟器、排肥排种器及精播系统三个核心部件的国内外发展现状,为解决还田秸秆较多开沟器易产生堵塞问题、根据土壤性质实时变量排肥和精量播种提供参考。同时,围绕小麦规模化种植、农艺农信结合、播种效率提升等方面提出一些建议。     

水稻旱直播气吸式精量穴播机的设计与试验

水稻直播机械以作业速度快、成本低、标准化程度高成为优势,因此根据水稻标准种植农艺要求,采用旱育稀植垄作精量穴播技术,结合侧深施肥作业模式,研制了一种水稻精量穴直播机。设计了气吸式水稻精量排种器的核心部件种子分离盘,实现了精量穴直播;采用气送式槽轮排肥器,施肥深度50 mm。田间试验表明:该装置穴粒数合格率≥90%,播种深度合格率≥80%,穴距合格率≥80%,破碎率≤0.5%,性能指标优于行业标准。     

弧槽双螺旋式排肥器优化设计与试验

为实现排肥器的精量排肥,对采用错位叠加单螺旋排肥曲线原理的弧槽双螺旋式排肥器的排肥性能进行理论分析,确定其排肥量及影响其排肥性能的因素,以螺距S、弧槽半径Rp、中心距a为试验因素,并以均匀性变异系数、施肥精度为试验指标,进行了三因素三水平Box-Behnken试验,得到最优参数：螺距S为35mm,弧槽半径Rp为17.5mm,中心距a为35mm,在最优参数组合下制作排肥器并进行台架验证试验与对比试验,试验结果表明：台架试验的均匀性变异系数、施肥精度与仿真试验相对误差分别为5.07%、4.69%,仿真与台架试验吻合度较好,对比试验结果表明：优化后弧槽双螺旋式排肥器施肥精度为3.35%,施肥精度较高,优化后弧槽双螺旋式排肥器较未优化弧槽双螺旋式排肥器、单螺旋排肥器均匀性变异系数分别降低7.26、15.48个百分点,优化后的弧槽双螺旋式排肥器排肥性能良好。     

舵轮气吸式双入土器精密穴播施肥器的设计

针对精量播种的发展需求,设计开发了舵轮气吸式双入土器精密穴播施肥器.鉴于原有舵轮式穴播器机构的复杂性,应用新的鸭嘴开启机构,简单、有效地实现了入土成穴;进行了舵轮穴播技术与气吸排种原理的一体化研究和结构参数的设计,将气吸排种器内置于舵轮穴播器内,实现气吸排种和成穴点播技术的结合,并通过设计吸种孔的尺寸和大小,实现了一穴两粒精播玉米;借助双入土器结构和外槽轮式排肥器,一次性完成播种和施肥作业,实现了侧深施肥.     

气力集排式精量配混施肥装置设计与试验

为满足玉米生长中后期的追肥需求,本文设计一种气力集排式精量配混施肥装置。电机驱动叶片旋转进行混肥,将肥料分配器内部设计成锥形结构。基于流体动力学和离散元耦合法对分配器排肥口倾角、分配器上端波纹管的结构和布置方式进行研究;以排肥口倾角、输送气速和波纹管长度为试验因素,以各行排肥量变异系数为试验指标,进行三元二次回归正交组合设计试验。试验结果表明,当排肥口倾角45°、输送气速35m/s、波纹管长度568mm时,性能最优。混肥器进口采用中心布置方式,叶片数量为8。田间试验结果表明,该机施肥量误差小于2%,总施肥量稳定性变异系数为2%,施肥断条率低于2%,满足国家标准。     

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。     

小型竖直螺旋式精量条施机的设计

为了解决我国人工施肥劳动强度大、施肥均匀性较差和施肥机存在的地区适用性差、控制精度低的问题,设计了一种小型竖直螺旋式精量条施机。通过建立竖直螺旋排肥器的数学模型,得到螺旋叶片主要参数为内径18mm、外径45mm、螺距20mm。该条施机由竖直螺旋排肥机构、行走轮速度检测装置和控制系统3部分组成,控制系统根据行走轮速度检测装置检测的条施机行走速度,并结合当前设置的施肥量控制步进排肥电机的转速,从而达到精量施肥目的。试验结果表明:施肥量设置一定时,小型竖直螺旋式精量条施机的排肥量与条施机行走距离成线性关系;条施机控制系统的最大偏差为6.76%;变速行走时不断条,且变异系数远小于标准的1 3%。该条施机为丘陵山区的精量施肥机的设计提供了参考,提高了农业机械的机电一体化程度。     

水田机械式强制排肥装置设计与试验

目前水田机械施肥均匀性差,且作业时在施肥开沟器末端容易出现肥料粘结、架空、堵塞开沟器等现象。针对以上问题,本文设计了一种水田机械式强制排肥装置,并对其关键部件进行了结构设计及性能试验。将水田机械式强制排肥部件的工作过程分为3个阶段,通过运动学和动力学研究方法分析了各工作阶段肥料在螺旋强制排肥部件内的状态,以及影响排肥部件工作性能的关键因素,对螺旋强制排肥部件的直径、转速、螺距3个因素进行了设计计算。以排肥均匀性变异系数为响应指标,进行了螺旋强制排肥部件的单因素台架试验,通过对最小显著性差异进行统计分析,确定了各因素的取值范围;安排了二次正交旋转组合试验,并对试验结果进行了方差分析和响应面分析,确定了影响排肥性能指标因素的影响由大到小为转速、螺距、直径,建立了排肥性能指标与各因素之间的回归方程,运用Design-Expert软件对试验因素优化求解,确定了较优工作参数组合为螺旋输送器转速120.09r/min、直径23.90mm、螺距21.54mm,此时施肥装置台架试验的排肥均匀性变异系数为7.18%。将所设计的强制排肥部件分别安装在水稻插秧机及水稻气力式施肥播种机上,进行了田间验证试验,试验结果表明,机械式强制螺旋排肥装置工作稳定、堵塞率低,水田防堵塞效果优于无该部件的施肥机械。     

物料状态对圆筒式短茎秆清理装置性能的影响

以喂入量和含杂率为试验因素，研究了圆筒式短茎秆清理装置的分离性能，分析了该装置沿长度方向的分离规律，给出了使用中的长度确定原则。     

叶片调节式水田侧深施肥装置设计与试验

为提高水田深施肥的施肥质量,设计了一种叶片调节式水田侧深施肥装置。应用水田侧深施肥肥量调节装置计算机优化软件V1.0优化求解施肥量调节机构结构参数,通过施肥量调节机构受力分析,确定步进电动机的输出扭矩应大于680 N·mm。建立叶片调节式侧深施肥装置仿真模型,应用离散元EDEM软件进行排肥虚拟试验,分析螺旋钢丝和毛刷在工作时受到肥料颗粒的作用力,从而确定肥箱直流电动机和防堵装置直流电动机的输出扭矩应分别大于5 345 N·mm和8 N·mm。通过JPS-12型排种性能检测试验台对槽轮式和叶片调节式水田侧深施肥装置进行施肥性能研究,获得了槽轮式水田侧深施肥装置的槽轮转速和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律,以及叶片调节式水田侧深施肥装置的开口直径和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律。对比试验结果表明:叶片调节式水田侧深施肥装置施肥稳定性和施肥均匀性指标满足国家标准要求,在施肥质量上优于槽轮式水田侧深施肥装置,施肥能力满足农艺要求。     

倾斜梯形孔式穴施肥排肥器设计与试验

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥,设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理,分析了影响其成穴性能的主要因素,构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型;应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析,研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响,通过全因子试验得到作业速度为3~7km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0mm、气流速度15.0m/s,对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5mm和7.4%~8.9%。台架试验表明,在作业速度为3~7km/h、充肥孔长度为27.0mm和气流速度为15.0m/s条件下,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%;田间试验表明,作业速度为3~7km/h时,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%,成穴性能较好。     

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。     

深施型液态施肥装置的设计与试

在分析液态肥深施特点的基础上,针对深施过程中人工开沟、覆埋难度大的问题,设计了一种可深施液态肥的装置.对此装置的施肥性能进行了二次旋转正交试验,利用Design-Expert 6.0.1软件分析,获得了液泵压力、喷口直径、土槽台车前进速度和截止阀开度之间交互作用对施肥损失率的影响.最终确定了液态施肥装置的最佳工作参数为:液泵压力0.2MPa、喷肥针喷口直径3mm、土槽台车前进速度0.975m/s和截止阀开度60%,此时施肥损失率为2.8%.根据最佳工作参数进行了验证试验,结果表明最佳工作参数组合得到的施肥量能满足设计要求,且施肥损失率最小.     

麦草秸秆粉碎特性的试验研究

秸秆粉碎装置是秸秆还田机的主要工作部件.为此,通过输送带前进,将均匀铺放在托板上的秸秆喂入自行设计的秸秆粉碎装置来模拟机车前进,对秸秆进行粉碎室内试验.先通过预试验确定了喂入量及动定刀的搭配形式;然后以壳体包角、刀辊转速、动定刀间隙为试验因素,以秸秆的粉碎质量、粉碎功耗为试验指标,对麦草秸秆进行了粉碎试验,建立了粉碎质量和粉碎功耗的数学模型;分析了粉碎装置结构、运动参数对粉碎质量、粉碎功耗的影响规律,优化确定了粉碎装置的最佳结构和运动参数.同时,利用灰色系统理论,研究了动刀速度对刀辊转矩、粉碎质量、粉碎功耗3者影响关系,为麦草秸秆还田机的制造和应用提供了依据.     

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。     

油菜深施肥播种机动态倾斜工况排肥性能试验

针对油菜播种机同步深施肥作业中肥料条带集中,机具受地表坡度变化等因素作用发生倾斜时,各条带施肥量变化情况不明确的问题,以油菜深施肥播种机排肥系统为研究对象,构建不同倾斜工况下肥料颗粒的动力学模型,分析机具动态倾斜对肥料颗粒流动特性的影响,利用测试平台模拟播种机在1°~5°动态倾斜作业工况,开展外槽轮排肥器各行排量一致性和总排量稳定性影响试验,并建立倾斜状态对施肥均匀性影响的数学模型。试验结果表明,播种机处于水平状态理想工况时,排肥器各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数平均为8.75%和0.89%;当播种机沿作业方向前后动态单向倾斜或俯仰,随着角度增大,排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐减小,最低可达8.35%和0.41%,说明沿作业方向的前后俯仰摆动对外槽轮排肥性能具有增益效应;而播种机沿垂直作业方向左右动态单向倾斜或往复摆动角逐渐增大时,排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐增大,往复摆动最大倾角为5°时达到最大值11.41%和2.16%。研究结果为油菜机械化播种同步深施肥作业和播种机施肥性能优化提供了参考。