双齿轮式排肥器设计与试验

为了提高颗粒肥料的施肥均匀性,设计了双齿轮式排肥器。利用离散元软件对排肥过程进行仿真分析,以排肥轮压力角、排肥轮间隙为试验因素,以排肥均匀度变异系数为排肥效果评价指标,分析因素对指标的影响。单因素试验结果表明,排肥轮压力角在15°～25°,排肥轮间隙在4～6 mm,排肥效果较好;通过二次通用旋转组合试验,建立了两个因素与评价指标的回归方程,试验结果表明,随排肥轮压力角、排肥轮间隙的增大,排肥均匀度变异系数均呈现先增大、后减小的趋势,当排肥轮压力角为19. 52°、排肥轮间隙为4. 7 mm时,排肥器具有最优的排肥效果,此时理论计算和仿真试验的排肥均匀度变异系数分别为15. 30%和14. 58%,两者偏差为0. 72个百分点,说明回归模型准确。最优结构参数组合下双齿轮式排肥器的台架试验结果表明,排肥量可通过排肥轮转速线性调节,排肥均匀度变异系数为15. 42%,与仿真值及理论值基本一致;同等条件下外槽轮排肥器的排肥均匀度变异系数为20. 29%,试验排肥器排肥均匀度变异系数提高了31. 58%,排肥均匀性得到明显改善。     

斜口螺旋精控排肥器优化设计与试验

为解决螺旋排肥器排肥流量不均匀影响精控施肥的问题,在通过排肥过程肥料运动状态仿真分析确定其排肥不均原因的基础上,采用倾斜排肥口的结构设计以提升排肥均匀性。利用EDEM建立斜口螺旋排肥器仿真模型,以斜口长度x1、斜口角度x2、开口宽度x3试验因素,排肥流量变异系数为试验指标,进行二次通用旋转组合设计试验研究。试验结果表明：试验因素对试验指标的影响主次顺序为x3、x2、x1,且当x1为105mm、x2在30°~44°范围内、x3在40.05~55.00mm范围内时,排肥流量变异系数σ小于15%,排肥均匀性较佳。采用台架试验对传统及斜口螺旋排肥器进行对比试验,结果证明：转速60r/min时斜口螺旋排肥器排肥流量变异系数σ为13.59%,与理论优化值相吻合,且斜口螺旋排肥器均优于传统螺旋排肥器。同时基于实测的排肥器排肥转速流量曲线,设计一种排肥控制器并进行台架试验,结果表明其可实现精控施肥。     

水平涡轮叶片式精量排肥器设计与试验

为提高排肥均匀性,以大颗粒尿素为研究对象,设计了一种水平涡轮叶片式精量排肥器,对关键参数进行了设计与机理分析,确定了影响排肥均匀性的影响因素和参数范围,并基于离散元仿真软件确定了对数螺旋线叶片曲面参数。以涡轮叶片数量、涡轮转速和排肥口开度为试验因素,进行了排肥量的单因素试验和排肥均匀性的Box-Behnken多因素试验,结果表明,排肥量与转速呈良好的线性关系,决定系数R2不小于0.96,对于确定叶片数量的排肥涡轮,可匹配不同排肥口开度的涡轮底盘并实时控制排肥涡轮转速来调节排肥量,易于实现变量施肥作业,且排量范围内排肥均匀性较好;涡轮叶片数和排肥口开度的交互作用对排肥均匀性影响高度显著,各因素影响的主次顺序为涡轮叶片数、涡轮转速和排肥口开度;当涡轮叶片数为8个、涡轮转速为98r/min、排肥口开度为40°时,排肥均匀性系数为97.24％,实际试验验证结果与优化结果相吻合;对磷酸二胺颗粒肥料的适应性验证试验结果表明,两种颗粒肥料排肥器排肥均匀性系数接近97%,排肥量稳定性变异系数小于2%,排肥器具有较好的排肥均匀性和排量稳定性;对比分析目前常用外槽轮排肥器,设计的水平涡轮叶片式精量排肥器有效地提高了颗粒肥料的排肥均匀性。     

插板式叶轮排肥器安装角度的优化与试验

为改进插板式叶轮排肥器的肥料填充性能,针对插板式叶轮排肥器的安装角度,采用离散元仿真技术进行了试验研究。以体积确定的叶轮槽轮单圈排肥量作为基准,在叶轮转速30r/min、开度40mm的条件下,对安转角度从0°~90°开展7组离散元仿真试验。结果表明:安装倾角为36.4°时,排肥器单圈排肥量与基准值一致,且在该角度±10°范围内均满足相对误差小于5%的施肥要求。在该安装角度下开展了3种肥料的验证试验,结果表明:安装角度为36.4°时,不同肥料单圈排肥量与开度呈线性关系,开度全调节范围内单圈排肥量线性回归的R 2为0.995以上,满足插板对工作长度调节的需求,与仿真结果基本吻合。本研究为插板式叶轮排肥器的设计优化提供了参考和理论依据。     

螺旋槽轮式排肥器对肥料块破碎效果的仿真试验与研究

为解决排肥过程中因肥料结块导致排肥不均与堵塞的问题,本研究基于离散元方法建立肥料块Bonding模型,依照Box-Behnken试验设计原理,以转速、截面形状、螺旋升角为自变量,以排肥均匀度变异系数和肥料块粘结键断裂率为响应值,采用三因素三水平响应面分析方法,对各因素及其相互作用进行分析。仿真结果表明：3个因素对肥料块粘结键断裂率影响的主次顺序分别为螺旋升角、截面形状、槽轮转速;对排肥均匀度变异系数影响的主次顺序分别为槽轮转速、截面形状、螺旋升角;螺旋槽轮最佳工作参数组合为：槽轮转速为21r/min、截面形状为勺型、螺旋升角为70°,最佳工作参数组合下的肥料块粘结键断裂率为97.67%,排肥均匀度变异系数为8.56%。     

叶片式排肥器参数优化设计与分析

为解决带有纵向螺旋钢丝的水田深施肥机具施肥量调节问题,设计了一种叶片式排肥器。同时,建立叶片式排肥器的数学模型,将结构轻巧和叶片间无间隙、排肥口近圆形确定为优化目标、排肥器结构要求作为约束条件,应用Visual Basic 6.0编写叶片式排肥器肥量调节软件对叶片式排肥器进行运动学优化。软件得到优化参数范围为:调节叶片及圆弧槽数量8个;叶片连接座销孔分布半径47mm;调节叶片销轴间距离13mm;形成圆弧槽曲线参数φ和θ分别为30°~40°和60°~75°。根据优化结果,应用Visual Studio 2010编写的叶片式排肥器参数化平台,可实现三维实体模型在Pro/E中快速生成,通过仿真对比分析对参数优化结果进行验证,并确定了圆弧槽曲线参数φ和θ分别为40°和60°。仿真结果表明:排肥器结构轻巧,排肥口变化均匀且叶片运动良好,设计的叶片式排肥器能够满足预期的设计要求。     

基于EDEM的螺旋式排肥器排肥性能研究

为优化改进螺旋式排肥器在热带果园中的施肥效果,在试验统计获得肥料颗粒物理及相关力学仿真参数的基础上建立了颗粒肥料的EDEM模型,并通过对其与螺旋式排肥器数字化模型耦合进行排肥过程仿真分析。通过随机选取料箱左、中和右侧的单个肥料颗粒,获得了不同位置的仿真运动轨迹、速度与受力变化曲线图。数据分析结果表明:不同转速下的排肥螺旋单圈排肥量变异系数均小于2%;螺旋叶片直径对排肥量影响显著(P0.05),呈线性负相关;螺距和排肥轴转速对排肥量影响极显著(P0.01),呈线性正相关。建立的螺旋式排肥器模型结构合理,排肥过程稳定性与均匀性较好,可为螺旋式排肥器的优化设计提供参考。     

基于EDEM的链勺式平贝母排种器仿真试验研究

针对现有平贝母播种技术播种不均匀问题,设计了一种播种均匀性良好的链勺式平贝母排种器,利用离散元仿真软件(EDEM)并采用三因素五水平正交法进行排种器工作过程模拟,分析了不同机车行走速度、排种链转速、勺的直径对10 cm内种贝数量的合格率的影响。仿真结果表明当机车行走速度为1.99 km/h、排种器转速为33.31 r/min、勺的直径为40 mm时排种性能较好。为验证排种器的工作性能,进行了田间试验,10 cm内种贝数量的平均合格率为92.71%,结果表明链勺式平贝母排种器的播种均匀性好,满足平贝母播种要求,为平贝母播种器的研制提供理论参考。     

基于EDEM的垂直螺旋式排肥器性能模拟试验

在粮食种植过程中,施用化肥能够提高作物单位面积产量,传统的肥料配比构成与施肥模式都在发生着变化,研究和实施高产低耗、优质高效的农业生产模式,促进了对精准农业相关技术的研究.课题组利用SolidWorks三维建模软件绘制出排肥机构模型,运用离散元软件EDEM进行排肥性能虚拟试验,对颗粒肥的动态和静态过程进行模拟仿真,分析...     

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。     

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。     

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。     

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。     

液肥深施机差动式双向供肥分配装置设计与试验

针对深施型液态施肥机分配器工作效率低及液肥能量损失大问题,设计了与斜置式扎穴机构相配套的差动式双向供肥分配装置。为了避免差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构之间连接的软管发生缠绕,采用双行星轮-内齿圈组合机构的传动原理,并根据斜置式扎穴机构喷肥针肥路接口的运动特性,确定差动式双向供肥分配装置各组件的传动比;为满足喷肥针入出土即刻喷肥特性,进行了差动式双向供肥分配装置空间凸轮的设计,得到相应的结构参数:推程运动角31.8°、回程运动角25.6°、平均圆柱半径100 mm、行程最大值6 mm。对行星轮进行运动学分析,得到行星轮的运动轨迹方程。进行差动式双向供肥分配装置性能试验,记录在一个工作周期内差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构每次间隔旋转45°时的输肥软管运动状态,验证软管会否发生缠绕;以液压泵压力为影响因子,分别测得不同水平下每5 s内的施肥量,求得喷肥针与液压泵出口处的流速,并得到差动式双向供肥分配装置液肥能量损失值及节能损失规律,分配装置具有高效率的喷肥性能。     

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。     

水稻无人机撒肥系统设计与试验

针对水稻穗肥撒施效率和机械化程度低的问题,为提高无人机撒肥均匀性,基于多旋翼无人机平台设计了一种水稻撒肥系统,确定了离心盘、流量调节装置等主要结构参数,同时应用EDEM软件仿真分析了离心盘转速、落入位置角、肥料流量、无人机飞行速度和飞行姿态对肥料分布的影响.试验表明:肥料分布呈同心圆时,撒肥有利于幅宽边界确定;幅宽随着...     

四槽轮配肥器肥料颗粒碰撞掺混离散元分析与优化设计

为解决精准施肥过程中变比配肥施肥机械搅拌掺混效率低、掺混均匀度一致性差等问题,设计了一种带有二次碰撞掺混锥形体的四槽轮变比配肥器,可根据4种肥料的需肥量控制4个槽轮以不同转速排肥,二次碰撞掺混腔实现变比配肥的非机械搅拌均匀掺混。测定了4种肥料颗粒的物料特性及在不同含水率条件下的破碎力和粘附力。采用离散元法,选用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,分析4种肥料排料运动和碰撞掺混规律。通过正交试验和方差分析,发现槽轮转速在20～80 r/min范围内时,转速对掺混偏离度标准差影响不显著,四槽轮变比配肥器可以实现变比配肥均匀掺混;优化设计二次碰撞掺混锥形体在圆柱形掺混腔内最优高度为12.1 mm,在此高度下二次碰撞掺混锥形体锥角为57.9°。利用力链分析肥料颗粒在槽轮排肥器工作时受力分布,解算4种肥料颗粒所受到的挤压力均小于其破碎力,变比配肥时不会造成肥料颗粒破碎。另外,利用高速摄影分析不同频率、振幅的振动对肥料颗粒碰撞掺混的影响,发现振动对碰撞掺混均匀度影响很小;进行变比配肥碰撞掺混试验,试验结果表明,各组配肥掺混均匀度基本一致,实现了多种肥料的变比配肥和非机械搅拌均匀掺混。