外槽轮排肥器排肥离散元仿真及排肥舌参数优化

为通过优化外槽轮排肥器排肥舌结构,以提升其排肥均匀性,利用EDEM建立外槽轮排肥器的离散元仿真模型,对其排肥作业过程进行模拟仿真,通过肥料颗粒运动状态仿真结果验证肥料颗粒流动特性。应用虚拟试验方法,分析排肥舌倒角结构参数变化对肥料颗粒流动特性的影响。结果表明:排肥流量变异系数随着排肥舌倒角的增大而先减小后增大,两者间呈负抛物线型二次函数关系,且在排肥舌倒角弧长与单个凹槽弧长比值为0.85时,外槽轮排肥器排肥质量波动最小,排肥均匀性最佳。验证试验结果表明:配装最优结构排肥舌的外槽轮排肥器排肥流量变异系数最小,具有最佳的排肥均匀性,比传统平端排肥舌排肥流量均匀性提高了49.9%。     

纳米碳肥料增效剂在秋马铃薯上的应用试验

以常规施肥作对照,研究了纳米碳肥料增效剂在不同施肥量对秋马铃薯产量、植株抗逆性和经济效益的影响。结果表明:纳米碳肥料增效剂在秋马铃薯产量上表现出一定的增产效果,增产幅度在0.76~3.31%;具有明显的节肥作用,节肥可达10%~40%;提高抗逆性,植株生长健壮。综合各项指标,70%常规施肥+0.3%纳米碳肥料增效剂为最佳施肥量。     

基于EDEM的反转啮合齿轮式排肥器的仿真设计与试验

针对外槽轮式排肥器排肥流量均匀性不高的问题,设计了一种反转啮合齿轮式排肥器,利用排肥盒内设置的啮合排肥齿轮反向啮合传动将肥料经齿槽从两侧连续交替排出,提高排肥流量均匀性,并通过试验检验其排肥性能。对反转啮合齿轮式排肥器排肥量和流量进行理论分析,确定对排肥量和流量的数学模型。为比较反转啮合齿轮式排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低,在保持排肥器结构参数不变的情况下,设计单因素试验,选取硫酸钾为试验肥料,以排肥轮转速为试验因素,以排肥均匀性为试验指标,设计对比仿真试验,转速分别为30,45,60,75,90r·min-1。利用EDEM建立排肥器离散元仿真模型,进行仿真试验,采集试验数据并对采集数据进行统计分析。结果表明:反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性系数均值较外槽轮式排肥器提高32.0%,且方差分析结果显示排肥轮转速对反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性有极显著影响(p0.0001)。拟合反转啮合齿轮式排肥器排肥流量均匀性随转速变化规律方程,拟合方程相关系数R2=0.9754。随机选取转速为40,65,73,86r·min-1,对拟合方程进行验证试验,计算验证试验均匀性系数均值并与拟合方程结果进行对比,验证试验结果较拟合结果误差均小于2%。     

基于遗传算法的螺旋双轮排肥器优化设计与试验

【目的】对传统单螺旋排肥器排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性低的问题进行改进。【方法】通过离散元法仿真分析单螺旋排肥器的排肥过程，针对单螺旋排肥器排肥均匀性低的问题设计一种螺旋双轮排肥器；通过理论分析确定该螺旋双轮排肥器理论排肥量，并建立以中心距、螺距、叶片高度、叶片厚度、螺旋叶片内径为设计变量，有效储肥体积为目标函数的数学模型，利用遗传算法对排肥器进行结构优化，并以史丹利复合肥颗粒为肥料对螺旋双轮排肥器进行台架试验验证。【结果】优化后结构参数分别为中心距49.8 mm,螺距32.5 mm,叶片高度15.2 mm,叶片厚度2.3 mm,螺旋叶片内径13.6 mm。对优化后的排肥器进行台架对比试验，在不同转速下螺旋双轮排肥器较单螺旋排肥器排肥均匀性波动系数平均减少26.62%,实际排肥量平均提升75.41%,并得到螺旋双轮排肥器转速与排肥量的线性函数方程。【结论】螺旋双轮排肥器解决了单螺旋排肥器的现存排肥流量波动问题，优化后的排肥器排肥均匀性更好，排肥量更大，且可实现转速变化控制精量施肥。     

再生稻气力式肥料集排装置的设计与试验

针对再生稻传统追肥作业中施肥量不均匀、肥料利用率低等问题,设计了一种气力式肥料集排装置。对影响施肥性能的主要因素进行四元二次回归正交旋转中心组合试验,以各行排肥量一致性变异系数作为评价指标建立回归模型,研究进肥角度、进肥高度、波纹管长度及排肥轴转速对各行排肥量一致性的影响。结果表明,影响此气力式肥料集排装置各行排肥量一致性变异系数的主要因素顺序为排肥轴转速>进肥角度>波纹管长度>进肥高度。采用Design-Expert10.0软件进行优化分析得出最佳的参数组合：进肥角度54°、进肥高度216 mm、波纹管长度200 mm、排肥轴转速47 r·min^-1,此时各行排肥量一致性变异系数为1.71%,施肥均匀性较好,能够满足再生稻追肥要求。     

圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

针对外槽轮式排肥器存在排肥流量均匀性较差的问题,设计一种圆弧齿轮排肥器。对排肥轮结构进行理论分析,建立排肥量数学模型,并确定在结构参数不变的情况下,影响排肥器排肥量的工作参数。设计仿真试验,研究工作参数对圆弧齿轮排肥器排肥量的影响、对比圆弧齿轮排肥器与外槽轮式排肥器排肥流量均匀性高低;设计验证试验,检验仿真试验可靠性;结果表明:1)因调肥隔板与排肥轮间存在间隙,导致肥料堆积产生滑移现象,排肥器无法通过改变工作槽段长度对排肥量进行稳定调节,但排肥轮转速可线性改变排肥器排肥量,且排肥轮转速与排肥流量间存在线性关系;2)圆弧齿轮排肥器较外槽轮式排肥器排肥流量变异系数平均减小30.14%,排肥流量均匀性有了较大的提高;3)台架试验值与离散元仿真值相对误差值均小于2.5%,离散元仿真试验结果可靠。     

基于CFD-DEM的排肥用波纹管结构优化设计与试验

为探究波纹管结构参数与输送均匀性的关系，获得最优参数组合以提高气力排肥均匀性。本文基于CFD-DEM耦合仿真技术构建了以排肥均匀性变异系数为响应值的二次响应面模型，在单因素试验的基础上采用BDD法研究了波纹管幅宽、波纹间距和波长之间交互作用对排肥均匀性的影响，并获得了波纹管的最佳参数组合，最后进行台架试验对仿真模型与优化结果进行验证。仿真试验结果表明，排肥均匀性变异系数随波长、幅宽、波纹间距的增加先减小后增加，波纹管结构参数对排肥均匀性的影响显著性顺序为幅宽>波长>波纹间距。波纹管最优结构参数为波长18.103 mm,波纹间距12.158 mm,幅宽8.863 mm,此时排肥均匀性变异系数为7.5%。单因素台架试验中尿素颗粒仿真预测值与台架实际值变化趋势一致，数值基本重合，最优参数组合波纹管排肥均匀性变异系数与仿真试验预测值相对误差的均值为5.84%,说明仿真模型精确可靠。复合肥颗粒变化趋势与尿素颗粒基本一致，说明仿真模型具有普适性。本研究可为波纹管的使用与优化提供参考。     

不同施肥水平对马铃薯农艺性状及产量的影响

[目的]为冬作马铃薯高效合理施肥提供理论依据。[方法]试验采用N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶2的肥料配比,氮素基准设4个水平:90、1351、80和225 kg/hm2,不施N肥为CK,研究不同施肥水平下马铃薯主茎数、株高、块茎数量与产量的差异。[结果]不同施肥水平下马铃薯主茎数、株高、块茎数量与产量差异显著。主茎数与施肥量在一定范围内呈负相关;随着施肥量增加,株高表现出"U"形变化趋势,N肥水平为180 kg/hm2时植株最矮;N肥水平为135 kg/hm2时增产效果最好,比对照增产64.9%。其次是90 kg/hm2,增产8.0%。[结论]该配方肥中N肥水平为90~135 kg/hm2时,对马铃薯有较好的增产作用。     

马铃薯“3414”田间肥料效应试验分析与总结

通过马铃薯"3414"田间肥料效应试验,获得马铃薯最佳施肥量、施肥比例、施肥时期、施肥方法。掌握各个施肥单元不同作物优化施肥数量,提高肥料利用率,构建马铃薯施肥模型,为马铃薯分区和肥料配方提供理论指导。     

滴灌施肥对辣椒产量和效益的影响

[目的]探讨滴灌施肥对辣椒辣椒产量和效益的影响。[方法]对大棚辣椒畦灌冲肥和滴灌施肥进行了比较试验。研究不同施肥量的滴灌施肥对辣椒产量、节水、节肥效果、大棚环境、肥料利用率、经济效益的影响。[结果]滴灌施肥条件下不同的施肥量对温室辣椒生长、产量和生理特征都应有一定的影响。畦灌冲肥存在肥料利用率低、浪费大、用工多等问题,采用滴灌施肥是一个较好的解决途径。[结论]该研究为辣椒水肥一体化肥料的合理施用提供参考。     

香蕉假茎自动对靶精准施肥装置的设计与试验

目的 针对华南地区蕉园施肥模式不能满足农艺要求、施肥效率低以及施肥机械自动化程度低等问题,设计一种香蕉假茎自动对靶精准施肥装置。方法 根据蕉园实际沟施过程和农艺要求,确定装置的控制原理和关键部件的安装位置,并基于此建立施肥时间滞后模型;对外槽轮排肥器结构进行创新设计,建立排肥机构单圈排肥量和周期排肥量的数学模型,并通过EDEM仿真对肥料运动特性进行验证。采用响应曲面优化方法对排肥机构的工作参数进行优化,满足香蕉在不同生长时期的需肥要求,并以施肥量变异系数、施肥长度变异系数和假茎中心偏移距离为评价指标,进行最优参数组合下的田间试验,进一步验证精准施肥装置的工作性能。结果 确定排肥机构最优工作参数为：排肥轴转速85 r/min,槽轮内芯初始有效工作长度6 mm。田间试验结果表明,施肥量变异系数和施肥长度变异系数均小于4%,假茎中心偏移距离平均值最高为7.4 cm,满足农艺要求。结论 该施肥装置工作性能可满足香蕉施肥要求,本研究可为蕉园精准施肥装置的设计提供参考。     

2FF-100丘陵山地果园施肥覆土机的设计与试验

针对丘陵山地果园不适宜大型机械作业、果园施肥劳动强度大的现状,研制了2FF-100小型丘陵果园施肥覆土机,机具采用外槽轮式排肥器和螺旋搅拢覆土装置,可将肥料深施于宽30 cm左右的沟内,同时完成覆土作业,施肥量0.3～1.0 kg/m,覆土宽度1 m,排肥均匀,满足了丘陵果园开沟施肥覆土的农艺要求。     

基于微型开沟机的施肥覆土装置设计

为实现开沟施肥覆土一体化联合作业,在微型手扶开沟机基础上,设计了排肥装置和覆土装置,主要有排肥装置的肥料箱、重心配置、覆土板和仿形装置结构设计。实现了动力从行走轮传到排肥器、肥料箱重心稳定、排肥量可调、覆土板能在上下高度差约80 cm实现仿形功能。田间试验结果表明,设计配有排肥和覆土装置的开沟机工作时施肥量达到50 kg/h, 覆土率达78.3%, 覆土均匀度较好。     

叠片式啮合圆弧齿轮排肥器设计与仿真试验

为达到稳定排肥、排肥流量可调控的目的,设计了改善排肥流量均匀性的叠片式啮合圆弧齿轮排肥器。通过对排肥器结构设计与理论分析确定影响叠片式啮合圆弧齿轮排肥器排肥量的主要因素为排肥器工作槽长与排肥轮转速。设计仿真试验研究排肥器排肥量随影响因素变化规律,对结果进行台架试验验证。结果表明：选取排肥量变化曲线拟合斜率表征排肥流量,发现排肥流量可调控且与工作槽段长度、排肥轮转速存在线性关系,线性拟合结果显示校正决定系数分别为0994、0990;试验值与仿真值相对误差值较小,仿真试验结果可靠;与外槽轮式排肥器相比变异系数平均减小65%,排肥流量均匀性有了较大的提高。该结果对排肥器的创新设计与理论研究提供了参考。     

果园开沟施肥覆土机的设计与试验

【目的】针对我国林果施肥劳动强度大、施肥效率低的特点,设计一种果园开沟施肥覆土机,阐述了该设备的结构特点及工作原理.【方法】对影响施肥效果的各因素进行了正交试验.【结果】施肥量受开沟深度影响最大,受挤排肥铰龙转速影响次之,受机具前进速度影响最小;排肥均匀性变异系数受排肥铰龙转速影响最大,受开沟深度影响次之,受机具前进速度最小.【结论】当机具前进速度为1.5km/h,开沟深度为250mm,排肥铰龙转速为60r/min,施肥效果较好.     

风送式集中排肥系统的设计与试验

针对外槽轮排肥装置施肥作业均匀性不高的问题,设计一种风送式集中排肥装置及同步施肥控制系统。通过台架试验比较直槽、交错槽和螺旋槽3种排肥轮结构的排肥性能,并建立排肥轮转速与排肥速率的线性回归方程;基于北斗+GPS系统和限幅平均滤波算法提高行驶速度的监测精度,并据此开发施肥控制系统。结果表明：1)排肥轮转速为10～60 r/min时,螺旋槽结构排肥轮具有较好的排肥性能,排肥量稳定性变异系数和各行排肥量一致性变异系数分别为0.15%和1.57%,排肥量均匀性变异系数<4%。2)排肥轮转速<60 r/min时,施肥控制系统的施肥调整响应时间<0.85 s;当理论施肥量和平均作业速度分别为300～600 kg/hm²和5.22 km/h时,施肥准确率>95%。该风送式集中排肥装置及施肥控制系统可以实现同步、精量和均匀施肥作业。     

再生稻气送式双侧施肥装置的设计与试验研究

为解决再生稻追肥的施肥不均和施肥量调节不准问题,设计了一种再生稻气送式双侧施肥装置.利用三因素二次回归旋转组合试验研究排肥轴转速、槽轮工作长度、分肥器角度对施肥性能的影响,并建立了总排肥量稳定性变异系数、各行排肥量一致性变异系数的回归数学模型.结果表明,影响总排肥量稳定性变异系数的顺序为排肥轴转速、槽轮工作长度、分肥器...     

间隙啮合渐开线齿轮排肥器的结构优化仿真及试验

为解决排肥器排肥不均匀的问题,设计了间隙啮合渐开线齿轮排肥器,为考察排肥齿轮结构参数对排肥均匀性的影响规律,在理论分析的基础上应用离散元法对排肥过程进行仿真分析。以排肥轮齿数、排肥轮间隙、轮齿压力角为试验因素,以排肥均匀度变异系数为评价指标进行正交优化试验,结果发现,影响排肥均匀度的因素大小为排肥轮齿数排肥轮间隙轮齿压力角,其中,排肥轮齿数对排肥均匀度有显著影响(P0.05),排肥轮的最优结构参数组合为排肥轮齿数12、排肥轮间隙6 mm、轮齿压力角25°,此时排肥均匀度变异系数最小,为17.59%。加工最优结构参数组合下的间隙啮合渐开线齿轮排肥器,并进行台架试验,试验结果显示,台架试验排肥量与理论排肥量相对误差为-0.95%,与仿真值相对误差为-2.41%,台架试验均匀度变异系数为19.01%,与仿真值基本一致,同等条件下外槽轮排肥器的变异系数为31.96%,台架试验排肥器变异系数比外槽轮排肥器变异系数小12.95个百分点,结构优化提高了排肥均匀性,符合设计要求。     

基于离散元法的螺旋式排肥器性能模拟试验

为提高螺旋式排肥器对颗粒肥料的排肥稳定性与均匀性,采用离散元仿真软件EDEM对排肥器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,分析螺旋叶片直径、螺距和排肥轴转速对排肥器排肥性能的影响,获得排肥器工作参数与排肥量和排肥稳定性变异系数的回归数学模型。仿真试验结果表明:影响螺旋式排肥器排肥量的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,排肥量最大为221.2 g/s,最小为54.76 g/s;影响排肥稳定性变异系数的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,通过Design–Expert 8.0进行参数优化,确定排肥器最优参数组合,即螺旋叶片直径100 mm、螺距60 mm、排肥轴转速15 r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值,为8.48%,排肥器排肥性能较为稳定均匀。     

气送式集中排肥器螺旋排肥装置的改进与试验

针对现有气送式集中排肥器螺旋排肥装置稳定性和均匀性较差的问题,提出"排肥装置集中对行排肥+气力输肥"的排肥方式,应用离散元法和台架试验对螺旋排肥装置进行改进。采用EDEM仿真分析型孔截面形状(对称截面、倾斜截面、直行截面),型孔深度和型孔数量对排肥速率、均匀度和各行排肥量一致性变异系数的影响。结果表明:1)当排肥轮转速为30r/min时,优化后的排肥轮结构参数为,倾斜截面、型孔深度15mm、型孔数量8个;2)在排肥轮较优参数及转速为10～50r/min条件下,随着排肥轮转速的增大,排肥速率呈线性增大,各行排肥量一致性变异系数和排肥均匀度变异系数分别低于3.0%和26.0%。使用水稻种植中常用的三宁、住商、中化复合肥进行台架试验,结果表明:1)总排量稳定性变异数和各行排肥量一致性变异系数分别低于2.0%和4.0%;2)排肥速率试验值与模型预测值之间的相对误差小于2%。田间试验结果表明,当施肥量为490.05和588.00kg/hm2时,实际施肥量与施肥量要求之间的相对误差均小于2%。