锥形撒肥圆盘中肥料颗粒运动模型优化与试验

针对锥形撒肥圆盘存在抛施肥均匀性差、相关理论和解析模型研究较少等问题,建立了肥料颗粒在锥形撒肥圆盘上及空气中的运动模型。分析锥形撒肥圆盘结构和运动参数对肥料颗粒自旋性的影响,将肥料颗粒的自旋性充分考虑在整个运动过程中,进而得到影响抛撒均匀性及抛撒幅宽的主要因素。采用正交试验方案研究了叶片长度、叶片倾角、锥形撒肥圆盘转速对肥料颗粒抛撒的横向变异系数的影响。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:叶片长度为145 mm、叶片倾角为0°、锥形撒肥圆盘转速为1 200 r/min时,抛撒的横向变异系数为5.80%,满足抛施肥作业要求。该研究可提高马铃薯锥盘式撒肥机施肥作业效率,为锥盘式撒肥机的设计提供理论参考。     

离心圆盘式撒肥机撒肥均匀性试验

为了开展基于作物实时传感器的田间变量作业离心圆盘式撒肥机的研究,综合考虑已设计的离心圆盘撒肥机的结构和机理,选取并分析撒肥高度、圆盘叶片位置角、肥料下落位置角3个关键参数对双圆盘离心撒肥机撒肥均匀性的影响。基于Design-Expert的试验设计,进行了响应面分析试验和单因素试验,分析各因素对撒肥均匀性的影响。响应面分析试验结果表明,各因素对分布变异系数影响由大到小分别为下料位置角、撒肥高度、叶片位置角;经参数优化后,撒肥高度为68. 80 cm、下料位置角为60°、叶片位置角29. 63°时,肥料分布变异系数最小,为9. 95%;验证试验结果表明,分布变异系数预测值的平均值为9. 95%,试验值的平均值为18. 93%,平均相对误差为47. 26%。单因素试验结果表明,单个因素变化下,撒幅范围内肥料质量分布变化明显;撒肥高度为70 cm、下料位置角为30°,当叶片位置角取22. 5°时,肥料分布变异系数最小,为22. 87%;下料位置角30°、叶片位置角为22. 5°,当撒肥高度取80 cm时,肥料分布变异系数最小,为17. 26%;以分布变异系数最小原则,撒肥高度为80 cm、叶片位置角22. 5°,当下料位置角取60°时,肥料分布变异系数最小,为15. 76%。     

宽幅高效离心式双圆盘撒肥机设计与试验

为解决现有水旱田撒肥机械作业效率低、撒肥量调节技术落后、施肥均匀性稳定性差等实际问题,设计了一种同轴驱动的离心式双圆盘撒肥机。介绍了整机结构与工作参数,研究设计了撒肥传动系统、撒肥盘结构、排肥量液压调节装置等,并确定了关键结构和参数,同时进行了试验研究。试验结果显示,推肥板推肥角度-20°~30°可调,撒肥幅宽达到50m,总排肥量稳定性变异系数低于6%,施肥均匀性变异系数低于16%。研究结果表明,撒肥机工作性能稳定、撒肥量可控、抛撒均匀,整机设计满足水旱田宽幅高效撒肥作业要求。     

茶园施肥机离心撒肥过程仿真与参数优化

针对目前茶园中无专用施肥或撒肥装备,传统的大田撒肥装置无法适应茶树较窄行距的问题,根据茶树行距和肥料特性,设计了叶片位置倾角可调的偏置式撒肥离心盘。基于撒肥过程的受力和运动分析,以肥料颗粒为对象,建立其在离心盘上运动的动力学模型。基于Design-Expert的正交试验设计和中心组合曲面响应设计,首先进行撒肥过程的离散元仿真,建立颗粒分布变异系数与施肥机行走速度、离心盘叶片个数、叶片偏置角度等因素之间的关系模型并解析;然后进行撒肥工作参数的优化。结果表明,各因素对分布变异系数影响的主次顺序为:叶片个数、偏置角度、行走速度;叶片个数与偏置角度的交互作用对分布变异系数的影响较为明显,叶片个数与偏置角度的交互作用对分布变异系数的影响较弱;经回归分析和优化可知,当叶片个数为5、偏置角度为13.44°、行走速度为0.6 m/s时,分布变异系数达到最小值6.12%;验证试验的实测值与模型理论值的平均相对误差为11.18%。因此,基于离散元的撒肥过程仿真可用于离心式撒肥装置工作参数的优化,并可获得较好的茶园撒肥均匀性。     

桑园自走式变比配肥定向撒肥机设计与试验

为实现桑园内氮、磷、钾和有机肥按需均衡施肥,保障桑叶产量、质量,减小肥料不合理使用造成的面源污染,设计了一种能够变比配肥和定向撒肥的桑园自走式变比配肥定向撒肥机。根据桑园农艺要求设计的整机长为1450mm、宽为655mm、高为1141mm,并对履带行走系统、变比配肥掺混机构进行设计。通过离散元法对变比配肥掺混过程和撒肥盘撒肥效果进行仿真分析,发现槽轮转速在20~80r/min范围内,配肥偏离度标准差低于0.4,掺混均匀性较好;抛撒肥料时,曲线形叶片撒肥盘肥料分布呈对称形状,撒肥效果较好。通过正交试验优化设计定向撒肥板长度为450mm、高度为80mm、折弯角为100°。通过响应面法分析因素对撒肥分布变异系数的影响,主次顺序为：撒肥盘转速、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离、整机作业速度,并确定较优工作参数：撒肥盘转速为290.1r/min、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离为88.2mm、整机作业速度范围为0.5~0.7m/s。通过田间试验验证,桑园自走式变比配肥定向撒肥机工作时撒肥分布变异系数低于40%,试验表明自走式桑园变比配肥定向撒肥一体机田间工作时具有较高的可靠性。     

离心式撒肥机撒肥部件研究设计

通过分析推肥板在撒肥圆盘上的布置对肥料颗粒在撒肥圆盘上运动的影响,得出推肥板在撒肥圆盘上的布置形式,计算了肥料颗粒的抛撒半径。据此设计了一种离心式撒肥机用的撒肥部件,并简介了撒肥部件的结构及参数的确定。试验及大面积生产考核证明,该离心式撒肥部件效率高,肥料撒施均匀,能够满足新疆兵团农场对全耕层施肥的要求。     

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...     

离心匀肥罩式水稻地表变量撒肥机设计与试验

为实现水稻生长周期内区域性实时变量施肥,提高机械化施肥作业效率和肥料利用率,结合水稻施肥农艺特点和近地光谱技术,设计了一种基于传感器的双圆盘离心匀肥罩式水稻地表变量施肥机。对光谱检测装置、决策控制系统、变量执行机构等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103核心控制器的反馈系统,结合专家施肥策略响应目标施肥量。以闸口排肥流量A、撒肥圆盘转速B、整机行进速度C为影响因素,颗粒分布变异系数Cv和施肥量相对误差γ为评价指标,设计三因素三水平撒肥性能正交试验。性能试验结果表明:在目标作业幅宽内(24 m),影响Cv主次因素为A、B、C,影响γ主次因素为B、A、C,综合选择较优的工作参数因素水平组合为:A2B2C2,即排肥流量300 g/s,圆盘转速600 r/min,整机行进速度1.2 m/s时,Cv=13.82%,γ=9.54%,整机撒肥性能最优。田间试验结果表明:与性能试验相比,Cv误差均值为9.19%,γ误差均值为9.25%。研究结果表明离心式变量施肥机满足撒肥均匀性和施肥量准确性要求,提高了离心式变量施肥机撒肥性能,为圆盘式撒肥机传统的经验式施肥提供了理论基础。     

稻田气力式变量施肥机肥料喷撒器设计与试验

目前水稻施追肥以离心圆盘式撒肥机为主,虽具有幅宽大、作业效率高的特点,但是变量控制精度差。为了满足水稻变量施肥的作业要求,设计了一种气力式变量施肥机,在满足幅宽要求的基础上,还能够实现在幅宽方向上的变量控制施肥。设计了用于该机的肥料喷撒器,对该喷撒器的肥料运动进行了理论分析,并对不同挡板结构的喷撒器进行气流流场模拟分析,对在不同转速下各排肥口的施肥量和不同挡板类型的施肥喷撒器在各自施肥范围内的施肥均匀性进行了试验。试验结果表明：转速对各排肥口的排肥量没有显著性影响,各排肥口的排肥量误差在均值的5%以内;转速和喷撒器的挡板结构类型对单一喷撒器施肥范围内的施肥均匀性具有显著性影响,以施肥均匀性变异系数为指标,排肥轮转速在30r/min左右时,整体排肥均匀性变异系数优于其他转速;而圆锥形挡板喷撒器在所有转速下其排肥均匀性变异系数均优于其他挡板结构的喷撒器,且当排肥轮转速大于30r/min时,该喷撒器的施肥均匀性变异系数小于8%。就挡板结构对喷撒器出口气流场的影响和施肥均匀性进行了比较研究,发现二者具有相似性,初步断定气流场对施肥均匀性具有一定影响。在实际作业过程中为了使单个排肥口的排肥均匀性更好,应当采用圆锥挡板喷撒器,并且在确定作业区域的施肥量下,尽可能调整车速,使排肥轮转速达到30r/min以上,以最大程度保证施肥区域的施肥均匀性。     

免耕播种机侧深分层施肥播种部件设计与试验

为减少追肥机具进地次数、最大限度地提高肥料利用率,针对因秸秆残茬分布不均、侧深施肥导致播种带两侧土壤紧实度不一致而引起免耕播种机横向稳定性差、掉垄的问题,设计了一种可以底肥侧位深施、口肥垂直分施的免耕播种机侧深分层施肥播种部件。以直斜错位双圆盘肥种沟开沟器的圆盘直径、圆盘夹角和圆盘倾角为试验因素,以前进阻力、侧向合力及开沟深度稳定性系数为试验指标,对影响机具横向稳定性和作业质量的参数进行分析和试验。结果表明,当圆盘直径为352 mm、圆盘夹角为14°、圆盘倾角为7.5°时,肥种沟开沟器前进阻力为585.96 N、侧向合力为181.95 N、开沟深度稳定性系数为91.46%。样机性能试验表明,种肥垂直距离合格率为91.7%,种肥侧向距离合格率为92.4%,播种深度变异系数为10.7%,播种横向变异系数为28.4%,满足侧深施肥播种质量要求。     

油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与试验

针对目前我国马铃薯种植机普遍存在的肥料定位不精确问题,结合马铃薯根系分布规律和一垄二行种植模式特点,提出了一种基于曲面排肥与V型防堵结构的分层施肥技术,设计了深度可调式分层施肥开沟器,研究了土壤与开沟部件之间运动关系,并对肥料在曲面分肥板上的运动规律进行了理论分析;以下层排肥量稳定性变异系数为试验指标进行了单因素试验,确定了排肥器最佳槽轮工作长度;在此条件下,以排肥轴转速和曲面分肥板斜面倾角为试验因素,上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为试验指标进行了通用旋转组合试验,运用DPS和Matlab软件进行回归方程显著性分析和参数优化,得出最佳因素组合为排肥轴转速20.5r/min,曲面分肥板斜面倾角15o,此时上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.30%。最优参数下的重复试验结果表明,平均上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.71%,试验值与理论值相近;同时田间排肥性能试验结果表明,该开沟器作业流畅,排肥性能满足马铃薯施肥要求。     

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。     

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。     

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...     

肥料抛撒机颗粒肥料抛撒运动分析

为探讨肥料抛撒机的撒肥性能,从理论上分析了颗粒肥料在撒肥盘和脱离撒肥盘后的运动机理和颗粒肥料脱离撒肥盘的条件,并通过分析颗粒肥料在撒肥盘和脱离撒肥盘后运动过程中的受力情况,建立了相应的运动方程,进一步得到了颗粒肥料离开撒肥盘时速度的函数关系以及颗粒抛撒幅宽的函数关系,可为肥料抛撒机设计优化和研究提供较好的参考。     

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。     

基于EDEM的变量撒肥机性能分析与试验

为解决现有撒肥机颗粒肥料抛撒均匀性差且无法实现变量撒肥等问题,设计了一种双圆盘离心式液控变量撒肥机.首先,介绍了该离心式撒肥机的结构及工作原理,利用离散元仿真软件EDEM进行圆盘转速、搅龙转速、行走速度对撒肥均匀性单因素离散元仿真分析,并进行室外试验.结果表明:颗粒肥料抛撒均匀性最佳组合为:圆盘转速1600r/min、...     

果园开沟施肥机导肥机构的优化设计

针对果园开沟施肥不均匀的问题,采用离散元仿真设计对果园开沟施肥机的导肥机构进行优化。首先,分析肥料颗粒的物理参数,结合肥料颗粒下落过程中的动力学分析,建立肥料颗粒在三种导肥机构中的动力学模型。然后,先对A型、B型、C型三种导肥机构进行离散元仿真试验,分析优化出最佳C型导肥机构;最后对不同曲率半径下的C型导肥机构进行施肥均匀度仿真试验,利用边缘区域与中间区域的变异系数评价施肥均匀度,分析优化出C型导肥机构的最佳曲率半径。仿真与样机果园试验结果表明:C型导肥机构边缘区域与中间区域变异系数最小,施肥均匀度最高,A型导肥机构次之,B型导肥机构最低;在不同曲率半径的C型导肥机构中,曲率半径为600mm时,C型导肥机构边缘区域与中间区域变异系数最小,施肥均匀度最高;优化后变异系数由0.48减小到0.21,施肥均匀度提高56.25%。为果园开沟施肥机设计加工提供科学依据。     

基于CFD-DEM的集排式分肥装置颗粒运动数值分析

为研究气力集排式分肥装置中肥料颗粒的流动特性,本文通过离散元法与计算流体动力学耦合仿真的方法进行分肥装置颗粒运动数值分析。在气固耦合模型中,使用EDEM软件模拟固相肥料颗粒,Fluent软件描述气体相。通过研究分配器旋盖锥角和波纹管直径对气流压力、风速及肥料颗粒运动特性的影响,确定分肥装置最佳结构参数,并基于该结构进一步研究入口风速和施肥速率对分肥装置分肥均匀性的影响。模拟仿真和台架试验结果表明:分配器旋盖锥角为120°、波纹管直径为80 mm时,气流和肥料两相在分肥装置中流动性和均匀性最优。在入口风速为25～35 m/s,施肥速率为0. 26～0. 44 kg/s条件下,分肥装置各行施肥量的变异系数均不大于4. 9%,对不同种类肥料的分配精确性和均匀性满足施肥作业要求。