小型变量施肥机变量施肥研究

[目的]在吉林省中部地区玉米种植模式中实施精准农业,实现变量施肥。[方法]采用步进电机作为小型变量施肥机变量施肥系统动力,用4种代表性肥料作为试验材料,研究排肥轮长度、排肥轮转速和排肥量等因素。[结果]采取控制排肥轮转速和排肥轮长度的方式能够有效控制排肥量。[结论]该方式能够实现精准农业意义上的变量施肥,保证变量施肥系统的稳定性及精密播种准确性。     

步进电机变量施肥系统及施肥方案研究

[目的]为了提升我国农业的现代化、电气化、自动化地位,把变量施肥的理念应用到农业生产中,以提高化肥利用率.[方法]以步进电机作为变量施肥系统的执行机构,选用一台两行精密播种施肥机,4种肥料,4组试验.[结果]确定步进电机变量施肥系统最佳方案.[结论]采用获得最佳排肥轮转速和排肥轮长度的方式,可实现按所在地块测土施肥的目的.     

小型深松施肥机变量施肥机构参数控制研究

[目的]为了提高化肥利用率,保护生态环境,促进农业可持续发展。[方法]选用一台4行深松施肥机,4种肥料,进行4组试验。每种肥料分别在不同的排肥轮长度和不同的转速下进行正交试验,用HMI调节转速,使步进电机按不同转速转动,带动排肥器排肥。[结果]在肥料一定、轮长不变的情况下,步进电机转速与机具前进速度之间存在线性关系。[结论]采用控制排肥轮长度和步进电机转速的方式来控制排肥量是切实可行的。     

智能控制变量施肥机械的试验设计

为提高肥料利用率,尽可能地消除化肥对农业环境造成的污染,设计研制了一种用于变量施肥的机械。该机械主要由信息采集系统、单片机控制电路、步进电机驱动装置、排肥设备组成。传感器采集的信息和机具前进速度输入给单片机控制中心,经运算,求出所需的脉冲数,输送给步进电机驱动器从而控制步进电机变速转动,进而驱动排肥轴输出所需施肥量。试验结果表明,该设备对尿素和碳铵的排肥误差率低于10%,施肥精度较高,可基本实现变量施肥,为下一步的改进和精度提高奠定了基础。     

稻麦变量施肥机施肥状态监测方法

针对稻麦变量施肥机施肥状态监测方法可靠性差等问题,研究设计一种稻麦变量施肥机施肥状态监测方法。该方法用RFP-602薄膜压力传感器来检测排肥管中肥料颗粒的下落状态,对施肥系统的施肥状态进行监测。首先通过仿真试验对RFP-602薄膜压力传感器进行可行性验证;其次使用数字示波器来采集和储存薄膜压力传感器产生的信号,以小波包变换对信号进行能量分解得到特征向量;最后把特征向量导入BP神经网络模型进行识别训练得到分类器,训练得到的分类器经过效果检验后写入单片机,单片机与排肥管上传感器相连接就可以实现监测方法的广泛应用。试验结果表明:该方法监测精度可达95.3%。实现对稻麦播种机施肥系统排肥管堵塞问题的状态监测。     

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。     

基于PID算法的气力式施肥机变量施肥控制系统设计与试验

中国南方的粮食作物以水稻为主,在水稻的种植过程中经常需要根据水稻生长情况进行追肥作业,目前常用的离心圆盘式撒肥机虽然提高了追肥作业的效率,但难以保证施肥精度以及幅宽方向的施肥均匀性,并且目前大多数研究的变量施肥控制系统主要以旱田的变量施肥控制为主,对适用于水稻追肥作业的变量施肥控制系统的研究较为缺乏。针对上述问题,设计了一种基于气力式施肥机与PID控制算法的变量施肥控制系统,该系统与高地隙拖拉机配合使用,主要适用于稻田变量追肥作业。其中以STM32F103芯片为核心,开发了变量施肥控制器;采用增量式PID算法实现了对排肥电机转速的闭环控制;以中海达公司的Qpad-X5为硬件平台,开发了Android上位机软件,最后对系统的跟随性能、施肥精度和施肥均匀性进行了试验。试验的结果表明:系统的平均响应时间为700ms,实际平均转速与给定转速的相对误差小于3%,实际转速跟随给定转速在可接受范围内波动;定速条件下的排肥量相对误差不超过4%,两侧排肥口的排肥量无显著性差异;变速条件下两次试验的相对误差分别为0.6%和0.1%,说明本系统有较高的施肥精度和较好的施肥均匀性,能够满足精准农业的作业要求,同时本研究搭建了稻田气力式变量施肥机平台,为后续的研究打下了基础。     

基于PID算法的变量施肥控制系统设计

本变量施肥自动控制系统,可实现由DGPS定位、GIS确定的地块施肥量,通过PID算法结合了单片机控制和农业机械,将自动控制理论贯穿于整个系统,实现了机电一体化。单片机AT89C51通过RS232接口将上位机的给定施肥量等级与反馈等级比较得到差值,单片机中的增量PID算法子程序改变占空比,从而调节输出控制电压调节电机的转速来改变无级变速器的传动比,来改变排肥轮的转速,调节施肥量。     

变量施肥排肥器的设计与试验研究

通过总结黑龙江垦区多年变量施肥研究经验,提出伺服电动机控制系统,实现变量施肥设计方案。基于试验室试验条件,对系统进行试验分析,验证了排肥器运转的可行性、伺服电动机控制变量施肥的合理性与稳定性,便于以后变量施肥田间试验。最后得出结论,该方案可以满足农业变量施肥要求。     

固体颗粒肥变量撒施控制技术研究现状与展望

变量施肥技术能够按需精准投入肥料,在降低肥料使用量的同时提高作物产量,是实现现代绿色农业发展的重要手段。固体颗粒肥变量撒施控制技术作为变量施肥技术的重要组成部分,能够为实现化肥“减量增效”提供技术支撑。系统分析固体颗粒肥变量撒施控制技术,重点阐述国内外变量撒施、条施控制、工况监测和颗粒肥排肥流量检测技术的研究现状。目前,国内外变量撒施控制技术已基本成熟,近年来的研究主要集中在撒肥盘结构参数优化方面;对于变量条施控制技术的研究主要集中在排肥轴转速控制算法方面,近年来对于排肥轴转速、排肥口开度双变量控制系统的研究已成为热点;工况信息的监测技术已经相对较成熟,但颗粒肥流量的在线检测仍是难点。我国固体颗粒肥变量撒施控制技术研究主要存在控制技术发展不均衡、系统通用性、智能化水平有待提高、市场化程度低等问题。最后为我国变量撒施控制技术的研究与发展提出建议。     

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。     

自动施肥系统开发与性能测试

目的 开发一种适应于以固态水溶肥为原料的自动施肥系统,测试分析自动施肥系统性能。方法 主控机采用ARM9电路控制模块可实现对轮灌编组、预搅拌时长、施肥开始与结束时间、施肥持续时长、施肥量等参数的设置;选择以蠕动泵为注肥装置,通过变频器控制注肥泵电机功率的方式控制注肥速率,控制施肥量。对装置核心部件搅拌器额定功率、计量方式、溶肥搅拌参数、排肥速度及固液相比例等主要参数等进行设计与测试。结果 电感脉冲计量方式标准误差最大值1.26%,误差小、性价比好,确定其为本装置采用的计量方式;搅拌器以1.5 Kw额定功率、38 r/min转速搅拌、肥液浓度在1.1~1.3 g/mL、预搅拌时间30 min时,罐内各液位输出肥液浓度值差异不显著(P< 0.05),达到对肥料浓度均匀性的设计要求。结论 将施肥开始前的预搅拌时间设为30 min、搅拌转速设为38 r/min、肥液浓度不高于1.3 g/mL,输出肥液浓度有较好的均匀性,实现精准施肥。     

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。     

电液驱动式变量施肥闭环控制系统研究

变量施肥技术是精准农业技术的重要组成部分.由于施肥机是通过液压马达驱动的,设计了相应驱动方式下的基于单片机的控制器.该控制器通过串口RS232接收来自田间计算机的控制命令,进行解析处理后生成相应的I/O口信号,经过驱动电路放大后控制执行元件动作.同时,控制器利用车速度传感器、排肥轴磁阻转速传感器通过采样获得排肥轴转速信息,反馈给控制器实现闭环控制.变量施肥试验表明,所设计的变量施肥控制器能满足变量作业的要求.     

电动变量施肥试验台的设计

为了提高化肥的利用率,达到提高产量减少污染的目的,以黑龙江垦区施肥机械为基础,设计一台电动变量施肥试验台。设计的变量施肥试验台标准差范围为4.63~46.9,变异系数在0.121%~1.928%之间,试验台各行一致性的变异系数为1.9%,总排肥量稳定性变异系数为1.5%,能够满足国际农业机械施肥标准,为今后的变量施肥机械提供参考。     

穴式苗-肥同施水稻侧深施肥装置设计与试验

为解决水稻侧深施肥作业相邻秧苗间化肥利用率低的问题,结合穴施肥农艺方法,设计了间歇定点穴式水稻侧深施肥装置.该装置采用垂直螺旋搅龙强排固体颗粒肥,依据预设的插秧与施肥动作之间的延时,控制步进电机的启停实现间歇的排肥动作,进一步控制螺旋搅龙的旋转角度,从而保证定点精量排肥.应用EDEM软件对穴式水稻侧深施肥装置进行仿真试验及分析,以行进速度、排肥能力、施肥高度为试验因素,以施肥位置合格率和排肥稳定性为响应指标,对装置排肥性能进行三因素五水平正交旋转组合试验,并使用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析和响应面分析,获得最优解为行进速度0.47 m/s、排肥能力2.69 g/r、施肥高度16.7 mm,施肥位置合格率93.02%和排肥稳定性6.52%.以最优解为试验参数进行台架试验,验证得到施肥位置的合格率为91.23%和排肥稳定性为7.15%,与优化结果基本一致,满足穴式水稻侧深施肥的农艺要求.     

玉米变量穴施肥控制系统的设计与试验研究

为了降低化肥土壤污染,执行国家绿色减排文件要求,设计了一套玉米变量穴施肥的控制系统。建立自主穴施和同步穴施两种模式,采用圆盘结构挡片与步进电机配合完成玉米穴施肥,利用玉米排种器检测装置实现种肥同步作业。针对两种模式的不同功能,采用模块化设计与程序编写,完成了控制系统的设计。另设计了配套试验台对两种模式进行性能试验,试验结果表明：自主穴施和同步穴施模式的施肥变异性系数平均值分别为2.53%和2.2%;自主穴施模式的穴距合格指数为96%,同步穴施模式的种子与化肥间横向距离合格率为95%,整体施肥变异性系数均满足国家要求。该控制系统具有较高的稳定性与可靠性,为后期玉米穴施肥控制奠定基础。     

基于离散元的施肥机肥料块破碎装置参数的优化

为解决2BF–02型玉米全膜双垄沟扎穴施肥机作业因肥料结块而排肥不顺的问题,设计了一种由箱体和辊轮组成的肥料块破碎装置。在离散元软件EDEM中建立肥料块离散元模型,按照3因素3水平正交试验方案对肥料块破碎装置工作过程进行虚拟试验。结果表明:影响肥料块破碎率的因素由大到小依次为辊轮间距、辊轮转速、辊轮齿数。当辊轮间距为6 mm、辊轮转速为150 r/min、辊轮齿数60个时,肥料块破碎率为98.8%(最高值)。对仿真结果进行试验验证,结果肥料块破碎率为94.4%。     

变量施肥机关键技术研究现状分析

综述了变量施肥机测土配方图生成系统、控制系统及排肥机构等领域的研究状况。目前变量施肥机主要采用离线式变量施肥方式,根据土壤养分离散采样,并进行空间插值,结合3S技术生成土壤养分分布图,结合具体地域作物施肥标准生成变量施肥配方图。变量施肥控制系统研究重点是定位准确性和控制系统的实时性、智能性,为实现精准变量施肥提供易操作的控制器。排肥机构集中研究排肥机构结构设计、排肥精度、排量、幅度、均匀性和变异系数。目前测土配方图获取是影响变量施肥机应用推广的关键技术难题,今后应主要研究实时变量施肥机,加强对土壤养分实时间接检测的技术研究和完善精准变量施肥体系,从而拓展变量施肥机的应用前景。     

变量施肥机外槽轮排肥器的试验研究

变量施肥技术是精准农业的代表性技术,对现代农业的发展起着重要作用。本文主要介绍了外槽轮排肥器的结构及工作原理,并对外槽轮排肥器进行了试验研究,确定了其最佳工作状态,田间试验结果满足实际生产要求。