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。     

偏心弹射式排肥器设计与仿真试验

针对目前穴施排肥器存在易伤作物、喷肥均匀性差、喷肥可靠性低等问题,设计一种偏心弹射式排肥器。根据颗粒肥穴施特性,基于盛肥腔体积压缩而形成压力差的原理,借助人机交互平台,设计关键部件弹射机构和偏心机构,优化机构的结构与工作参数,分析肥料在腔体内的受力状况和运动轨迹。该排肥器主要由排肥装置、偏心轮装置、弹射部件等组成。通过Soildworks三维建模,运用离散元法(EDEM)和动力学(RecurDyn)耦合仿真分析技术对排肥器的成穴性进行仿真,并进行台架试验。试验表明:该机构弹射性能稳定可靠,对农作物无机械损伤。在排肥器角速度为6.2 rad/s、6.7 rad/s,7.2 rad/s时,每穴排肥量一致性变异系数分别为2.8%、3.3%、4.0%,肥料喷射均匀性较好。作业效率等各项指标与预期目标差异性小。离散元仿真值与台架试验相对误差值接近,表明台架试验结果真实可靠。     

穴施肥排肥器设计与试验

穴播作物采用对穴施肥的方法可以提高肥料利用率、降低生产成本。为此,设计了一种勺轮式穴施肥排肥器。运用EDEM离散元仿真技术对排肥器的成穴性进行仿真试验,对每穴施肥量均匀性进行了测试,并且分别测定了排肥部件角速度为100°/s、150°/s和200°/s时,每穴施肥量一致性变异系数分别为2.66、3.10和4.18。随后在排种器试验台上进行了验证试验,验证试验中测得的相应变异系数分别为4.2 6、4.8 7和6.1 6,变化趋势与仿真试验相同,整体试验结果与仿真试验结果相似。设计的穴施肥排肥器性能可以满足生产要求,为穴施肥精密播种机的设计打下了基础。     

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,本文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;针对穴施排肥器排肥稳定性能要求,应用EDEM建立机具-土壤-肥料离散元模型,进行3种作业速度下其抛土特性和穴施量分析,确定滚轮式穴施排肥器作业速度1.5m/s时,排肥效果最佳;试验结果表明：该排肥器在1.5m/s的速度作业时,平均穴排肥量为9.01g,穴施量偏差为11.2%,施肥均匀变异系数为4.17%;施肥深度合格率92%,施肥深度变异系数6.75%,符合设计要求。     

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。     

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。     

新型型齿式排肥器

深施化肥是我国农业节本增效重点工程之一.但是深施化肥只有借助于性能优良的施肥机械才能实现,而施肥机械又是我国农业机械发展中的一个薄弱环节.目前,国内虽有部分施肥机械,但大都比较适于施松散流动性较好的化肥,而我国目前施用比较多的是碳铵,由于它分解后易被土壤吸附,肥效快,不含有毒物质,长期施用不会对土壤产生不良影响,而且生产技术要求不高,成本较低,因此,其产量占氮肥总量一半以上.但它的特性又易潮解、粘结,机械排肥时,容易架空、堵塞,因此解决碳铵的机械深施是攻克施肥机械的一个公认难点.     

气吹式排种器设计仿真与性能试验

应用Fluent软件对腔体优化后的气吹式排种器进行了3种工况分析,通过试验研究得到流场在清种、充种过程以及在促进种子流动的同时又周期性地对自流种子进行扰动,防止架空的作用,播种合格率达到95.05%,结果表明合理的腔体设计能有效提高播种效率。      

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。     

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。     

粉末状有机肥条施排肥器设计与试验

针对粉末状有机肥湿度大、流动性差、条施困难等问题,设计了一种粉末状有机肥排肥器。该装置主要由肥箱、排肥拨轮、防自流挡板和排肥轴组成。为了提高排肥器的适用性,以不同含水率（（28±1）%、（32±1）%、（36±1）%）的粉末状有机肥为研究对象进行排肥器设计。对拨轮推动过程中的有机肥进行力学分析,将排肥拨轮设计成摆线型。为了防止有机肥直接通过肥箱底板的排肥口产生自流现象,以及破碎结块的有机肥,设计了防自流挡板。以排肥指数和排肥口宽度为试验因素,排肥稳定性变异系数为性能指标,进行二次正交旋转组合试验,建立排肥器离散元仿真模型,得到排肥指数为6个、排肥口宽度36.36mm时排肥稳定性最好;以断条率、各行排肥量一致性变异系数、排肥稳定性变异系数与排肥均匀性变异系数为评价指标对设计的排肥器进行性能测试试验,试验结果表明：排肥器对不同含水率有机肥以5~8km/h的速度施用时各性能指标均在规定范围内,工作性能稳定,满足技术要求。     

柔性叶轮式排肥器的设计与结构特点

排肥器是播种机具和施肥机具上的重要部件,它的工作性能直接影响播种和施肥的质量,关系到肥料在土壤内的分布状况,进而影响到种子的出苗情况和粮食产量。目前,国内外的排肥器,其形式主要有外槽轮式、转盘式、离心式、螺旋式、星轮式和振动式几种。柔性叶轮式排肥器属于外槽轮形式,相比于老式排肥器,具有排肥均匀、不易堵塞、对肥料的适应性强、使用寿命长、更换调整方便等优点。     

同平面相交轴线齿轮的正反转啮合分析与稳定性评价

线齿轮是一种基于空间曲线啮合的精密齿轮传动件,特别适用于微机电系统的设计。由于装配误差、尺寸误差等因素,加上线齿轮副在正反转时所受的推力方向不共线,导致线齿轮啮合的稳定性和传动精度受影响。本文以最常用的同平面相交轴线齿轮为例,在建立线齿轮数学曲面模型的基础上,分析线齿轮的啮合特性,计算线齿接触线的基本矢,求得线齿根部所受推力方向的偏差。对线齿轮进行反转分析,发现线齿轮反转时的空间曲线啮合方程与正转时不同,导致其线齿接触线方程和其推导出的主法矢与正转时均存在差异。应用Mathematica软件推导出线齿轮反转时的空间曲线啮合方程、线齿接触线方程以及啮合点处的基本矢,再利用主法矢的夹角评价该差异。最后,通过实例数据的代入计算,对分析和推导进行验证,为线齿轮啮合稳定性和传动精度提供评价方法与指标。     

外槽轮排肥器关键工作参数对排肥量影响的仿真与试验研究

明确排肥器工作参数对排肥量的影响,有助于提高外槽轮排肥器的排肥性能。应用离散元法(EDEM)研究外槽轮排肥器工作过程的基础上,以外槽轮工作长度、排肥轴转速、排肥舌开口角度为试验因素,以排肥量为评价指标,综合应用离散元法、二次正交回归试验、排肥器排肥台架试验,研究排肥器工作参数对排肥量的影响。建立外槽轮排肥器工作参数与排肥量之间的数学模型,明确工作参数对排肥量影响程度大小依次为:外槽轮工作长度、排肥轴转速、排肥舌开口角度。仿真与台架试验排肥量的平均相对误差为10.04%,且试验结果的方差分析结论一致。研究成果可以为施肥机械排肥量的调整和机具设计提供依据。     

排肥器的使用与调整

目前较多农具上施肥和追肥都采用外槽轮式排肥（排种）器（以下简称排肥器），它结构简单，调整和维护方便，其工作性能也是很不错的。但是在作业中仍常出现排肥量不准、不匀、漏肥等情况，影响了作业质量，究其原因，除部分产品有质量因素外，主要是调整和使用不当所致。     

精准变量排肥器结构优化设计与试验

为解决小麦播种粗放式施肥方式,符合未来精准农业对现代化农业生产的技术要求,本文建立排肥器几何体模型和颗粒离散元仿真模型,对排肥器进行离散元分析,改进导流槽结构;同时运用离散元方法分析外槽轮排肥器不同尺寸和不同运动参数下种群运动规律,分别探讨排肥器槽深和施肥速度优先控制策略对排肥稳定性影响,并应用正交试验对双变量进行方差分析,得出这两个变量对排肥性能影响力的大小。台架试验和田间试验结果表明:改进后的排肥器各行变异系数降低1.3%,总排肥量稳定性变异系数降低3.5%。采用排肥轴转速优先控制策略,当轮槽深度为8mm时,总排肥量稳定性变异系数小于6.5%;采用轮槽深度优先控制策略,当排肥轴转速20r/min时,总排肥量稳定性变异系数小于5.3%。     

多功能推进式排肥器

多功能推进式排肥器是由山西省霍州市农机服务中心、霍州市福利化工厂研制生产的,已获得国家实用新型专利。 这种排肥器的结构和工作原理都区别于现在常用的外槽轮式排肥器,其特点是:     

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。     

多功能推进式排肥器

多功能推进式排肥器(见图1)是由山西省霍州市农机服务中心、霍州市福利化工厂研制生产的,已获得国家实用新型专利。　　这种排肥器的结构和工作原理都区别于现在常用的外槽轮式排肥器,其特点是：　　(1)一器多用、操作简便、适用性非常强,能够排施各种粉状、粒状的化肥,对混合肥料及微量肥料也能适应。在排施吸湿性较强的碳酸氢铵、施用量控制较严格的尿素和硬度较大的美国二铵时,该排肥器的这一性能表现得更为明显。　　(2)施肥均匀、不堵塞、不漏肥,排肥量按需控制。(3)结构紧凑、合理,能与各种机引播种施肥机具及畜力播种施肥机具…     

排肥器试验台智能控制系统的研究设计

随着精细农业的发展,精量施肥装置成为农机研究必不可少的一部分.排肥器是精量施肥装置的核心部件,因此,对排肥器性能的测试也显得尤为重要.为实现对各种排肥器的性能测试,通过对排肥器主要性能的研究,设计开发了以PC机为平台,以单片机为核心的排肥器试验台的智能控制系统.对系统的硬件组成和人机交互界面的软件设计进行了介绍.表明系统实现了对排肥器几个重要性能的精确测试并输出测试参数.为排肥器的改良设计提供数据.