果园挖坑施肥机与控制系统设计

根据果树标准化施肥技术的要求,设计了果园挖坑施肥机。拖拉机动力输出轴提供动力,经减速器后传递给带有链刀的链条转动,实现挖坑作业;使用单片机控制步进电机驱动排肥器工作,实现定量施肥;在拖拉机的牵引下,回土机构将收集的土壤回填至坑内。该施肥机可实现挖坑、施肥及回土作业。     

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。     

苹果园水肥一体化穴施机设计与试验研究

针对黄土高原旱区苹果园对水肥一体化管理的现实需求及现有微灌模式水肥一体化技术在一家一园分散经营条件下难以推广的问题，借鉴传统浅坑瓢灌农艺的技术思想，开发了与黄土高原旱区苹果园建园条件相适宜且在连续行进过程中能同步进行挖坑、施肥、施水及覆土作业的水肥一体化穴施机。利用Creo建立了机具的三维模型，在EDEM中对施肥过程进行仿真模拟，并进行了样机田间试验。结果表明：机具在行进速度75mm/s、挖坑深度300mm、单坑施肥量400g的参数设置下进行挖坑、施肥、施水及覆土同步作业时，挖坑深度变异系数为6.06%,每坑施肥量变异系数为4.54%,满足变异系数小于10%的设计要求和农艺要求，为黄土高原旱区一户一园分散经营条件下的苹果园实现水肥一体化管理提供了一种新的技术途径，也解决了现有果园穴施肥机只能在停止行进条件下进行定点作业的技术难题。     

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。     

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。     

密植果园挖穴施肥机挖穴钻头的设计及试验研究

为解决新疆密植果园施肥效率低、劳动强度大的问题,研制一种挖穴施肥机,详细介绍挖穴钻头的螺旋外径、长度、螺旋升角、临界转速和功率等参数计算.田间正交试验及调整挖穴深度试验表明:影响挖穴时间的因素主次顺序为土壤坚实度、钻头转速、土壤含水量;挖穴深度在400～600 mm之间,直径为300～310 mm,最长挖穴时间16 s.     

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。     

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。     

设施膜上移栽机栽植机构设计与试验

针对设施蔬菜穴盘苗移栽机膜上作业效果不好、稳定性较差等问题,设计一种八杆栽植机构,建立八杆栽植机构的数学模型并进行仿真分析与效果验证。使用Adams动力仿真软件,对八杆栽植机构的虚拟样机在取投苗效率为120株/min,栽植深度为60 mm,株距为200 mm、300 mm、450 mm时进行仿真分析,仿真分析结果表明:膜面连接长度满足蔬菜移栽机行业标准。按蔬菜移栽机膜面穴口开孔合格率中膜面连接长度测定方法对八杆栽植机构样机进行试验测试,试验结果表明:样机株距设置为200 mm、300 mm、450 mm时,膜面连接长度平均值为141 mm、237 mm、368 mm,与仿真结果误差分别为8.5%、6%、6.1%。     

十字槽种肥分施及分层施肥开沟器设计

我国玉米在机械化播种施肥作业过程中存在土壤扰动大、施肥量大,易造成前期烧种和后期脱肥等问题。为此,设计了一种十字槽开沟器,主要参数为:立刀和横刀的入土角20°,立刀的入土隙角8°,斜切角70°,横刀宽度100mm,长度80mm,后倾角20°,种、肥管向两侧弯曲半径28mm,并制作试验样机进行了室内土槽试验。试验表明:玉米播种深度、种肥深度、种子与种肥间距及种子与基肥间距平均为44、43、52、102mm,变异系数13%,播种、施肥稳定性和一致性较好。所设计的十字槽开沟器一次开沟可实现种子、种肥双侧分施及种肥、基肥的分层施放,减少了开沟器作业过程中的土壤扰动,能够满足玉米播种施肥农艺要求。     

自走式果园多工位收获装备设计与试验

为解决现代化果园水果收获过程中人工劳动强度大、作业效率低、配套机械匮乏等问题,结合果树矮砧宽行密植模式和农艺种植要求,本研究设计了一种自走式果园多工位收获装备。首先介绍了自走式果园多工位收获装备的整机结构和工作原理,然后根据“两侧、两高度、六工位”采摘作业模式,对履带自走式底盘、扩展作业平台、果实自动输送装箱及转运系统的关键部件进行了参数分析、计算与结构设计。田间试验结果表明,所设计的自走式果园多工位收获装备可同步于六工位人工采收速度,苹果采收损伤率为4.67％,装箱均布系数为1.475,装箱速度为72.9个/min,能够满足果园采收作业要求。     

果树栽植机光电定株距装置的设计与试验

针对果树栽植过程中株距难以控制的问题,考虑到现有的果树栽植机定株距存在结构复杂、制造成本高及受土壤滑移率影响较大等问题,设计了一种光电定株距装置,可以避免土壤滑移率对株距的影响,保证栽植果树株距的一致性,且可实现株距连续可调,满足不同果树栽植时对株距选择的要求。针对试验中出现的部分株距较设计值有所偏差的问题,分析了原因并提出了优化方案。试验结果表明:果树栽植机光电定株距装置栽植合格率92.5%,平均栽植深度合格率为92.9%,在1.7m栽植株距下,株距变异系数为5.9%,满足现代标准果园机械化生产要求。     

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。     

全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机设计与试验

为实现马铃薯大垄双行膜上覆土自然破膜出苗机械化栽培,设计了一种可实现施肥、播种、起垄、覆膜和全膜面覆土一体化作业的全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机。对样机关键部件进行了设计,确定其排肥系统、链勺式排种系统工作参数,同时分析了提土-膜面覆土装置作业过程,得到满足膜顶覆土厚度的必要作业条件。田间试验结果表明,当作业速度为1.8~2.0 km/h时,重种指数为4.9%,漏种指数为6.6%,种植深度合格率为95.2%,种薯间距合格指数为90.1%,膜顶覆土厚度合格率为98.8%,各行排肥量一致性变异系数为6.5%,总排肥量稳定性变异系数为5.1%,试验指标均符合国家和行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。     

气流引导式果园注肥机设计与试验

针对目前果园液态肥注肥作业存在易伤果树根系、肥料利用率低、注肥不均匀等问题,为实现果园液态肥高利用率、横向均匀扩散施用,设计了一款气流引导式果园注肥机,以高压气流疏松土壤引导液肥扩散。分析了果树注肥作业要求及气流引导注肥作业原理,对注肥装置、注肥气液管路、注肥下压装置进行理论分析及设计。通过气流引导参数注肥参数交互试验进行分析,确定了最优的参数组合为：通气压力0.8MPa,注肥压力1.5MPa。基于虚拟样机技术完成气流引导式果园注肥机的建模并完成样机的试制,在果园进行了田间试验。试验结果表明,注肥机作业效果稳定,无液肥上溢现象,液肥纵向扩散范围264~320mm,横向扩散范围250~270mm,作业效率0.10~0.12hm2/h,满足果园液态肥作业要求。     

马铃薯曲面式播种开沟器仿生设计与试验

针对马铃薯播种开沟器高速作业条件下作业阻力大、回土深度浅、干湿土易混合等问题,基于黄鳍金枪鱼下颚流线型曲线,采用水平直元线法将原有曲线重构为三维曲面,设计一种仿黄鳍金枪鱼下颚曲线的曲面式开沟器。根据马铃薯种植深度的农艺要求,当最大作业深度为150mm时,采用滑切原理确定了最大刃口角为132°,元线角为27°。为探究起土角对开沟器作业性能的影响,以作业阻力为评价指标,进行单因素试验,确定了分土板的起土角为45°。通过分析种薯下落到地表时的相对位移确定上挡土板的长度。干湿土分层仿真试验表明,开沟器作业不扰乱土层顺序。田间多工况对比试验表明,在开沟深度为100、125、150mm,作业速度为3.6、5.4、7.2km/h条件下,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器平均作业阻力减小18.3%、33.4%,平均回土深度增加70.4%、91.7%。田间性能对比试验表明,在开沟深度为150mm,作业速度为7.2km/h条件下,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器种沟中土壤含水率增加3.5%、4.7%,曲面式开沟器能减少干湿土混合,曲面式开沟器比芯铧式开沟器、靴式开沟器种薯横向偏移系数减小9.5%、10.1%,满足马铃薯种植开沟的农艺要求。     

种子位置信息视觉检测系统开沟延时回土装置研究

针对机器视觉获取种子空间分布信息时,传统开沟器作业过程中,种子落入种床后,土壤快速回落覆盖种子,导致种床中种子原始图像采集困难的问题,设计了一种开沟延时回土装置,通过导土装置、压种装置和回土装置的配合作业,延长土壤回落时间,形成有利于原始图像采集的避让空间,并在图像采集完毕后将泛起土壤推回种床,保证土壤回填率,达到延时回土的目的。通过理论分析确定导土装置、回土装置等关键装置结构参数。以开沟速度、开沟深度、回土板转角为试验因素,开展土壤回填率离散元仿真试验,确定最优作业参数为开沟速度1.6m/s、开沟深度30mm、回土板转角40°。在最优参数组合下,进行土壤回填率田间试验和种子图像采集田间试验。结果表明,开沟延时回土装置土壤回填率为96.5%,开沟延时回土装置较未安装回土装置的开沟器土壤回填率提升39.6个百分点;工业相机可以在导土装置形成的避让空间中采集到种床中种子的原始图像。试验结果表明,设计的结构可以有效避免回落土壤对图像采集的影响,并保证土壤回填率,实现了种床中种子图像的采集,为计算机视觉技术检测播种作业质量奠定了基础。     

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。     

荸荠机械化采收装置设计

由于荸荠特殊的生长环境，其采收仍然采用传统的手工挖掘和水枪冲击捡收，劳动强度大、效率低。通过研究分析荸荠生长环境，设计了一款能够实现荸荠挖掘、荸荠与泥土分离、荸荠收集一体化的荸荠采收设备，详细介绍了挖掘、分离、传送和动力等关键部件。制作试验样机并进行了田间试验，结果表明，此款荸荠采收装置能够成功实现荸荠采收功能，并且采收率高、破碎率低。项目研究成果为荸荠规模化种植和机械化收获研究提供了技术参考。      

履带自走式草莓旋耕起垄施肥复式作业机设计与试验

为解决江苏、安徽等长江中下游地区草莓种植季节土壤含水率高,传统草莓起垄机具易打滑、起垄高度不够、效率低、功能单一等问题,研制一种履带自走式草莓旋耕起垄施肥复式作业机,以橡胶履带式底盘为动力,采用垄沟位开沟培土、形垄装置拢土、垄体仿形镇压综合起垄技术完成起垄作业,利用分层施肥装置完成垄体分层对位施肥作业,通过理论分析与三...