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。     

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。     

双变量施肥机的设计与试验

【目的】为解决传统均匀施肥结构不合理,作物养分投入比例失调,化肥利用率偏低,环境污染严重等问题.【方法】设计了一种可与国产拖拉机配套使用的变量施肥机,该施肥机采用一体三箱式的结构,外槽轮作为变量施肥机的排肥装置,通过调节外槽轮排肥器的转速和开度.【结果】在外槽轮排肥器开度不变的情况下,增加排肥器转速,排肥量也随之增加,但不呈线性增加的趋势;在外槽轮排肥器转速不变的情况下,增加排肥器开度,排肥量也随之增加,也不呈线性增加的趋势.【结论】该研究解决了传统均匀施肥结构不合理,可为提高施肥机的施肥精度提供参考.     

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。     

电控液压马达驱动控制器的研究

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.     

施肥机施肥性能检测装置的设计与试验

[目的]为了评价施肥机实时施肥效果,设计了一种基于皮带秤的施肥机施肥性能检测装置。[方法]该装置可以检测排肥口的实时流量,同时利用皮带秤的运行速度模拟施肥机的田间行驶速度,在室内实现施肥机单位面积实时施肥性能的检测。[结果]精度测量试验表明:检测装置能检测施肥机的动态施肥特性,其计量相对误差平均值为1.76%,方差1.03%。应用检测装置对苏南地区应用广泛的外槽轮式施肥机的施肥性能进行了测定,结果表明:检测装置能有效测定排肥口流量和单位面积施肥量的动态特性。[结论]在满足施肥流量要求的前提下,减小槽轮开度和增加槽轮齿数有利于改善槽轮式施肥机的施肥特性。     

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。     

稻麦精准追肥机执行机构的设计与试验

【目的】适应精准追肥机械在稻麦生长过程中的实时变量追肥要求.【方法】设计了一种新型轴分段式变量追肥机执行机构,阐述了该变量追肥机执行机构的总体结构及田间作业原理,分析并确定了其关键部件结构和参数.以氮肥为试验对象,进行排肥性能试验和田间追肥试验.【结果和结论】试验结果表明,该精准追肥机执行机构可实现常规槽轮排肥器槽轮转速和开度的双调节控制,整体系统控制精度90%以上,实时地调整施肥量有利于肥料的管理和充分利用,能够实现精确农业意义上的精准追肥作业,达到了设计要求.     

气力式水稻旱直播机气力系统负压特性试验

以风机转速、排种盘转速和播种行数为试验因素,对气力式水稻旱直播机气力系统进行排种器负压影响因素的台架试验研究。结果表明,排种器负压随风机转速的增大而增大,随排种器数量的增多而减小;排种盘转速对排种器负压影响不显著;各行排量一致性变异系数为2.10%~5.04%,气力系统排种器的排种量稳定性还有待进一步提高。分别建立气力系统的风机特性模型和排种器负压特性模型,决定系数在0.92以上,模型验证相对误差分别为-15.92%~12.12%和-2.70%~5.40%。     

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%。     

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。     

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。     

基于PID算法的水稻直播机播量控制系统的设计与试验

【目的】为了解决现有的机械式水稻直播机镇压轮传动播种导致的漏播以及播量无法同步均匀调节的问题,实现水稻直播机播量自动精准调节。【方法】对现有苏南地区传统机械式水稻直播机进行自动化改造,设计了基于PID调速算法的水稻直播机播量控制系统。该系统在田间播种作业时,由设计的测速轮采集机具作业速度,结合设定的目标播种量和机具作业速度,依据播量控制策略得到排种轴理论转速;利用PID调速算法和编码器测到的排种轴反馈转速对直流电机进行闭环控制,可在线无极调节播量,从而实现精准播种。【结果】该系统排种电机空载时转速调整时间小于0.63 s,最大超调量8.21%,施加12.5 N·m负载时,排种电机最长回调时间为0.32 s。目标设计播量对应转速范围内,转速控制误差最大值小于7.21%,转速误差小于5.21%,田间播量误差小于4.92%。田间车速阶梯变化时,排种转速跟随响应及时,具有较高的排种同步性,与传统机械式水稻直播机相比播量调节性能显著提高。【结论】该系统自动化改造简便,重点改进了播量调节机构,提高了传统播种机播种性能,对传统机械直播机具有较高适配性。     

2FD-6型水稻侧深施肥装置性能试验

正根据2006年农业部发布的NY/T1003—2006《施肥机械质量评价技术规范》,对2FD-6型水稻侧深施肥装置分别以静态试验和动态试验的方法,对其各行排肥量一致性、稳定性、均匀性、及断条率进行测定。其中,静态试验是将施肥装置置于试验用台架上,驱动直流电机,使其驱动排肥轴以正常作业转速进行转动;动态试验时,插秧机以正常插植速度行驶在坚实、平整的路面上,并平稳通过排肥测定区,记录试验数据并加以分析。     

果园有机肥旋切变深施肥机力学分析与试验

果园施肥是果园种植中的一个重要作业环节,现有的果园施肥机械大多都是针对颗粒肥的,只有部分施肥机械可以施有机肥,但施肥深度达不到要求或需要人工覆土,劳动量大。针对这种情况,研究一种果园有机肥旋切变深施肥机;介绍该施肥机的机械组成、工作原理并分析旋切施肥部件作业时的力学性能,建立相关力学方程,进行定性分析;确定前进速度、刀轴转速、施肥深度为主要影响因素,并对其进行试验和优化,得出因素水平的最优参数组合,即前进速度为0. 1 m/s、刀轴转速为250 r/min、施肥深度为20 cm,此时功率为1. 75 k W,土壤和肥料混合均匀性差异系数为20. 31%,碎土率为81. 36%。结果仅对果园有机肥旋切变深施肥机作业提供参考。     

禾馗一号水稻专用免追肥与硅肥在水稻上应用效果

<正>通过禾馗一号水稻专用免追肥、硅肥和常规三大肥,在4种施肥模式下试验对比,分析比较在水稻生育期内,各项生理指标对照,为禾馗一号水稻专用免追肥和硅肥在寒地水稻应用上的推广提供理论依据,特设此试验。水稻在施肥方面普遍存在的问题,水稻的种植环境相对比较特殊,稻田内追肥行走困难,难以机械化,施肥时劳动力紧张,这是水稻种植较为头疼的问题。水稻免追肥是通过一次性底肥方式,满足水稻全生育期对     

油菜精量集中排种器电驱控制系统设计与试验

为适应丘陵区油菜机械化精量播种要求,针对地轮驱动致使传动系统复杂或滑移影响播种精度的问题,设计了一种油菜电驱排种控制系统。该系统集成无线蓝牙传输模块、单片机模块和Android终端平台开发,采用优化PID算法,实现集排器转速随作业速度的同步控制和自动调节播种穴距。台架试验研究了油菜电驱排种控制系统的控制精度和排种性能,当集排器转速为10～55 r·min~(-1)时,实际转速与理论转速的平均偏差均小于1.5%,且转速的变异系数均小于2.0%,稳定性较好;当穴距和作业速度分别为60～180 mm和1.6～3.2 km·h~(-1)时,穴距均匀性变异系数均低于15.0%。该系统实现了集排器电驱条件下播种穴距的同步调节,为油菜轻简化精量播种机的排种控制系统设计提供了参考。     

变量悬耕施肥机结构及工作原理

该文介绍了一种适合水田和旱田旋耕作业,应用精准农业原理可与国产拖拉机配套实现旋耕作业的变量旋耕施肥机,该施肥机在GPS导航系统的帮助下可以按照预先设计的处方图在旋耕作业的同时实现变量施肥。机械采用普通的国产外槽轮排肥器作为变量施肥机的肥料计量装置,通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的。该机作业幅宽为2m,配套动力为50马力以上中型拖拉机。施肥机械在田间的作业原理和基本的结构也进行了详尽的介绍。     

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%。