水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

水稻穴播同步侧位深施肥技术试验研究

根据水稻种植的农艺要求,在同步开沟起垄水稻精量穴播技术的基础上进一步提出了一种水稻穴播同步侧位深施肥技术。调查了在不同种植方式条件下不同品种的水稻根系在稻田中的分布情况,根据根系的分布情况研究了深施肥技术参数,确定了深施肥深度以不超过10 cm为宜,研究了培杂泰丰、玉香油占2种品种水稻施入0~5 cm土层与5~10 cm土层中的肥料比例关系。试验结果表明华南农业大学研制的同步开沟起垄侧位深施肥水稻精量穴播机能满足水稻穴播同步侧位深施肥技术的要求,可以作为实施水稻穴播同步侧位深施肥技术的载体。生产试验表明:水稻穴播同步侧位深施肥技术具有增产、节本的效用。在同等的施肥条件下,机械播种及深施肥处理的有效穗、穗平均实粒数、结实率均高于机械播种人工撒施肥和人工撒直播人工撒施肥,增产418.5~957 kg/hm2,增幅5.86%~13.41%。该文研究可为深施肥机具的设计提供参考依据。     

风送式喷雾机实时混药系统设计与试验

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添加胭脂红染色剂进行混药试验,得出静态混合器的混合单元数与模拟结果一致,实时混药系统的药流量控制响应迅速,混药稳定性的浓度相对误差小于4.33%,混药均匀性的变异系数小于4.98%。结果表明,所设计的实时混药系统具有良好的混药性能。该文研究为果园实时混药喷雾机的机构设计和性能优化提供了参考。     

滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率,降低肥料对水田的污染,该研究结合侧深施肥技术与液肥优点,研制一种水田滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置。该装置采用滑刀式开沟器开沟,利用气力引射式雾化施肥器雾化和引射液肥,将液肥侧深施于水稻根区附近土壤。设计了气液同轴气力引射式雾化施肥器内腔结构,以喉嘴距、混合室（喉部）直径、气体压力为因素进行全因子土槽试验,分析各因素对排肥量（液肥质量流率）和耗气量（气体流量）的影响。结果表明,影响液肥质量流率的主次因素顺序为混合室（喉部）直径、气体压力、喉嘴距;影响气体流量的主次因素顺序为气体压力、喉嘴距、混合室（喉部）直径。采用EDEM离散元仿真软件进行仿真优化,利用加权评分法综合评判仿真试验结果,结果表明,在不同工作速度下,滑切角为32.5°、刃口角为45°时,滑刀式开沟器可获得较优的工作性能。开展土槽试验验证仿真结果,滑刀式开沟器入土深度为30 mm、前进速度为1.2 m/s时,牵引阻力实测值为8.5 N,仿真结果为6.9 N,相对误差为18%,土壤扰动面积仿真结果为 1965.6 cm²;入土深度为50 mm、前进速度为0.6 m/s时,牵引阻力实测值为14.4 N,仿真结果为12.2 N,相对误差为15%,土壤扰动面积仿真结果为2137.2 cm²。土槽性能试验结果表明,该装置在入土深度为30 mm,前进速度为1.2 m/s时,排肥量标准差为0.2427 g/s,与最大排肥量的相对误差为1.42%,施肥深度与入土深度的相对误差为4.4%;在入土深度为50 mm,前进速度为0.6 m/s时,排肥量标准差为0.4796 g/s,与最大排肥量的相对误差为2.13%,施肥深度与入土深度的相对误差为2.1%。研究结果可为水田液肥侧深施技术的应用提供参考。     

球混式精准灌溉施肥系统的设计与试验

针对作物灌溉施肥不均匀,存在多施少施,肥料浓度过高等现象严重,该文设计了一种能实现自动灌溉、施肥、配方、混肥为一体的球混式水肥灌溉系统。该文详细描述了灌溉施肥系统的装置结构、自动控制系统、上位机软件设计,研究了配肥子系统特点和控制算法。根据不同作物的不同需要,对营养液的EC值(电导率间接反映营养液的浓度)和p H值(酸碱度)进行精确控制和实时调节,并利用嵌入式技术、变频技术、自动控制技术以及计算机信息技术开发灌溉施肥自动控制系统,实现灌区的自动灌溉施肥。试验证明,该系统EC、p H值调节品质好,性能稳定可靠,组装简便,操作人性化,实用性强,有利于推广使用。该研究为精准灌溉施肥系统的进一步研究提供了参考。     

油菜直播机分层定量施肥装置设计与试验

针对长江中下游地区现有油菜直播同步肥料混施作业,肥料施用方式粗放的问题,结合油菜厢面条播种植模式及油菜根系生长规律,该研究提出了一种基于肥料流均匀分布的上下层肥量按比例分配、上层肥料左右分施技术,设计了一种分层定量施肥装置,通过构建肥料在均布器中均匀分散的状态转移矩阵验证该装置的肥料均布效果,并确定了装置的基本参数。以挡杆直径、挡杆组数、挡杆组间距为试验因素,实际施肥比例与目标施肥比例最小误差为目标,利用二次回归正交旋转组合仿真试验确定肥料均布装置的最优结构参数为挡杆直径3 mm、挡杆组数5、挡杆组间距8.9 mm。为进一步验证肥料比例调节分配机构性能,以目标施肥比例与实际施肥比例的误差、上下层落肥管排肥量稳定性变异系数和上层落肥管左右两侧排肥量稳定性变异系数为评价指标,开展最优参数组合下的排肥性能试验。试验结果表明,上下层实际施肥比例与目标施肥比例的最大误差为4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于3.9%,说明肥料分配比例稳定;上层左右落肥管实际施肥比例与目标施肥比例的误差低于4.1个百分点,排肥量稳定性变异系数低于4.8%,满足上层肥料按比例分施要求。田间试验表明,下层肥料平均施肥深度为141.2 mm,上层左侧肥料平均施肥深度为81.9 mm,右侧平均施肥深度为81.6 mm,上层左、右侧肥料间的平均间距为67.8 mm,满足油菜分层施肥要求。该研究可为油菜肥料按比例分层施用提供技术支撑。     

不同侧深施肥模式对水稻产量及氮肥利用率的影响

通过4年田间试验,以测土配方撒施模式(SF)为对照,研究比较了侧深施肥减氮模式(CSF)和侧深施肥减氮免施分蘖肥模式(CSM)对水稻产量及构成因素、氮肥利用效率的影响,并分析了茎蘖动态、高光效叶面积和叶片SPAD值的变化特征。结果表明:侧深施肥减氮10.6%能够稳定或增加水稻有效穗数,保障产量,同时能够提高氮肥利用率。CSM与SF处理水稻平均产量基本一致,CSF较SF处理增产5.2%,CSF和CSM处理水稻氮肥表观回收利用率分别比SF处理提高9.4和3.4个百分点。侧深施肥促进分蘖早发,增加茎蘖数,水稻提早5 d达到最大茎蘖数,CSM和CSF处理最大茎蘖数分别比SF处理高8.4%和12.9%。与SF处理相比,CSF处理显著增加开花期顶三叶叶面积,提高倒一叶叶片SPAD值,为后期光合物质累积创造良好物质基础。可见,2种侧深施肥模式均可实现氮肥减量增效,其中CSF模式利于高产,CSM模式较为稳产,适合种植规模大、施肥劳动力紧缺的情况。     

马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。     

机插秧同步侧深施肥对水稻产量形成及经济效益的影响

  目的  为研究水稻机插秧同步侧深施肥技术节肥增产增效的作用,改进水稻生产的养分管理方式。  方法  2019年和2020年分别在盘锦和辽阳开展大田试验,采用完全随机区组试验设计,设置不施氮肥、农民习惯施肥、侧深施减氮肥等处理,测定水稻产量及其构成因素、分析氮素利用效率和经济效益。  结果  盘锦和辽阳不同年份机插秧同步侧深施肥技术对水稻产量及经济效益的影响一致,施氮量分别比当地习惯施肥降低17.08%和17.09%,仍可获得最高（目标）产量,经济效益分别增加了1232 ~ 1440 元 hm?2和581 ~ 799 元 hm?2,处理间差异达到显著水平。减少氮肥用量后仍能获得较高产量,水稻氮肥吸收利用率（NRE）、氮肥农学效率（NAE）和偏生产力（NPFP）显著提高,与当地习惯施肥相比盘锦和辽阳减施氮肥处理NRE分别提高8.41 ~ 21.19%和10.44 ~ 15.77%,NAE分别增加2.23 ~ 3.57 kg kg?1和0.10 ~ 2.23 kg kg?1,NPFP也显著高于当地习惯施肥。  结论  在水稻稳产条件下,与当地习惯施肥相比,机插秧同步侧深施肥能够减少约17%氮肥用量,降低人工成本600 元 hm?2,节约肥料投入成本3.16% ~ 4.53%,经济效益增加556 ~ 1370 元 hm?2。     

风送式喷雾机导流器结构优化及试验研究

风送式喷雾机风筒内部结构影响风场的分布及喷雾机的效率。该文利用仿真方法,研究了风筒内导流片数目对内部流场的影响;仿真研究柱形导流器、锥形导流器及半椭球形导流器结构对风筒流场的出风速度、压力损失的影响;以效率高为优化目标,优化导流器的形式及结构;利用试验样机,对安装优化后导流器的风筒进行了实际测量,并与导流器优化前的测量结果进行了对比分析。仿真及试验结果表明:导流片数目一般以4～5为宜;导流器优化后,当风扇工作转速为2926.5r/min时,可节约电能4.88%。导流片的安装既有利于将风筒内的旋转气流转化为轴向的气流,同时又产生压力损失;导流器的结构对风筒的压力损失率、出风口风速产生较大的影响,其中半椭球导流器产生的压力损失率最小。     

水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

为解决人工撒播与机械条播表土播种方式存在的苗难齐、产量不稳等问题,根据"精量穴播"、"开沟起垄"的技术思路,对水稻精量穴直播机同步开沟起垄装置的关键部件播种沟开沟器和蓄水沟开沟器进行了研究。根据同步开沟起垄的农艺要求确定适宜直播机水田作业的土壤(壤土和黏土)含水率为50%~58%,并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm(上宽×下宽×高度)。对不同开沟方式对水稻出苗、水稻产量及其构成因素的影响进行了对比试验,试验设3个处理:开水沟+开播种沟+机械穴播(W1)、开播种沟+机械穴播(W2)、不开沟+机械穴播(W3),选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为试验材料。研究结果表明,与"不开沟+穴播"播种方式相比,开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长,还可提高水稻出苗率(培杂泰丰提高了13.4%~17.8%,玉香油占提高了12.3%~16.0%);结实率与产量极显著相关,有效穗数与产量亦具有显著相关性。综合考虑3者的变化程度及趋势,"播种沟+水沟+穴播"播种方式总体优势明显,较不开沟播种方式,在水稻产量方面最高可提高8.10%,且始终保持相对最高产量的效果。开沟装置的设计以及大田试验的验证对水稻机械化穴直播技术的推广应用有重要的指导意义。     

玉米灭茬起垄施肥播种机的设计与试验

东北春玉米采用垄上播种,整地与播种过程分开,机器进地次数多、播种对行难度大、播种过程易破坏垄形,为解决此问题,该文研制了玉米灭茬起垄施肥播种机。该文对复式起垄和播种的作业过程进行了理论分析,通过经验设计和理论计算确定了中间连接装置、灭茬机构和播种单体的结构形式和参数,对起垄机构进行了基于受力计算的有限元应力分析,对整机的动力配备和稳定性进行了理论分析。样机田间试验结果表明,该机根茬粉碎率为88.2%,起垄垄形规则,垄高、垄顶宽、垄间距合格率分别达到95%、90%和90%,播种效果较好,粒距合格指数92%,种、肥深平均为56.22和114.36 mm。该机各参数满足农艺要求,为垄上播种的耕播联合作业提供了参考。     

双腔侧充种式水稻精量穴播排种器的设计与试验

为实现杂交稻和常规稻大田精量穴播,该文设计了一种具有弧形毛刷清种护种装置的双腔侧充式水稻精量穴播排种器,其单腔播种时用于播种杂交稻,双腔播种时用于播种常规稻。为评价该排种器排种性能,以合格率、漏播率、重播率、破损率为评价指标,以杂交稻"培杂泰丰"和常规稻"黄华占"为试验对象,以排种轴转速为影响因素,进行了排种性能台架试验。试结果表明:当排种轴转速为25 r/min,穴距150 mm,投种高度为150 mm,排种盘型孔中心线与排种盘端面间夹角为20°,且过端面上型孔截面长轴方向与排种盘面径向夹角为90°时,排种器单腔播种含水率为21.66%的杂交稻"培杂泰丰"破胸露白芽种合格率(2~4粒/穴)为87.04%,空穴率(0粒/穴)为3.33%,破损率为0.40%;双腔播种含水率为22.47%的常规稻"黄华占"破胸露白芽种合格率(5~8粒/穴)为70.26%,无空穴,破损率为0.06%。该排种器具有双腔结构,可同时或分腔进行播种,能同时满足杂交稻和常规稻播种要求。该研究为排种器的结构设计提供了参考。     

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm~2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm~3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。     

气送式高速玉米精量排种器设计与试验

为满足在高速条件下玉米精量播种的要求,从工作原理出发,设计一种可从根本上解决因高速作业带来的充种性能不佳、清种结构复杂等问题的高速精量排种器,其利用高速作业产生的离心力进行充种与清种,将现行的种子堆积依靠重力充种的形式改成气送充种,对排种盘、型孔插件、护种板结构形状进行了理论分析和参数设计,采用文丘里管进行有序气吹送种,型孔插件与护种板相配合充种与携种,护种板宽度变化清种。分别对排种器工作速度、种子喂入速度、气送风压进行单因素试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为试验指标,得出各因素对排种性能的影响,其中此工作原理下增加排种器工作速度不但不会增加漏充指数,反而降低并基本保持不变。为得到排种器的最佳性能参数,进行正交旋转组合试验并构建各因素与指标间的关系式。采用响应曲面法对试验结果进行目标优化,并通过台架试验进行验证:得到工作速度为9 km/h,种子喂入量为1.91 kg/min,气送风压为492.17 Pa时,排种合格指、漏播指数、重播指数分别为93.14%,1.00%,5.86%,经台架试验验证,优化结果可靠。试验结果表明此种气送式高速玉米精量排种器很好的解决了在高速作业下充种难,清种复杂的问题,在高速工作条件下能保持良好的排种性能。     

指夹式玉米免耕精密播种机的设计与试验

该文为解决北方地区播种时秸秆量大各地区种植模式差异大,传统玉米免耕精密播种机适应性差、作业效率低、开沟器易堵塞等问题,设计了指夹式玉米免耕精密播种机,分析和确定了施肥开沟器、拨草轮、玉米免耕播种单元等关键部件的结构参数。田间试验表明采用渐开线式齿形拨草轮能有效的将杂草、秸秆拨离苗带,有效防止开沟器堵塞和种子播在秸秆上的现象。在9 km/h的作业速度下,机具播种深度合格率92%,粒距变异系数9.6%,漏播指数2.5%,重播指数4.5%。一次能完成开沟深施肥、拨草整理苗带、单粒精密播种、覆土、镇压覆土作业,土壤搅动小,作业质量满足农艺要求。     

摩擦型立式圆盘精密排种器的设计与试验

为了解决机械式排种器种子充填力小、充填极限速度低的问题,该文提出了一种新的摩擦式精密排种器的结构,并研究了种子在充种空间内的受力、运动机理,该结构依靠摩擦式排种盘对种子的摩擦力驱使种子流动,增大种子充填力,改善充种效果。样机台架试验表明,在粒距为10 cm,种床带速为10.1 km/h时,排种盘型孔的极限线速度达到0.66 m/s,此时合格指数>95%,重播指数<5%,漏播指数<5%,该排种器能够满足高速精播要求。     

稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机的设计与试验

为解决长江中下游稻麦轮作区稻茬田免耕播种小麦机具堵塞及土壤黏附严重等问题,结合当地稻茬田播种小麦需要开排水沟的农艺要求,提出了"种-肥-种"宽幅精量播种和带状旋耕相结合的防堵思路,设计了双翼铧式开沟器、宽幅精量排种机构、种沟双圆盘开沟器和浮动覆土板等关键部件,研究设计了一种稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机。试验结果表明,宽幅播种方式与带状旋耕相结合较好解决了稻茬田播种小麦堵塞的问题,小麦播幅平均为74.6 mm,平均播深为39 mm,播深合格率为86.7%,施肥方式为侧下方深施肥,平均施肥深度为81 mm,施肥深度合格率为93.3%,均满足国家标准。厢沟平均深度为175 mm,沟面宽度为238 mm,满足排水要求。该研究为应用于稻麦轮作区稻茬田小麦少免耕播种机的设计提供了参考。     

油菜精量排种器变量补种系统设计与试验

针对油菜精量排种器的漏播问题,该文设计了油菜精量排种器变量补种系统。该补种系统由漏播检测装置、排种盘测速装置、变量补种装置及补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测装置采用压电原理感应排种种子流序列,并利用MSP430单片机时间捕获中断功能实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率并确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等参数,并根据变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至变量补种装置及补种监测显示装置。变量补种装置由螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、PWM(pulse-width modulation)电机驱动系统、无线模块和电源组成,接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种参数,便于对变量补种系统调试及监测系统运行状态。变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种装置补种量与排种器当量漏播量比值稳定在1.2~1.4,补种后无漏播存在。该变量补种系统可为油菜等小粒径种子漏播补种技术与装置提供有效支撑。