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。     

离散元模拟外槽轮排肥器排量分析

排肥装置作为免耕播种机的重要组成部分,其排肥性能直接影响播种的出苗率、作物的长势及粮食的产量。为得到外槽轮排肥器不同槽轮工作长度的单位圆周排出质量和质量流率,本文采用离散元软件,对外槽轮排肥器转速为35r/min,槽轮工作长度为15、30、55mm时的排肥过程进行了模拟。模拟结果表明:外槽轮工作长度为15、30、55mm时,单位圆周排出质量分别为0.036 9、0.069 4、0.135 5kg/r;质量流率分别为0.0215、0.0405、0.0790kg/s。     

外槽轮式播种机播量控制系统设计与试验

为提高外槽轮式排种器播量调节范围与控制精度,设计了一种外槽轮式播量自动控制系统,该系统通过采集机组行进速度信号,同时控制槽轮转速与槽轮长度,实现播量调节与控制。通过试验,建立了播量与槽轮转速、有效工作长度的数学模型,分析了槽轮转速、有效工作长度对播量变异系数与模型精度的影响。结果表明:模型最大误差小于5%,平均误差为3. 2%,满足精度要求;槽轮有效工作长度在14～30mm范围内、转速为40～60 r/min时,变异系数小于0. 5%。上述参数范围是所设计外槽轮式排种器播量自动控制系统适宜的控制范围。研究为外槽轮排种器的播量自动控制策略提供了理论依据。     

电控液压双变量施肥机排肥试验研究

为了分析各因素对外槽轮排肥器排肥量的影响,通过标定试验,利用线性回归方程得出排肥轴驱动信号与排肥轴转速的关系,并得到一个合理的排肥轴转速区间。同时,采用正交试验设计的研究方法,确定排肥轴转速(N)、槽轮开度(L)、肥料种类对双变量施肥机排肥量的影响,并对正交试验结果进行了极差分析和方差分析。研究结果表明,影响排肥量大小的因素依次为槽轮开度、排肥轴转速、肥料种类。由此,可为减弱外槽轮排肥器脉动性等后续研究提供重要理论参考。     

玉米变量穴施肥试验台的设计与试验

为了提高玉米种植中化肥的利用率、减少资源浪费,基于玉米穴播穴施肥的理论设计了一台玉米变量穴施肥的试验台。在前人研究运用外槽轮排肥器实现变量施肥的基础上,通过控制步进电机精准的启动停止运转与排肥口的挡片设计来实现玉米穴施肥,同时配合玉米排种器监测装置实现种肥同步。玉米穴施肥装置主要由外槽轮排肥器、步进电机、排肥口挡片和光电检测装置构成,具有结构简单、体积小的优点,控制系统操作简单,易于推广。试验结果表明:总排肥变异性系数为4.39%,在开度10mm下排肥效果最佳,排肥变异性系数为0.28%,符合国家标准≤7.8%,且实际穴距与种肥距离符合相关农艺要求。     

滑槽回转式水田侧深施肥装置设计与试验

针对现有施肥机械出现的堆积堵塞、肥量调节困难以及施肥均匀性差的问题,设计了一种易于调节肥量、挡板推肥防堵塞的侧深施肥装置,阐述了该装置工作原理,参考水田侧深施肥农艺要求和插秧机空间结构,确定了施肥装置基本结构参数;对侧深施肥装置工作过程进行理论分析,确定了影响装置施肥性能的工作参数主要为排肥圆盘转速和肥槽高度;利用EDEM离散元仿真软件建立滑槽回转式施肥装置仿真模型,探究了排肥圆盘转速和肥槽高度对施肥装置充肥和排肥效果的影响,确定了排肥圆盘的最佳工作转速为10~50r/min;为验证施肥性能,通过台架试验对滑槽回转式水田侧深施肥装置进行试验研究,获得了排肥圆盘转速、肥槽高度对施肥稳定性影响规律和排肥圆盘转速、插秧机速度对施肥均匀性影响规律,各指标均满足国家施肥作业机械标准;通过与常见施肥结构装置进行对比,证明滑槽回转式水田侧深施肥装置在一定程度上提高了施肥均匀性。     

基于EDEM和3D打印成型的外槽轮排肥器排肥性能研究

外槽轮排肥器是使用最广泛的排肥器之一,目前外槽轮排肥器结构和几何尺寸单一,无法适用不同肥料颗粒排肥需求,直接影响了排肥效果。EDEM为目前对于颗粒类仿真最有效的方法之一。采用测量和统计学方法获得肥料颗粒的三轴尺寸,以近似球体假设肥料颗粒形状,建立肥料颗粒和外槽轮排肥器的EDEM模型,通过改变槽轮的结构尺寸等,对其排肥过程进行仿真,分析外槽轮排肥器的排肥特性;3D打印成型设计槽轮,通过台架试验验证仿真结果的准确性。结果表明:凹槽半径、槽轮转速对施肥量影响较大,满足线性正相关,螺旋升角对施肥量影响不显著(P0.05),仿真结果与试验结果的相对误差为0.85%~15.98%,平均相对误差为7.21%。本文所建立的EDEM仿真模型准确,具有实际工程应用价值。     

三轮高架作业车玉米变量施肥系统设计与试验

针对玉米追施肥机械田间作业通过性及施肥量精确控制问题,设计了一种三轮高架作业车变量施肥系统,该系统由机械排肥系统、液压传动系统和电控调速系统3部分组成。电控调速系统采用闭环控制,以STM32F103R8T6微处理器为控制核心,结合设置的施肥参数和检测到的速度信号,采用增量式PID算法控制施压系统中的电液比例流量阀来调节排肥轴的转速,实现对施肥量的控制,并显示施肥参数、作业车前进速度和排肥轴转速。室内试验表明,排肥槽工作长度为30mm,排肥量平均变异系数最小,确定了该工作长度下排肥量和排肥轴转速的拟合方程;整定PID控制参数,确定了Kp为1.2,Ki为0.02,Kd为0.4。田间试验表明,施肥量平均偏差为0.84%,平均变异系数为1.852%,实现了对玉米机械化精确追肥。     

圆盘顶出式水田侧深施肥装置设计与试验

为保证水田侧深施肥的作业效率、提高侧深施肥装置的施肥均匀性,结合寒地水稻侧深施肥的农艺要求,设计了圆盘顶出式侧深施肥装置.阐述了该装置的工作原理,并对关键部件圆盘顶出式排肥器和风送系统进行分析,建立了施肥装置排肥过程的运动学模型,得出排肥圆盘转速是施肥性能的重要影响因素,通过EDEM虚拟仿真试验确定排肥圆盘最佳工作转速...     

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。     

稻麦精准变量施肥机排肥性能分析与试验

为提高基于近地光谱技术的稻麦精准变量施肥机排肥性能稳定性,改善变量施肥控制精度,建立了外槽轮式变量施肥机离散元仿真模型,运用离散单元法和EDEM 2.2软件对施肥机排肥过程进行性能分析和数值模拟,研究不同排肥器结构和施肥控制策略对施肥机排肥稳定性的影响,并通过台架试验和田间试验验证仿真模型的准确性。结果表明:改进后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小14.59 g,变异系数降低9.9%;采用转速优先控制策略,当槽轮开度为19.34 mm时,排肥量稳定性系数最佳为1.09%;采用开度优先控制策略,当槽轮转速为55.75 r/min时,排肥量变异性系数最小为1.85%;与验证试验结果相比,误差最大为14.06%。结果验证了离散元仿真方法分析颗粒运动过程的准确性,表明所设计改进的排肥器能够提高施肥机排肥稳定性,满足稻麦精准变量施肥要求。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与试验

针对目前我国马铃薯种植机普遍存在的肥料定位不精确问题,结合马铃薯根系分布规律和一垄二行种植模式特点,提出了一种基于曲面排肥与V型防堵结构的分层施肥技术,设计了深度可调式分层施肥开沟器,研究了土壤与开沟部件之间运动关系,并对肥料在曲面分肥板上的运动规律进行了理论分析;以下层排肥量稳定性变异系数为试验指标进行了单因素试验,确定了排肥器最佳槽轮工作长度;在此条件下,以排肥轴转速和曲面分肥板斜面倾角为试验因素,上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为试验指标进行了通用旋转组合试验,运用DPS和Matlab软件进行回归方程显著性分析和参数优化,得出最佳因素组合为排肥轴转速20.5r/min,曲面分肥板斜面倾角15o,此时上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.30%。最优参数下的重复试验结果表明,平均上层排肥盒左右侧排肥一致性变异系数为3.71%,试验值与理论值相近;同时田间排肥性能试验结果表明,该开沟器作业流畅,排肥性能满足马铃薯施肥要求。     

烟田挖坑施肥机的试制与试验研究

对国内外烟草生产现状进行分析,提出加快烟草种植以及生产系列配套机械研究和推广,尤其是烟田挖坑施肥机的研制和生产的必要性;设计开发了一种简单、高效的机械化机具来进行挖坑施肥专用作业,以代替人工挖坑施肥,提高了烟草种植的效率和烟农种植烟草的积极性。该机采用专用间歇式外槽轮式排肥器,其排肥器外槽轮采用两槽结构,排肥槽中的装肥量就是每次的排肥量,依靠外槽轮的转动,槽轮中的肥料被直接丢入坑中,真正实现了间歇排肥。施肥的位置靠链传动的传动比确保穴施位置准确与散开,保证施肥量均匀一致,既解决了肥料的浪费问题,又提高了肥料的有效利用率。     

气流式集中排种系统中排种定量器的设计

根据气流式集中排种系统的播种要求,通过对普通外槽轮排种器的研究,设计了能够满足"一器多行" 排种的大播量外槽轮排种定量器;由压缩弹簧和调节手柄组成的播量调节装置能准确控制阻塞轮的位置,从而改变外槽轮的工作长度,达到能够准确调节播量的目的.与一般外槽轮排种器的播量调节装置相比,播量调节方便、准确且耐用,为进一步研究气流式集中排种系统打下基础.     

螺旋槽轮式排肥器对肥料块破碎效果的仿真试验与研究

为解决排肥过程中因肥料结块导致排肥不均与堵塞的问题,本研究基于离散元方法建立肥料块Bonding模型,依照Box-Behnken试验设计原理,以转速、截面形状、螺旋升角为自变量,以排肥均匀度变异系数和肥料块粘结键断裂率为响应值,采用三因素三水平响应面分析方法,对各因素及其相互作用进行分析。仿真结果表明：3个因素对肥料块粘结键断裂率影响的主次顺序分别为螺旋升角、截面形状、槽轮转速;对排肥均匀度变异系数影响的主次顺序分别为槽轮转速、截面形状、螺旋升角;螺旋槽轮最佳工作参数组合为：槽轮转速为21r/min、截面形状为勺型、螺旋升角为70°,最佳工作参数组合下的肥料块粘结键断裂率为97.67%,排肥均匀度变异系数为8.56%。     

2CMG-4型马铃薯播种机排肥试验研究

随着马铃薯种植规模的不断扩大,马铃薯种植机械化得到了快速发展。2CMG-4型马铃薯播种机性能优越、作业效率高、故障率低,因而对其排肥性能进行了研究,并进行了排肥稳定性和最大排肥量的试验。当地轮转动相同圈数,外槽轮工作长度分别取55、40、25mm时,总排量一致性变异系数分别为1.13%、1.14%、1.21%,各行排量一致性变异系数分别为2.27%、3.56%、3.97%。结果表明:排肥稳定性在规定的性能指标内;当外槽轮工作长度降低时,稳定性下降;最大排肥量为1 038.5kg/hm2,满足需求。     

油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

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%。     

双变量螺旋外槽轮排肥器控制序列对排肥性能的影响

施肥稳定性是评价变量施肥机作业性能的重要指标,为了研究排肥口开度（L）和排肥轴转速(n)的组合对排肥性能的影响规律,本文基于离散单元方法,对同一目标施肥量下,不同L和n组合下的施肥过程进行仿真。首先,通过标定试验,构建了基于广义回归神经网络GRNN的排肥量预测模型,经过验证,其决定系数达到0.9994,预测平均相对误差（MRE）为3.56%。其次根据螺旋外槽轮排肥装置的等排肥量曲线,选择3个排肥量1067.37、2323.04、4206.56g/min为目标排肥量,并利用差分进化算法（DE）确定同一目标施肥量下的控制序列(L,n)的组合。最后,利用离散元仿真软件EDEM 2.8分别对3个目标施肥量,不同控制序列下的排肥过程进行仿真。采用排肥均匀性变异系数σ作为评价排肥稳定性的指标,仿真结果表明,在目标排肥量Q1下,当控制序列为(25mm,17.78r/min)时,σ最小,为5.27%;在其他控制序列,σ均高于20%,排肥稳定性较差,且出现断条现象。在目标排肥量Q2下,当控制序列为(65mm,17.12r/min）时,σ最小,为3.46%。在目标排肥量Q3下,σ均小于4%,且在控制序列(65mm,32.85r/min）,σ达到最小,为2.08%。当目标施肥量较小时,控制序列的选择对排肥稳定性影响显著,工作时,应尽量避免开度、转速的边界量。当目标施肥量较大时,控制序列选择对外槽轮排肥稳定性的影响较小。结果表明,螺旋外槽轮排肥器具有较好的排肥稳定性。     

稻田气力施肥装置设计与试验

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所设计的文丘里管混合腔进行流场分析,确定最优混合腔直径为15 mm,进肥口与进气角度呈锐角;最后,进行田间试验,结果表明,在规定电机转速变化范围内,各行平均排肥量变异系数均小于2.21%,各行排肥量一致性较好,排肥量稳定;在目标施肥量为150 kg/hm²,作业速度为4 km/h时,各区域内施肥量偏差控制在7.47%以内,施肥精确性较好。肥料在排肥管中的滞后时间随着排肥管长度增加而增加,变化范围为0.67~1.81 s。本文设计的稻田气力施肥装置可以满足生产需求。