轮盘式液态肥穴播深施机设计与试验研究

液态肥穴播深施是利用高压液柱冲击土壤,通过精确控制流体喷射进行肥料定向深施的一种农机农艺新方法。为此,设计并研制了一种轮盘式液态肥穴播深施机,并通过土槽试验研究了液态肥穴播深施的可行性、成穴的基本规律及合适的工作参数范围。设计的开穴施肥轮上分布着多个导流开穴器,当导流开穴器插入土壤后,端面凸轮控制其开启,经过增压的高压液态肥沿导流开穴器射入土壤,解决了液态肥施肥过程中作业速度低、喷肥孔易堵塞及施肥量调节复杂等问题。研制了施肥机工作参数的试验测试系统,通过正交试验确定了其工作压力、流量和转速的最佳参数。试验表明:当压力取0.3MPa、节流阀开度为50%、转速为30r/min(对应机具速度0.86m/s)时,施肥量可满足设计要求。田间试验表明:轮盘式液态肥穴播深施机对覆膜、秸秆覆盖地、免耕地等作业环境有很强的适应性,比普通喷洒施肥节约肥料42%、提高作业效率30%以上。本研究为液态肥的深施肥作业机具研究和田间追肥农艺改进提供了参考。     

全椭圆齿轮行星系液态肥深施机构优化设计与试验

为满足液态施肥机工作过程中作业效率高、运转平稳的要求,设计了一种全椭圆齿轮传动的液态肥深施机构.建立了该机构运动学模型,通过理论推导对机构进行运动学分析.优化液态肥流动路线,对机构进行防缠绕设计.进行试验台试验,应用Design-Expert 6.0.1软件进行数据处理,确定了机构最佳工作参数为:液泵压力0.47 MPa、喷肥针孔直径3.0 mm和行星架转速40 r/min,此时施肥量20 mL/次,施肥损失率3.2％.试验表明该机构运转平稳、机构之间无干涉,液态肥流动管路密封可靠,液态肥输送顺畅.     

中耕作物精准穴施肥控制机构工作参数优化与试验

为增加中耕作物产量,有效提高肥料利用率,设计了玉米苗期自动穴施肥控制机构,通过土槽试验分析了穴施肥控制机构的结构和工作参数,研究了施肥传动机构工作参数对施肥控制精准度的影响规律。采用正交旋转组合试验,以动力输出轴转速、台车前进速度、触碰转针高度为影响因子,以穴株拟合度和伤苗率为响应函数,利用Design-Expert软件平台的回归分析法及响应面分析法,对3个因子进行单因素和多因素正交试验。结果表明:在台车前进速度为1.25 m/s,动力输出轴转速为16.5 r/min,触碰转针高度在5 mm的条件下,穴株拟合度可达到0.796,伤苗率接近10%,参数优化结果满足玉米苗期施肥控制性能的要求。     

基于ZigBee的液肥变量深施系统设计与试验

为了提高液肥深施效率,设计了一种基于ZigBee的液肥变量深施系统.该系统采用远程电脑终端与STM32F103RET6控制器同步结合实现液肥输出监测与控制:监控液肥水位值的同时利用流量传感器采集当前流量值,并通过ZigBee无线通讯协议传输数据;根据流量预设值,利用增量式PID算法动态调整变频器频率,最终使试验系统能够精确控制液肥流量输出.在试验系统的基础上,通过液肥深施试验以探讨施肥深度、变频器频率、注肥压力、系统用泵的回水开度等参数对流量精确控制的影响,并利用试验数据建立精准控制流量的数学模型.果园试验结果表明,液肥变量深施系统整机施肥精度最高可达99.52%,单次施肥的液肥损耗量最大值为0.22 L/min;在改变施肥深度的情况下,系统液肥输出流量的最大差值为0.15 L/min,变频器频率的最大差值为0.79 Hz.在改变回水开度的情况下,确定了试验中系统的最佳工作参数,即回水开度在40%时,系统工作最为稳定,流量输出误差小,液肥损耗量少.     

深施型液态施肥装置施肥过程高速摄像分析

在行星架转速110 r/min、液泵压力0.3 MPa、分配器阀芯孔直径3 mm和喷肥针孔直径2 mm的条件下,采用高速摄像对扎穴机构扎穴和喷肥工作过程进行拍摄。借助高速摄像及图像处理技术对扎穴和喷肥的运动规律进行分析后得出：喷肥针入土后开始喷肥到离土前停止喷肥的时间为0.1 s、液态肥施肥损失率为0.48%、喷肥针真实运动轨迹宽度变化256 mm和高度变化502 mm。结果表明：扎穴机构扎穴过程和喷肥过程具有较好的同步性,且施肥损失率远小于3.5%的作业要求。     

叶片调节式水田侧深施肥装置设计与试验

为提高水田深施肥的施肥质量,设计了一种叶片调节式水田侧深施肥装置。应用水田侧深施肥肥量调节装置计算机优化软件V1.0优化求解施肥量调节机构结构参数,通过施肥量调节机构受力分析,确定步进电动机的输出扭矩应大于680 N·mm。建立叶片调节式侧深施肥装置仿真模型,应用离散元EDEM软件进行排肥虚拟试验,分析螺旋钢丝和毛刷在工作时受到肥料颗粒的作用力,从而确定肥箱直流电动机和防堵装置直流电动机的输出扭矩应分别大于5 345 N·mm和8 N·mm。通过JPS-12型排种性能检测试验台对槽轮式和叶片调节式水田侧深施肥装置进行施肥性能研究,获得了槽轮式水田侧深施肥装置的槽轮转速和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律,以及叶片调节式水田侧深施肥装置的开口直径和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律。对比试验结果表明:叶片调节式水田侧深施肥装置施肥稳定性和施肥均匀性指标满足国家标准要求,在施肥质量上优于槽轮式水田侧深施肥装置,施肥能力满足农艺要求。     

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。     

水田电动双行深施肥除草机设计与试验

针对水稻分蘖期施肥和除草作业过程中存在作业环节多、环境污染严重、营养分布不均匀等问题,结合水稻分蘖期深施肥和行间除草的农艺特点,设计了一种可同步完成水稻分蘖肥深施和行间除草的水田电动双行深施肥除草机。根据达朗贝尔原理,对机具启动加速阶段进行动力学分析,建立主动除草轮所需驱动力矩数学模型,得到主动除草轮所需最大驱动力矩理论值为59.05 N·m,完成深施肥装置控制系统与机具行走控制系统设计。采用二次正交旋转组合设计,以机具前进速度和叶片开口直径为影响因素,以施肥均匀性施肥量均值和施肥均匀性变异系数为响应指标,利用JPS-12型排种器检测试验台对深施肥装置的排肥性能进行台架试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析与响应面分析,得到影响因素与响应指标之间的数学模型,并对数学模型进行优化,优化结果表明:在前进速度0.40 m/s,叶片开口直径16 mm的条件下,施肥均匀性施肥量均值为0.20 g,施肥均匀性变异系数最小值为21.7%。对机具进行田间性能试验,当叶片开口直径16 mm,机具前进速度0.40 m/s,给定施肥量为67.5 kg/hm2时,施肥量偏差控制在3.54%以内,机具在不同前进速度情况下除草率均不小于78.5%,满足水稻分蘖肥深施和行间除草的农艺要求。     

深施型液态肥变量施肥控制系统

以深施型液态施肥机为依托,采用单片机作为核心处理器,以电磁比例调节阀为执行部件,设计了深施型液态变量施肥控制系统.设计了与硬件配套的上位机软件,用于采集数据与发送命令.喷肥针施肥量控制误差台架试验结果表明,该系统可实现深施型液态变量施肥,施肥误差不超过0.5 mL/次,满足液态变量施肥作业要求.     

水田风送施肥参数检测试验台设计与试验

水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响,而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验,设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况,实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示,可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明,试验台行进速度可在0~1.62m/s内调节,误差1.5%;输肥气流速度在0~30m/s之间,满足风送排肥需求;排肥系统最大排肥变异系数为5.79%,施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试,结果表明,对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为：排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测,缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期,为实现水田施肥智能控制打下基础。     

深施型液肥对靶点施装置设计与试验

针对液肥穴深施机具存在施肥位置不准确等问题,结合机械结构设计和自动控制技术,设计了一种深施型液肥对靶点施装置,该装置包括液肥深施开沟器和液肥对靶点施控制系统。设计液肥深施开沟器,构建了开沟器与土壤间力学接触模型和土粒质点运动学模型,确定了开沟器结构参数,解析了扰土和回土原理,应用EDEM软件建立开沟器-土壤离散元仿真模型,验证了液肥深施开沟器结构可行性。以单片机为核心开发一种液肥对靶点施系统,光电传感器感知作物植株位置,测速模块实时监测装置作业速度,单片机结合作物植株位置信息和作业速度控制电磁阀启闭,实现液肥对靶点施作业。通过田间试验验证了装置作业性能,在作业速度为0.4～1.0m/s时,平均回土深度52.8mm,平均对靶率84.03%,装置回土性能和对靶喷肥性能稳定,满足液肥深施农艺要求。     

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。     

马铃薯种植机分层施肥开沟器设计与静力学仿真

为解决马铃薯种植机传统施肥时肥料定位不精确和利用率低的问题,设计了一种可以在播种的同时进行深、浅层分层施肥的施肥装置组合式分层施肥开沟器。通过验证设计的分层施肥开沟器的强度和刚度要求,使用SolidWorks软件对分层施肥开沟器进行了三维建模,然后使用Hypermesh软件进行静载荷分析,得到分层施肥开沟器的应力应变云图。结果表明,设计的分层施肥开沟器符合工作强度和刚度要求。      

分层近根式液体粪肥施肥铲设计与试验

针对当前液体粪肥施肥铲存在的施肥不均匀、近根施肥难、作业功能单一等问题,从提高肥效、降低排放、提升性能角度出发,设计了一种分层近根、基施追施一体的液体粪肥施肥铲,设计了施肥器和避障器等关键部件,采用EDEM离散元法构建施肥铲-土壤力学仿真模型,优化追施过程施肥铲侧向排肥管参数,搭建施肥铲性能测试平台,采用清水模拟方式,开展了施肥铲分层施肥和近根施肥效果试验,结果表明：当施肥铲侧向排肥管后倾角为15°、侧向排肥管刃角为18°时,施肥铲基肥作业阻力最小;采用分层施肥方式时,当施肥铲作业速度为3km/h、排肥量为5L/s时,肥料在土壤中纵向扩散深度为235mm,较改进前单口排肥方式,纵向覆盖范围提升65%;采用近根施肥模式时,当施肥铲作业速度为1.2km/h、排肥量为3L/s时,约80%的肥料分布在距作物根部中心100mm半径范围内,较好地实现了近根施肥。     

液体肥料施用装置设计与试验

针对液体肥料发展迅速和液体肥料施用装置发展不完善的现状,研制了一种可测量液体肥施用装置主要技术性能及参数的试验台,在此基础上对喷头流量影响因素作了三因素二次回归正交旋转试验,得出了液体肥料质量分数、电动机转速及喷头口直径大小对喷头流量的影响规律及主次关系。     

玉米中耕深松机械化作业及机具研究

分析深松在玉米保护性耕作中的作用,从深松铲类型、施肥装置、护苗装置3方面,探讨玉米中耕深松机具的选择原则,论述玉米机械中耕深松的作业要求和规程．为推广应用玉米中耕深松机械化技术提供理论参考。     

果园肥料深施机研究现状与发展趋势

果园肥料深施作业劳动强度大,目前存在劳动力短缺、劳动力成本不断提高的问题。果园施肥机械化需求越来越高,而我国现有果园肥料深施机远远满足不了果园对施肥机械的要求。为此,阐述了国内外果园肥料深施机的主要类型、作业原理及特点,介绍了果园肥料深施机的发展现状,并指出了现有机型存在的问题,展望了果园肥料深施机的发展趋势。