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油菜侧深穴施肥装置设计与试验

农业机械学报 2023年第2期54卷 41-52页

作者：廖庆喜陈勇张青松王磊林建新杜文斌华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

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... 详细信息

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60 r/min、充肥型孔长度为18 mm、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62.45 mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90 r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50 mm、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30~90 r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65 mm、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。

关键词：油菜穴施肥排肥器侧深施肥离散元仿真

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纯电动玉米中耕穴施肥及喷药机械设计与试验

农机化研究 2023年第7期45卷 35-41页

作者：杨杰赵俊强古冬冬张征关阳孔蓉华北水利水电大学机械学院郑州450046 江苏普融智能科技发展有限公司江苏泰州225327

针对黄淮海地区玉米苗期喷药机械及中耕追肥机械产品较少的现状,设计了一款纯电动的三轮高地隙玉米中耕施肥喷药作业机械,可以在不同的玉米行距下,实现玉米苗期的除草喷药作业和拔节期的中耕扎穴施肥作业。该机可分为6大机构,分别是可... 详细信息

针对黄淮海地区玉米苗期喷药机械及中耕追肥机械产品较少的现状,设计了一款纯电动的三轮高地隙玉米中耕施肥喷药作业机械,可以在不同的玉米行距下,实现玉米苗期的除草喷药作业和拔节期的中耕扎穴施肥作业。该机可分为6大机构,分别是可升降机架、驱动行走及转向机构、电池及电控面板机构、施肥单体提升及自适应地面机构、玉米植株识别机构和喷药升降机构。其中,核心机构为穴施肥单体结构,可随作业的工作状态实现离地距离高低可调;当作业车作业时,通过施肥支架的弹簧可实现滚轮式扎穴器的自适应地面调节,且滚轮扎穴器可通过旋转档位实现肥量的大小调节。初步的穴施肥排肥稳定性试验表明:作业车在不同速度下的排肥量稳定性会发生变化,速度较慢且施肥档位为Ⅰ挡时,施肥变异系数大于6,而其它速度及档位情况下的变异系数均小于6,满足追肥机的机械标准。

关键词：纯电动玉米中耕穴施肥玉米喷药

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玉米播种同步穴施肥控制系统研究

玉米播种同步穴施肥控制系统研究

作者：张荣丹黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

我国是一个农业大国，玉米是中国主要的粮食作物之一，在玉米生产中，化肥发挥着重要的作用，但是化肥施用不当对环境造成的污染也是不可小视的。为此进行了一系列关于玉米施肥和玉米施肥控制方法的研究，合理控制化肥的使用量可以对减... 详细信息

我国是一个农业大国，玉米是中国主要的粮食作物之一，在玉米生产中，化肥发挥着重要的作用，但是化肥施用不当对环境造成的污染也是不可小视的。为此进行了一系列关于玉米施肥和玉米施肥控制方法的研究，合理控制化肥的使用量可以对减少环境污染、降低成本、提高产量起到积极的作用。本文基于玉米穴施肥相关技术理论和农艺要求设计了一套适用于玉米播种期的播种同步穴施肥控制系统，该系统在传统施肥机的基础上配备玉米播种监测装置，能够实现播种与施肥的同步进行，本文主要从以下几方面进行了如下研究：　　（1）分析玉米施肥技术及不同施肥方法对玉米施肥产量的影响。包括条施肥和穴施肥等施肥技术以及施肥位置和施肥量对玉米施肥产量的影响。　　（2）根据国家标准和农业技术要求对玉米变量施肥试验台的控制系统进行了硬件设计和软件设计。硬件方面主要包括各控制系统元件的选择和各模块电路的搭建，软件方面主要包括各个模块程序设计及控制程序调试。　　（3）对直流伺服电机建立数学模型。利用软件Matlab搭建PID、模糊PID、模糊神经网络PID三种控制方法的仿真模型并对其进行仿真试验，仿真结果表明模糊神经网络PI D控制策略具有响应速度快、无超调量等优越的控制性能。　　（4）进行了玉米播种穴施肥试验。包括单因素试验和多因素试验，在单因素试验中对种子与肥料的距离和施肥量进行了测试，实验结果满足玉米施肥技术要求。多因素试验是以排肥轴转速、车速、螺旋轴旋转角度等因素，排肥量变异系数和种肥间距误差为评价指标，通过软件Design-Expert8.0.6对试验结果进行分析，确定影响施肥量的主次因素和工作参数的最优组合。

关键词：玉米穴施肥控制系统直流伺服电机

基于穴施肥及喷药功能的玉米中耕电动作业机械研究

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基于穴施肥及喷药功能的玉米中耕电动作业机械研究

作者：赵俊强华北水利水电大学

学位级别：硕士

玉米作为全国三大粮食作物之一,在黄淮海地区种植面积较大,随着农业机械装备的发展,其播种和收获基本实现了机械化,但是中耕管理包括喷药除草、苗期杀虫和中耕追肥等还没有实现机械化,尤其是针对黄淮海地区地块较小分布的状况。本文深... 详细信息

玉米作为全国三大粮食作物之一,在黄淮海地区种植面积较大,随着农业机械装备的发展,其播种和收获基本实现了机械化,但是中耕管理包括喷药除草、苗期杀虫和中耕追肥等还没有实现机械化,尤其是针对黄淮海地区地块较小分布的状况。本文深入研究了河南地区夏玉米的中耕施肥及喷药管理机械的发展,依据农机农艺融合,设计了纯电动技术的中耕管理机械,涉及穴施肥和喷药两个功能,可以在50～60cm等行距的玉米田间实现4行玉米植株的精量定穴施肥及多行玉米的喷药作业。主要包括以下4个方面的内容:（1）作业车的机械结构设计研究机构设计采用“M”型框架结构,主要包括行走机构设计,后轮轮距调节机构设计,机架结构设计,自适应地面及行距可调的滚轮施肥机构设计,喷药机构设计等,该作业车可以通过玉米植株自主识别技术,在玉米田间自适应轮距行走、并进行自适应地面的扎穴和施肥等功能。（2）整车电控电路设计研究高地隙作业车采用铅酸蓄电池供电,电控设计主要包括整车电源及控制器布局设计、行走驱动电机及控制电路设计、机架轮距调节电路设计、穴施肥单体升降及施肥量电路设计、玉米植株探测识别电路设计等。控制电路采用液晶屏触控板控制,可将作业车行走及性能参数展示出来。（3）穴施肥机构仿真分析扎穴施肥机构核心部件采用滚轮式扎穴器,其正转反转及施肥挡位调节都需要进行仿真分析,本文针对圆盘扎穴机构的精量施肥合理性,利用ADAMS虚拟仿真软件模拟施肥机构的运动过程,从而获得不同速度和不同挡位下的运动参数数据。（4）作业车性能试验由于玉米田间作业工况的复杂性,依据可靠性、耐用性的设计思路,需要进行实际的穴施肥试验,考核作业车整体性能,主要包括两个试验内容,分别为施肥单体的穴施肥量与调节控制挡位的试验分析和总排肥量稳定性试验分析。作业车进行了不同速度下的穴施肥单体排肥稳定性试验,速度较慢时1挡位的施肥变异系数大于6,其它情况下均小于6,满足追肥机的机械标准。

关键词：纯电动玉米中耕穴施肥玉米喷药

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油菜机械直播穴施肥装置设计与试验

油菜机械直播穴施肥装置设计与试验

作者：陈勇华中农业大学

学位级别：硕士

油菜是我国重要的油料作物,施肥是油菜种植中的重要环节,科学施肥是保证油菜出苗质量、实现油菜稳产增产的重要方式;针对现阶段我国油菜化肥施用方式粗放、肥效利用率低、施肥精准度低等现实问题,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种... 详细信息

油菜是我国重要的油料作物,施肥是油菜种植中的重要环节,科学施肥是保证油菜出苗质量、实现油菜稳产增产的重要方式;针对现阶段我国油菜化肥施用方式粗放、肥效利用率低、施肥精准度低等现实问题,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方案,研制了一种油菜机械直播穴施肥装置,实现油菜播种作业过程中的穴施肥功能。主要研究内容及结论包括:(1)测试与分析了三种油菜直播常用复合肥的机械物理特性参数。分别测试了三宁复合肥、母女红复合肥和新时代复合肥的三轴尺寸、含水率、球形度、千粒质量、容重和休止角等机械物理特性参数。测试结果表明:三种复合肥的三轴尺寸均符合正态分布,平均三轴尺寸为3.74mm×3.51mm×3.19mm,等效直径分别为3.17mm、3.68mm、3.56mm;复合肥的休止角依次为29.67°、33.21°、32.40°,平均休止角为31.76°;球形度均大于90%。不同类型复合肥的机械物理特性参数存在差异,但三种复合肥总体球形度较高,适用于机械化穴排肥。(2)提出了一种油菜侧深穴施肥工艺方案。确定了肥料颗粒距油菜根系横向距离为140mm、纵向距离为80～100mm、施肥穴距为200mm时,可实现肥料颗粒深施在油菜根系侧位,且肥料颗粒成穴状分布;基于油菜侧深穴施肥工艺方案,确定了油菜机械直播穴施肥装置总体设计方案,阐述了穴施肥装置的工作过程,明确了穴施肥装置的穴施肥排肥器、种肥开沟辊和深施肥铲等关键部件的空间布局,根据油菜种植施肥农艺要求,得出了施肥行数为5行、施肥深度为80～100mm、穴排肥量为1.80～9.00g。(3)开展了油菜机械直播穴施肥装置关键部件结构设计与参数分析。设计了一种倾斜型孔轮式穴施肥排肥器,确定了排肥轮和型孔的主要结构参数,排肥轮直径为80mm,排肥轮径向型孔个数为4,通过改变排肥轮型孔与肥量调节轮的重合长度可实现穴排肥量的调节;构建了穴施肥排肥器充肥和排肥环节肥料群受力模型,得出了颗粒肥料充肥角、排肥角与排肥轮转速、型孔左侧壁倾角及型孔右侧壁倾角等参数之间的关系;结合油菜侧深穴施肥工艺方案,确定了主动式种肥开沟辊平整滚筒直径为160mm、肥沟圆盘半径为200mm、肥沟圆盘厚度为20mm;基于运动学和动力学原理对种肥开沟辊进行了分析,分析确定了种肥开沟辊工作转速为22～130r/min;为提高施肥深度的稳定性,设计了包络形深施肥铲,确定了深施肥铲前壁面厚度为20mm、左右翼板夹角为5.2°,分析了深施肥铲与种肥开沟辊各参数之间的几何关系,得出了深施肥铲与种肥开沟辊的间隙为10mm、深施肥铲与种肥开沟辊包络圆弧段的圆心角为55.15°;为探究不同类型导肥管对肥料成穴性能的影响,通过分析确定了PVC波纹管、ABS塑料管及不锈钢管三种不同材料的导肥管。(4)基于EDEM开展了穴施肥排肥器成穴性能仿真试验。分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对成穴性能指标穴排肥量误差和穴径长轴的影响。单因素仿真试验结果表明:排肥轮转速的较优范围为30～90r/min,充肥型孔长度的较优范围为15～35mm,不同材料导肥管对穴排肥量误差影响不显著,对颗粒肥料落地后穴径长轴分布影响显著,影响程度依次为:不锈钢管>ABS塑料管>PVC波纹管。三因素三水平全因子仿真试验分析表明: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,对应的穴排肥量误差和穴径长轴分别为7.05%和62.45mm,成穴性能较优。优选参数组合下进行EDEM仿真验证试验,得出穴排肥量误差为6.98%,穴径长轴为62.59mm。(5)开展了穴施肥排肥器排肥性能台架试验和油菜机械直播穴施肥装置田间试验。基于EDEM仿真试验所得的优选参数组合,进行了穴施肥排肥器成穴性能台架验证试验,试验结果表明:排肥轮转速为30～90r/min时,穴排肥量误差、穴径长轴稳定性变异系数及穴距误差随排肥轮转速增加而增大,穴径长轴随排肥轮转速增加先减小后增大,且穴排肥量误差为4.56%～15.69%、穴径长轴为76.32～91.50mm、穴径长轴稳定性变异系数为4.53%～9.78%、穴距误差为3.24%～7.31%;应用新时代复合肥开展油菜机械直播穴施肥装置田间试验,结果表明:排肥轮转速为30～90r/min时,穴排肥量误差、穴径长轴稳定性变异系数、穴距误差及施肥深度稳定性变异系数随排肥轮转速增加而增大,穴径长轴随排肥轮转速增加先减小后增大,成穴性能指标变化趋势与台架试验结果相同,且穴排肥量误差为4.73%～16.07%、穴径长轴为85.21～101.65mm、穴径长轴稳定性变异系数为4.82%～10.63%、穴距误差为3.36%～7.58%、施肥深度合格率为95.83%～97.92%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%～10.85%,成穴性能较好,满足油菜播种穴施肥要求。

关键词：油菜穴施肥排肥器离散元仿真成穴性

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免耕播种机精量穴施肥系统设计与试验

农业机械学报 2018年第7期49卷 64-72页

作者：吴南林静李宝筏沈阳农业大学工程学院沈阳110866 辽宁机电职业技术学院材料工程系丹东118009

为实现玉米精量穴施肥农业技术要求,提高穴施肥质量,设计了一种穴施肥控制系统。应用颗粒系统仿真软件EDEM对穴施肥控制装置成穴性能进行了仿真研究,表明穴施肥装置在播种速度3~7 km/h时,鸭嘴阀成穴性能较好,成穴性能随着播种机速度增... 详细信息

为实现玉米精量穴施肥农业技术要求,提高穴施肥质量,设计了一种穴施肥控制系统。应用颗粒系统仿真软件EDEM对穴施肥控制装置成穴性能进行了仿真研究,表明穴施肥装置在播种速度3~7 km/h时,鸭嘴阀成穴性能较好,成穴性能随着播种机速度增加逐渐减弱。通过穴施肥控制算法,调节种子脱离排种口与肥料脱离排肥口的时间间隔t_3,控制穴施肥料与穴播种子水平距离a,实现穴施肥位置控制;调节排肥轴转速和鸭嘴阀开合频率,实现穴施肥量控制。采用正交旋转组合试验,以播种机行进速度、鸭嘴阀旋转角、穴施肥装置安装高度为试验因素,穴距精度和穴施肥量精度为试验指标,应用响应面分析法,进行三因素五水平正交试验,结果表明,在播种机行进速度为7 km/h,最佳参数组合为:旋转角33.37°,安装高度17.30 cm。田间试验结果表明,在播种机行进速度3~7 km/h,旋转角33.37°,安装高度17.30 cm时,穴距精度可达84.76%,穴施肥量精度可达87.20%,满足玉米精量穴施肥控制技术农业要求。

关键词：免耕播种机穴施肥控制系统鸭嘴阀正交试验

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玉米分层正位穴施肥精播机SPH仿真与试验

农业机械学报 2018年第9期49卷 66-72页

作者：张俊雄刘华猛高金蔺泽虹陈英中国农业大学工学院北京100083

为了有效地将化肥集中施在玉米植株下方根系生长的区域内,以减少化肥用量,设计了一种玉米分层正位穴施肥精播机。在对穴施肥精播机进行实体建模的基础上,结合MAT147土壤材料模型与SPH(光滑粒子流体动力学)算法,运用LS-DYNA模拟并分析了... 详细信息

为了有效地将化肥集中施在玉米植株下方根系生长的区域内,以减少化肥用量,设计了一种玉米分层正位穴施肥精播机。在对穴施肥精播机进行实体建模的基础上,结合MAT147土壤材料模型与SPH(光滑粒子流体动力学)算法,运用LS-DYNA模拟并分析了穴施肥系统的间歇排肥机构的落肥状态,以及分层排肥管将化肥施入土壤之后的分布情况。通过土槽和田间试验验证,表明分层正位穴施肥精播机能够精确地将所需化肥按预定比例施入不同深度土层中,化肥分布于种子正下方深度为7~23 cm的土层内,化肥集中在最深施肥层中,并且化肥分布由深至浅依次递减,符合玉米生长过程中的实际需肥规律。

关键词：玉米穴施肥分层施肥 SPH算法

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腔盘式穴施肥装置柔性护肥机构设计与试验

农业机械学报 2018年第11期49卷 97-103页

作者：刘正道王庆杰李洪文何进卢彩云谢立娟中国农业大学工学院北京100083

针对腔盘式穴施肥装置存在的输肥过程中肥盘与护肥腔刚性接触、造成卡肥现象,严重影响输肥稳定性等问题,提出了一种柔性护肥方法,并设计了基于梅花状尼龙纤维的柔性护肥机构。通过理论计算和有限元模拟仿真,对单根尼龙纤维的力学性能进... 详细信息

针对腔盘式穴施肥装置存在的输肥过程中肥盘与护肥腔刚性接触、造成卡肥现象,严重影响输肥稳定性等问题,提出了一种柔性护肥方法,并设计了基于梅花状尼龙纤维的柔性护肥机构。通过理论计算和有限元模拟仿真,对单根尼龙纤维的力学性能进行分析,得出了尼龙纤维结构参数对其受力和形变的影响规律,确定所选用纤维直径为0. 1 mm;通过对纤维束结构的分析,为保证植毛孔安全距离和刷丝束合理间隙,设计刷丝长度为13 mm,植毛孔直径为4 mm;运用EDEM软件模拟肥腔内肥料受压过程各壁面受力变化,确定肥盘与底护肥刷的安装负间隙为1. 6 mm,与侧护肥刷的安装负间隙为0. 5 mm。加工了柔性护肥机构并进行验证试验,试验结果表明,该机构无卡肥现象,肥盘转动扭矩为4. 71 N·m,肥盘转动阻力比原机构减小58. 54%。该柔性护肥机构可有效避免输肥过程中的卡肥现象,降低输肥阻力,保证了输肥稳定性。

关键词：施肥装置腔盘式穴施肥柔性护肥输肥稳定性

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倾斜梯形孔式穴施肥排肥器设计与试验

农业机械学报 2021年第9期52卷 43-53页

作者：都鑫刘彩玲姜萌袁昊戴磊李方林中国农业大学工学院北京100083

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥,设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理,分析了影响其成穴性能的主要因素,构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型;应用离散元软件EDEM和流... 详细信息

为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥,设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理,分析了影响其成穴性能的主要因素,构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型;应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析,研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响,通过全因子试验得到作业速度为3~7 km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0 mm、气流速度15.0 m/s,对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5 mm和7.4%~8.9%。台架试验表明,在作业速度为3~7 km/h、充肥孔长度为27.0 mm和气流速度为15.0 m/s条件下,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5 mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%;田间试验表明,作业速度为3~7 km/h时,穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4 mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%,成穴性能较好。

关键词：穴施肥排肥器倾斜梯形孔离散单元法