基于GWO-GRNN的双变量施肥系统排肥量预测模型构建

双变量施肥系统排肥量预测模型的构建主要以数学统计和机器学习方法为主。针对机器学习建模方法中普遍存在的运算过程耗时较长问题,基于灰狼算法(gray wolf optimizer,GWO)和广义回归神经网络(general regression neural network,GRNN),提出一种排肥量预测模型构建方法(GWO-GRNN),并对其有效性进行了验证。首先,基于双变量施肥试验平台进行3种不同固体颗粒肥的定时排肥试验,获得试验数据集;其次,提出GWO-GRNN算法对GRNN的平滑因子进行优化,并将寻优过程与现有算法(DE-GRNN)进行对比,结果表明GWO-GRNN算法整体上具有较快的收敛速度和较短的运行时间;最后,基于获得的最佳平滑因子构建3种颗粒肥的排肥量预测模型,并分别选取3种颗粒肥未参加训练的18个样本作为测试集,对模型精度进行验证。结果表明,构建的3种颗粒肥排肥量预测模型决定系数均在0.99以上,平均相对误差均在2%左右。该方法能够在保证排肥量预测模型精度的同时提升运算效率,具有较好的适应性。

铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统设计与试验

为实时监测施肥量以提高施肥精度,设计了一种可对肥箱剩余肥量实时监测的铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统。该监测系统由称质量、多路排肥量监测两部分组成。其中,称质量部分主要由铰链杠杆机架、平行梁称质量传感器等组成,以平行梁称质量传感器为工作元件,承载并测量安装在铰链杠杆机构上方的肥箱以及肥箱内实时肥料质量。多路排肥量监测部分由控制器、排肥量监测、数据通讯、监视器等模块组成,负责收集各称质量传感器获取的排肥量信号,并将其处理后传输至监视器交互界面便于对施肥系统作业参数实时查看、配置。田间试验结果表明,该排肥量监测系统可对各肥箱排肥量独立、同步实时测量,其监测相对误差最大为4.79%,最小为3.55%。

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。

对种肥分层播种机排肥量控制的改进

对种肥分层播种机排肥量控制的改进２ＢＦ－７（９）型种肥分层播种机已经大批量推广使用，由于该机所用排肥盒与排种盒是同一种规格型号，且传动比较一致。在实际使用中出现了排肥轮工作长度短（因亩施肥量小于排种量，一般在４～７．５ｋｇ），造成了排肥困难，容易阻塞...

一种外槽轮体积自动可调的定量排肥装置设计与试验

为改变现有外槽轮式排肥装置排肥量受限于外槽轮体积的状况,设计了一种外槽轮体积自动可调的排肥装置,建立了外槽轮排肥的数学模型,对装置的参数进行了设计,并通过试验测试了装置的实际排肥性能,对装置的排肥参数进行了修正.试验结果表明,在22~120 r/min转速范围内,排肥装置的排肥量随转速的增加保持稳定的线性关系,排肥槽轮单圈排肥量的极差、标准差及变异系数较小;当转速高于120 r/min时,该线性关系遭到破坏.当需要在一定的距离内施用较多的肥料时,若采用固定体积的排肥轮排肥,必须提高转速来实现.当转速超过120 r/min时,外槽轮式排肥装置的排肥量急剧下降,因此为了精准控制施肥量,施肥量大时,需要选用更大的槽轮体积来使得槽轮转速降低到线性排肥范围内;当需要在一定的距离内施用较少的肥料时,如果槽轮体积固定则无法做到均匀定量施肥,因此应考虑选用更小的槽轮体积来完成排肥任务.通过数学模型计算出的理论排肥量与实际排肥量误差较小,最大误差为7.7%,说明该模型能准确表达此装置的工作状况,装置完全能够满足定量自动排肥需求.研究结果为变量施肥机具的研究、设计与应用提供了参考依据.

果园精准施肥技术装备研究进展

精准施肥技术装备是实现精准施肥、提高肥料利用率的重要载体。列举国内外学者在果园精准施肥技术装备开展的研究,从排肥量精准控制和施肥位置精准控制两个方面,总结归纳现有技术实现精准施肥的方案。指出现有技术装备无法根据单棵果树的养分需求现场配制个性化肥料、定点施肥技术装备应用较少、基于果树生长规律的施肥决策模型缺乏等问题。提出要加强政策支持、深入研究高质量定点施肥技术和智能决策模型等对策建议。

两级螺旋排肥装置的设计与试验

为了改变现有排肥装置对肥料形态特征要求高的缺陷及改善排肥效果,该文设计了一种两级螺旋排肥装置,研究了装置的排肥原理,建立了排肥螺旋的单圈排肥量的数学模型,分析了两级螺旋排肥装置的相关参数,并通过试验测试与分析了两级排肥装置的排肥性能。试验结果表明,在10-200 r/min转速范围内,对于芭田复合肥、水稻专用肥及吸潮后的芭田复合肥和水稻专用肥,两级螺旋排肥装置每分钟内的排肥量随转速的增加而增大,并呈线性关系,整体决定系数大于0.998,排肥螺旋的单圈排肥量的极差、标准差及变异系数较小,对于含水率2%的芭田复合肥和含水率5.6%的水稻专用肥的单圈排肥量的变异系数小于0.025;吸潮后含水率较高的芭田复合肥和水稻专用肥的单圈排肥量的变异系数整体上不大于0.040。同时,通过数学模型计算出的单圈排肥量与实际单圈排肥量一致较好,该模型能准确表达此类两级螺旋排肥装置的单圈排肥量。因此,该研究能有效地改善排肥效果,降低对肥料形态特征的要求,为同步播种施肥机具及变量施肥机具的研究与设计提供了参考依据。

基于香蕉根系分布特征的变量施肥机研制

针对香蕉施肥作业中肥量分布不合理和施肥效率低等问题,对香蕉根系的分布特征进行统计分析,获得基于根系分布特征的施肥决策,并以此为基础,设计了香蕉变量施肥机,进行了样机试验。结果表明:香蕉幼苗期的施肥长度≤0.22 m,主次施肥区的施肥量比例为8:5,施肥长度比例为2:1;营养体生长期的施肥长度≤0.42 m,主次施肥区施肥量比例为2:1,施肥长度比例为5:1;生殖体发育期的施肥长度≤0.84m,主次施肥区施肥量比例为11:5,施肥长度比例为3:1。田间试验结果表明,机具前进速度0.38m/s、排肥盘转速22r/min、漏肥孔圆心角120°时,排肥量理论值与实际值平均相对误差为5.74%,施肥合格率为93%,满足香蕉施肥作业要求;采用变量施肥机施肥的香蕉植株长势优于常规人工穴施肥。该研究为香蕉变量施肥机的研究提供了基础数据和设计新思路。

基于EDEM的螺旋式排肥器排肥性能研究

为优化改进螺旋式排肥器在热带果园中的施肥效果,在试验统计获得肥料颗粒物理及相关力学仿真参数的基础上建立了颗粒肥料的EDEM模型,并通过对其与螺旋式排肥器数字化模型耦合进行排肥过程仿真分析。通过随机选取料箱左、中和右侧的单个肥料颗粒,获得了不同位置的仿真运动轨迹、速度与受力变化曲线图。数据分析结果表明:不同转速下的排肥螺旋单圈排肥量变异系数均小于2%;螺旋叶片直径对排肥量影响显著(P<0.05),呈线性负相关;螺距和排肥轴转速对排肥量影响极显著(P<0.01),呈线性正相关。建立的螺旋式排肥器模型结构合理,排肥过程稳定性与均匀性较好,可为螺旋式排肥器的优化设计提供参考。

螺旋排肥器排肥口参数对排肥性能影响的试验研究

针对螺旋排肥器在物料输送过程中排肥口物料流量随时间波动变化造成排肥均匀性降低的问题,该研究采用离散元仿真和台架试验相结合的方法,以排肥均匀性变异系数为评价指标,在螺旋转速30 r/min下,研究了排肥口长度和排肥口角度对排肥均匀性的影响,通过正交试验分析了单个螺旋转动周期内的排肥特性。试验结果表明:影响螺旋排肥器排肥性能的主次因素分别为排肥口长度、排肥口角度,两者对螺旋排肥器的排肥稳定性和均匀性有非常显著的影响,在排肥口角度为135°、排肥口长度为60 mm的组合下取得较优排肥效果,该组合下仿真试验的排肥均匀性变异系数为4.98%,台架验证试验的排肥均匀性变异系数为5.41%,仿真试验和台架试验结果吻合度较好。该研究可为螺旋式排肥器的设计与优化提供参考和理论依据。

逆向转运排肥式烟草施肥起垄机的设计与应用

为促进施肥与起垄机械化水平,解决传统施肥装置施肥效果不佳等问题,设计了一种逆向转运排肥式烟草施肥起垄机,提出了一种具有逆向转运、排肥量控制、无障碍排肥功能的施肥装置。介绍了逆向转运排肥式烟草施肥起垄机的整机结构及逆向转运排肥、排肥驱动、联动搅拌等机构设计原理,确定了主要结构参数。田间试验结果表明,施肥量、垄高、垄基宽、墒面宽的最小准确率分别为96.83%、97.86%、99.63%、96.33%,变异系数分别为2.47%、1.31%、0.19%、0.93%,各项作业指标达到了较高的精确度和稳定性,满足农艺要求。设计的逆向转运排肥式烟草施肥起垄机,有效解决了在排肥路径中易堵塞、排肥不顺畅、非排肥状态下漏洒的问题,实现了施肥起垄机械化和一体化,进而提升作业质量和工作效率,具有较好的生产应用前景。

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。

小型通用机架（2BT—3／4）排肥机构的选试与分析

叶轮式排肥部件结构简单、性能较好、可与通用机架播种机通用，适用于吸湿性强的粉状化肥的排施。文中主要给定了叶片数量、传动比、叶片与调节板间隙、隔板、调节板及排肥量的优化参数。

油菜机直播颗粒肥分流有序并行检测装置设计与试验

针对油菜机直播作业中因施肥农艺要求及高速作业产生的肥料颗粒流量大而无序导致检测精度不高的问题,该研究提出一种“碰撞离散+筛式分流+螺管约束”的高通量颗粒流离散化及分流序列化方法,基于离散分流有序机制设计了颗粒肥分流有序并行检测装置。根据油菜施肥农艺要求和颗粒肥排量精准检测要求,确定了传感检测结构、匀肥管、筛式分流结构、螺管的关键参数。根据多通道并行检测原理,设计了多通道信号同步采集系统。为验证离散分流序列化效果,利用螺旋扰动锥体离心式排肥器搭建试验台架,开展装置性能试验。结果表明:排肥器转速为100~130 r/min(排肥频率361.80~631.60 Hz)时,随转速增加,倾斜状态下检测装置的各通道分流一致性变异系数逐渐减小。正常田间作业0°~5°倾斜状态下各通道分流一致性变异系数不超过6.08%;单通道排肥频率为30~80 Hz时,使用螺管的检测装置准确率相较直管提升7.3个百分点;经排量补偿修正后,检测准确率不低于90.11%,较补偿前提高9.3个百分点。振动试验表明,低频振动(0~30 Hz)提升颗粒肥离散化效果,检测准确率提高;中频振动(30~110 Hz)检测准确率趋于稳定;高频振动(110~150 Hz)破坏颗粒肥序列化约束,检测准确率降低。不同振动频率对检测装置的分流均匀性无明显影响,各通道分流一致性变异系数不超过4.98%。田间试验表明,正常田间作业速度4.3~7.0 km/h下,光照、振动、灰尘对检测装置无明显影响,检测准确率不低于90.05%。检测装置能够监测机具施肥作业状态,有助于提高施肥作业质量。

排肥器的使用与调整

目前较多农具上施肥和追肥都采用外槽轮式排肥(排种)器(以下简称排肥器),它结构简单,调整和维护方便,其工作性能也是很不错的.

犁底施肥装置的试验及施肥量的计算

化肥深施技术主要指犁底施肥、播种施肥和化肥追施技术。我省主要以犁底施肥和播种施肥为主。从实际作业看,对施肥装置总的要求是动力传递简单、可靠,施肥均匀。从结构上看,影响施肥均匀性的主要因素有排肥器型式、动力源、动力传递方式、搅拌器型式等,其中排肥器型式影响最大。我省常用的几种施肥装置的性能见下表。

农机新技术——施肥器

由内蒙古赤峰建新修造厂研制的ZBF-1型组合式手动播种施肥器和JF-4型播种施肥器经自治区农机部门鉴定、国家专利局批准为实用新型技术,获专利权,并已批量生产。采用这种施肥器,一人一次可完成扎穴、施肥、播种、覆土工序,具有深度可调、排种、排肥量可控、操作简便的特点,可提高工效2倍,大田作物可节省化肥25%,菜田作物节省50%,化肥有效利用率达99.5%。

微型通用施肥机研制成功

山东省莱州市沙河南郑农具制修厂开发研制成功2BF—2型微型通用施肥机,并批量投放市场。该机以人力直接手推牵拉地轮自走为动力,通过连杆带动搅龙自动旋转排肥,能够较好地实现开沟、深施和覆土等连续施肥作业,其施肥深度达10厘米以上,排肥量为每亩20—120千克。