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3 km/h、排肥量为5 L/s时,肥料在土壤中纵向扩散深度为235 mm,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1.2 km/h、排肥量为3 L/s时,约80%的肥料分布在距作物根部中心100 mm半径范围内,较好地实现了近根施肥。

注入式液体粪肥施肥铲设计及试验

针对液体粪肥深施需求,基于施肥铲降阻理论和液体粪肥深施农艺,设计了一种椭圆形施肥管,并配套凿式深松铲集成研发了注入式液体粪肥施肥铲。依托土槽试验平台,采用清水模拟液体粪肥的方法,分析了施肥管对施肥作业工作阻力的影响,以及施肥铲施肥深度、施肥量对液体粪肥在土壤中横向和纵向分布的影响。试验结果表明:施肥管对施肥铲水平工作阻力影响较大,对施肥铲垂直工作阻力几乎没有影响。施肥深度对液体粪肥在土壤中横向分布影响显著,随着施肥深度的增加,液体粪肥在土壤中横向扩展长度随之增大;而施肥深度对液体粪肥在土壤中纵向分布影响不显著,随着施肥深度的增加,液体粪肥在土壤中纵向扩展深度没有明显增大。施肥量对液体粪肥在土壤中的横向分布和纵向分布影响显著,随着施肥量的增加,液体粪肥在土壤中横向扩展长度及纵向扩展深度随之增大。研究可为液体粪肥施肥铲及施肥机的设计提供技术支撑。

3ZFS-520型中耕深施肥机施肥铲仿真分析与试验

针对现有中耕施肥机追肥深度不足的问题,研制3ZFS-520型中耕深施肥机,增加施肥深度,并就施肥铲进行仿真分析和改进设计。本研究利用土壤坚实度测量仪测量破土阻力,采用Creo 5.0对施肥铲进行建模后导入Ansys Workbench软件,分析破土阻力对施肥铲表面应力、应变及位移的影响,并对施肥铲的振动情况进行模态分析,分析结果表明当入土角取20°,入土隙角取7°,铲尖曲率半径取120 mm,铲体长度取600 mm,铲体宽度取15 mm时,施肥铲应力、应变、位移及振动情况均可满足要求。将施肥铲按仿真分析尺寸进行加工,并安装于3ZFS-520型中耕深施肥机,经试验测试,该施肥机各项作业性能指标满足行业标准要求,通用性及适应性强,施肥深度可达20 cm,作业性能稳定。

平播机深松施肥铲的设计

以平播为主体的机械耕作制度,存在着机具压力重、机型杂、配套投资、大耕层土壤肥力下降等问题,所以采用深松作业。深松一般是指深度在180mm以上的松土作业。文中设计了深松施肥铲,并对其结构及受力分析进行了介绍。

深松防堵分层施肥铲优化设计与试验

为了实现1次施肥满足小麦玉米不同生育期的养分需求、提高肥料利用率、防止肥料堵塞,设计了1种具有疏肥机构的分层施肥铲。对施肥装置倾角γ、施肥片长度L和疏肥机构往返频率f进行了仿真分析,优化了分层施肥铲结构,并进行了室内及田间试验。结果表明,当施肥装置安装角度γ为30°,中层施肥片长度L1为14 mm、下层施肥片长度L2为29 mm、疏肥机构往返频率f为1 Hz时,上、中、下、底层施肥量之比为23.3∶23.8∶31.2∶21.7,施肥比例分布满足作物生长需求。与仿真试验相比,室内台架试验相对误差在5%以内,变异系数在10%以内,田间试验变异系数在9%以内。

基于离散元法宽面施肥铲的仿真设计与试验

针对施肥铲作业肥粒分布宽度较小导致土地肥力分布不均的问题,设计一种可扩大深松施肥宽度的宽面施肥铲。采用离散元分析法建立深松施肥土槽仿真模型,以施肥深度和施肥宽度为施肥作业效果评价指标,对影响施肥作业效果的施肥槽倾角、分肥板夹角2个因素进行仿真分析。仿真结果表明,控制耕深为300 mm时,宽面施肥铲平均施肥深度在200 mm以上,施肥槽倾角为80°,分肥板夹角为120°时,施肥面平均宽度达到最大。开展宽面施肥铲田间施肥性能试验发现,宽面施肥铲在平均深松作业深度为255. 6 mm时,平均施肥深度为156. 8 mm,平均施肥宽度达到106 mm,约为散肥板式深松施肥铲施肥宽度的2～3倍,有效增大了施肥面宽度;各测定参数变异系数小于12%,具有较稳定的深松施肥作业性能。

基于OpenCV的施肥铲精准对行系统设计

为解决小麦断根机施肥作业过程中施肥铲施肥不精准问题,设计一种基于OpenCV的施肥铲精准对行系统。以Jetson Nano为处理器,将摄像头采集到的图像信息通过OpenCV进行处理,能够精准找到小麦垄行之间的中心坐标位置,以此来得到每个施肥层中施肥铲的相对位置,将得到的位置信息传到STM32F103C8T6再次进行处理,通过相应的控制系统进而调整分层施肥铲的位置。将摄像头所取得的像素点坐标与人工测量的实际坐标进行对比分析,结果表明,此识别方法在光照强度充足的情况下,对小麦中心坐标的识别正确率均高达90%以上,具有较好的识别效果。此识别方法为以后断根机施肥处理装置的设计提供了可靠的理论基础。

沼液沼渣暗灌施肥机设计与试验

沼液沼渣既是速效与迟效兼备、速效多于迟效的有机肥,又是防治病虫害的无污染、无残毒、无抗药性的'生物农药'。但由于没有沼液沼渣这种液态沼肥的机械化施肥技术和装备,无法施用于田间。同时,由于大中型沼气工程缺乏沼液沼渣的消纳途径,制约了沼气产业的发展。为此本文设计出一种液态沼肥暗灌施肥机械,该机械采用分配器对沼肥进行分配和防堵,一次进地能完成开沟、松土、施肥、起垄及镇压多道工序,减少了拖拉机及罐车进出耕地的次数。同时分析了分配器中沼液沼渣在管道中的流动性,发现其能集中沼液沼渣从总管到分管的瞬时流体能量。最后对施肥机进行了田间试验,结果表明所设计机具通过拖拉机配套牵引能进行沼肥运输、抽排工作。

玉米垄作深施肥免耕播种机关键部件设计与试验

针对免耕播种条件下,播种机易于拖堆、堵塞,难以保证播种均匀性和深施肥,设计玉米垄作深施肥免耕播种机。该机利用切割圆盘刀对土壤及秸秆切割开沟,锐角入土施肥铲利用该沟开沟施肥,双圆盘开沟器利用施肥铲开出沟带,再次开沟,可有效增加开沟器入土能力且减小开沟阻力。田间试验结果表明,在秸秆全量还田地和垄体深松免耕地作业速度为4 km·h-1,播种过程中无堵塞,通过性好;播种深度合格率均达到86.8%以上,变异系数小于7.5%,种肥间距合格率均大于91.3%,变异系数均小于23.8%,播种均匀性变异系数小于8.8%,秸秆全量还田地与垄体深松免耕地晾种情况分别为0.34、0粒·m-1,平均出苗速率为0.49、0.58棵·d-1·m-1。

深厚层施肥的提出与探析

深厚层施肥是一个创新性的概念,是指利用深松施肥铲等装置,将肥料施在地表10cm以下至深松深度不小于25cm的深松沟底,且肥层厚度不小于12cm的一种施肥方法。本文给出了深厚层施肥的定义,分析了提出深厚层施肥概念的必要性,探讨了深厚层施肥的五个内涵与特征,介绍了深厚层施肥的四种实施方式。

小麦深松分层施肥宽苗带免耕播种机的设计与试验

根据黄淮海小麦玉米轮作区种植体系的种植要求,研发了一种同时完成深松、分层施肥、播种、覆土及镇压等作业的小麦深松分层施肥宽苗带精量播种机。该播种机采用了深松分层施肥精播技术,在播种时一次性施足包括基肥和底肥在内的控释肥,省去了追肥作业环节,提高了作业效率,显著地降低了生产成本,节能减排,增产增收。试验表明:该机组符合各项指标,满足生产的需要。

3ZT-3型中耕追肥机设计与试验

针对中耕追肥机动力功耗大、除草效果不好和肥料利用率不高等问题,结合现有的中耕机械技术,研制出3ZT-3型中耕追肥机。该机通过施肥铲和前后松土铲,可以分别完成垄帮儿施肥和垄沟分层松土除草。为此,主要论述了追肥机整体结构、工作原理和主要工作部件的设计。田间试验结果表明:总排量稳定性变异系数为5.4%,各行排肥量一致性最大变异系数为6%,行间杂草除净率为95%,其它各项技术性能指标均符合设计要求,能满足实际工作需求。