3SFBQ-500型果园气爆松土注肥机的优化设计与试验

针对目前果园开沟施肥存在的易伤树木根系、耕作能耗大、施肥不均等问题,该文研制了3SFBQ-500型果园气爆松土注肥机,采用液力辅助气铲激振的钻杆结构,建立液力辅助气铲钻土的力学模型及运动学方程,分析了钻杆的土力学关系,优化了钻头构型参数,优化后的钻头锥角60°、钻杆圆柱半径12.5 mm;设计了一种基于PLC控制的经济型多旋钮式开关操控系统,实现了机具手动、自动控制作业,一键操作可完成钻杆钻土、气爆松土、液肥注射、钻杆回升四步操作;在SolidWorks软件中建立了样机模型,并完成了样机的试制与田间试验工作。样机田间试验结果表明,气爆作用可在土体内部产生裂隙并扩散,300 mm钻深、0.8 MPa气爆压力下的土体最大裂隙宽约3~4 mm,裂隙扩展扰动半径约400 mm;土壤在气爆下发生扰动,扰动系数达50.11%;液肥在注肥机构作用下可在深土层中无堵塞喷射,并均匀扩散;样机操作简便,运行稳定,工作效率至少0.048 hm^2/h,满足果园施液肥农艺要求,适用于果树、园林、绿化地的施肥作业。

基于土体裂隙迹线方程和土体扰动模型的气爆松土参数优化

为明晰气爆技术对土壤的深松效果,采用剖面法观测土体裂隙及扰动情况,设计正交试验分析气爆参数对土体裂隙扩展的影响,建立了气爆土体裂隙迹线方程及土体扰动模型,讨论了土体破坏形式对松土效果的影响,结果表明:气爆深度小于25 cm时,土体以张拉破坏为主,气爆起劈力为0.17 MPa,土面易抬升,裂隙中心为气爆中心,裂隙扩展随气压增大而增大,土体扰动系数为50%;气爆深度大于25 cm时,土体以剪切破坏为主,气爆起劈力为0.39 MPa,土面抬升不明显,土体裂隙中心下移,且下移量随气压增大而增大,土体扰动系数大于50%,松土效果优于张拉破坏;气爆深度为30 cm、气爆压力为1 MPa左右较适宜。该研究可为气爆松土参数优化提供参考。

基于PLC的果园气爆松土注肥机控制系统设计

针对目前果园施肥作业人工成本大、工作效率低等问题,设计了一种果园气爆松土注肥机控制系统,旨在实现钻土、松土、注肥及回收全过程自动化,提高机具作业效率。该系统使用西门子S7-200PLC作为核心控制器,通过接收外部传感器信号完成数据采集;结合液压控制技术,通过控制继电器、电磁阀的通断,实现控制机具动作;使用SolidWorks三维软件建立果园气爆松土注肥机构模型,并使用STEP 7 Micro-WIN软件编写程序;最终进行了样机试验,验证了果园气爆松土注肥机控制系统的可行性。

基于EDEM-Fluent耦合的气爆松土效果仿真分析

为明晰气爆松土作用机理,设计外扩型、外缩型、直口型三种流孔结构,以气爆钻杆为研究对象,通过EDEM-Fluent耦合建立气爆松土仿真模型,对不同气爆压力P和松土作业深度H土壤扰动效果仿真,并进行气爆松土试验。仿真结果表明,直口型流孔土壤扰动效果最佳,当P为0.4 MPa、H为100 mm时,出口气流速度达60 m·s^(-1)、径向扰动范围达785 mm;当H一致时,土壤扰动区域随着P增大而增大;当P一致时,H<200 mm时,土壤扰动区域随H增大而增大;当H>200 mm时,土壤扰动区域随H变化不明显;当H<100 mm时,土壤扰动最大深度与H一致;当H>100 mm时,土壤扰动最大深度大于H;土体抬升高度与H成反比,与P成正比,P持续增大,抬升高度趋于平缓。试验结果表明,气爆使土体产生裂隙并扩散,其拟合曲线为抛物线,与仿真结论一致,试验土体扰动范围与仿真值误差较小,仿真结果合理可靠。研究可为气爆松土工艺参数制定及机具结构设计提供理论依据。