玉米苗期精准穴施肥机构设计及试验

摘要

玉米苗期穴施肥可以充分提高肥料利用率，降低残留对土壤的污染，提高施肥准确度并增加产量，促进经济效益显著增涨。目前常见的施肥机主要有两种形式条沟撒施机具、定距液态穴施肥机，其中条沟撒施机具肥料利用率过低，定距液态施肥机株距调节困难，且扎穴准确度低，结构相对复杂，成本较高，容易受前进速度的影响。为实现玉米苗期施肥的高效、精准和节能化，必须改善传统的施肥方式，减少不必要的投入和污染，才能在生产中广泛应用。根据东北地区中耕施肥的农艺作业方式，参照农机和农艺的设计思想，对穴施肥机核心控制机构进行了机构创新设计、参数分析、三维建模与仿真分析和试验数据处理分析，设计研制出了符合田间需求的玉米苗期精准穴施肥机构。
　　针对目前施肥技术的缺点和存在的空白，本机构在机架上配装传感靠苗针、微力放大离合装置、施肥机构，以及离合脱离装置。该机构通过传感靠苗针探测玉米苗期近根茎秆后，激活微力放大装置，触发离合器啮合，待施肥装置完成一次单株施肥后，离合脱离装置完成脱离工作，从而完成一次精准施肥，提高了施肥精准度，并从很大程度上增加了肥料利用率，实现了自动精准穴施肥。该机构由液压输出轴给予主动力，避免了大功率输出动力的使用。
　　针对机械式触碰识别装置的运动分析和触碰计算，设计了靠苗机构和微力放大装置，并对玉米苗期茎秆抗弯应力进行计算，测试出最大承受极限，突破现在技术依赖与图像和光学后处理依赖的局限性，有效应对与天气等环境影响，从本质上提高了识别装置的适应性。
　　对于定距施肥的不可调缺点，采用离合装置和脱离机构完成了自动激活和脱离的基本设计，可实现完全自动脱离和啮合，打破现有定距施肥出现的滑移累积导致扎穴串位的问题，提高机构可行性，为下一步试验和研究创造新的空间。在固态穴施肥的现在技术中设计出旋转扎穴式施肥套筒，可避免壅土堵肥等现象，分析施肥传动机构的受力和变形情况，提出不利问题和改善方向，进而分析产生原因和影响因素，为进一步改善和优化奠定基础。
　　仿真了机构在土壤层间的作业动作也运动轨迹，分析了机具在土壤中的速度、加速度、受力和时间效率等参数，对现有设计阐述运动规律，提出设计问题，和出现的缺陷，找出产生原因，阐述出现此现象的依据，并通过理论分析施肥装置的工作机理，细化设计思路并设计改善和优化方向。
　　基于可移动式搭载土槽的台车试验台对重要机构对应的工作参数进行了单因素试验，并在之后做出相应的多因素目标试验研究，得出最优方案区域，采用三因素五水平二次正交回归旋转组合试验方法，可得出在动力输出轴转速为16.5r/min，台车前进速度为1.25m/s，靠苗针高度在5mm～6mm条件下进行穴施肥试验，其机构工作参数范围处于较优区域。验证结果表明:穴株拟合度为66.2％，伤苗率为10％，结果接近优化区间，可作为穴施肥机构进一步优化试验的参考。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景和目的意义

1．2 国内外施肥机发展现状

1．3 研究的主要内容与方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 技术路线

2 自动精准穴施肥机构总体设计

2．1 机构主要结构及工作原理

2．1．1 机构主要结构

2．1．2 机构工作原理

2．2 部分子装置的设计

2．2．1 机械式触碰识别装置的设计及工作原理

2．2．2 施肥装置的设计及工作原理

2．3 传动设计

2．4 小结

3 穴施肥机构关键部件设计

3．1 机械式触碰识别机构

3．2 识别机构灵敏度测试

3．3 脱离装置的参数设计

3．4 施肥装置的设计及其参数计算

3．4．1 施肥装置的设计

3．4．2 施肥轴有限元分析

3．5 小结

4 施肥装置扎穴运动仿真与分析

4．1 玉米苗期穴施肥农艺要求

4．2 穴施肥装置的运动仿真分析

4．3 扎穴装置土壤内运动分析

4．4 小结

5 穴施肥机构单体工作参数优化试验研究

5．1 试验材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验评价指标

5．1．3 试验方法

5．2 试验设备与仪器

5．2．1 试验台结构和技术参数

5．2．2 试验仪器

5．3 单因素试验结果与分析

5．3．1 动力输出轴转速的影响

5．3．2 台车前进速度的影响

5．3．3 靠苗针高度的影响

5．3．4 微力放大装置压簧丝径的影响

5．4 多因素试验结果与分析

5．4．1 试验设计

5．4．2 试验方案与结果

5．4．3 因素对穴株拟合度的影响

5．4．4 交互作用分析

5．4．5 优化分析

5．5 小结

6 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文