摆管式撒肥机机理与试验研究

摘要

我国人工施肥占很大比重，然而人工施肥生产效率低、劳动强度大、对人身体有害;机械施肥作业不但能提高化肥利用率、生产效率，起到稳产和增产作用，而且还可以降低农民的劳动强度。为此，本文以实现高效撒肥与耕整联合作业为目标，运用仿生学原理研制了一种摆管式撒肥机，与导师课题组研制的1GMD-200型水田秸秆还田耕整机配套，组装成一种施肥耕整联合作业机。
　　 本文对摆管式撒肥机进行了运动学分析，对撒肥机总体方案和各关键部件进行了设计与分析，并运用离散元软件EDEM进行颗粒肥料的模拟撒肥仿真分析，并开展了撒肥机室内静态撒肥试验研究，主要研究结果如下：⑴测定和研究了肥料的物理特性，为撒肥机的设计和离散元仿真提供基础理论数据。试验结果表明，颗粒型复合肥特性:千粒重为19.03g、平均粒径为3.2mm，球形率为90％，真实密度14.93g/ml，堆积密度为0.835g/ml，休止角为25.68°，颗粒肥料与钢板的碰撞恢复系数为0.31，颗粒肥料之间的碰撞恢复系数为0.18。碳酸氢铵特性:密度为66.63g/ml。⑵通过分析现有的各种排肥器的工作原理，本文设计的撒肥机采用了搅刀拨轮式排肥器，并应用仿生学原理，设计了摆管式撒肥装置。该撒肥机不仅能排施颗粒肥，还能撒施较难排施的易吸湿性粉状肥料。对撒肥机中的摆动机构进行了运动学分析，对肥料从进入摆管到最终落至地面的运动过程进行了理论分析;得出了颗粒肥料的出口速度和撒落距离的数学模型;从理论上确保了机构运动的可行性，同时对撒肥机的各关键部件进行了设计。⑶以撒肥均匀性为指标，对撒肥机进行了室内台架试验。对颗粒肥进行了横向施肥的正交试验，得到最佳的机构参数组合，即摆管的倾角为30°、摆动频率为5.0Hz和排肥量为中时横向施肥效果最好，横向变异系数达到18.56％。同时对纵向施肥均匀性进行了试验。对粉状肥料碳酸氢铵进行了横向和纵向施肥均匀性试验，施肥效果良好。⑷建立了撒肥机摆管的三维模型，应用离散元软件EDEM，对该模型进行了颗粒肥的离散元仿真，得出最佳的参数组合，结果和台架试验一致。与撒肥机的室内台架试验撒肥的分布情况进行对比，有较好的相似性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的意义及目的

1．1．1 研究意义

1．1．2 研究目的

1．2 国内外研究现状分析

1．3 拟采取的技术路线

2 肥料物理特性研究

2．1 颗粒肥料物理特性测定

2．1．1 千粒重

2．1．2 密度

2．1．4 颗粒肥料三维尺寸

2．1．5 含水率

2．1．6 休止角

2．1．7 摩擦系数

2．1．8 碰撞恢复系数

2．2 碳酸氢铵物理特性

2．3 本章小结

3 摆管式撒肥机机理研究

3．1 撒肥机方案的研究

3．1．1 排肥器分类和对比分析

3．1．2 摆管式撒肥方案的确定

3．3 摆管式撒肥机的结构

3．4 摆管式撒肥机的工作原理

3．4．1 摆动机构运动特性分析

3．4．2 肥料颗粒的运动分析

3．4．3 机械结构参数对施肥效果影响分析

3．4．4 环境因素的影响

3．5 本章小结

4 摆管式撒肥机的结构设计

4．1 整机参数

4．2 摆管式撒肥机的设计

4．2．1 传动系统的设计

4．2．2 肥料箱结构

4．2．3 排肥口设计

4．2．4 拨肥轮设计

4．2．5 搅肥装置设计

4．2．6 往复运动机构和摆管设计

4．2．7 摆管的设计

4．3 本章小结

5 撒肥试验研究

5．1 试验条件

5．2 转速标定

5．3 施肥均匀性试验及其分析

5．3．1 颗粒肥横向施肥均匀性试验

5．3．2 碳酸氢铵横向施肥均匀性试验

5．3．3 纵向施肥均匀性试验

5．4 本章小结

6 基于离散元颗粒肥施肥过程仿真

6．1 离散元简介

6．2 EDEM软件简介

6．3 摆管撒肥过程的EDEM仿真

6．3．1 三维建模

6．3．2 EDEM仿真

6．3．3 EDEM仿真结果和分析

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 不足与展望

参考文献

致谢

附录

附录1 颗粒肥撒肥横向均匀性试验部分数据

附录2 试验照片

附录3 攻读硕士学位期间主要研究工作