精准混合变量施肥机肥料在线混合器的研究

摘要

精准混合变量施肥机采用根据田地所需肥料信息，控制三个肥箱单独排肥，肥料经过混合器混合后再进行施肥的方案，实现精准施肥。精准混合变量施肥机主要由电子控制系统、排肥量计量部分和在线混合部分组成。
　　在线混合器是实现肥料在线即时混合的装置，是变量施肥机的重要组成部分。目前，国内已有不少科研单位和院校在研制变量施肥机，但大部分研究集中于变量施肥控制器的设计与开发，肥料在线混合器的研究较小。当前使用的混合机大多是独立产品，因其体积庞大、混合时间长等缺点不适合作为变量施肥机上的混合装置。针对以上情况本文设计了一种适用于变量施肥机上的小型在线混合器并对其进行了研究，主要工作如下:
　　1.通过对现有各类型混合机械的优缺点进行分析和比较，在借鉴国内外相关技术的基础上，设计了一种结合分洒盘、拦料筒结构形式的立式混合器。该混合器的核心部件是相互交错布置的分洒盘和拦料筒，分洒盘通过套筒套装在转动轴上，由转动轴带动旋转。转动轴向上延伸至混合筒外与电机相连接，电机能在900r/min内无极调速。拦料筒呈上大下小锥体，上端与混合筒体固定连接。
　　2.通过EDEM软件进行仿真分析，对混合器机械结构进行了参数优化。利用三维建模软件PRO/E完成整机设计后，将简化模型导入EDEM软件进行仿真，优化关键部件的机械参数，确定最优方案。利用EDEM软件对混合器工作过程进行仿真分析，对混合器内的肥料颗粒进行受力及运动分析，明确混合器内肥料颗粒的运动轨迹、运动速度，研究肥料在线混合器的混合机理。
　　3.通过台架试验，验证所设计的混合器的可行性。利用在线混合器试验样机，进行混合器性能试验。单因素试验表明，在相同处理量和混合比例下，随着混合器分洒盘转速的提高，肥料混合均匀度增加;在相同转速和混合比例下，随着总排肥量的增大，混合均匀度呈先升后降趋势;在相同转速和总排肥量下，各种肥料组分的含量相差越大，其相应的混合度越低。正交试验表明，混合器转动轴转速是影响混合均匀度的主要因素，提高转速，对于降低总排肥量和混合比例对混合效果的影响，效果是很显著的。总排肥量分别为10 g/s、20 g/s、40 g/s、60 g/s和90g/s时，转速分别达到700r/min，700 r/min，600 r/min，800 r/min和900r/min时各行排量一致性变异系数小于13％，混合均匀度符合要求。施肥机总排肥量在10g/s～90g/s范围内，不同的混合比例下，调节转速总能使各行排量一致性变异系数低于13％,混合均匀度达到要求。混合肥料和三种肥料各自的总排量稳定性始终小于7.8％，表明肥料混合连续性较好，所设计的肥料混合器能够满足肥料在线即时混合要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外变量施肥技术和装备的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 离散单元法研究现状

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 在线混合器的总体设计

2．1 设计目标

2．2 在线混合器的设计方案

2．2．1 混合机理

2．2．2 常用混合机械特征分析

2．2．3 总体设计方案的选择

2．3 混合器总体结构设计

2．3．1 混合器总体结构设计

2．3．2 混合器工作原理

第3章 在线混合器的理论分析

3．1 肥料颗粒的碰撞

3．1．1 颗粒间的碰撞

3．1．2 颗粒和分洒盘碰撞

3．1．3 颗粒和拦料筒内壁、混合筒体内壁的碰撞

3．2 颗粒在分洒盘上的受力分析

3．3 颗粒在拦料简上的受力分析

3．4 肥料颗粒运动模型

第4章 基于EDEM的混合器参数优化及仿真分析

4．1 参数设置

4．1．1 肥料物理特性测定

4．2 建立几何模型

4．3 混合器结构参数优化

4．3．1 评价指标

4．3．2 混合简体尺寸的优化

4．3．3 内部结构的优化

4．3．4 分洒盘结构的优化

4．4 混合机理分析

第5章 台架试验与结果分析

5．1 试验平台

5．2 单因素试验结果与分析

5．2．1 转速对混合效果的影响

5．2．2 总排肥量对混合效果的影响

5．2．3 混合比例对混合效果的影响

5．3 正交试验设计与分析

5．3．1 正交试验设计

5．3．2 正交试验结果与分析

5．4 试验与仿真结果对比分析

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

研究生期间撰写发表的论文及著作

致谢