基于主动覆土的种肥分施装置设计与试验

摘要

正位施肥是播种作业环节中常用的一种施肥方式。针对正位施肥时采用自然回土方式存在的种肥间距不稳定、种子覆土量不足等问题，采用主动覆土方法，设计一种基于双圆盘覆土的种肥分施装置，该装置能够有效保证种肥间距，同时对种子进行覆土。本文主要采用离散元仿真与田间试验相结合的方法，研究种肥分施装置结构参数对种肥间距和种子覆土厚度的影响，为种肥分施装置的研发提供依据。本文主要内容与结论如下： （1）土壤、肥料和玉米的物理特性参数测定及仿真颗粒模型构建。对土壤含水率、密度和坚实度等参数进行了测量；以磷酸二铵和郑单958为仿真建模材料，对肥料和玉米的密度、三维尺寸、弹性模量等进行了测量；根据所测量的结果分别在离散元软件中建立了土壤、肥料和玉米种子的颗粒模型。 （2）种肥分施装置的结构设计。采用主动覆土方法实现种肥分施，设计基于双圆盘覆土的种肥分施装置，通过覆土圆盘将开沟器作业后的两侧疏松土壤主动覆回到肥沟内，分别对肥料和种子进行覆土。对基于双圆盘覆土的种肥分施装置关键结构进行了设计，并在此基础上建立了覆土圆盘与土壤的运动模型。土壤颗粒的空间总位移与机具的前进速度V1、圆盘张角α、圆盘半径R等因素有关。 （3）研究种肥分施装置结构参数对种肥间距和种子覆土厚度的影响。建立基于双圆盘覆土的种肥分施装置的离散元仿真模型，并进行了单因素试验和正交试验，结果表明各试验因素对种子覆土厚度的影响程度大小依次为：圆盘后方开口间距、排种管前后间距、圆盘直径；对种肥分施装置的结构参数进行优化，得到最佳参数组合为：圆盘直径201mm，圆盘后方开口间距103mm，排种管前后间距115mm。 （4）基于双圆盘覆土的种肥分施装置的田间对比试验研究。试验值与仿真值的平均相对误差分别为7.63%和11.45%，表明离散元法可以用于种肥分施装置的作业效果研究；基于双圆盘覆土的种肥分施装置作业后种肥间距与种子覆土厚度的均值分别为56和43mm，变异系数分别为5.21%和7.26%，与不加覆土圆盘的装置相比，种肥间距与种子覆土厚度分别增加14.30%和19.30%，变异系数分别降低了7.78%和8.14%。

目录

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主要符号对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.4 论文组织结构

第二章 土壤、肥料和玉米的物理参数测定及建模

2.1 土壤参数的测定

2.2 肥料和玉米颗粒的参数测定

2.3 土壤、肥料和玉米颗粒的模型构建

2.4 本章小结

第三章 种肥分施装置的结构设计

3.1 种肥分施装置的设计思路

3.2 种肥分施装置的总体结构及工作原理

3. 3 基于双圆盘覆土的种肥分施装置关键结构设计

3. 4覆土圆盘与土壤运动模型建立

3.5本章小结

第四章 基于双圆盘覆土的种肥分施装置离散元仿真分析

4.1 离散元仿真工作模型的建立

4.2 种肥分施装置结构参数对工作性能的影响

4.3 二次正交旋转回归组合试验

4.4 本章小结

第五章 种肥分施装置田间对比试验

5.1 样机装配

5.2 田间对比试验

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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