錐盤(pán)式撒肥機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界第一大馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)馬鈴薯總產(chǎn)量位于全球首位，但單產(chǎn)水平卻較低，合理的中耕管理施肥能有效提高馬鈴薯產(chǎn)量和質(zhì)量，避免長(zhǎng)期施肥不當(dāng)造成的土壤酸堿不平衡、水土流失嚴(yán)重等一系列的環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)外大多數(shù)采用圓盤(pán)式撒肥機(jī)進(jìn)行撒肥作業(yè)，采用水平或錐形撒肥盤(pán)并安裝若干個(gè)甩肥葉片調(diào)節(jié)撒肥寬幅，但國(guó)外的撒肥機(jī)械相對(duì)價(jià)格昂貴，配件供應(yīng)不及時(shí)，撒肥均勻性有待提高;我國(guó)對(duì)撒肥機(jī)械的研究較晚，現(xiàn)處于初步階段，現(xiàn)有的機(jī)具存在施肥精度

2、不高、肥料拋撒均勻性差等問(wèn)題，我國(guó)大多數(shù)變量撒肥機(jī)都是圓盤(pán)式撒肥機(jī)構(gòu)，且多以水平圓盤(pán)為主，對(duì)錐盤(pán)式撒肥機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的理論研究較少。
　　針對(duì)現(xiàn)階段中國(guó)大多數(shù)撒肥機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中存在拋撒不均勻和施肥量調(diào)節(jié)精度較差、調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，本文針對(duì)錐盤(pán)式撒肥機(jī)進(jìn)行研究，并對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)馬鈴薯種植區(qū)域的面積及所需的撒肥寬幅、錐盤(pán)式撒肥機(jī)撒施肥料顆粒的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種錐盤(pán)式撒肥機(jī)，并對(duì)其

3、關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)錐形撒肥圓盤(pán)和肥量調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效解決肥料拋撒不均和肥量調(diào)節(jié)精度差等方面的問(wèn)題。
　　(2)以單個(gè)肥料顆粒為研究對(duì)象，分別對(duì)其在錐形撒肥盤(pán)、葉片和空氣中的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到肥料顆粒在以上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)模型，確定錐形撒肥圓盤(pán)和葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從理論上驗(yàn)證該錐盤(pán)式撒肥機(jī)的可行性和可靠性。
　　(3)對(duì)我國(guó)常用肥尿素、磷酸二銨和復(fù)合肥料三種肥料的物料特性進(jìn)行試驗(yàn)，得到肥料顆粒的

4、粒度中徑、與撒肥盤(pán)和葉片的摩擦系數(shù)及肥料顆粒的密度等相關(guān)物理參數(shù)，為撒肥裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及模擬運(yùn)動(dòng)軌跡提供理論參數(shù)。
　　(4)利用MATLAB軟件對(duì)得出的肥料顆粒在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行求解，對(duì)肥料顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，得到肥料顆粒從肥箱下落到錐形撒肥盤(pán)上直至落到地上整個(gè)過(guò)程中的位移和速度，驗(yàn)證理論模型的正確性，確定錐盤(pán)式撒肥機(jī)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　(5)試驗(yàn)參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5690和美國(guó)ASAE S341

5、.2中規(guī)定的圓盤(pán)式撒肥機(jī)的試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)錐盤(pán)式撒肥機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，并設(shè)置相應(yīng)的可變參數(shù)，為后續(xù)的試驗(yàn)分析和優(yōu)化做準(zhǔn)備。臺(tái)架試驗(yàn)采用二次旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)，以肥箱落肥口位置、葉片長(zhǎng)度、落肥口面積、葉片傾角和撒肥盤(pán)轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，以橫向撒肥寬幅上的變異系數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，建立肥料撒肥變異系數(shù)（試驗(yàn)指標(biāo)）與試驗(yàn)因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，得到各因素交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，分析試驗(yàn)結(jié)果，最后對(duì)撒肥機(jī)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得

6、到滿足馬鈴薯撒肥作業(yè)要求的撒肥機(jī)械。
　　相關(guān)研究結(jié)果:
　　(1)設(shè)計(jì)的錐盤(pán)式撒肥機(jī)關(guān)鍵部件能夠滿足對(duì)馬鈴薯的撒肥作業(yè)要求。直徑為400 mm和錐角為160°的錐形撒肥圓盤(pán)結(jié)構(gòu)有效的提高了撒肥距離;長(zhǎng)度可調(diào)的葉片結(jié)構(gòu)能夠更好的調(diào)整撒肥均勻性，提高撒肥質(zhì)量。理論分析肥料顆粒在錐盤(pán)、葉片上和空氣中的運(yùn)動(dòng)，得到了肥料顆粒在2個(gè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)模型。
　　(2)針對(duì)目前國(guó)內(nèi)肥料調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)精度較低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種便于調(diào)節(jié)的肥料

7、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)板，該裝置的肥箱落肥口面積以等差數(shù)列增大或減小。
　　(3)對(duì)尿素樣品、磷酸二銨樣品和復(fù)合肥料樣品的物理特性進(jìn)行了測(cè)量，用篩分法得到三種肥料顆粒之間的粒徑分別為2.41 mm，2.43 mm和2.60 mm，并建立折線圖，直觀分析肥料顆粒在不同級(jí)別篩系下所占的比例;試驗(yàn)得到尿素顆粒的密度為1265 kg/m3，磷酸二銨顆粒的密度為905 kg/m3，復(fù)合肥料顆粒的密度為1549 kg/m3;用斜面法測(cè)得的尿素肥料顆粒的摩擦系

8、數(shù)為0.47，磷酸二銨肥料顆粒的摩擦系數(shù)為0.58，復(fù)合肥料顆粒的摩擦系數(shù)為0.50。
　　(4)調(diào)用MATLAB軟件中ode函數(shù)，對(duì)肥料顆粒在2個(gè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解，繪制肥料顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移和速度圖像，得到尿素顆粒運(yùn)動(dòng)至撒肥盤(pán)邊緣的速度為11.2 m/s，離開(kāi)撒肥盤(pán)后進(jìn)入空氣中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，得到肥料顆粒運(yùn)動(dòng)的水平拋射距離為6.4 m;磷酸二銨運(yùn)動(dòng)至錐形撒肥盤(pán)邊緣的速度為9.9 m/s，拋射的水平位移，為5.4 m;復(fù)合肥

9、料顆粒運(yùn)動(dòng)至錐形撒肥盤(pán)邊緣的速度為10.7 m/s，在空氣中拋撒的水平位移為6.1m。
　　(5)對(duì)設(shè)計(jì)的錐盤(pán)式撒肥機(jī)關(guān)鍵部件搭建試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)，建立了撒肥變異系數(shù)與各個(gè)試驗(yàn)因素間的回歸模型，并建立響應(yīng)曲面更直觀的得出變異系數(shù)與試驗(yàn)因素之間的關(guān)系，分析得出影響撒肥變異系數(shù)的因素主次順序是撒肥盤(pán)轉(zhuǎn)速、落肥口位置、葉片水平投影傾角、葉片長(zhǎng)度和落肥口面積。
　　(6)利用Design-Expert8.0.6軟件