變形齒輪式液肥深施注射機構工作機理與試驗研究.pdf

1、液肥深施是將液肥深施到地表以下作物易吸收部位的技術，可減少肥料揮發(fā)和流失、提高作物吸收營養(yǎng)成分速度、提高液肥利用率、提高作物的抗逆性和后期抗早衰能力。目前我國生產各種功能液態(tài)肥的企業(yè)較多，但與液肥深施技術配套的施肥機械卻很少。因此，針對液肥深施機具研究的開展已迫在眉睫。深施注射機構是液態(tài)施肥機的關鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響機具工作質量和可靠性。目前深施注射機構仍存在著單位時間扎穴次數(shù)受限的問題，工作效率較低。若增加扎穴次數(shù)，噴肥針受到的

2、土壤沖擊力變大，從而導致機構振動明顯、扎穴不穩(wěn)定及穴口寬度不理想等問題。針對上述問題，依據(jù)液肥深施農藝要求，對變形齒輪傳動理論進行了深入研究，設計研制出新型變形齒輪式液肥深施注射機構。采用理論分析、計算機輔助優(yōu)化與設計、動力學仿真和高速攝像的方法，對變形齒輪式液肥深施注射機構的結構及工作機理進行研究，采用臺架試驗的方法對深施注射機構的扎穴性能、施肥性能和動力學性能進行研究。
　　本研究主要內容包括：⑴以提高液肥深施注射機構工作性能

3、為目標，結合多種液肥深施注射機構的工作特點，引入變形齒輪節(jié)曲線齒輪系，對其傳動比特性、齒廓形成、壓力角和根切校驗進行理論分析。利用變形齒輪節(jié)曲線具有更大的傳動比變化范圍特點，設計出新型變形齒輪式液肥深施注射機構。⑵對變形齒輪式液肥深施注射機構進行運動學分析，建立變形齒輪式液肥深施注射機構各組成部件關鍵點的位移、速度和加速度的理論數(shù)學模型。詳細分析液肥深施注射機構的變形太陽齒輪、變形中間齒輪、變形行星齒輪和行星架的受力情況，建立各組成部件

4、的力學平衡方程。變形齒輪式液肥深施注射機構的運動學和動力學的理論分析是機構進行人機交互和仿真分析研究的理論基礎。⑶在變形齒輪式液肥深施注射機構理論分析基礎上，采用VB語言編寫變形齒輪式液肥深施注射機構仿真與優(yōu)化軟件，分析主要結構參數(shù)對變形齒輪式液肥深施注射機構作業(yè)性能的影響。在該優(yōu)化軟件基礎上，利用Taguchi試驗設計方法，得到液肥深施注射機構最優(yōu)結構參數(shù)組合。最優(yōu)結構參數(shù)為:變形齒輪長半軸a=30mm、變形齒輪偏心率e=0.0718

5、、變形齒輪變形系數(shù)m1=1.4、噴肥針與變形齒輪長軸的初始夾角α0=125°和噴肥針長度h2=165mm。應用UG軟件建立變形齒輪式液肥深施注射機構三維模型，并將模型導入ADAMS軟件中，進行運動仿真分析，驗證理論分析結果是否正確。⑷在試驗臺上進行深施注射機構扎穴性能試驗和高速攝像試驗，扎穴性能試驗采用單因子和二次旋轉正交試驗方案，利用Design-Expert7.00軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究行星架轉速、臺車速度對穴口寬度、穴距的影

6、響規(guī)律。以農藝要求的穴口和穴距為目標函數(shù)，尋找滿足性能指標的最佳工作參數(shù)組合。進行高速攝像試驗，觀察液肥深施注射機構入出土軌跡姿態(tài)是否符合農藝要求，并與理論分析結果進行比較，判別液肥深施注射機構理論設計是否正確。試驗結果表明，行星架轉速為80r/min和臺車速度0.60m/s時，扎穴性能最優(yōu)，測得穴口寬度為22.2mm和穴距220mm。⑸運用流體力學知識，研究液肥在變形齒輪式液肥深施注射機構噴肥針出口處的流動特性，分析影響液肥深施注射機

7、構施肥量的因素。采用單因子和二次旋轉正交試驗方案，進行液肥深施注射機構施肥性能試驗，利用Design-Expert7.00軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究行星架轉速、噴孔直徑和液泵壓力對施肥量影響的規(guī)律。以農藝要求的施肥量為目標函數(shù)，尋找滿足性能指標的最佳工作參數(shù)組合，檢驗變形齒輪式液肥深施注射機構施肥量是否滿足農藝要求。試驗結果表明，行星架轉速82 r/min、噴孔直徑2mm和液泵壓力0.36MPa時，施肥性能最優(yōu)，測得施肥量為10.5m

8、L和施肥損失率為2.33％。⑹應用扭矩傳感器獲得太陽輪軸所受扭矩值，利用應變式傳感器和數(shù)據(jù)處理軟件獲得噴肥針入土時所受土壤反力的大小。采用單因素和二次旋轉正交試驗方案，進行動力學特性測試試驗，以扭矩值和噴肥針入土時所受土壤反力為性能指標，并運用Design-Expert7.0.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究臺車速度、行星架轉速對扭矩值、噴肥針入土時所受土壤反力的影響規(guī)律。以深施注射機構工作時扭矩最小和噴肥針入土時所受土壤反力最小為目標函