變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)工作機(jī)理與試驗(yàn)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(shù)，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(chǎn)各種功能液態(tài)肥的企業(yè)較多，但與液肥深施技術(shù)配套的施肥機(jī)械卻很少。因此，針對液肥深施機(jī)具研究的開展已迫在眉睫。深施注射機(jī)構(gòu)是液態(tài)施肥機(jī)的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響機(jī)具工作質(zhì)量和可靠性。目前深施注射機(jī)構(gòu)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(dǎo)致機(jī)構(gòu)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(nóng)藝要求，對變形齒輪傳動理論進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)研制出新型變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)。采用理論分析、計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化與設(shè)計(jì)、動力學(xué)仿真和高速攝像的方法，對變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理進(jìn)行研究，采用臺架試驗(yàn)的方法對深施注射機(jī)構(gòu)的扎穴性能、施肥性能和動力學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以提高液肥深施注射機(jī)構(gòu)工作性能

3、為目標(biāo)，結(jié)合多種液肥深施注射機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)，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(yàn)進(jìn)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(diǎn)，設(shè)計(jì)出新型變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)。⑵對變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，建立變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)各組成部件關(guān)鍵點(diǎn)的位移、速度和加速度的理論數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)分析液肥深施注射機(jī)構(gòu)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(xué)平衡方程。變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的理論分析是機(jī)構(gòu)進(jìn)行人機(jī)交互和仿真分析研究的理論基礎(chǔ)。⑶在變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)理論分析基礎(chǔ)上，采用VB語言編寫變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)仿真與優(yōu)化軟件，分析主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)作業(yè)性能的影響。在該優(yōu)化軟件基礎(chǔ)上，利用Taguchi試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，得到液肥深施注射機(jī)構(gòu)最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。最優(yōu)結(jié)構(gòu)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(yīng)用UG軟件建立變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)三維模型，并將模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，驗(yàn)證理論分析結(jié)果是否正確。⑷在試驗(yàn)臺上進(jìn)行深施注射機(jī)構(gòu)扎穴性能試驗(yàn)和高速攝像試驗(yàn)，扎穴性能試驗(yàn)采用單因子和二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)方案，利用Design-Expert7.00軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究行星架轉(zhuǎn)速、臺車速度對穴口寬度、穴距的影

6、響規(guī)律。以農(nóng)藝要求的穴口和穴距為目標(biāo)函數(shù)，尋找滿足性能指標(biāo)的最佳工作參數(shù)組合。進(jìn)行高速攝像試驗(yàn)，觀察液肥深施注射機(jī)構(gòu)入出土軌跡姿態(tài)是否符合農(nóng)藝要求，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，判別液肥深施注射機(jī)構(gòu)理論設(shè)計(jì)是否正確。試驗(yàn)結(jié)果表明，行星架轉(zhuǎn)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(yùn)用流體力學(xué)知識，研究液肥在變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)噴肥針出口處的流動特性，分析影響液肥深施注射機(jī)

7、構(gòu)施肥量的因素。采用單因子和二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)方案，進(jìn)行液肥深施注射機(jī)構(gòu)施肥性能試驗(yàn)，利用Design-Expert7.00軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究行星架轉(zhuǎn)速、噴孔直徑和液泵壓力對施肥量影響的規(guī)律。以農(nóng)藝要求的施肥量為目標(biāo)函數(shù)，尋找滿足性能指標(biāo)的最佳工作參數(shù)組合，檢驗(yàn)變形齒輪式液肥深施注射機(jī)構(gòu)施肥量是否滿足農(nóng)藝要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，行星架轉(zhuǎn)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(yīng)用扭矩傳感器獲得太陽輪軸所受扭矩值，利用應(yīng)變式傳感器和數(shù)據(jù)處理軟件獲得噴肥針入土?xí)r所受土壤反力的大小。采用單因素和二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)方案，進(jìn)行動力學(xué)特性測試試驗(yàn)，以扭矩值和噴肥針入土?xí)r所受土壤反力為性能指標(biāo)，并運(yùn)用Design-Expert7.0.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究臺車速度、行星架轉(zhuǎn)速對扭矩值、噴肥針入土?xí)r所受土壤反力的影響規(guī)律。以深施注射機(jī)構(gòu)工作時扭矩最小和噴肥針入土?xí)r所受土壤反力最小為目標(biāo)函