錐盤式撒肥機關鍵部件的設計與試驗研究.pdf

1、目前，中國已經成為世界第一大馬鈴薯生產大國，我國馬鈴薯總產量位于全球首位，但單產水平卻較低，合理的中耕管理施肥能有效提高馬鈴薯產量和質量，避免長期施肥不當造成的土壤酸堿不平衡、水土流失嚴重等一系列的環(huán)境問題。近年來，國外大多數(shù)采用圓盤式撒肥機進行撒肥作業(yè)，采用水平或錐形撒肥盤并安裝若干個甩肥葉片調節(jié)撒肥寬幅，但國外的撒肥機械相對價格昂貴，配件供應不及時，撒肥均勻性有待提高;我國對撒肥機械的研究較晚，現(xiàn)處于初步階段，現(xiàn)有的機具存在施肥精度

2、不高、肥料拋撒均勻性差等問題，我國大多數(shù)變量撒肥機都是圓盤式撒肥機構，且多以水平圓盤為主，對錐盤式撒肥機的結構和相關的理論研究較少。
　　針對現(xiàn)階段中國大多數(shù)撒肥機械在作業(yè)過程中存在拋撒不均勻和施肥量調節(jié)精度較差、調節(jié)時間較長等問題，本文針對錐盤式撒肥機進行研究，并對其關鍵部件進行了設計與試驗研究。主要內容如下:
　　(1)根據馬鈴薯種植區(qū)域的面積及所需的撒肥寬幅、錐盤式撒肥機撒施肥料顆粒的特點，設計一種錐盤式撒肥機，并對其

3、關鍵部件進行設計，對錐形撒肥圓盤和肥量調節(jié)裝置進行設計，能夠有效解決肥料拋撒不均和肥量調節(jié)精度差等方面的問題。
　　(2)以單個肥料顆粒為研究對象，分別對其在錐形撒肥盤、葉片和空氣中的運動情況進行動力學和運動學分析，得到肥料顆粒在以上兩個運動過程中的運動模型，確定錐形撒肥圓盤和葉片的結構參數(shù)，從理論上驗證該錐盤式撒肥機的可行性和可靠性。
　　(3)對我國常用肥尿素、磷酸二銨和復合肥料三種肥料的物料特性進行試驗，得到肥料顆粒的

4、粒度中徑、與撒肥盤和葉片的摩擦系數(shù)及肥料顆粒的密度等相關物理參數(shù)，為撒肥裝置的結構設計以及模擬運動軌跡提供理論參數(shù)。
　　(4)利用MATLAB軟件對得出的肥料顆粒在兩個運動過程中運動模型進行求解，對肥料顆粒的運動過程進行模擬仿真，得到肥料顆粒從肥箱下落到錐形撒肥盤上直至落到地上整個過程中的位移和速度，驗證理論模型的正確性，確定錐盤式撒肥機關鍵部件的結構參數(shù)。
　　(5)試驗參照國際標準ISO5690和美國ASAE S341

5、.2中規(guī)定的圓盤式撒肥機的試驗方法，設計錐盤式撒肥機試驗臺，并設置相應的可變參數(shù)，為后續(xù)的試驗分析和優(yōu)化做準備。臺架試驗采用二次旋轉正交組合設計，以肥箱落肥口位置、葉片長度、落肥口面積、葉片傾角和撒肥盤轉速為試驗因素，以橫向撒肥寬幅上的變異系數(shù)為試驗指標進行試驗，并對試驗結果進行分析，建立肥料撒肥變異系數(shù)（試驗指標）與試驗因素之間的數(shù)學關系模型，得到各因素交互作用對試驗指標的影響，分析試驗結果，最后對撒肥機關鍵部件的結構參數(shù)進行優(yōu)化，得

6、到滿足馬鈴薯撒肥作業(yè)要求的撒肥機械。
　　相關研究結果:
　　(1)設計的錐盤式撒肥機關鍵部件能夠滿足對馬鈴薯的撒肥作業(yè)要求。直徑為400 mm和錐角為160°的錐形撒肥圓盤結構有效的提高了撒肥距離;長度可調的葉片結構能夠更好的調整撒肥均勻性，提高撒肥質量。理論分析肥料顆粒在錐盤、葉片上和空氣中的運動，得到了肥料顆粒在2個過程中的運動模型。
　　(2)針對目前國內肥料調節(jié)裝置的調節(jié)精度較低等問題，設計一種便于調節(jié)的肥料

7、調節(jié)轉板，該裝置的肥箱落肥口面積以等差數(shù)列增大或減小。
　　(3)對尿素樣品、磷酸二銨樣品和復合肥料樣品的物理特性進行了測量，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別篩系下所占的比例;試驗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，復合肥料顆粒的密度為1549 kg/m3;用斜面法測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，復合肥料顆粒的摩擦系數(shù)為0.50。
　　(4)調用MATLAB軟件中ode函數(shù)，對肥料顆粒在2個過程中的運動方程進行求解，繪制肥料顆粒在運動過程中的位移和速度圖像，得到尿素顆粒運動至撒肥盤邊緣的速度為11.2 m/s，離開撒肥盤后進入空氣中進行運動，得到肥料顆粒運動的水平拋射距離為6.4 m;磷酸二銨運動至錐形撒肥盤邊緣的速度為9.9 m/s，拋射的水平位移，為5.4 m;復合肥

9、料顆粒運動至錐形撒肥盤邊緣的速度為10.7 m/s，在空氣中拋撒的水平位移為6.1m。
　　(5)對設計的錐盤式撒肥機關鍵部件搭建試驗臺，進行了二次旋轉正交組合試驗，建立了撒肥變異系數(shù)與各個試驗因素間的回歸模型，并建立響應曲面更直觀的得出變異系數(shù)與試驗因素之間的關系，分析得出影響撒肥變異系數(shù)的因素主次順序是撒肥盤轉速、落肥口位置、葉片水平投影傾角、葉片長度和落肥口面積。
　　(6)利用Design-Expert8.0.6軟件