茶園離心撒肥裝置工作參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)研究.pdf

1、目前茶園中尚無專用的施肥裝備，而傳統(tǒng)的大田撒肥裝置不適于在窄行距的茶園中作業(yè)；茶園中常用的施肥方式主要依靠人力，勞動(dòng)效率低、強(qiáng)度高。因此，研制一種茶園專用的高效施肥裝置，具有重要的實(shí)際意義。本論文在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)“茶園綜合作業(yè)機(jī)械化技術(shù)與裝備研究”項(xiàng)目資助下，基于離心撒肥裝置的工作過程及其結(jié)構(gòu)分析，在測(cè)定肥料顆粒力學(xué)參數(shù)及分析其運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)撒肥過程進(jìn)行仿真；然后通過臺(tái)架試驗(yàn)研究?jī)?yōu)化撒肥工作參數(shù)，并進(jìn)行了田間驗(yàn)證。主

2、要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　(1)茶樹專用肥料顆粒力學(xué)參數(shù)測(cè)定
　　為了建立準(zhǔn)確真實(shí)的肥料顆粒模型，以茶園中茶樹需求量最大的專用肥料尿素和復(fù)合肥為研究對(duì)象，分別對(duì)其的碰撞恢復(fù)系數(shù)、三軸尺寸、密度、剛度系數(shù)、摩擦系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。
　　測(cè)量結(jié)果為：尿素顆粒與復(fù)合肥的碰撞恢復(fù)系數(shù)分別為0.39和0.41；尿素和復(fù)合肥的平均長(zhǎng)度分別為3.80 mm和3.42 mm，平均寬度分別為3.57 mm和3.21 mm，厚度的均值

3、分別為3.59 mm和3.19 mm，等效直徑的均值分別為3.64 mm和3.27 mm，兩種肥料顆粒球形度均大于93％；尿素和復(fù)合肥的顆粒密度分別為顆粒密度為1.61 g/cm3和1.10 g/cm3，堆積密度分別為0.75 g/cm3和0.90 g/cm3；肥料顆粒的剛度系數(shù)分別為132.88 N/mm和85.51 N/mm；兩者的靜摩擦系數(shù)為0.59和0.55，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.54和0.41；含水率分別為0.37%和1.10%。<

4、br>　　(2)撒肥裝置總體設(shè)計(jì)與肥料顆粒運(yùn)動(dòng)分析
　　對(duì)茶園撒肥裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，其中主要包括機(jī)架、肥料箱、仿蹄形下料口和葉片位置傾角可調(diào)的偏置式離心盤等部件，同時(shí)建立了肥料顆粒在離心盤上和脫離離心盤后的兩種動(dòng)力學(xué)模型，并分析了茶園撒肥的工作過程。其中，仿蹄形下料口既能緩沖肥料顆粒流的速度，又可以避免肥料顆粒的過多的集中于離心盤的中心；離心盤活動(dòng)葉片既方便調(diào)整來改變?nèi)龇蕦挿?，又能夠提高撒肥的均勻性；機(jī)架的結(jié)構(gòu)與尺寸根據(jù)手扶

5、拖拉機(jī)前端結(jié)構(gòu)尺寸確定，將撒肥裝置固定于手扶拖拉機(jī)的前端，在撒肥的同時(shí)可使手扶拖拉機(jī)后置的旋耕機(jī)將所撒肥料覆于土中。
　　(3)離心撒肥過程仿真
　　根據(jù)肥料顆粒的力學(xué)參數(shù)，建立肥料顆粒的球形模型和撒肥裝置的幾何模型，并確定肥料顆粒的接觸模型和最優(yōu)時(shí)間步長(zhǎng)；為滿足0.8 m的合適撒肥寬幅，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試知，與之對(duì)應(yīng)的離心盤轉(zhuǎn)速約為300 rpm；通過EDEM仿真茶園撒肥裝置的撒肥過程，初步分析了撒肥裝置行走速度、離心盤葉片個(gè)數(shù)、

6、葉片偏置角度等單一因素對(duì)顆粒分布變異系數(shù)的影響，同時(shí)對(duì)肥料顆粒的群體分布、單顆粒速度變化、受力變化情況和位移變化情況進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明：當(dāng)行走速度為0.6 m/s、偏置角度為30°和葉片個(gè)數(shù)為4片時(shí)，變異系數(shù)較小，均具有較好的撒肥效果；由肥料顆粒群體分布情況分析可知，撒肥過程中肥料顆粒分布的縱向均勻性較好，橫向均勻性較差；通過肥料顆粒速度、受力及位移變化分析可知，肥料顆粒在通過仿蹄形下料口時(shí)，速度急劇減小，受力變大，位移變化緩慢，說

7、明撒肥裝置的下料口起到了緩沖肥料顆粒流速的作用，避免了高速肥料顆粒流對(duì)離心盤的沖擊。
　　(4)撒肥效果試驗(yàn)及工作參數(shù)優(yōu)化
　　由仿真分析可知，當(dāng)行走速度為0.6 m/s、偏置角度為30°和葉片個(gè)數(shù)為4片時(shí)，變異系數(shù)均較小，但為探究這三個(gè)因素的交互作用對(duì)撒肥均勻性的影響以及最優(yōu)的工作參數(shù)，采用三因素三水平的二次回歸正交旋轉(zhuǎn)中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，建立起葉片個(gè)數(shù)、偏置角度和行走速度關(guān)于分布變異

8、系數(shù)的回歸模型；在各因素范圍的約束條件下，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；并利用田間試驗(yàn)對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　優(yōu)化結(jié)果為：葉片個(gè)數(shù)為5、偏置角度為15.72o、行走速度為0.61 m/s，此時(shí)分布變異系數(shù)達(dá)到最小值，為10.30%。田間驗(yàn)證試驗(yàn)表明：在最優(yōu)作參數(shù)下，茶園撒肥裝置的撒肥均勻性較好，實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值的平均相對(duì)誤差為10.15%，最大相對(duì)誤差為22.14%。與未優(yōu)化的撒肥裝置相比，優(yōu)化后的工作參數(shù)對(duì)撒肥的均勻性有了