三轮高地隙中耕精量施肥机设计与试验

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黄淮海地区粮食作物的种植模式多为小麦玉米轮作,由于玉米生长发育期较短,中期追肥对提高玉米产量有十分重要的作用。但由于玉米追肥期茎秆较高,且缺少专用的追肥机械,出现了只施基肥的现象,造成了肥料投入过量和环境污染等态势。本文针对玉米高秆作物的追肥问题,设计了中耕精量施肥机,包括施肥机具、液压系统和电控调速系统设计,主要工作包括以下几个方面:(1)根据三轮高地隙作业车的结构,设计了配套的施肥机具,可对6行玉米进行同时追施肥。对其中的开沟器起落机构进行运动学仿真分析和试验,验证了开沟器起落机构的设计的合理性。同时采用离散元分析方法,建立土壤模型,对开沟器不同作业速度下的作业过程进行模拟分析,得到开沟器在不同工况下所受到的土壤阻力,计算出开沟器作业过程中消耗的最大功率为464.8 W。为了实现150-750 kg/hm~2施肥量,采用液压马达驱动排肥器,对液压系统进行了计算选型。(2)采用电液比例控制技术,设计了电控调速系统,实现对施肥量的精量控制。电控调速系统采用闭环控制,结合设置的施肥参数和检测到的速度信号,采用数字增量式PID算法调节液压系统中比例流量阀的开度,控制马达转速实现精量施肥。采用试凑法和临界比例法结合,通过室内PID参数整定,确定了PID参数的比例系数为1.2,积分系数0.04,微分系数为0.2,利用施肥机对三个PID参数进行验证,结果为排肥器转速平均误差最大值为3.37%。通过试验研究,标定了马达的转速和排肥槽不同工作长度下的排肥量与转速关系,确定了排肥槽10 mm开度下的排肥量与转速关系,即q=12.976n+94.301(q为施肥量,n为转速),决定系数R2为0.9792;20 mm开度下的排肥量与转速关系,即q=29.345n+268.49,决定系数R2为0.9963。(3)对三轮高地隙中耕精量施肥机进行了田间试验,包括耕深一致性、各行排肥量一致性和总施肥量稳定性试验,试验得出耕深一致性变异系数为6.37%,总排肥量变异系数为2.01%,各行排肥量一致性变异系数为4.63%,符合中耕施肥机国家标准,并实现了150-750kg/hm~2施肥量设计目标。总之,本文根据黄淮海夏玉米种植的农艺特点,在三轮高地隙作业车上设计了精量施肥机,并进行了田间作业试验,初步实现了的玉米机械化精量追肥。
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