發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 11:34

　　 水稻是中國(guó)主要的糧食作物之一,在水稻生產(chǎn)過程中,側(cè)深施肥技術(shù)相對(duì)常規(guī)施肥方式具有省工、節(jié)肥、促前、增產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),是一項(xiàng)適用于北方寒地水稻種植區(qū)、具有節(jié)本增效功能的理想培肥技術(shù)。側(cè)深施肥裝置作為水稻側(cè)深施肥技術(shù)應(yīng)用的核心載體,存在施肥量不穩(wěn)定、輸肥管路堵塞、營(yíng)養(yǎng)分布不均勻等問題,直接影響水稻產(chǎn)量。為此,本文結(jié)合北方寒地水稻側(cè)深施肥農(nóng)藝要求,運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法對(duì)風(fēng)送式水稻側(cè)深施肥裝置關(guān)鍵部件斜槽輪式排肥器和氣力輸送系統(tǒng)展開研究:(1)以北方寒地水稻側(cè)深施肥專用肥為研究對(duì)象,通過物理試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)肥料顆粒的物理特性進(jìn)行測(cè)定與分析,主要包括肥料顆粒密度、含水率、三軸尺寸、懸浮速度、彈性模量、剪切模量等物性參數(shù)和肥料顆粒碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、滾動(dòng)摩擦系數(shù)等接觸參數(shù),為后續(xù)施肥裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)定提供重要的參考依據(jù)。(2)通過對(duì)斜槽輪式排肥器充肥階段和排肥階段進(jìn)行理論分析可知,排肥輪轉(zhuǎn)速越小越有助于凹槽內(nèi)肥料顆粒的填充,排肥輪轉(zhuǎn)速越大越有利于提高施肥均勻性,計(jì)算得到充肥包角為45°時(shí),排肥輪轉(zhuǎn)速的最大理論值為150 r/min。通過對(duì)排肥器工作過程進(jìn)行離散元仿真分析可知,隨著排肥輪轉(zhuǎn)速的增大,排肥輪每轉(zhuǎn)排肥量整體呈下降趨勢(shì),當(dāng)排肥輪轉(zhuǎn)速高于60 r/min時(shí),每轉(zhuǎn)排肥量遞減明顯;肥料顆粒軸向位置變化趨勢(shì)基本一致,肥料顆粒軸向偏移量逐漸減小,數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析所得規(guī)律相吻合。(3)結(jié)合水稻側(cè)深施肥作業(yè)工況及肥料顆粒物理特性,分析確定氣力輸送系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù),完成氣力輸送系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)。并基于離散元法和計(jì)算流體力學(xué),建立氣體相和固體相數(shù)學(xué)方程,采用DEM-CFD耦合的方法對(duì)氣料混合過程進(jìn)行數(shù)值模擬。由氣流速度場(chǎng)分布和肥料顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可知,不同入口速度邊界條件下,氣流速度場(chǎng)分布形態(tài)基本一致,氣流最大速度出現(xiàn)在氣料混合腔部位;隨著入口氣流速度的增加,肥料顆粒移動(dòng)速度逐漸增大,彈跳現(xiàn)象減弱,相鄰兩肥料顆粒的間距逐漸增大,沿氣流方向連續(xù)均勻運(yùn)動(dòng),表明氣力輸送系統(tǒng)基本能夠滿足對(duì)肥料顆粒的輸送。(4)為探究施肥裝置的施肥穩(wěn)定性和施肥均勻性,對(duì)施肥裝置進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)研究。通過單因素試驗(yàn)得到不同排肥輪轉(zhuǎn)速下相同時(shí)間內(nèi)施肥裝置排肥量的變化規(guī)律,當(dāng)前進(jìn)速度1 m/s、給定施肥量150 kg/hm~2時(shí),排肥輪轉(zhuǎn)速為16.15 r/min,施肥穩(wěn)定性變異系數(shù)為4.71%。設(shè)計(jì)二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn),建立排肥輪轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度、風(fēng)機(jī)風(fēng)速分別與施肥均勻性施肥量均值和施肥均勻性變異系數(shù)之間的回歸模型,得到各因素對(duì)施肥均勻性施肥量均值影響貢獻(xiàn)率由大到小依次為:前進(jìn)速度、排肥輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)風(fēng)速;對(duì)施肥均勻性變異系數(shù)影響貢獻(xiàn)率由大到小依次為:排肥輪轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度、風(fēng)機(jī)風(fēng)速。建立多目標(biāo)優(yōu)化模型,得到施肥均勻性施肥量均值目標(biāo)值為0.45 g時(shí)最優(yōu)參數(shù)組合:前進(jìn)速度0.93 m/s、排肥輪轉(zhuǎn)速21.96 r/min、風(fēng)機(jī)風(fēng)速22.93 m/s,此時(shí)施肥均勻性變異系數(shù)為28.25%,并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)值與理論優(yōu)化值偏差均控制在4.44%以內(nèi),表明軟件優(yōu)化參數(shù)具有準(zhǔn)確性與可行性,可為后續(xù)施肥裝置運(yùn)行參數(shù)設(shè)定提供技術(shù)參考。(5)為檢測(cè)施肥裝置田間作業(yè)性能,以久保田2ZGQ-6D(NSPU-68CMD)乘坐式高速水稻插秧機(jī)為車載平臺(tái)進(jìn)行田間性能檢測(cè)試驗(yàn),對(duì)施肥裝置的施肥量偏差和施肥位置尺寸進(jìn)行測(cè)定。插秧機(jī)行駛速度1 m/s,排肥輪轉(zhuǎn)速50 r/min,風(fēng)機(jī)風(fēng)速32 m/s時(shí),給定施肥量350 kg/hm~2,施肥量偏差控制在4.74%以內(nèi)。側(cè)位測(cè)量距離最小值平均值為32.87 mm,合格率為93.33%;側(cè)位測(cè)量距離最大值平均值為47.73 mm,合格率為93.33%。正位測(cè)量距離最小值平均值為55.13 mm,合格率為86.67%;正位測(cè)量距離最大值平均值為75.13 mm,合格率為96.67%。施肥位置各測(cè)量距離平均值均在合格距離范圍內(nèi),整體合格率為73.33%,表明施肥裝置施肥量總體穩(wěn)定性較高,基本滿足水稻側(cè)深施肥的農(nóng)藝要求。本文將為水稻側(cè)深施肥裝置進(jìn)一步研究提供技術(shù)參考與理論支撐,有效促進(jìn)水稻側(cè)深施肥技術(shù)的推廣與應(yīng)用,加快水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化進(jìn)程。
【學(xué)位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S224.2
【部分圖文】：

減排、豐產(chǎn)增效的現(xiàn)實(shí)需要，是推進(jìn)農(nóng)業(yè) 轉(zhuǎn)方全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)安全具有十分重以來，隨著農(nóng)戶對(duì)化肥施用合理性意識(shí)加強(qiáng)，盲保證糧食作物產(chǎn)量的同時(shí)，農(nóng)用化肥產(chǎn)量和農(nóng)用水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一。據(jù)國(guó)家統(tǒng)治區(qū)種植水稻，水稻種植面積 30.75 百萬公頃，和 32.15%，約 65%的人口以稻米為主食，在保[12]。水稻生產(chǎn)過程中施肥是必不可少的作業(yè)環(huán)節(jié)根、出葉、分蘗，增產(chǎn)豐收[13]。根據(jù)水稻不同生括基肥、返青肥、分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥和粒肥和側(cè)深施肥作業(yè)[14]。常規(guī)施肥作業(yè)通常在修整地時(shí)通過人工或撒肥與土壤的混合，經(jīng)過泡田插秧后，完成后續(xù)返施肥過程及效果如圖 1-2 所示。該施肥方式存在勻等問題，易導(dǎo)致水稻秧苗吸肥量不一致，水稻水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[15]，并且插秧排水致使肥料養(yǎng)污染水資源[16-19]。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文式排肥、氣力輸肥的原理完成施肥。其主要特征在于：2 個(gè)獨(dú)立肥箱并排在駕駛員后方，肥箱下端滾筒箱由上、下殼體扣合，獨(dú)立肥箱末端分別放置有肥料收集袋，可手動(dòng)將獨(dú)立肥箱由中央向兩側(cè)抬起并完成清肥作業(yè)；滾筒箱內(nèi)攪拌落料，在氣流作用下，可有效防止氣料混合部位發(fā)生肥料堵塞問題；齒盤分料精量配肥，結(jié)合微調(diào)旋鈕可無級(jí)調(diào)節(jié)施肥量。作業(yè)行數(shù)為6行，肥箱容量78 L，施用直徑2~5 mm固態(tài)類球狀顆粒肥，施肥量調(diào)節(jié)范圍60~915 kg/hm2，搭載洋馬 YR60D 型乘坐式高速插秧機(jī)進(jìn)行作業(yè)，施肥位置側(cè) 50±10 mm，深 40±10 mm，配套作業(yè)效率 0~0.55 hm2/h。

a）YR60D 型乘坐式高速插秧機(jī) b）2FC-6 型側(cè)深施肥機(jī)圖 1-4 洋馬側(cè)深施肥機(jī)Fig.1-4 Side-deep fertilization device of YANMAR圖 1-5 為日本久保田公司（Kubota）研制的 2FH-1.8A 型側(cè)深施肥機(jī)。該機(jī)型主要采用帶槽滾筒式排肥、氣力輸肥的原理完成施肥。其主要特征在于：肥箱整體位于駕駛員后方，肥箱下端滾筒箱由上、下殼體扣合，滾筒箱內(nèi)部帶槽滾筒通過回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)排肥，可手動(dòng)將肥箱由前向后打開，完成清肥作業(yè)；氣力輸肥系統(tǒng)通過鼓風(fēng)機(jī)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的熱空氣，以保證輸肥管道內(nèi)部氣流干燥，一定程度上緩解了輸肥管道內(nèi)肥料潮解而造成的堵塞問題；通過把手轉(zhuǎn)動(dòng)和桿切方式無級(jí)調(diào)節(jié)施肥量。作業(yè)行數(shù)為 8 行，肥箱容量 73.5 L，施用直徑約 2~4mm 的固態(tài)類球狀顆粒肥，施肥量調(diào)節(jié)范圍 150~900 kg/hm2，搭載久保田 2ZGQ-8D 型乘坐式高速插秧機(jī)進(jìn)行作業(yè)，施肥位置側(cè) 45 mm，深 20~50 mm，配套作業(yè)效率 0~0.42 hm2/h。
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本文編號(hào)：2868517