玉米行间定点扎穴深施追肥机设计与研究

玉米是粮食、饲料、工业原料、能源等多用途作物,种植面积和总产均位列全球第一。提高玉米单产和总产水平,是确保国家粮食安全和促进农民增产增收的重要途径。大喇叭口期是玉米生长发育最旺盛的阶段,是养分需求最大的时期,大喇叭口期追肥对提高玉米产量具有决定性的作用。但是,由于玉米大喇叭口期植株高大、机械进地困难,往往采用人工撒施追肥或小型追肥器追肥,追肥效率低下、肥料撒施地表污染环境且肥料利用率低,造成严重的资源浪费。因此,本文针对玉米中后期追肥机械化水平低且追肥困难的问题,结合玉米追肥农艺要求,设计了一种玉米行间定点扎穴深施追肥机,研究了玉米行间定点追肥技术,进行了各关键部件的结构设计与参数优化,通过田间试验分析了追肥机的追肥性能。主要结论和研究成果如下:(1)首次进行玉米行间机械化定点追肥技术研究,设计了追肥点定位装置。采用正交试验方法研究追肥时期、追肥深度和追肥点与玉米植株距离对玉米生长及产量的影响,确定最优的水平组合,并以此为根据设计了追肥点定位装置,对装置玉米植株位置探测、位置信号传递、动力传递及定点确定原理进行分析,计算得到追肥点的理论位置距离玉米植株109～125 mm,追肥深度80～100mm,探测杆长度100 mm,曲柄长度70 mm,连杆长度150 mm,扎穴器长度566 mm;通过Matlab软件对扎穴器顶点的运动轨迹进行了模拟,结果表明扎穴器的扎穴深度为100 mm,运动到地面以下时作垂直运动,水平位移为0,满足垂直扎穴和零速排肥的要求。(2)设计了新型的成穴装置,建立蹄型滑轨、成穴器等部件参数设计的数学模型。采用旋转正交方法进行土壤参数标定并进行结果优化,通过土槽试验进行结果验证,得到粘湿土壤JKR表面能为6J/m2,弹性恢复系数为0.33,静摩擦系数为0.91,滚动摩擦系数为0.07;建立成穴器入土扎穴仿真模型,结果表明,3种成穴器在相同的入土深度处的阻力大小分别为鸭嘴型>扁嘴型>圆锥型,最大正压力分别为47.06N、45.82N和41.48N,3种成穴器形成穴孔截面面积关系为扁嘴型>鸭嘴型>圆锥型,综合3种成穴器的入土阻力值和穴孔截面面积,最终选取扁嘴型成穴器作为追肥机的成穴器,保证穴底肥料分布均匀。(3)设计了新型间歇式排肥装置,建立颗粒肥料与排肥装置的仿真模型,分析排肥性能及肥料颗粒在排肥轮中的运动情况,并进行排肥轮结构参数优化,结果得到挡肥块厚度5 mm,排肥轮旋转角度120°,单次排肥量满足穴施追肥3-15g的要求。(4)基于关键功能部件的结构原理,设计了玉米行间定点扎穴深施追肥机,介绍了该机的总体结构及工作原理,对追肥装置各运动部件进行时序分析,并对主要运动部件的振动进行分析,结果表明追肥机各功能部件均满足设计要求,有望解决玉米中后期机械化行间追肥困难的问题。发表论文2篇,发明专利1项。(5)田间追肥试验结果表明,随着追肥机前进速度的增加,漏追率提高,竖直方向振幅和水平方向的路径偏移量均增加,追肥深度和扎穴点与对应植株距离波动越大,稳定性越差。综合考虑追肥机的追肥稳定性和工作效率,前进速度选取为0.8 m/s左右最佳。