农田施肥中存在化肥投放量大、肥料过量偏施、化肥利用率偏低、投入产出比较低等问题,并由此引起了农产品质量下降、地下水污染、水体富营养化。为了减少肥料的投放量,实现肥料的合理施用,设计出一种双变量施肥机,在离散元软件中进行了颗粒肥料的仿真排肥试验,并设计试制双变量施肥试验装置,在试验装置上进行排肥试验,主要研究内容如下:(1)针对颗粒肥料的物理力学特性进行了试验测定,主要对磷酸二铵的三维尺寸、颗粒的真实密度和堆积密度等物理特性以及其动静摩擦系数、休止角、碰撞恢复系数、刚度系数和剪切模量等力学特性进行了测定。然后对测定结果进行讨论分析,为下一步变量施肥机的设计及离散元法分析时确定合适的参数提供依据。(2)根据田间施肥量需求和机具作业速度,确定变量施肥系统的整体方案,包括施肥机排肥机构、施肥机整体结构和控制系统的确定;设计出双变量施肥机,主要包括双变量外槽轮排肥器、螺旋式外槽轮、转速开度调节机构、柔性开沟覆土装置和不等容积的肥箱等关键机构的设计以及双变量施肥机液压系统设计与附件选择。(3)在离散元软件进行肥料颗粒和排肥器的建模,进行直槽式槽轮与螺旋式槽轮排肥器仿真排肥试验,对两种外槽轮排肥器进行了排肥稳定性分析;利用离散元软件进行多种转速开度组合下的仿真排肥试验;搭建双变量试验装置,进行排肥试验,将试验结果同离散元软件上进行的仿真排肥试验结果进行对比,得出仿真试验与排肥装置上进行的排肥试验的排肥量随转速开度改变的变化趋势一致,证明了采用离散元素法分析外槽轮式排肥器的有效性和可行性。(4)分析排肥轴转速与排肥量之间的关系,排肥轴开度与排肥量之间的关系以及排肥轴转速、开度两个变量耦合时,两变量与排肥量之间的关系,并对各种影响因素进行了排肥器的排肥稳定性和均匀性分析。
