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南疆枣园施肥机的设计与研究

张琦  
【摘要】:对靶施肥技术可以提高肥料的利用率,避免肥料的浪费,并且可以减少多余肥料对环境的污染。本课题基于对靶施肥技术,设计了一种适合南疆枣园的施肥机械,该机采用超声波传感探测技术,自动检测枣树的有无,控制外槽轮排肥器转动施肥。该机设计与手扶拖拉机连用,主要由开沟部件、控制系统、排肥装置、限深装置以及覆土装置等组成。采用反转开沟方式,开沟部件由两个旋耕刀盘组成。控制系统以单片机为核心,利用超声波传感器检测枣树,单片机控制步进电机驱动器驱动步进电机,步进电机动力输出轴通过梅花抱紧联轴器与外槽轮排肥器排肥轴连接,步进电机带动外槽轮排肥器施肥。覆土板将沟渠两侧的土壤回填,完成施肥作业。对旋耕刀盘的开沟过程进行了理论分析,得到了弯刀端点的运动轨迹方程以及弯刀端点的速度方程。利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对旋耕弯刀切削土壤的过程进行仿真模拟,仿真分析结果显示弯刀切削土壤的过程较为平稳,土壤边界没有发生崩溃现象,证明了仿真分析方法的正确性;在此过程中土壤所受的等效应力由零达到最大,并逐渐趋于稳定,应力最大的区域集中在弯刀与土壤的接触处,这是由于与弯刀接触处的土壤受到弯刀强烈的挤压和剪切作用。测定了排肥试验所用肥料的物理特性,肥料的堆积密度为0.941g/ml,真实密度为1.503g/ml,单粒肥料的等效直径为2.764mm,肥料颗粒的球形率为89.16%,肥料的休止角为27.8°。通过试验研究了外槽轮排肥器排肥量与排肥轴转速的关系,试验表明排肥量随着排肥轴转速的提高而增大,并建立相应的曲线拟合模型。在室内进行控制系统调试试验,经试验测定步进电机转动时间精度较高,系统具有一定的可靠性。试验过程中出现了误动作现象,造成这一现象的主要原因是超声波反射问题,可以通过提高超声波传感器最小检测距离,来提高传感器的抗干扰能力;通过提高超声波传感器的设置位置,避免杂草的干扰。在塔里木大学枣园试验田进行了试验,试验表明超声波传感器可以检测到枣树,能够满足相应设计要求,对靶施肥的成功率为80%。


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