施印炎，陳　滿，汪小旵，2，孫國祥，2，狄　嬌，於海明(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京2003; 2江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京2003)

稻麥精準(zhǔn)追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

施印炎1，陳滿1，汪小旵1，2，孫國祥1，2，狄嬌1，於海明1
(1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京210031; 2江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210031)

摘要:【目的】適應(yīng)精準(zhǔn)追肥機(jī)械在稻麥生長過程中的實(shí)時(shí)變量追肥要求.【方法】設(shè)計(jì)了一種新型軸分段式變量追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，闡述了該變量追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)及田間作業(yè)原理，分析并確定了其關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)和參數(shù).以氮肥為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行排肥性能試驗(yàn)和田間追肥試驗(yàn).【結(jié)果和結(jié)論】試驗(yàn)結(jié)果表明，該精準(zhǔn)追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)槽輪排肥器槽輪轉(zhuǎn)速和開度的雙調(diào)節(jié)控制，整體系統(tǒng)控制精度90%以上，實(shí)時(shí)地調(diào)整施肥量有利于肥料的管理和充分利用，能夠?qū)崿F(xiàn)精確農(nóng)業(yè)意義上的精準(zhǔn)追肥作業(yè)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.

關(guān)鍵詞:稻麥;變量追肥;執(zhí)行機(jī)構(gòu);田間作業(yè);雙調(diào)節(jié);精確農(nóng)業(yè)

施印炎，陳滿，汪小旵，等.稻麥精準(zhǔn)追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36(6):119-124.

優(yōu)先出版時(shí)間:2015-10-16

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精確農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)［1-3］，變量作業(yè)特別是變量施肥作業(yè)是實(shí)施精確農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它將3S (GPS、GIS、RS)技術(shù)與農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科有機(jī)地結(jié)合起來，有效地控制作物循環(huán)中養(yǎng)分的交換，減小農(nóng)作物品質(zhì)的改變及農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的破壞，大大提高了肥料的利用率、降低生產(chǎn)成本、增加農(nóng)民收入［4-6］.

在實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)的變量施肥技術(shù)方面有很多研究［7-9］，而對(duì)精準(zhǔn)追肥機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)鮮見介紹.執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為變量施肥機(jī)的核心，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響到追肥作業(yè)精度，現(xiàn)有的變量施肥機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類比較多，主要有電控機(jī)械無級(jí)變速器型:技術(shù)水平相對(duì)較低，機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，工作比較可靠，成本比較低，便于國產(chǎn)播種機(jī)進(jìn)行改裝，適合于中型變量施肥播種機(jī)［10-11］;電控液壓馬達(dá)型:技術(shù)水平相對(duì)比較高，為機(jī)械－電子－液壓相結(jié)合，變量控制結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本比較高，適合大型變量施肥播種機(jī)和施肥機(jī)［12-16］;電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)型:技術(shù)水平相對(duì)適中，變量施肥機(jī)構(gòu)相對(duì)簡單，成本低于電控液壓馬達(dá)式，適用中小型變量施肥播種機(jī)和施肥機(jī)［17-20］.本文所設(shè)計(jì)的新型軸分段式雙調(diào)節(jié)變量追肥機(jī)釆用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)型，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在扭矩允許的情況下，不會(huì)因?yàn)榕ぞ氐淖兓ъ`，而且有利于田間作業(yè)環(huán)境.本研究設(shè)計(jì)了一種新型軸分段式雙調(diào)節(jié)精準(zhǔn)追肥機(jī)械，詳細(xì)地說明了其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作過程和機(jī)械結(jié)構(gòu).新設(shè)計(jì)的變量施肥機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合考慮了作物追肥的特點(diǎn)以及追肥機(jī)械的實(shí)用性，操作簡單，改善了傳統(tǒng)施肥機(jī)械操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差、時(shí)效性差的不足，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)時(shí)追肥，適合稻麥作物的精準(zhǔn)追肥作業(yè).

1　新型變量追肥機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1施肥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)與主要技術(shù)參數(shù)

本文所設(shè)計(jì)的新型軸分段式雙調(diào)節(jié)變量施肥機(jī)，改用電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變量施肥機(jī)通過地輪帶動(dòng)排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且使用分段排肥軸，提高追肥可控精度，減小傳統(tǒng)單根排肥軸的負(fù)載扭矩.其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，為傳統(tǒng)的3點(diǎn)懸掛式，工作幅寬2 m，左、右2個(gè)獨(dú)立工作組各負(fù)責(zé)1 m的作業(yè)區(qū);其帶動(dòng)外槽輪式排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)的輸入軸通過聯(lián)軸器與無刷直流行星減速電機(jī)直接相連，進(jìn)電機(jī)連接的絲桿滑軌的滑片通過杠桿與輸入軸相連;追肥機(jī)控制器接收高光譜傳感器的信息，結(jié)合施肥專家系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地產(chǎn)生施肥量，再結(jié)合機(jī)具的行進(jìn)速度，轉(zhuǎn)化為外槽輪式排肥器的轉(zhuǎn)速和開度配比.

圖1　變量施肥機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖Fig.1　 The three-dimensional structure diagram of variable rate fertilizer machinery

結(jié)合上述結(jié)構(gòu)簡圖可以看出，追肥機(jī)作業(yè)數(shù)為8行，排肥器分為左右2組，每組4個(gè)，分別固定在相應(yīng)的分段輸入主軸上，主軸的一端由聯(lián)軸器連接在直流無刷行星減速電機(jī)的輸出軸上，直流電機(jī)額定功率為100 W，減速比為1∶36，減速后的額定轉(zhuǎn)速為100 r·min－1，扭力為12 N·m.步進(jìn)電機(jī)連接的絲桿滑塊在絲桿導(dǎo)軌上通過聯(lián)軸器套接在排肥輸入主軸上，由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來控制絲桿滑塊移動(dòng)，通過杠桿裝置帶動(dòng)槽輪移動(dòng)，以達(dá)到控制槽輪式排肥器有效工作長度的目的.步進(jìn)電機(jī)額定扭矩為29. 4 N·m，最大瞬間允許負(fù)載為44 N·m.而絲桿滑塊軸向移動(dòng)的長度界限通過絲桿上的限位開關(guān)控制，整個(gè)機(jī)組的工作動(dòng)力由蓄電池組提供.本追肥機(jī)為拖拉機(jī)3點(diǎn)后懸掛，圓盤開溝器，其主要技術(shù)參數(shù):長×寬×高為2 150 mm×912 mm×1 250 mm;配套動(dòng)力為江蘇－754拖拉機(jī)(＞10 KW) ;整機(jī)質(zhì)量為450 kg;工作行距為220 mm，行數(shù)為8 mm;作業(yè)幅寬為2 000 mm;施肥方式為外槽輪式;肥箱容積為200 L;作業(yè)速度為3～7 km·h－1;施肥量為0～225 kg·hm－2;生產(chǎn)效率為0. 3～0. 6 hm2·h－1.

1.2施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理

新設(shè)計(jì)的軸分段式變量施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要

工作過程如下:外槽輪式排肥器有效工作長度的調(diào)控機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)、絲桿滑軌、杠桿以及聯(lián)軸器構(gòu)成，分為左、右2個(gè)獨(dú)立輸入軸帶動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)控制絲桿帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿帶動(dòng)輸入軸左、右移動(dòng)，而槽輪固定在輸入軸上隨著輸入軸左右運(yùn)動(dòng).設(shè)備里面用的是左、右2個(gè)絲桿滑軌，而位移傳感器主要就是用來測(cè)量絲桿滑軌上滑片的位置，通過知道滑片的位置反推排肥的實(shí)際長度.在絲桿滑軌的兩端設(shè)有相應(yīng)的限位開關(guān)，為的是防止滑片移動(dòng)到左右兩端時(shí)，步進(jìn)電機(jī)還繼續(xù)工作.變量施肥作業(yè)時(shí)，控制器發(fā)送控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿滑軌移動(dòng)，從而帶動(dòng)排肥器改變有效作業(yè)長度.

直流無刷行星減速電機(jī)與排肥輸入軸的套接使直流電機(jī)的中心軸通過聯(lián)軸器直接與排肥輸入軸相連接，電機(jī)外面套裝不銹鋼保護(hù)裝置.變量施肥作業(yè)時(shí)，控制器反饋PWM調(diào)速信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率，從而改變排肥器的排肥量.

2　施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要部件設(shè)計(jì)

新型軸分段式變量施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包含輸入軸的周向轉(zhuǎn)動(dòng)(調(diào)速機(jī)構(gòu))和軸向移動(dòng)(換向機(jī)構(gòu)) 2個(gè)控制結(jié)構(gòu).通過調(diào)節(jié)輸入軸的周向轉(zhuǎn)速的快慢，控制槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)1周的施肥量;通過調(diào)節(jié)輸入軸軸向移動(dòng)，控制槽輪排肥槽長度的施肥量.從而可實(shí)現(xiàn)本文所設(shè)計(jì)的新型軸分段式變量施肥機(jī)轉(zhuǎn)速和開度的實(shí)時(shí)雙調(diào)節(jié).

2.1施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新設(shè)計(jì)的換向機(jī)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)的手動(dòng)或半自動(dòng)控制，本換向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是通過螺桿、螺母配合的螺旋運(yùn)動(dòng)，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線移動(dòng)，再通過杠桿結(jié)構(gòu)，把螺母的直線移動(dòng)轉(zhuǎn)化為槽輪的軸向移動(dòng).換向結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖如圖2所示.

圖2　執(zhí)行機(jī)構(gòu)換向結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The structure diagram of actuator’s commutor

2.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向結(jié)構(gòu)分析對(duì)換向機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡單的受力分析:對(duì)于杠桿結(jié)構(gòu)，當(dāng)杠桿上只受2個(gè)力，且處于平衡狀態(tài)時(shí)，杠桿的平衡條件用公式表示為: F1L1= F2L2.受力分析如圖3所示，圖中O為支點(diǎn)，根據(jù)杠桿平衡條件可得公式:

式中，F(xiàn)b為螺母所受到螺桿從動(dòng)力，在此杠桿結(jié)構(gòu)中為主動(dòng)力，S1、S2分別為主軸滑塊和螺母移動(dòng)的直線長度，F(xiàn)a為主軸滑塊所受到杠桿的從動(dòng)力(阻力)，L1、L2為力臂.

圖3　杠桿受力分析圖Fig.3　 The diagram of force analysis of leverage

在杠桿機(jī)構(gòu)中，根據(jù)杠桿的平衡條件公式，選擇合適的支點(diǎn)的位置，結(jié)合施肥機(jī)其他工作部件的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)此杠桿D1=150 mm、D2=350 mm為省力杠桿(從動(dòng)力臂L1＜主動(dòng)力臂L2)，以減小步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載，改善后續(xù)工作條件，而且主軸滑塊的移動(dòng)長度可以通過螺母的移動(dòng)長度來計(jì)算，從而間接計(jì)算槽輪的軸向有效長度.

2.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的螺旋結(jié)構(gòu)分析對(duì)于普通螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng).本文所設(shè)計(jì)的新型軸分段式變量施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的螺旋傳動(dòng)如圖4所示，螺母軸向直線移動(dòng)的距離L(mm)可用公式求得:

式中，n為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速(r·mim－1)，Ph為單線右旋普通螺紋導(dǎo)程(mm).

圖4　螺旋傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4　 The structure diagram of screw drive

根據(jù)變量施肥機(jī)原有槽輪的長度(70 mm)，以及上述設(shè)計(jì)的杠桿尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)出螺旋絲杠有效長度應(yīng)大于163. 3 mm，才能保證槽輪的正常工作調(diào)節(jié).選取單線右旋普通螺紋導(dǎo)程為20 mm.對(duì)于整個(gè)換向結(jié)構(gòu)，是通過螺旋機(jī)構(gòu)和杠桿機(jī)構(gòu)的相互配合來完成的，綜合以上2個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，求得主軸滑塊的軸向移動(dòng)距離為:

所以通過簡化變換有槽輪有效作業(yè)開度為:

式中，l為有效作業(yè)開度(mm)，l0為外槽輪式排肥器初始工作開度(mm)，L1為支點(diǎn)到傳動(dòng)軸的垂直距離(mm)，L2為支點(diǎn)到絲桿螺母的垂直距離(mm)，s為傳動(dòng)螺母的相對(duì)位移(mm)，±表示移動(dòng)方向前進(jìn)或后退.

綜上所述，通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，可以精確的計(jì)算槽輪有效工作長度數(shù)值的大小，從而實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制施肥機(jī)的追肥量，實(shí)現(xiàn)相對(duì)意義上的精準(zhǔn)追肥.

2.2施肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

調(diào)速機(jī)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中與傳統(tǒng)的調(diào)速方式大致相同，為電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式，其連接結(jié)構(gòu)簡圖見圖5，利用步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)排肥器，從而控制排肥量的大小.

圖5　調(diào)速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 The structure diagram of governor mechanism

如果不考慮由于排肥軸轉(zhuǎn)速變化而引起的排肥量的非線性跳動(dòng)，那么單個(gè)排肥器的排肥量與排肥軸轉(zhuǎn)速(即電機(jī)轉(zhuǎn)速)存在如下關(guān)系:

q = kn + b，

式中，q為單個(gè)排肥槽輪的排肥量(g·min－1)，n為排肥主軸轉(zhuǎn)速(r·min－1)，k為標(biāo)定擬合直線的斜率，b為標(biāo)定擬合直線的截距(mm).

需要說明的是，不同的排肥器，排肥軸轉(zhuǎn)速與排肥量之間都有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系.所以，在變量施肥技術(shù)的研究過程中，必須對(duì)所選的施肥器進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，具體情況具體分析.

3　材料與方法

3.1材料

本試驗(yàn)機(jī)具由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，江蘇潔瀾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)制造，配套江蘇－754輪式拖拉機(jī)作為牽引動(dòng)力，于2014年4月在江蘇省濱?？h黃海農(nóng)場進(jìn)行田間生產(chǎn)試驗(yàn).

播種小麥，品種為淮麥19，以目前普遍使用的顆粒狀尿素為研究對(duì)象，其容重為0. 746 g·cm－3，顆粒度范圍d為0. 85～2. 80 mm.

3.2追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)定

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)追肥的目標(biāo)，保證在大田試驗(yàn)時(shí)能通過GreenSeeker高光譜傳感器獲取作物冠層的光譜信息，以及能通過調(diào)節(jié)施肥機(jī)轉(zhuǎn)速和排肥槽輪軸向開度獲得需要的排肥量，所以在追肥機(jī)靜止時(shí)對(duì)排肥器不同轉(zhuǎn)速和開度下的排量進(jìn)行了測(cè)定.試驗(yàn)通過觸摸屏調(diào)節(jié)排肥器轉(zhuǎn)速分別為8、18、29和39 r·min－1，開度分別為5、10、18 mm.試驗(yàn)時(shí)，排肥導(dǎo)管口套有稱質(zhì)量袋，系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)定時(shí)60 s，每個(gè)速度和開度重復(fù)3次試驗(yàn)，排量通過稱取肥料質(zhì)量得到.

3.3追肥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)田間試驗(yàn)

根據(jù)小麥種植拔節(jié)期廣泛追施氮肥的特點(diǎn)，在小

麥種植初期，對(duì)小麥進(jìn)行分區(qū)域施用4組不同的底肥，分別為正常施肥量的0(不施肥)、33. 3%、66. 7%和100%.在小麥生長拔節(jié)期對(duì)該試驗(yàn)田分區(qū)域進(jìn)行追肥試驗(yàn)，通過稱量追肥前后肥箱內(nèi)的肥料差值，得到各區(qū)域的實(shí)際施肥量，進(jìn)行追肥對(duì)比試驗(yàn).

4　結(jié)果與分析

本新型軸分段式變量追肥機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表1所示，不同轉(zhuǎn)速不同開度下，排肥器排量測(cè)定數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)分析.結(jié)果表明在轉(zhuǎn)速一定的情況下，隨著開度的增大，排量逐漸增大;開度一定的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的降低，槽輪每秒排量逐漸減小.選取表1中轉(zhuǎn)速為8、18 r·min－1，開度為10 mm的排肥量數(shù)值，根據(jù)前文所述公式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的單個(gè)排肥槽排肥量方程，選定k、b值.可以看出肥料在不同轉(zhuǎn)速不同開度下，由此公式計(jì)算的理論排肥量與實(shí)際排肥量的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，這與其較好的流動(dòng)性有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)偏差值最大為11. 57，最小值不到1，忽略此跳動(dòng)無效值，整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排肥控制精度達(dá)到90%以上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)排肥效果穩(wěn)定.

表1　不同轉(zhuǎn)速和開度排肥量測(cè)定Tab.1　 Fertilizing amount measurement on different rotating speed and opening width

本新型軸分段式變量追肥機(jī)大田試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表2所示，是基于作物冠層高光譜信息，實(shí)時(shí)生成的施肥配比.小麥長勢(shì)存在空間差異性，并反映在歸一化植被指數(shù)(NDVI)上［21］.機(jī)械通過GreenSeeker高光譜傳感器可以及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取作物冠層的光譜信息，專家系統(tǒng)根據(jù)反饋的光譜信息、機(jī)具行進(jìn)速度，決斷外槽輪排肥器的轉(zhuǎn)速以及外槽輪的開度，實(shí)時(shí)地調(diào)整施肥量.試驗(yàn)結(jié)果表明:追肥系統(tǒng)控制誤差都小于10%，整體追肥系統(tǒng)控制精度高達(dá)90%以上，能夠?qū)崿F(xiàn)精確追肥的目的.

表2　田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Field experience data

5　結(jié)論

本文提出了一種新型軸分段式雙調(diào)節(jié)稻麥精準(zhǔn)追肥機(jī)，其適合于目前國產(chǎn)施肥機(jī)的變量追肥執(zhí)行機(jī)構(gòu)雙通道協(xié)調(diào)工作，綜合考慮了作物追肥的特點(diǎn)以及追肥機(jī)械的實(shí)用性.試驗(yàn)表明，通過控制槽輪的轉(zhuǎn)速和開度的實(shí)時(shí)雙調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)精量追肥.

排肥器轉(zhuǎn)速由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由步進(jìn)電機(jī)控

制開度，采用閉環(huán)反饋PID控制方法，通過PWM技術(shù)調(diào)整占空比實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié);通過定時(shí)子程序控制步進(jìn)數(shù)實(shí)現(xiàn)開度調(diào)節(jié).排肥器不同轉(zhuǎn)速和開度下的排量測(cè)定數(shù)據(jù)表明肥料在不同轉(zhuǎn)速不同開度下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)排肥精度在90 %以上.

通過GreenSeeker高光譜傳感器實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取作物冠層的光譜信息，實(shí)現(xiàn)了作物冠層NDVI值采集與相應(yīng)追肥量的計(jì)算、實(shí)時(shí)控制追肥機(jī)構(gòu)速度和開度雙重調(diào)控，精確地變量追肥，大田追肥決策系統(tǒng)控制精度達(dá)到90%以上，系統(tǒng)性能良好.

初步試驗(yàn)表明，該機(jī)型設(shè)計(jì)合理，主要技術(shù)指標(biāo)滿足農(nóng)藝要求，能實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)意義上的精準(zhǔn)追肥作業(yè)，適合于目前國產(chǎn)施肥機(jī).在后續(xù)試驗(yàn)過程中，槽輪轉(zhuǎn)速、開度以及車速檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響施肥的控制精度，在減小標(biāo)準(zhǔn)偏差和控制誤差基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展優(yōu)化試驗(yàn);變量追肥機(jī)的主要成本是光譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性難以控制，在以后的研究中應(yīng)對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，為設(shè)計(jì)研制適合國產(chǎn)追肥機(jī)的變量追肥執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)造條件，為加快作物變量施肥機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考.

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【責(zé)任編輯霍歡】

Design and experiment of precision fertilizer applicator actuator of rice and wheat

SHI Yinyan1，CHEN Man1，WANG Xiaochan1，2，SUN Guoxiang1，2，DI Jiao1，YU Haiming1
(1 College of Engineering，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210031，China; 2 Jiangsu Province Engineering Laboratory for Modern Facilities Agricultural Technology and Equipment，Nanjing 210031，China)

Abstract:【Objective】To meet the requirements of precision fertilizer apparatus’s real-time variable additional fertilizer in the process of rice and wheat growth.【Method】A new type of shaft segmentation variable fertilizer applicator’s actuator was designed，whose overall structures of variable fertilization executing agencies and field theory was described.The structure and parameters of its key components were analyzed and identified.A fertilizer discharge performance test and field additional fertilizer tests were carried out with nitrogen fertilizer.【Result and conclusion】The precision fertilizer applicator actuator could realize double regulation of slot wheel speed and jaw opening of conventional grooved wheel fertilizer discharge apparatus.The control accuracy of the overall system exceeded 90%.Fertilizer quantity adjusted dynamically in real time was helpful for managing and using fertilizer sufficiently.The precision fertilizer applicator actuator can achieve acute additional fertilizer in precise agriculture and realize the design requirements.

Key words:rice and wheat variable additional fertilization; actuator; field operation; double regulation; precision agriculture

基金項(xiàng)目:國家科技支撐計(jì)劃(2013BAD08B04-8) ;江蘇省前瞻性研究項(xiàng)目(SBY201220290) ;江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(KYLX_0518)

作者簡介:施印炎(1990—)，男，碩士研究生，E-mail: 2013112034@ njau.edu.cn;通信作者:汪小旵(1968—)，男，教授，博士，E-mail: wangxiaochan@ njau.edu.cn

收稿日期:2014-12-14

文章編號(hào):1001-411X(2015) 06-0119-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號(hào):S224.22; TP271