何亞凱 楊學軍 翟長遠 趙學觀 竇漢杰 王 秀

(1.北京農業(yè)智能裝備技術研究中心， 北京 100097； 2.國家農業(yè)智能裝備工程技術研究中心， 北京 100097;3.中國農業(yè)機械化科學研究院， 北京 100083； 4.西北農林科技大學機械與電子工程學院， 楊凌 712100)

0 引言

追肥作業(yè)是玉米生產中的重要環(huán)節(jié)，有效地追肥管理能夠提高作物產量。目前，國內玉米生產過程中追肥環(huán)節(jié)仍以人工或簡易機具作業(yè)為主，其勞動強度大、作業(yè)效率低，不利于大面積作業(yè)，且施肥不均勻，影響后期植株生長及作物產量[1-5]。

機械化追肥能夠有效降低玉米追肥作業(yè)勞動強度，提高施肥效率，提升綜合經濟效益[6-7]。目前，國內玉米追肥機械研究還處于起步階段，研制的追肥機械以重力直排技術施肥為主，成熟產品較少。國內一些學者已對排肥、輸送和施肥技術進行了相關研究。胡紅[3]設計了一種玉米定點扎穴追肥機，該機主要由玉米植株探測裝置、外槽輪間隔排肥和滑軌連桿扎穴施肥裝置組成，能夠根據玉米植株位置實現(xiàn)定點扎穴施肥，提高了肥料的利用率，但追肥效率較低；鄭媛媛[8]設計了一款電動玉米中耕追肥機，采用常用的外槽輪式排肥器進行排肥，利用單條開溝器進行開溝施肥作業(yè)，能夠實現(xiàn)玉米行間機械化追肥作業(yè)，但追肥效率有待提高；氣力輔助施肥能夠有效增加機具作業(yè)幅寬，提高追肥效率，齊興源等[9]設計了一種稻田氣力式變量施肥機，并進行相關試驗，可實現(xiàn)稻田側深施肥量在40～200 kg/hm2范圍內的調節(jié)；趙金輝等[10]通過對氣流輸送系統(tǒng)進行分析研究，設計了一種氣流輸送式苔麩排種裝置，排種性能指標滿足標準要求；左興健等[11]利用數(shù)學建模分析和試驗研究對關鍵施肥部件進行優(yōu)化，設計開發(fā)了一種風送式水稻側深精準施肥樣機；雷小龍等[12]基于顆粒化肥的機械物理特性和施肥量要求，設計了一種顆?；事菪M合式集中供肥裝置；文獻[13-14]利用高壓氣流輸送原理，設計了氣流輸送式小麥免耕播種機，提高了小麥播種的效率和均勻性；文獻[15-17]研究了玉米種植的不同施肥方式，分層施肥能夠滿足不同生育期的養(yǎng)分需求、提高肥料利用效率、增加作物產量，對集排和風送式玉米追肥機械的研究相對較少，追肥機械作業(yè)效率不高。

為了改善我國玉米追肥機械現(xiàn)狀，提高我國玉米機械化追肥作業(yè)效率，本文針對黃淮海平原地區(qū)，采用集中排肥和氣流輸肥的方式，以最高作業(yè)速度7.2 km/h為目標，設計一種集排風送式玉米分層追肥機，以期實現(xiàn)多行寬幅分層快速施肥作業(yè)。

圖1 追肥機結構簡圖Fig.1 Structure diagram of fertilization prototype1.排肥箱a 2.排肥箱b 3.排肥風機b 4.控制系統(tǒng) 5.分流器 6.排肥裝置b 7.供料器 8.施肥固定架 9.機架 10.深層施肥鏟 11.淺層施肥鏟 12.仿形機構 13.行走輪 14.淺層輸肥管 15.深層輸肥管

1 結構與工作原理

1.1 結構及技術參數(shù)

集排風送式玉米分層追肥機結構示意圖如圖1所示，主要由排肥箱a和b、排肥風機a和b、施肥控制系統(tǒng)、分流器a和b、排肥裝置a和b、供料器、施肥固定架、機架、深層施肥鏟、淺層施肥鏟、仿形機構、行走輪、淺層輸肥管和深層輸肥管等部件組成，其中深淺層施肥分別由施肥原理相同的排肥裝置a和b來單獨控制。

追肥機主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 追肥機主要技術參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of fertilizer applicator

1.2 工作原理

圖2 玉米分層施肥作業(yè)原理圖Fig.2 Schematic of layered fertilization for corn1.玉米植株 2.土壤 3.深層肥料 4.淺層肥料

該追肥機械采用43.8 kW以上拖拉機作為工作動力，運用電動多行集排、氣流輸送方式進行施肥作業(yè)。施肥工作開始前，開啟施肥控制系統(tǒng)，根據作業(yè)要求設定作業(yè)幅寬、目標追肥量、深淺層肥量等相關參數(shù)，打開風機使輸肥系統(tǒng)產生穩(wěn)定的氣流，保證落入文丘里管內的肥料能夠被順暢輸送至施肥機構；施肥工作開始時，排肥電機驅動排肥輪進行排肥，排肥電機轉速可自適應機械工作速度變化，實時進行排肥量的調節(jié)，排出的肥料落入文丘里供料器落肥口處，文丘里供料器進料口在氣流作用下產生穩(wěn)定的負壓，能夠使肥料順利吸入輸肥管道內，肥料在輸肥管道壓差作用下隨氣流運動輸送至施肥機構處，落入施肥溝槽內，完成追肥作業(yè)。追肥機械深淺層施肥是通過兩套施肥裝置完成，深層追肥作業(yè)為開溝條施，在玉米植株側邊p1(10～15 cm)處劃出一條深度h1(10～12 cm)的溝槽進行深施肥，為了減少追肥機械施肥時土壤對施肥鏟產生的阻力，降低拖拉機動力消耗，淺層追肥作業(yè)為扎土穴施，與深施肥同側，在與玉米植株距離p2為15～18 cm、扎穴深度h2為6～8 cm處進行淺施肥，其施肥深淺層作業(yè)原理示意圖如圖2所示，其中D為玉米播種行間距。

2 關鍵部件設計

2.1 多行集中排肥裝置設計

排肥裝置是施肥機關鍵部件之一，排肥性能決定了追肥機的施肥質量和實用性。本文所設計的排肥裝置采用6行排肥輪集中排肥的結構形式，結構集成度較高，利用一個排肥電機進行多行排肥量的控制，且每個施肥鏟的施肥量分別來自對應排肥輪所排出肥量，排肥一致性較好；排肥裝置結構如圖3所示，主要包括排肥殼體、肥料隔板、排肥槽(由排肥上弧板和下弧板構成)、排肥輪、排肥軸、張緊機構、排肥間隔套和排肥電機等，肥料隔板安裝在肥箱和排肥軸之間，能夠有效減少肥料對排肥軸的下壓力，降低排肥電機的功耗，排肥下弧板為鉸接機構(鉸接點O)，能夠有效降低排肥過程中排肥輪與排肥槽的卡肥現(xiàn)象，提高排肥穩(wěn)定性能。

圖3 排肥裝置工作原理與結構圖Fig.3 Schematic and structure of fertilizer discharge device1.排肥殼體 2.肥料隔板 3.排肥上弧板 4.排肥輪 5.排肥軸 6.毛刷 7.排肥下弧板 8.張緊機構 9.排肥間隔套 10.排肥電機

排肥輪是排肥機構中主要工作部件，目前常用的排肥輪結構形式較多，由于直齒外槽式排肥輪結構簡單，排肥量可控度高，工作性能穩(wěn)定，本排肥機構采用直齒外槽式排肥輪，其排肥過程示意圖如圖3a所示，根據外槽輪排種原理[18]可知，該外槽輪排肥器單個排肥輪每轉排肥量計算式為

(1)

式中q0——單個槽輪每轉排肥量，g/r

d——外槽輪外徑，mm

L——單個槽輪工作長度，mm

γ——肥料容重，g/mm3

φ0——凹槽內肥料填充系數(shù)

fs——單個槽輪凹槽截面積，mm2

ω——凹槽節(jié)距，mm

z——槽輪槽數(shù)

λ——帶動層特性系數(shù)，mm

由式(1)可知，影響排肥量的主要參數(shù)有凹槽截面積、槽輪工作長度和填充系數(shù)，其中填充系數(shù)與轉速負相關[19]。當排肥量一定時，排肥輪凹槽截面積較大，則排肥輪工作長度和轉速要求變小，排肥量均勻性相對較差；排肥輪凹槽截面積較小，則排肥輪轉速和工作長度要求變大，肥料填充系數(shù)下降，排肥準確性相對降低。根據尿素顆粒尺寸以及追肥量等農藝要求，結合排肥裝置結構設計，確定排肥輪結構參數(shù)為排肥輪外徑68 mm，一周凹槽數(shù)6個，槽輪有效排肥長度14 mm，槽深21.5 mm，外槽沿槽厚4 mm，凹槽半徑8.5 mm。

2.2 風送輸肥裝置設計

2.2.1風送輸肥原理

風力輸送是利用一定速度和壓力的氣流進行物料遠距離輸送，其動力來源為具有一定能量的氣流，可以實現(xiàn)柔性結構布局，簡化施肥機械復雜的結構布置，氣流風送輸肥工作原理如圖4所示。風機運轉后能夠產生穩(wěn)定的高壓氣流，氣流的運動在文丘里供料器進料口處產生負壓，以促進肥料順利進入輸肥管道，氣流在管道內作為肥料的載體，快速輸送肥料至施肥位置處。

圖4 氣流輸肥技術工作原理圖Fig.4 Schematic of pneumatic conveying fertilizer technology1.輸肥風機 2.文丘里供料器 3.顆粒肥料 4.輸肥軟管

2.2.2風送輸肥系統(tǒng)參數(shù)確定

氣流速度是風送輸肥系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，直接影響肥料顆粒在管道中的運動狀態(tài)。氣流速度較小時，肥料顆粒則漸漸停滯在水平輸肥管的管底，導致輸肥管道堵塞；氣流速度較大時，肥料能夠在管道內均勻散開、順利輸送，若速度過高會浪費能量，還會造成施肥口處肥料顆粒速度過大，影響肥料在田間施肥過程中的分布效果。氣流輸送速度可根據氣力輸送理論公式進行計算

(2)

式中vs——輸肥管入口輸送風速，m/s

kp——肥料顆粒度系數(shù)(一般為16～20，顆粒直徑較小時取小值)

ρp——肥料顆粒密度，kg/m3

ks——肥料顆粒特性系數(shù)，一般為2×10-5～5×10-5

l——輸送肥料管道長度，m

由于玉米追肥多數(shù)為尿素化肥，肥料顆粒直徑一般不超過4 mm，則選取顆粒度系數(shù)為16，肥料顆粒密度為1 335 kg/m3，肥料輸送管道長度最大為2 m，管道長度對風速影響可忽略[11,20-21]，則由式(2)可知輸肥風速vs為18.48 m/s，考慮實際施肥作業(yè)環(huán)境的復雜性以及管道接口處的密封性等因素影響，為確保能夠順利輸送肥料，實際風速取為1.1×18.48 m/s=20.33 m/s。

氣流輸送濃度(也稱料氣比)[21]為單位時間內輸送肥料的質量與通過管道氣流質量的比值，輸送濃度越大，所需空氣質量將會減少，輸送所需功率也會降低，但易造成肥料輸送堵塞，輸送濃度過低時，輸肥效率將會大大降低，影響施肥工作效率。通過查閱相關資料[22]，可知常用物料輸送濃度的經驗值，為提高肥料輸送過程的通暢性，結合經驗值，選定氣流輸送濃度μ為1.2。氣流輸送濃度表達式為

(3)

(4)

式中Gp——輸送管道內肥料質量流量，kg/s

Gs——輸送管道內空氣質量流量，kg/s

j——輸肥管個數(shù)，取6

ρs——空氣密度，kg/m3

d0——每一分行輸肥管道直徑，m

根據式(1)～(4)可知，輸肥管道直徑為

(5)

輸送流量為

(6)

根據玉米追肥農藝要求，玉米追肥最大量一般為360 kg/hm2，為增大風送系統(tǒng)適應范圍，機械前進速度設定為9 km/h，施肥口共12個(深淺層各6個)，則可知追肥作業(yè)中單位時間內總排肥量不超過0.32 kg/s，單層排肥總量Gp不超過0.16 kg/s，由式(5)可知輸肥管直徑為32.8 mm；輸送流量要求為371 m3/h，則根據流量和風速要求，本文選取風機型號為ZFL133/190BN-S1150，工作電壓為24 V，額定功率為160 W調速風機，額定轉速為1 600 r/min。

2.2.3供料器

供料器是風送輸肥系統(tǒng)中關鍵部件之一，它的作用是把肥料喂入輸肥管道，并且能夠確保肥料在管道內順利輸送[21-24]。本文采用文丘里原理進行供料器的結構設計，文丘里供料器結構如圖5所示。

圖5 文丘里供料器結構示意圖Fig.5 Structure of Venturi feeding fertilizer1.入口區(qū) 2.收縮區(qū) 3.入料區(qū) 4.喉管區(qū) 5.氣流出口區(qū)

氣流由文丘里管進口流入，經過收縮區(qū)進行加速，流至喉管區(qū)時速度達到最大，此時入料口處于負壓狀態(tài)，使肥料順利落入輸肥管道并快速輸送至擴散區(qū)，避免了肥料的擁堵。其中，氣流入口直徑d1和出口直徑d3與輸肥管道直徑d0相等(即d1=d3=d0=32.8 mm)，收縮角α為22°，擴散角β為9°，喉部直徑過小則要求氣流入口壓力大，氣流輸送阻力增加，喉部直徑太大，喉部氣流增速和入料口負壓效果不顯著，不利于輸肥，為保證肥料在管喉部有足夠空間，取喉部直徑d2為23 mm。

結合供料器設計參數(shù)進行參數(shù)化建模，并利用Fluent軟件進行流體仿真分析，其仿真結果如圖6所示。從仿真圖中可以看出，該供料器內部管道無湍流現(xiàn)象，氣流平穩(wěn)，當入口風速為20 m/s時，出口風速平均值為21.74 m/s；物料入口處風速平均值為1.14 m/s，氣料混合口風速平均值為8.24 m/s，方向流向管道內，由物料入口處至氣料混合口處負壓越來越大，有利于肥料輸送，驗證了文丘里供料器結構設計的合理性。

圖6 供料器管道截面速度分布圖Fig.6 Velocity distribution diagram of feeding fertilizer cross section1.氣流入口 2.物料入口 3.氣料混合口 4.氣流出口

2.2.4分流器和風送輸肥裝置

分流器在風送輸肥系統(tǒng)中具有重要作用，該機構能夠有效把風機出風口氣流轉化為6行輸肥氣流，其結構簡圖如圖7a所示。為確保各行輸肥氣流的一致性，針對分流器結構進行優(yōu)化設計并利用CFD(Computational fluid dynamics)進行氣流運動仿真分析，當入口壓強為360 Pa時，其仿真結果如圖7b所示，從仿真圖中分析可知，該分流器內部氣流較為平穩(wěn)、無渦流現(xiàn)象，6行出風口速度均值為20.03 m/s，變異系數(shù)為0.32%，分流一致性較好，驗證了分流器結構設計的合理性。

圖7 分流器結構和風速仿真圖Fig.7 Structure and airflow simulation of airflow allotter1.進風口 2.分流器殼體 3.出風口

本文利用氣流正壓輸送技術設計了兩套6行風送輸肥裝置(如圖8所示)，分別用于深淺層施肥。該風送輸肥裝置主要由輸肥風機、分流器、過渡連接管、文丘里供料器、輸肥軟管和施肥固定架組成，輸肥風機安裝在輸肥系統(tǒng)氣流的起始端，風機產生的氣體經過分流器后均勻分成6路氣流，每路氣流分別對應一條輸肥管道，實現(xiàn)各路輸肥和施肥互不干擾，確保輸肥的一致性和穩(wěn)定性。

圖8 輸肥裝置結構簡圖Fig.8 Structure of pneumatic conveying fertilizer device1.輸肥風機 2.分流器 3.過渡連接管 4.文丘里供料器 5.輸肥軟管 6.施肥固定架 7.施肥裝置機架 8.排肥機構

2.3 深、淺層施肥鏟

深層施肥鏟選用河北省農哈哈公司生產的開溝施肥鏟，其結構簡圖如圖9所示，主要包括主梁、圓柱滾輪、施肥管、開溝刀頭和開溝鏟翼，能夠較好地完成深層開溝施肥作業(yè)。淺層施肥鏟選用河北省臨西縣眾一精密鑄造廠生產的扎穴施肥器[25]，其結構示意圖如圖10所示，主要由主梁、施肥管、星形齒盤a、星形齒盤b和齒盤轉軸等組成，能夠實現(xiàn)A點處扎穴齒閉合接肥，B點處扎穴齒張開施肥過程；主梁上方為排氣口，用于排出過量氣流，減小出肥口肥料速度，降低肥料與扎穴齒間的沖擊碰撞，以避免出現(xiàn)彈跳溢出現(xiàn)象。

圖9 深層施肥鏟結構示意圖Fig.9 Structure of deep fertilization colter1.主梁 2.圓柱滾輪 3.施肥管 4.開溝刀頭 5.開溝鏟翼

圖10 淺層施肥鏟結構示意圖Fig.10 Structure of shallow fertilization rabbler1.主梁 2.施肥管 3.星形齒盤a 4.星形齒盤b 5.齒盤轉軸

2.4 施肥控制系統(tǒng)設計

2.4.1總體設計

控制系統(tǒng)主要用于施肥作業(yè)狀態(tài)的控制以及施肥作業(yè)肥量變化的自動調節(jié)?？刂葡到y(tǒng)主要包括GPS車速模塊、風機、深淺層排肥電機、電機驅動器、編碼器、排肥控制單元(ECU)和人機交互單元?？刂葡到y(tǒng)根據作業(yè)信息的傳輸與處理等劃分為信息輸入(包括風機轉速、排肥電機轉速和機具行走速度)、信息處理(包括控制單元和人機交互單元)和信息輸出(包括風機轉速和排肥電機轉速)，系統(tǒng)框圖如圖11所示。該控制系統(tǒng)采用TTC32作為控制核心，利用CODESYS進行程序開發(fā)，通過CAN總線進行信息傳輸，實現(xiàn)硬件之間的運行與融合。

圖11 追肥機控制系統(tǒng)總體結構框圖Fig.11 Block diagram of control system for fertilizer applicator

施肥作業(yè)時，GPS車速模塊能夠實時獲取當前車速，TTC控制器根據協(xié)議讀取當前車速和排肥電機實際轉速，基于控制器內部設定程序計算出排肥電機目標轉速，進行排肥電機實際轉速與目標轉速差值比較與處理，利用PID方法對電機實際轉速進行調控，確保排肥電機轉速調節(jié)的快速穩(wěn)定，實現(xiàn)排肥電機轉速的實時控制，完成施肥量隨前進速度變化的自適應調節(jié)。

2.4.2車載控制端軟件設計

基于VS2012軟件開發(fā)平臺，采用Visual C++語言設計了車載計算機人機交互界面(如圖12所示)，包括串口通訊參數(shù)設置、施肥參數(shù)設置和作業(yè)狀態(tài)信息監(jiān)測，車載計算機經過串口USB/CAN 轉換器連接至CAN 網絡，與控制單元(TTC32)進行施肥現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據信息交換。該界面能夠根據不同施肥作業(yè)要求對施肥作業(yè)參數(shù)進行更改，參數(shù)更改簡便，并能夠實時有效地讀取機具當前作業(yè)狀態(tài)信息(深淺層施肥量、當前車速、地塊位置等)，增加了施肥機具作業(yè)的靈活性和適應性。

圖12 車載端人機交互軟件界面Fig.12 Interface of human-machine interaction

為了獲取深淺層排肥電機目標轉速，在軟件界面(圖12)輸入相對應參數(shù)值，排肥控制單元讀取輸入相應數(shù)值信息后進行計算可得深淺層排肥電機目標轉速為

(7)

式中m——施肥行數(shù)，取6

q——單個排肥輪每轉排肥實測量，取28 g/r

np1——深層排肥裝置排肥電機轉速，r/min

np2——淺層排肥裝置排肥電機轉速，r/min

Qp1——深層目標施肥量，kg/hm2

Qp2——淺層目標施肥量，kg/hm2

v——機具前進工作速度，m/s

B——機具工作幅寬，取3.6 m

3 性能試驗

3.1 試驗方法

為了檢驗追肥樣機施肥性能，參照NY/T 1003—2006《施肥機械質量評價技術規(guī)范》、JB/T 7864—2013《中耕追肥機》和GB/T 20346.2—2006《施肥機械 試驗方法 第2部分：行間施肥機》等相關試驗方法，采用尿素顆?；?，顆粒直徑為1.0～3.5 mm，對風送追肥機進行室內和田間試驗。

3.2 試驗結果與分析

3.2.1排肥量一致性試驗

本文設計的風送追肥機可同時進行多行施肥，各行之間排肥一致性的測量能夠反映各行之間排肥量的差異性，間接反映出田間施肥的均勻性，為減少各施肥口排肥量的差異引起施肥不均的問題，進行排肥機構排肥一致性試驗。排肥一致性試驗為室內試驗，設計作業(yè)速度條件下，排肥電機轉速一般不超過38 r/min，采用施肥系統(tǒng)軟件進行車速設置，實現(xiàn)排肥速度為低、中、高3個等級狀態(tài)，每個速度下進行3次重復試驗，試驗時間為1 min，試驗中把6個施肥口從左到右分別進行編號并進行肥量稱量統(tǒng)計，試驗數(shù)據統(tǒng)計如表2所示。

由表2可知，相同轉速下，深、淺層之間排肥量差異較小，各行之間施肥口排肥量一致性較好，排肥量比較均勻；試驗速度范圍內，隨著排肥轉速的增加，各行之間排肥量變異系數(shù)有所降低，最大變異系數(shù)為2.64%，排肥量比較穩(wěn)定。

表2 各行施肥管口排肥量一致性試驗結果Tab.2 Results of fertilizer quantity consistency among each row

3.2.2施肥量準確率試驗

施肥量準確率能夠反映追肥機械田間追肥作業(yè)的穩(wěn)定性能，是田間追肥作業(yè)各區(qū)域追肥一致性的保證。為檢驗追肥樣機施肥均勻性能，2019年7月中旬于河北省辛集市馬蘭農場進行田間試驗，試驗田塊總面積為6 000 m2，前期已采用導航拖拉機進行玉米播種，播種行距為60 cm，追肥樣機為北京農業(yè)智能裝備技術研究中心研制的2FQS-6型玉米分層追肥機，田間作業(yè)試驗如圖13所示。

圖13 施肥準確率試驗現(xiàn)場Fig.13 Experimental scene of fertilization quantity accuracy

試驗過程中追肥樣機在施肥口進行套袋測肥，追肥作業(yè)在低、中、高3種速度下進行，每種速度下試驗前進100 m測量一組數(shù)據，并進行3次重復試驗，施肥量準確率為

(8)

(9)

式中Wa——施肥量準確率，%

Qr——設定施肥量，kg/hm2

qr1——試驗距離理論施肥量，g

qr2——試驗距離實際施肥量，g

Sl——施肥準確率試驗距離，取100 m

試驗數(shù)據統(tǒng)計結果如表3所示。可以看出，在工作速度不超過7.2 km/h時，追肥機械施肥精度隨著前進速度增加而減小，施肥精度最小為95.42%，追肥機械施肥精度滿足標準要求；在同樣工作速度下，深、淺層排肥裝置施肥精度差別很小，排肥裝置分層施肥性能比較穩(wěn)定。

3.2.3施肥深度準確性試驗

施肥深度能夠較好地反映追肥狀態(tài)以及肥力效果，按照施肥均勻性試驗的田間試驗安排，在低、中和高3種前進工作速度下，進行田間追肥施肥深度檢測試驗，任意選取一個施肥行，沿施肥方向每間隔1 m進行一次深度測量，共進行20次測量，施肥深度田間試驗如圖14所示，試驗數(shù)據與處理結果如表4所示。

表3 施肥量準確率試驗結果Tab.3 Statistical results of fertilization quantity accuracy

由表4可知，在追肥作業(yè)速度不超過7.2 km/h時，深、淺層施肥深度均滿足施肥設定要求，深層開溝施肥深度受速度影響較小，深度平均值最小為11.04 cm，深度變異系數(shù)不超過5.35%；淺層扎穴施肥深度平均值隨著作業(yè)速度的增加而減小，施肥深度平均值最小為6.9 cm，變異系數(shù)最大為9.36%。

圖14 田間追肥試驗現(xiàn)場Fig.14 Field test of fertilizer applicator

表4 施肥深度準確性試驗結果Tab.4 Experimental results of fertilizing depth accuracy

4 結論

(1)針對玉米中期追肥生產需要，設計了一種集排風送式玉米分層追肥機。在玉米生長中期進行追肥作業(yè)時，該機能夠實現(xiàn)多行快速深淺分層施肥作業(yè)；基于TTC32開發(fā)了一套具有人機交互功能的追肥控制系統(tǒng)，簡化了作業(yè)系統(tǒng)的變量設置，實現(xiàn)了系統(tǒng)追肥作業(yè)的連續(xù)性，使施肥量能夠隨工作速度自適應變化，提高了追肥作業(yè)效率和肥料利用率。

(2)進行了多行集中排肥裝置排肥量一致性室內試驗，結果表明：在電機相同轉速下，深、淺層排肥裝置排肥量差異性較小，各行之間施肥口排肥量一致性較好；隨著轉速增加，各行之間排肥量變異系數(shù)有所減小，最大變異系數(shù)為2.64%，轉速對排肥量一致性的影響不明顯，各行之間排肥量比較均勻、穩(wěn)定。

(3)為了驗證該追肥樣機的作業(yè)性能，進行了樣機田間追肥試驗，結果表明，在試驗速度范圍內，隨著工作速度的增加，追肥機械施肥精度呈逐漸減小趨勢，施肥精度最小值為95.42%；深層施肥深度變化量不大，施肥深度均值最小為11.04 cm，變異系數(shù)不超過5.35%；淺層施肥深度有所降低，施肥深度均值最小為6.9 cm，變異系數(shù)不超過9.36%；追肥機性能達到設計目標，能夠滿足玉米追肥機械作業(yè)標準要求。