趙淑紅 張 鑫 袁溢文 侯磊濤 楊悅乾

(東北農(nóng)業(yè)大學工程學院， 哈爾濱 150030)

0 引言

目前，我國的化肥施用量已居世界前列[1-2]?；实拇罅渴┯脮Νh(huán)境造成破壞，如土壤板結(jié)酸化、水質(zhì)變差、水土流失等[3-5]。近年來，有機肥的施用愈發(fā)廣泛，不僅促進資源循環(huán)利用，還提高了土壤肥力和糧食產(chǎn)量[6-8]。

針對濕度較大、流動性較差的有機肥，國內(nèi)外學者對其施用裝置進行了大量研究。法國Kuhn公司[9]設(shè)計了UKS100型撒肥機，可改變單位施肥量，實現(xiàn)了精量撒播有機肥；張宏建等[10]設(shè)計了開溝深度可自動調(diào)節(jié)的果園雙行開溝施肥機，可一次完成果園開溝、有機肥與化肥混施、覆土一體化作業(yè)，肥料顆粒分布均勻；譚辰[11]設(shè)計了果園有機肥條鋪機，可適用于不同行距、不同開溝間距的施肥作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，防堵效果較好；呂金慶等[12]設(shè)計了立式有機肥螺旋撒肥裝置，增大作業(yè)幅寬，提高撒肥均勻性；劉宏新等[13]設(shè)計了側(cè)拋式有機肥撒肥機，用對置圓盤代替錘片，提高了施肥關(guān)鍵部件可靠性。拋撒的施肥方式可以在較短的時間內(nèi)完成大面積的施肥作業(yè)，但對于大部分擁有較小地塊的農(nóng)戶來說，采取拋撒于地表的方式，易存在拋撒面積重疊，肥料分布不均勻的問題，導(dǎo)致肥料利用率低，浪費資源[14-15]。若條施有機肥，不僅可以提高肥效，還能夠減少施用量，降低成本。以往條施顆粒肥主要使用槽輪式排肥器[16]，排肥效果較好，但對濕度較大、流動性差的粉末狀有機肥排肥效果較差，不僅導(dǎo)致槽輪中有機肥填充率降低，還會在回轉(zhuǎn)槽輪的擠壓作用下將凹槽填滿，使之失去排肥能力。目前對于條施有機肥的研究鮮有報道。

針對上述問題，本文設(shè)計條施粉末狀有機肥排肥器，以粉末狀有機肥為研究對象，理論分析其運動規(guī)律，對排肥器關(guān)鍵部件進行設(shè)計和分析，通過所得數(shù)據(jù)確定關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)尺寸，并進行作業(yè)性能試驗，達到提高施肥效果的目的。

1 粉末狀有機肥物理參數(shù)測量

選用黑龍江省哈爾濱市賓縣賓安鎮(zhèn)易利融農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的粉末狀有機肥(N+P2O5+K2O質(zhì)量分數(shù)大于等于5%，有機質(zhì)含量大于等于45%)。為了提高排肥效果，以3種含水率(28±1)%(出廠狀態(tài)含水率)、(32±1)%、(36±1)%的粉末狀有機肥為研究對象，對有機肥進行相關(guān)物理參數(shù)測量，以便為后期研究提供依據(jù)。

1.1 有機肥粒徑分布

將有機肥風干后，選用目數(shù)為10、18、40、70目的方孔標準土壤篩和精度為0.01 g的電子秤等，每次取300 g放入土壤篩中，水平方向搖振100～200次/min，拍擊50～70次/min，每次試驗15～30 min，每組試驗重復(fù)3次。分篩結(jié)果如表1所示。由表1可看出，0.25～0.45 mm粒徑最多，0～0.25 mm粒徑最少。

表1 有機肥粒徑分布Tab.1 Organic fertilizer particle size distribution

1.2 自然休止角測定

休止角反映了物料的內(nèi)摩擦特性和散落特性，本文采用注入法[17]對有機肥進行自然休止角測定。試驗測定如圖1所示。

圖1 自然休止角測定Fig.1 Determination of natural angle of repose

不同含水率試驗重復(fù)3次，取測量平均值作為其自然休止角。測量得到3種不同含水率((28±1)%、(32±1)%、(36±1)%)有機肥休止角分別為23°、32°、37°。表明含水率越大，休止角越大，有機肥流動性越差。

1.3 泊松比測定

泊松比是離散元仿真的重要參數(shù)，可根據(jù)有機肥內(nèi)摩擦角并配合經(jīng)驗公式求解。計算公式為

(1)

其中

k0=1-sinφ

(2)

式中ν——泊松比k0——有機肥側(cè)壓系數(shù)

φ——有機肥內(nèi)摩擦角，(°)

根據(jù)文獻[18]，采取快剪試驗對有機肥內(nèi)摩擦角進行測定。內(nèi)摩擦角測量結(jié)果及泊松比計算結(jié)果如表2所示。

表2 不同含水率有機肥泊松比Tab.2 Poisson’s ratio of organic fertilizer with different water contents

1.4 剪切模量測定

剪切模量和彈性模量是離散元仿真時的關(guān)鍵參數(shù)。本文使用Tinius Olsen公司生產(chǎn)的1ST系列臺式萬能試驗機(速度精度±0.05%，測力精度0.5%)對3種不同含水率有機肥彈性模量進行測定，如圖2所示，計算出相應(yīng)剪切模量

(3)

式中G——有機肥剪切模量，MPa

E——有機肥彈性模量，MPa

圖2 彈性模量測定Fig.2 Elastic modulus measurement

參照文獻[19-21]測試方法，對有機肥彈性模量進行測定。試驗后對數(shù)據(jù)進行處理，計算得出3種不同含水率下的彈性模量，進而得出有機肥剪切模量如表3所示。

表3 不同含水率有機肥剪切模量Tab.3 Elastic modulus of organic fertilizer with different moisture contents

1.5 有機肥靜摩擦因數(shù)測量

借鑒文獻[18]，應(yīng)用斜面法對有機肥靜摩擦角φ進行測量，計算得到有機肥靜摩擦因數(shù)為

μ=tanφ

(4)

經(jīng)測量計算得到3種不同含水率有機肥((28±1)%、(32±1)%、(36±1)%)靜摩擦因數(shù)分別為0.51、0.60、0.67。

2 有機肥排肥器設(shè)計

2.1 有機肥排肥器結(jié)構(gòu)與工作原理

該裝置主要由肥箱、排肥撥輪、防自流擋板和排肥軸組成。工作時，有機肥從防自流擋板頂部滑落至肥箱底板兩側(cè)，隨著排肥撥輪的轉(zhuǎn)動，推動有機肥運動到防自流擋板正下方的排肥口，有機肥在重力作用下排出肥箱。粉末狀有機肥排肥器總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 排肥器裝配圖Fig.3 Fertilizer distributor assembly drawings1.肥箱 2.防自流擋板 3.排肥撥輪 4.螺栓 5.排肥軸 6.排肥口

2.2 排肥指內(nèi)側(cè)有機肥受力分析

排肥撥輪在轉(zhuǎn)動的過程中，有機肥有向外側(cè)運動的趨勢，會逐漸在肥箱底板最外側(cè)聚集，導(dǎo)致排出過程不均勻。為了避免此現(xiàn)象，對撥輪推動的有機肥進行力學分析，設(shè)計合理的排肥指曲線。排肥撥輪結(jié)構(gòu)如圖4所示，斷面角度選擇65°，R1為排肥撥輪中心到排肥指最外圓半徑，R2為排肥撥輪圓盤半徑，l1為排肥指厚度，l2為排肥指寬度。

圖4 排肥撥輪結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic of fertilizer discharging wheel1.排肥指 2.傳動軸孔

為了便于理論分析，假設(shè)肥料為質(zhì)點，排肥撥輪勻速轉(zhuǎn)動，忽略肥料之間的相互作用力，排肥指內(nèi)側(cè)肥料受力分析如圖5所示。

圖5 肥料在排肥指內(nèi)側(cè)受力分析Fig.5 Analysis of force on inner side of fertilizer finger

質(zhì)點在X軸和Y軸方向上的運動方程為

(5)

式中ax——肥料在X軸方向上的加速度，m/s2

ay——肥料在Y軸方向上的加速度，m/s2

a——肥料合加速度，m/s2

ρA——肥料所在排肥指處的曲率半徑，mm

r——有機肥回轉(zhuǎn)半徑，mm

l——回轉(zhuǎn)半徑在排肥指切線上的投影，mm

整理得

(6)

由式(6)可知，有機肥的運動受撥輪角速度、回轉(zhuǎn)半徑、摩擦因數(shù)的影響。轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)半徑越大，肥料向撥輪外圍運動的趨勢越明顯，故排肥指曲線設(shè)計成擺線型。

2.3 擺線參數(shù)方程確定

擺線參數(shù)方程為

(7)

式中r1——圓半徑，mm

β——滾動角，(°)

擺線上任意一點曲率為

(8)

對任意一點曲率進行求導(dǎo)得

(9)

由式(9)可知，在0～π范圍內(nèi)，擺線上任意一點曲率單調(diào)變化，可以避免肥料因離心力作用向外聚集而造成施用不均勻的情況。為了將濕度較大的有機肥順利排出肥箱，同時便于加工，將排肥口設(shè)計成矩形，矩形長度設(shè)為80 mm，為了使排肥指撥動的有機肥可以全部排出，令排肥指長度等于排肥口長度，圖6為擺線的一拱，對其進行分析求解。

圖6 擺線參數(shù)方程求解Fig.6 Cycloid parameter equation solving

設(shè)計時，排肥指形狀為弧IJ部分的曲線，長度lIJ為80 mm，由擺線的基本性質(zhì)可知，lIK為πr1，lJK為2r1，由勾股定理可計算出r1為21.5 mm，最終確定排肥指曲線方程為

(10)

2.4 防自流擋板設(shè)計

將排肥撥輪安裝在肥箱底面后，若直接將有機肥充入肥箱中，有機肥會直接通過肥箱底部的排肥口流出，產(chǎn)生自流現(xiàn)象，造成肥料浪費，加速肥料的消耗。若有機肥潮解結(jié)塊，結(jié)塊的肥料架空會造成堵塞。為了避免此情況的發(fā)生，在撥輪上方設(shè)計防自流擋板。用螺栓通過螺栓孔將其固定在肥箱底板，防自流擋板正好架在肥箱底部排肥口正上方，用以防止肥料自流，擋板寬度應(yīng)大于肥箱排肥口寬度。通過對所采用的有機肥物理參數(shù)測定結(jié)果可知，含水率為(36±1)%的有機肥的自然休止角為37°，因此設(shè)計的防自流擋板頂部尖角δ的一半應(yīng)小于等于53°，為了有機肥順利沿防自流擋板流下，設(shè)定δ/2小于53°。除此之外，在撥輪轉(zhuǎn)動過程中，若遇到結(jié)塊的肥料，能夠與防自流擋板的長邊互作剪切效應(yīng)，將結(jié)塊的肥料剪碎，避免堵塞排肥口以順利排出肥箱。根據(jù)肥箱底板排肥口實際尺寸，設(shè)計防自流擋板長度c為320 mm，寬度b為100 mm，d為防自流擋板高度，防自流擋板結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 防自流擋板結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Structure schematics of anti-free flow baffle

有機肥從防自流擋板頂部沿著其側(cè)面滑落，運動到肥箱底板，應(yīng)保證有機肥在運動到底板時不超出排肥撥輪的工作范圍。以有機肥落在排肥指極限位置時的情況(即肥料落到前一個排肥指的后側(cè))為例，對有機肥的整個運動過程進行分析，如圖8所示。

圖8 有機肥運動過程分析Fig.8 Analysis of organic fertilizer movement process1.防自流擋板 2.排肥撥輪 3.肥箱底板

AB階段動力學方程為

(11)

BCD階段動力學方程為

(12)

式中FN2——擋板對肥料的支持力，N

Ff——擋板對有機肥的摩擦力，N

a1——肥料在AB段加速度，m/s2

v1——肥料運動到點B時的合速度，m/s

v2、v3——肥料水平、豎直方向分速度，m/s

S1——肥料下落過程中水平位移，mm

S2——肥料落到底板后的水平位移，mm

d1——擋板傾斜部分高度，mm

d2——擋板豎直部分高度，mm

l3——肥料在底板運動過程中排肥指轉(zhuǎn)過的弧長，mm

t1——肥料BC段下落時間，s

t2——肥料CD段運動時間，s

若要保證在肥料運動到前一個排肥指最外緣的時刻，下一個排肥指能達到其位置，將肥料帶動回來，應(yīng)保證l3≥S2。根據(jù)式(11)、(12)分析可知，若d1、d2和頂角δ取的較大，會縮短肥料在底板上的運動時間，進而增大撥輪轉(zhuǎn)速，撥輪轉(zhuǎn)速大會加劇有機肥向外運動的趨勢，影響排肥效果，因此將防自流擋板的d1、d2和頂角δ設(shè)計的小一些，取d1=55 mm，d2=25 mm，結(jié)合前文對頂角δ的分析，δ取80°。將數(shù)據(jù)代入到式(11)、(12)可得排肥撥輪最小轉(zhuǎn)速為50 r/min，為方便設(shè)計與計算，將排肥撥輪轉(zhuǎn)速設(shè)計為60 r/min。

2.5 排肥撥輪結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

肥箱底板設(shè)有排肥軸孔用以穿過排肥軸，為避免肥料從此處漏出，在滿足強度要求的同時應(yīng)保證將軸孔全部覆蓋，將R2設(shè)計為50 mm；撥輪在工作過程中應(yīng)保證將排肥口范圍內(nèi)的有機肥全部排出，故設(shè)計R1為140 mm；排肥撥輪厚度l1直接影響排肥量，考慮到空間限制及排肥效果，將排肥撥輪厚度l1設(shè)計為12 mm。

當有機肥施用量為2 250 kg/hm2時，作物產(chǎn)量最高[22]，對排肥撥輪轉(zhuǎn)動一周應(yīng)達到的有效排肥體積進行計算，公式為

(13)

式中t——施肥作業(yè)時間，s

S——施肥面積，m2d3——行距，m

v——機具前進速度，m/s

N——排肥撥輪轉(zhuǎn)數(shù)，r

n1——排肥撥輪轉(zhuǎn)速，r/min

q——撥輪單位有效排肥體積，mm3

Q——單位面積施肥量，kg

ρ——有機肥密度，kg/m3

施肥作業(yè)時機具前進速度為5 km/h，田間實際壟距為650 mm，出廠狀態(tài)有機肥密度為780 kg/m3，將數(shù)據(jù)代入式(13)，可以得出排肥撥輪轉(zhuǎn)動一周有效排肥體積需達到538.461 cm3。

排肥撥輪轉(zhuǎn)動一周，單個排肥口的有效排肥體積為

(14)

(15)

q=V2-eV1

(16)

式中V1——單個排肥指體積，mm3

V2——除去圓盤的體積，mm3

l——排肥指曲線弧長，mm

e——排肥指數(shù)

由式(14)～(16)可以得到，排肥指寬度l2與排肥指數(shù)e有關(guān)，故在優(yōu)化試驗中確定該參數(shù)。

3 排肥器仿真試驗

排肥器在排肥過程中，排肥指數(shù)以及肥箱底板排肥口寬度均對排肥性能有一定影響。排肥指過多，會影響撥輪內(nèi)部充肥量，過少排肥量不穩(wěn)定。粉末狀有機肥本身濕度較大，若排肥口寬度過小，有機肥排出過程受阻，過大則會增加漏肥幾率。因此對上述兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化；確定相關(guān)參數(shù)后對施用不同含水率有機肥的排肥器進行仿真驗證試驗。

3.1 仿真模型建立

采用離散元軟件EDEM對不同組合試驗進行仿真分析。根據(jù)有機肥性質(zhì)，選擇Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts為肥料接觸模型[23]，仿真選用出廠狀態(tài)的有機肥，參考文獻[24-26]中有機肥相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合前文有機肥相關(guān)參數(shù)的測量，對仿真參數(shù)進行設(shè)置。為縮短仿真周期，將土壤篩分結(jié)果中粒徑小于0.25 mm的有機肥舍去并用默認的球形顆粒來進行仿真。根據(jù)有機肥粒徑分布，結(jié)合肥箱體積并滿足試驗要求，設(shè)置有機肥粒子總數(shù)為200 000個。重新?lián)Q算剩余粒徑有機肥所占百分比，新的比例為：0.25～0.45 mm占比41.60%、0.45～1 mm占比27.60%、1～2 mm占比22.77%、2～3 mm占比8.03%。暫定排肥指寬度l2為15 mm，由2.4節(jié)得到撥輪轉(zhuǎn)速為60 r/min。在兩個排肥口正下方設(shè)置長方體肥料收集盒，用來記錄相同時間內(nèi)每個排肥口排出的有機肥質(zhì)量。仿真參數(shù)如表4所示。

表4 仿真試驗參數(shù)Tab.4 Simulation experiment parameters

仿真試驗過程如圖9所示，用不同顏色區(qū)分不同質(zhì)量的有機肥。

圖9 仿真試驗過程Fig.9 Process of simulation experiment

3.2 優(yōu)化試驗與結(jié)果分析

仿真優(yōu)化試驗研究排肥指數(shù)和排肥口寬度對排肥性能的影響，以排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)為試驗指標，排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)計算方法見文獻[16]。采用二因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，試驗因素編碼如表5所示(排肥指數(shù)為圓整后的取值)，試驗結(jié)果如表6所示。

應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到各因素對穩(wěn)定性變異系數(shù)Y的回歸方程為

(17)

表5 試驗因素編碼Tab.5 Coding of experiment factors

表6 試驗方案與結(jié)果Tab.6 Schemes and results of experiment

表7 穩(wěn)定性變異系數(shù)方差分析Tab.7 Variance analysis of variation coefficient of stability

通過方差分析可知，x1和x2對排肥穩(wěn)定性均有顯著性影響，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件繪制響應(yīng)曲面，如圖10所示。

圖10 響應(yīng)曲面Fig.10 Response surface

當排肥口寬度一定時，排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)隨著排肥指數(shù)的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；當排肥指數(shù)一定時，排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)隨排肥口寬度增大呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。以表5因素范圍為約束條件，得到當排肥口寬度為36.36 mm，排肥指數(shù)為6個時，排肥穩(wěn)定性最好。將e=6代入公式(14)～(16)中，確定排肥指寬度為16 mm。

3.3 仿真驗證試驗

在確定了排肥器相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)之后，為了討論設(shè)計的排肥器對不同含水率有機肥的施用效果，以3種不同含水率有機肥為研究對象，對排肥器進行仿真驗證試驗。仿真時僅改變與有機肥含水率相關(guān)的參數(shù)，其余方法及參數(shù)設(shè)置均與前文相同，每組試驗重復(fù)5次求平均值。試驗結(jié)果如表8所示。

表8 不同含水率下施肥穩(wěn)定性變異系數(shù)Tab.8 Variation coefficient of fertilization stability at different water contents

由表8可以看出，不同含水率有機肥的仿真試驗結(jié)果均符合NY/T 1003—2006《施肥機械質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》。表明設(shè)計的排肥器對于濕度較大的有機肥仍有較好的排肥效果。

4 性能試驗

4.1 試驗材料與方法

試驗于2021年6月在東北農(nóng)業(yè)大學工程實訓(xùn)中心試驗基地開展，試驗材料為前文測定的含水率為(28±1)%、(32±1)%和(36±1)%的粉末狀有機肥，試驗時分別將4個排肥口用排肥軟管承接，前端兩個排肥口通過軟管直接將肥料豎直撒到地面上，為了計算不同排肥口的排肥效果，將后端兩個排肥口通過軟管向內(nèi)側(cè)傾斜(與前端排肥口排出的肥料不在同一直線上)將肥料撒到地面上，用以觀察4個排肥口的排肥性能。設(shè)備安裝如圖11所示。

圖11 設(shè)備安裝圖Fig.11 Equipment installation diagram1.右后方施肥管 2.左后方施肥管 3.肥箱 4.約翰迪爾324型拖拉機 5.左前方施肥管 6.右前方施肥管

機具分別以5、6、7、8 km/h勻速前進。試驗過程如圖12所示。

圖12 排肥性能試驗Fig.12 Fertilizer performance tests

4.2 試驗指標與結(jié)果分析

根據(jù)NY/T 1003—2006《施肥機械質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》，對排肥器的斷條率、各行排量一致性變異系數(shù)、排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)以及排肥均勻性變異系數(shù)4項指標進行測定，以評價粉末狀有機肥排肥器的工作性能。

4.2.1斷條率

斷條率測定方法為：機具前進5 m，長度大于100 mm的無肥料區(qū)域?qū)儆跀鄺l區(qū)，斷條率計算公式為

(18)

式中δd——施肥斷條率，%

Li——第i個斷條長度，mm

L——排肥總長度，mm

每組試驗重復(fù)5次，所有試驗結(jié)果表明，3種含水率的有機肥在不同前進速度下均未出現(xiàn)斷條現(xiàn)象，符合技術(shù)要求。

4.2.2各行排肥量一致性變異系數(shù)

各行排肥量一致性是施肥機械各排肥器在相同條件下排肥量的一致程度。試驗時肥料體積大于肥箱容積的1/2，將排肥器架起，使地輪輪緣離開地面，機架應(yīng)處于水平狀態(tài)，以相當于常用作業(yè)速度的轉(zhuǎn)速驅(qū)動地輪，過程中保證達到機具前進50 m的效果，同時開始、截止接取試驗過程中各排肥口排出的肥料，并對其進行質(zhì)量測量，測量精度0.5 g，每組試驗重復(fù)5次。各行排肥量一致性通過各行排肥量變異系數(shù)體現(xiàn)，計算方法為

(19)

式中xi——每行各次平均排量，g

x——每行各次平均排量平均值，g

S3——各行排肥量一致性標準差，g

V3——各行排肥量一致性變異系數(shù)，%

n2——測定行數(shù)

試驗結(jié)果如表9所示。

表9 排肥量一致性變異系數(shù)試驗結(jié)果Tab.9 Experimental results of variation coefficient of fertilization consistence %

根據(jù)NY/T 1003—2006《施肥機械質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》，各行排肥量一致性變異系數(shù)應(yīng)小于等于13%，試驗結(jié)果表明，3種含水率的有機肥在不同前進速度下各行排肥量一致性變異系數(shù)均滿足要求。

4.2.3排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)與均勻性變異系數(shù)

排肥穩(wěn)定性同樣采取靜態(tài)試驗，不考慮機具前進速度，以不同速度轉(zhuǎn)動地輪，在排肥撥輪不同轉(zhuǎn)速條件下，測量相同時間內(nèi)的有機肥質(zhì)量變化規(guī)律；施肥均勻性采用動態(tài)試驗，測量方法為沿著施肥機具前進方向，待排肥器通過后，連續(xù)測量40段長度為100 mm肥料質(zhì)量。排肥均勻性與穩(wěn)定性通過排肥量變異系數(shù)體現(xiàn)。

排肥穩(wěn)定性與均勻性變異系數(shù)計算結(jié)果如表10、11所示。

根據(jù)NY/T 1003—2006《施肥機械質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》，排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)應(yīng)小于等于7.8%，排肥均勻性變異系數(shù)應(yīng)小于等于40%。試驗結(jié)果表明，隨著含水率和作業(yè)速度的增大，排肥穩(wěn)定性與均勻性均有所降低，但是整體都滿足要求，表明排肥器設(shè)計合理。

表10 排肥穩(wěn)定性變異系數(shù)試驗結(jié)果Tab.10 Experimental results of variation coefficient of fertilization stability %

表11 排肥均勻性變異系數(shù)試驗結(jié)果Tab.11 Experimental results of variation coefficient of fertilization uniformity %

5 結(jié)論

(1)對有機肥的物理物料特性進行測定。分別測定粉末狀有機肥不同含水率下的自然休止角、泊松比、剪切模量、彈性模量和靜摩擦因數(shù)。

(2)為提高粉末狀有機肥排肥效果，設(shè)計了一種粉末狀有機肥排肥器。將排肥撥輪的排肥指曲線設(shè)計成擺線型以避免肥料向外側(cè)聚集，提高施肥效果；根據(jù)測定的有機肥物理參數(shù)以及對有機肥運動過程的分析，確定防自流擋板的結(jié)構(gòu)尺寸；基于離散元法采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，獲得排肥指數(shù)以及排肥口寬度的最優(yōu)組合，并進行不同含水率有機肥的仿真驗證試驗。

(3)測量排肥器在不同前進速度下施用不同含水率有機肥的斷條率、各行排量一致性、排肥穩(wěn)定性以及排肥均勻性。試驗結(jié)果表明：隨著機具前進速度的增加以及有機肥含水率的增大，排肥器排肥性能有所下降，但是排肥器在不同工作速度和有機肥不同含水率下施肥效果均符合NY/T 1003—2006《施肥機械質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》，滿足使用要求。