【摘 要】
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我国化肥的总产量和总用量均居世界首位,施用化肥对于提高农作物产量、提升农产品品质具有不可替代的作用,但化肥营养元素单一,长期使用会导致土壤板结、土壤性状恶化、影响农产品品质,而增施有机肥可以吸附化肥中的游离元素,促进化肥利用率,逐渐改善盲目使用化肥造成的不良影响,但有机肥黏度大、流动性差、粘结成块后抛撒困难,所以设计一种性能优良的撒肥装置对解决上述问题具有重要意义。我国施肥机械的研究起步较晚,目前
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我国化肥的总产量和总用量均居世界首位,施用化肥对于提高农作物产量、提升农产品品质具有不可替代的作用,但化肥营养元素单一,长期使用会导致土壤板结、土壤性状恶化、影响农产品品质,而增施有机肥可以吸附化肥中的游离元素,促进化肥利用率,逐渐改善盲目使用化肥造成的不良影响,但有机肥黏度大、流动性差、粘结成块后抛撒困难,所以设计一种性能优良的撒肥装置对解决上述问题具有重要意义。我国施肥机械的研究起步较晚,目前以横轴式撒肥机为主,撒肥幅宽较小,而国外的施肥机械价格昂贵,零部件更换不及时,不适宜在国内大面积推广。本文主要针对上述问题,通过总结国内外有机肥施肥机械的研究现状,分析不同类型施肥机械的优缺点,设计一种立式有机肥撒肥机关键部件——螺旋撒肥装置,针对该装置进行动力学分析、数值模拟及试验研究,主要研究方法及研究结果如下:（1）选取羊粪堆肥进行物料特性测定,包括外形尺寸、含水率、堆积密度及摩擦特性:羊粪颗粒形状多为类椭球体,长轴尺寸集中于10～14mm,短轴尺寸集中于8～12mm,高度尺寸集中于8～12mm;通过烘干法测量羊粪堆肥的含水率为33.9%,用固定容积称重法测出羊粪堆肥的堆积密度为640.2kg/m~3;采用斜面法测量羊粪颗粒的滚动摩擦系数为0.161;采用颗粒堆积法测出该羊粪颗粒的休止角为29°;利用万能试验机测出羊粪堆肥与45钢板之间的滑动摩擦系数为0.65。（2）在物料特性研究的基础上,设计双螺旋辊结构的螺旋撒肥装置,在螺旋叶片边缘设计圆弧切口以提高碎肥能力,通过EDEM仿真分析确定切口个数为7个,为螺旋叶片设计碎肥刀片和撒肥刀片两种辅助刀片,增强碎肥与撒肥能力;对碎肥、携肥、撒肥等运动过程进行动力学分析,计算出撒肥距离和撒肥幅宽,确定影响有机肥团粒运动的因素主要为螺旋轴转速、螺旋叶片螺距、装置倾斜角度及装置总体高度,为后续试验因素选取及试验研究提供参考。（3）使用EDEM软件对设计的螺旋撒肥装置进行离散元仿真分析,根据测得羊粪颗粒的尺寸设置仿真颗粒参数,以物料特性试验测得休止角为对照,根据休止角堆积试验标定仿真接触参数;以撒肥幅宽和撒肥均匀度为试验指标,针对螺旋叶片螺距开展单因素仿真试验,通过曲线拟合法处理试验数据,最终确定了螺旋叶片螺距。（4）根据理论分析结果及仿真试验结果,选定螺旋轴转速、装置倾斜角度和装置离地高度为试验因素,根据有机肥施肥机械田间作业要求,选定撒肥幅宽和撒肥均匀度为试验指标,根据单因素试验确定各因素对撒肥幅宽和撒肥均匀度的影响规律,并为二次旋转正交组合试验确定各试验因素范围,得出螺旋轴转速范围为350～400r·min-1,装置倾斜角度范围为10°～20°,装置离地高度范围为800～1100mm;进行二次旋转正交组合试验,对试验结果进行方差分析,确定各试验因素对试验指标的影响显著性程度,同时得到各试验因素与试验指标的回归模型;通过响应曲面分析法确定各试验因素的较优参数范围,借助Design Expert软件中的优化功能确定最优参数,通过田间试验验证,结果表明:当螺旋轴转速为385.0r·min-1,装置倾斜角度为17.0°,装置离地高度为1050.0mm时,螺旋撒肥装置的撒肥幅宽为9.1m,撒肥均匀度横向变异系数为14.9%,满足有机肥撒肥机田间作业要求。本研究为立式有机肥撒肥机提供一种撒肥幅宽大、抛撒均匀的撒肥装置,该装置具有良好的作业效果,可为解决有机肥抛撒困难、实现机械化施肥提供参考,为有机肥撒肥机的设计、优化提供参考。
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