变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计

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1、2015年4月农机化研究第4期变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计侯蕊，朱瑞祥(西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100)摘要:为了提高变量撒肥机的施肥精度，尽可能地减少肥料浪费和对环境造成的污染，对变量撒肥机的关键设计参数进行了研究。结果表明，肥箱内肥料高度对排肥量影响不显著，排肥口开度和施肥量呈比例函数关系，并在此基础上设计了一种用于变量撒肥机控制系统。该系统可以根据撒肥机的车速变化控制排肥口的大小，提高施肥质量。实验为变量撒肥机具的控制系统设计提供了依据，所设计的变量撒肥机具有更好的施肥性

2、能。关键词:变量撒肥机;施肥特性;控制系统中图分类号:S224．22文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0114－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.0271．1肥料高度对施肥量的影响0引言变量撒肥机的肥箱有多种结构，如圆筒形、圆锥粮食生产在很大程度上依赖于作物品种的改进、形、方锥形、方形等。在实际应用中，方锥形的肥箱应［1］生产技术的完善，以及施肥量、施肥效率的提高。用最广泛，因此选择一种方锥形的肥箱来研究肥料高生产实践表明，在作物不同生长阶段，因地制

3、宜施用度对施肥量的影响。肥料已经成为农事活动特别是作物增产措施的重要将固体颗粒肥料在排肥口开口大小一定的情况［2］内容。合理利用化肥及研究施肥技术对我国农业下，在肥箱内肥料平面以下的不同高度测其流量，每［3］发展有着非常积极的意义。变量施肥技术是精确次取10个不同高度，测得10个流量值，通过8次实验农业的重要组成部分，它根据作物生长的实际需要，所得数据如图1所示。从图1看出，流量和高度之间基于科学的施肥方法(如养分平衡施肥法、目标产量不成比例函数关系，流量始终在0．100kg/s左右，上下［4］施肥法等)对作物

4、进行变量投入，即按需投入。实浮动不超过10g，偏差范围不超过1%。因此，高度对践表明，变量施肥可大大地提高肥料利用率、减少肥流量影响不大，在实际应用中可以不考虑高度对施肥料的浪费以及多余肥料对环境的不良影响，具有显著量的影响。的经济、社会和生态效益。但传统的人工撒施肥料不仅施肥劳动强度大、生产效率低，而且施肥均匀性差;现有的撒肥机械当车速变化时，由于不能及时地改变排肥量，使得施肥量随车速增大而减少，不能满足农艺技术要求。研究表明，对于既定排肥口形状(如圆形、长方形、正方形等)，排肥口开度与排肥量之间并非线性关系

5、。为了提高撒肥机的施肥质量，本文对变量撒肥机关键设计参数(肥料高度对施肥量的影响、排肥口开度对施肥量的影响)进行研究，并在此基础上设计一种基于单片机的小型变量撒肥机控制系统。图1瞬时流量与高度之间的关系Fig．1Ｒelationshipbetweeninstantaneousflowrateandheight1关键参数确定1．2出肥口开度对施肥量的影响排肥口形状有圆形、长方形、正方形多种形式，本收稿日期:2014－04－09次试验排肥口选择为长方形，试验所用肥料为普通颗基金项目:陕西省农业机械科研开发项目(SN

6、JKY2012．26)粒尿素。作者简介:侯蕊(1987－)，女，西安人，硕士研究生，(E－mail)baobao19870221@sina．com。将相同质量、相同种类的固体颗粒肥料放入肥箱通讯作者:朱瑞祥(1956－)，男，陕西三原人，教授，(E－mail)zrxjdxy2006sohu．com。中，分别在排肥口总开度S0的2/10、3/10、4/10、·114·2015年4月农机化研究第4期5/10、6/10、7/10、8/10、9/10、10/10时测量肥料流完需要的时间，重复进行5次，求其平均值;然后将

7、不同排肥口开度排完定量体积肥料的时间换算成单位时间的排肥量(流量)，得到排肥量与排肥口开度之间的关系，如图2所示。从图2可以看出:所选用颗粒状肥料在长方形排肥口条件下，排肥口开度与排肥流量之间并不是线性关系(阀门移动距离越大，排肥口开度越大)，而是呈抛物线函数关系。这表明，随着所需图3变量施肥机控制结构流量的变化，排肥口开度也要符合抛物线函数关系变Fig．3Variablemanurespreadercontrolstructure化，才能提高施肥质量。目前，微控制器的型号和种类有很多(如M3系列、MSP430

8、系列、STC51系列等)，每一款微控制器都有自己的优势和适用的环境。本次设计对微控制器的要求主要有:1)稳定。系统工作环境比较复杂，温湿度变化大，而且灰尘比较大，要求微控制器能够在较复杂环境下正常工作。2)控制能力强。本系统中机电设备较多，包括两个行走电机和一个物料投放控制电机，还包括行驶路程检测等，这就要求选用的微控制器具有强大的控制图2排肥口开口大小与流量之间的拟合曲线能力。Fig