水田側(cè)深施肥裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

熊文江，王深研

（黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150038）

1 水田側(cè)深施肥設(shè)置的優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容

本文主要研究深施化肥的裝置，進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際使用情況及環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)置的關(guān)鍵部位進(jìn)行改造和試驗(yàn)，更好地促進(jìn)水稻的種植效率和產(chǎn)量。本文就單因素和二次正交旋轉(zhuǎn)結(jié)合的試驗(yàn)進(jìn)行探究。

1.1 水田側(cè)深施肥裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

水田側(cè)深施肥裝置主要包括肥料箱、內(nèi)置部件、肥料調(diào)節(jié)裝置等部件的設(shè)計(jì)，主要從部件的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高施肥的流動(dòng)性和有效性，防止化肥粘附在肥料箱壁上，有利于肥料的均勻排出，這樣土壤會(huì)吸收的更好一些。除此之外，還可以在裝置上增設(shè)一些簡單的開溝器，更好地調(diào)節(jié)水田作業(yè)的環(huán)境和要求。

1.2 水田側(cè)深施肥裝置的部件優(yōu)化

結(jié)合VB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，把肥料的調(diào)節(jié)方式和運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行梳理，更好地優(yōu)化肥料調(diào)節(jié)裝置的具體操作模式，讓肥料深施達(dá)到最佳的效果。

1.3 水田側(cè)深施肥裝置的測試方式

本研究主要是針對(duì)水田側(cè)深施肥裝置的性能進(jìn)行分析，并以單因素和二次正交旋轉(zhuǎn)結(jié)合，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的優(yōu)化試驗(yàn)。其中主要的性能包括肥料排出能力、肥料準(zhǔn)確性、肥料均勻度等等，通過相關(guān)的對(duì)比試驗(yàn)，更好地總結(jié)和優(yōu)化當(dāng)前的側(cè)深施肥裝置，促進(jìn)施肥的效率和質(zhì)量。

2 水田側(cè)深施肥裝置的性能測試與試驗(yàn)研究分析

試驗(yàn)研究是以單因素試驗(yàn)為主要方式，通過對(duì)裝置性能的效率進(jìn)行試驗(yàn)檢測分析，對(duì)裝置的基本性能進(jìn)行檢測和水平的觀察記錄。然后通過二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)進(jìn)行組合測試，找到施肥裝置和排量的關(guān)系，從而設(shè)計(jì)出更為合理的裝置工作方案。

2.1 單因素試驗(yàn)測試

2.1.1 試驗(yàn)材料

皮尺、卷尺、鋼尺、肥料收集箱、秒表、電動(dòng)機(jī)、變頻機(jī)等。

2.1.2 試驗(yàn)校準(zhǔn)

在化肥裝置試驗(yàn)機(jī)上安裝兩個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)都是采取變頻調(diào)速的方式進(jìn)行試驗(yàn)。變頻的主要作用是調(diào)控化肥裝置的速度和螺旋轉(zhuǎn)速，通過分析速度和變頻數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，更好地控制電動(dòng)機(jī)的最佳速度。

2.1.3 單元數(shù)試驗(yàn)測試分析

落料口的排肥能力。首先，施肥裝置必須設(shè)置在靜止的狀態(tài)下，然后在確保肥料沒有壓實(shí)的情況下，通過填滿的方式進(jìn)行試驗(yàn)，從而測量施肥量的最大值和最小值。把肥料裝置的肥料口調(diào)到最大，并記錄10 s內(nèi)肥料落下的質(zhì)量，反復(fù)進(jìn)行8次測試，最后取測試的平均質(zhì)量值。以同樣的方式把肥料口調(diào)到最小，并記錄相關(guān)質(zhì)量數(shù)值。

排肥穩(wěn)定性。施肥裝置排出肥料的質(zhì)量變化越大，證明裝置的穩(wěn)定性能越差，反之質(zhì)量變化越小則裝置穩(wěn)定性更好。因此，通過單因素試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У嘏挪槌鲅b置中的細(xì)節(jié)問題，排肥穩(wěn)定性通過靜態(tài)試驗(yàn)的方式進(jìn)行。首先把肥料箱裝滿，然后分別以落料口的直徑是25 mm、30 mm、35 mm、40 mm和45 mm進(jìn)行多次調(diào)解測試，每次測量時(shí)間為10 s，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 排肥穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of fertilizer discharge stability

結(jié)果表明，水田測深施肥裝置的排肥穩(wěn)定性能是一切良好的，指標(biāo)數(shù)據(jù)都是在合格范圍標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

2.2 二次正交旋轉(zhuǎn)結(jié)合試驗(yàn)測試

通過單因素試驗(yàn)的靜態(tài)試驗(yàn)，可以得出相關(guān)的數(shù)據(jù)條件，二次正交旋轉(zhuǎn)結(jié)合試驗(yàn)是采取多因素的方式，以動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究肥料裝置的變化規(guī)律。

2.2.1 速度對(duì)肥料排量的影響

以動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)進(jìn)行分析規(guī)律，要確定好行進(jìn)速度在0.6～1.2 m/s，然后通過調(diào)節(jié)落料口的直徑進(jìn)行排量觀察。分別以直徑25 mm、30 mm、35 mm、40 mm和45 mm進(jìn)行試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 行進(jìn)速度為0.6 m/s落肥口對(duì)排肥量的影響Tab.2 Effect of 0.6 m/s fertilizer outlet on fertilizer output g

得出相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，把數(shù)據(jù)輸入到Design-Expert6.0.1中，取其中一組數(shù)據(jù)，直徑為25 mm的值進(jìn)行分析，從而得出擬合曲線圖，更好地反映出速度與肥料排量的變化關(guān)系。經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)測試和分析，最終得出不同速度所對(duì)應(yīng)的水田測深施肥裝置排肥量。

2.2.2 多目標(biāo)優(yōu)化裝置

為了進(jìn)一步保證水稻的排肥量，選用肥料是尿素，白漿土尿素用量是170～240 kg/hm2，然后以排肥量為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行測試，通過換算的方式，核算出相關(guān)的匹配數(shù)值。通過試驗(yàn)得出表3數(shù)據(jù)。

表3 白漿土經(jīng)濟(jì)施肥指標(biāo)因子測試Tab.3 Economic fertilization index factor test of albic soil

其中選取一組因子組合進(jìn)行優(yōu)化，并反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，最后得出結(jié)果如表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test results

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，排肥量的最大值是0.88 g，最小值是0.81 g，平均值是0.85 g，說明這樣的因子組合是能夠滿足排肥量的。

3 結(jié)束語

總的來說，本次對(duì)水田側(cè)深施肥裝置的研究試驗(yàn)，進(jìn)一步對(duì)側(cè)深施肥裝置進(jìn)行了性能檢測和完善，通過單因素和二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)，更加清楚地了解到各因子對(duì)排肥量的影響和規(guī)律，從而更好地根據(jù)不同的條件和土質(zhì)進(jìn)行施肥。