施肥无人机槽轮式排肥器槽轮结构参数优选

宋灿灿，周志艳，王国宾，王勋威，臧 英

•农业装备工程与机械化•

施肥无人机槽轮式排肥器槽轮结构参数优选

宋灿灿1，周志艳2,3，王国宾1，王勋威2,3，臧 英2,3※

（1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院，淄博 255049；2. 华南农业大学工程学院/广东省农业航空应用工程技术研究中心，广州 510642；3. 广东省农业人工智能重点实验室，广州 510642）

现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性较强和排量范围较小的问题，较难满足农用无人机低空高速施肥对大排量范围以及排量连续性和准确性的要求。针对以上问题，该研究设计了凹槽形状和凹槽列数不同的排肥槽轮，并利用EDEM仿真模拟和台架试验测试了各槽轮的排量范围以及排肥时的脉动性和准确性，优选出满足无人机施肥要求的排肥槽轮。仿真结果表明，转速为10～40 r/min时，凹槽的截面形状和列数对脉动性影响较大，且直槽槽轮的脉动性较为明显，外切4列和内切5列对脉动的幅度和时间间隔的影响最小。台架试验结果表明，转速为40～120 r/min时，各槽轮排放复合肥和尿素的排量均在17 kg/min以上，且均随转速的增大而增大，能够满足无人机施肥时对排量的需求。方差分析表明凹槽截面形状和凹槽列数的主效应和交互作用对排量的影响均显著（<0.05），而且会受到转速的干扰。对于复合肥，外切6列、直槽6列和外切5列槽轮的变异系数波动最小，基本稳定在1%以内；内切4列、内切6列和外切4列槽轮的变异系数波动范围稍大，但均在3%以内。对于尿素，内切4列和直槽4列的变异系数波动较大，排量准确性较差，内切6列和直槽6列槽轮的变异系数波动较小，基本稳定在1%以内；直槽5列、内切5列、外切4列、外切5列和外切6列槽轮的变异系数波动范围基本在1%～2%。综合低转速下的排量脉动性和高转速下的排量准确性，为了确保不同转速下的排肥效果，施肥无人机排放复合肥时可选择外切4列槽轮，排放尿素时可选择外切4列或内切5列槽轮。该研究可为施肥无人机的排肥性能研究提供参考。

无人机；离散元法；槽轮优化；脉动性；排肥器；颗粒肥

0 引 言

机械化施肥对于提高肥料利用率和施肥作业效率具有重要作用。鉴于国内复杂的地形地貌和田间作业环境，目前的地面施肥机械作业范围受到限制，开发新型施肥机械对于扩大中国机械化施肥作业面积，提高作物田间施肥管理的现代化水平具有重要意义。……