雙壟種床耕作施肥作業過程仿真分析與試驗

李文龍,戴 飛,趙武云,史瑞杰,宋學鋒,馬海軍

(1.甘肅農業大學機電工程學院,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅洮河拖拉機制造有限公司,甘肅 定西 730500)

旱地全膜雙壟溝播是中國西北區域旱作農業種植的一項創新技術,尤其對西北旱作玉米種植產業的影響較大,該技術要求通過旋耕耕整、起壟開溝、全膜覆蓋和覆土鎮壓等操作來構建大小壟體、壟溝種床,促進水、肥的有效利用,提高作物的出苗率[1-3]。近年來,全膜雙壟溝栽培技術在西北旱區、半干旱區應用面積迅速擴大,國內相關研究者與企業團隊合作研制出多種全膜雙壟溝覆膜、覆土與播種一體化作業機,如圓盤式全膜雙壟溝鋪膜機、雙壟溝自動上土鋪膜機、1MLQ-40/70型全膜雙壟溝起壟鋪膜噴藥聯合作業機和2N2XP型旋耕雙幅覆膜聯合作業機等[4]。

隨著該技術的日益成熟、成型機具的大量推廣與實踐,全膜雙壟溝機械化作業也暴露出不少問題,如種床構建質量差、地膜破損、施肥效果不佳影響后續作物出苗率、功耗大等[5]。與此同時,施肥與起壟作業狀況也影響作物的出苗率,施肥過淺,起壟過后肥料裸露在壟溝表面或兩側,造成肥料的浪費;施肥過深,起壟后種子無法充分吸收養分導致作物出苗率低,工作效率低?！耙荒赡暧谩狈绞侥軌虼_保施肥精準實施,滿足作物在不同時期對土壤養分的不同吸收需求,從而減少肥料施用量與施肥環節,促進農業生產節本增效,但該模式下,當年的施肥狀況對后續作物的膜下追肥量影響極大[6]。

離散元法通過固體顆粒建立參數化研究模型,并對顆粒體系力學行為進行模擬預測與分析,近年來廣泛應用于農業耕作領域,國內外研究學者通過離散元法對農機具觸土部件與土壤動態間的相互作用展開了大量研究,特別在農作物收獲、土壤耕作等領域取得了豐富的成果[7]。如Zeng[8]、Lv[9]、張兆國[10]、戴飛[11-12]、頓國強[13]等學者采用離散元法分別對土壤-機具-秸稈殘茬作業系統、撒肥機、仿生挖掘鏟、種床覆土裝置和肥料調配裝置開展了仿真研究,證實了離散元法應用于土壤-機具相互作用方面的可行性以及農業機械作業過程的適用性。

因此,本研究借助離散元仿真分析法,開展全膜雙壟溝機械化雙壟耕作施肥作業過程的模擬研究,建立雙壟耕作施肥仿真模型,以壟體成型效果、挖掘阻力、排肥均勻度變異系數為評價指標,通過單因素分析不同結構裝置的作業性能并進行仿真優化,進一步以種床耕作合格率、施肥合格率為評價指標對優化獲得的工作部件及其工作參數進行了種床構建作業過程仿真分析,以期為全膜雙壟溝起壟覆膜播種聯合作業機作業部件的優化設計和提高種床構建質量提供理論參考。

1 雙壟耕作施肥裝置結構與工作原理

1.1 整機結構與工作過程

全膜雙壟溝起壟覆膜播種聯合作業機主要由主機架、懸掛裝置、旋耕刀組、排肥裝置、噴藥裝置、起壟裝置、覆膜裝置、覆土裝置、播種器和鎮壓裝置等部分組成,可一次性完成旋耕、條施肥、起壟開溝、覆膜覆土、播種、鎮壓等工作[14]。雙壟耕作施肥裝置主要由旋耕刀組、施肥鏟、排肥軸、排肥器、導肥管、起土鏟等組成,其中施肥鏟通過U型卡箍固定于機架前梁,起土鏟通過橫梁連接采用螺栓固定于機架后梁,聯合機及雙壟耕作施肥裝置結構如圖1(見269頁)所示,主要技術參數列于表1。

1.主機架;2.懸架裝置;3.施肥箱;4.噴藥裝置;5.鎮壓裝置;6.穴播器;7.地膜掛架;8.起壟裝置;9.地輪;10.施肥鏟;11.覆土裝置;12.旋耕刀組;13.導肥管;14.排肥軸;15.排肥器;16.排肥器支架;17.起土鏟調節裝置;18.起土鏟橫梁架1. Main frame; 2. Suspension device; 3. Fertilizer box; 4. Spray device;5. Suppression device; 6. Burrowing device; 7. Mulch hanger;8. Ridge raising device; 9. Ground wheel; 10. Fertilizer spatula;11. Soil covering device; 12. Rotary tillage tool set; 13. Fertilizer guide tube;14. Fertilizer discharge shaft; 15. Fertilizer drainer; 16. Fertilizer drainer support; 17. Shovel adjusting device; 18. Shovel beam frame圖1 整機及雙壟耕作施肥裝置結構圖Fig.1 Structure diagram of whole machine and double ridge tillage fertilization device

表1 作業機主要技術參數Table 1 Operation machine main technical parameters

雙壟耕作施肥作業過程中,傳動裝置驅動旋耕刀組轉動,完成對種床的旋耕作業;拖拉機帶動地輪與地表發生相對轉動進而驅動排肥軸轉動,同時施肥鏟隨機具前進主動深入旋耕后的地表土壤,形成穩定深度的肥溝,排肥軸帶動排肥器將肥料顆粒排至出肥口,再通過施肥鏟內導肥管投入肥溝內;起土鏟隨機具前進對施肥過后的肥溝上方土壤進行掘土開溝起壟,繼而完成雙壟耕作施肥作業。

1.2 雙壟耕作施肥農藝要求

全膜雙壟溝起壟覆膜播種聯合作業機能夠一次性完成施肥、噴藥、起壟、覆膜、播種等工作,其作業方式是將一定量肥成條施放于壟溝土壤中,形成播種基肥,從而降低了施肥量,大大提高了肥料的利用率,但需準確地把握施肥深度與起壟高度,保障肥料與后期播種的農藝要求[15]。為分析雙壟耕作施肥作業過程,本文通過模擬機械化構建種床,即一次性完成大壟壟體(壟寬700 mm、壟高100～150 mm)與小壟壟體(壟寬400 mm、壟高150～200 mm)相間的異型雙壟體[4]構建,同時將肥料深施在小壟兩側壟溝內且肥料顆粒成條狀分布,種苗與肥料顆粒在全膜雙壟溝位置分布如圖2(見269頁)所示。肥料顆粒與種苗的位置關系由肥料顆粒與壟溝底部縱向距離h控制,根據全膜雙壟溝施肥技術要求,h取70～90 mm。

1.小壟壟體;2. 壟溝地帶;3.壟溝覆土帶;4.大壟體面覆土帶;5.大壟壟體;6.種苗;7.覆蓋地膜;8.肥料顆粒h:施肥深度(mm);h1:小壟高度(mm);h2:大壟高度(mm);l1:小壟寬度(mm);l2:大壟寬度(mm)1. Small ridge body; 2. Ridge furrow zone; 3. Ridge furrow covering belt;4. Large ridge covering belt;5. Large ridge body; 6. Seedling;7. Mulching film;8. Fertilizer particles h: Fertilization depth (mm); h1: Ridge height (mm); h2: Large ridge height (mm); l1: Ridge width (mm); l2: Large ridge width (mm)圖2 全膜雙壟溝農藝技術要求及施肥工藝方案示意圖Fig.2 Schematic diagram of agricultural technology requirements and fertilization process scheme of whole plastic-film double ridge furrow

2 關鍵部件理論分析與建模

2.1 旋耕刀組

旋耕刀組的排列方式是影響旋耕作業性能的重要因素之一,合理的刀具排列是對功率消耗、作業質量、切土阻力及機具平衡性等指標的重要保障[16]。因此該聯合作業機旋耕刀以交錯安裝法排列,刀具采用雙螺旋線排布,即刀軸左邊起始以右旋排列10把刀具,刀軸右邊起始以左旋排列10把刀具,以保障旋耕時旋耕刀組能夠完全切削土壤并往中間推送土壤,同時保持刀軸旋耕時的穩定性。該旋耕刀組旋向為順時針(正轉),旋耕刀刀尖的運動軌跡為余擺線(旋耕速比λ>1),同一回轉面上兩把刀具的相位角為180°,相鄰兩把刀具安裝的相位角為θ(θ=43°),相鄰兩把刀具的間距為S(S=79 mm),旋耕刀軸轉速為200 r·min-1,旋耕刀組排列展開圖如圖3所示。

注:θ 為相位角;β為螺旋升角;S為旋耕刀間距。Note:θ is the phase angle; β is spiral rise angle; S is the distance between rotary tilling knives.圖3 旋耕刀組排列展開圖Fig.3 Arrangement and expansion diagram of rotary tillage tool group

2.2 起壟裝置

聯合作業機工作時,旋耕刀組對地表土壤進行旋耕耕整,起土鏟配合施肥作業同時對排肥過后的肥溝上方土壤進行掘土開溝起壟,保障小壟兩側壟溝底部與肥料之間的距離,繼而完成異型雙壟體種床構建。

通過分析雙壟耕作施肥作業過程可以得出,聯合作業機前進速度、旋耕刀組的轉速與旋耕深度、起土鏟類型對小壟兩側壟溝內的施肥狀況、機械化構建異型雙壟壟體種床質量均具有一定影響。因此,本文選取弧形起土鏟與雙翼開溝鏟兩種類型進行仿真分析,研究其影響狀況,鏟體模型及其重要參數如圖4所示。

圖4 起土鏟類型Fig.4 Shovel type

2.3 施肥裝置

施肥裝置主要包括肥料箱、外槽輪式排肥器、排肥軸、導肥管和施肥鏟,肥料箱固定于排肥器支架上方,施肥鏟通過U型卡箍固定于主機架前梁,施肥裝置結構圖如圖5所示。

依據全膜雙壟溝農藝栽培技術要求,肥料箱的容積為[17]:

(1)

式中,C為肥料箱總容積(L);B1為肥料箱作業幅寬,取400 mm;L1為滿足肥料箱中肥料的施肥距離,取1 000 m;γ1為肥料顆粒密度,取1.86 kg·L-1[18];Qmax為單位面積最大施肥量,取378 kg·hm-2[5]。由式(1)計算可得C=8.94 L,參考該容積參數對施肥裝置肥量進行仿真參數設置。

2.3.1 排肥器 排肥器作為施肥裝置中的關鍵部件,其結構類型直接影響施肥作業效果,為研究聯合作業機的合理性與小壟兩側壟溝內施肥質量狀況,現選取直槽輪式和螺旋槽輪式兩類排肥器結構進行研究分析。其中,兩類排肥槽輪的有效長度L均為50 mm,外端半徑R均為26.5 mm,周向均布7個圓弧槽口且半徑r2均為8.6 mm,排肥主軸半徑r1均為15 mm,單個凹槽在同一回轉面上的跨度α均為0.89 rad,相鄰凹槽之間的節距角β均為35°,而螺旋槽輪式的螺旋升角θ為50°。裝置建模如圖6所示。

注:O為槽輪軸心;O1為圓弧凹槽圓心;r1為排肥主軸半徑(mm);r2為圓弧凹槽半徑(mm);α為單個凹槽在同一回轉面上的跨度(rad);β為相鄰凹槽之間的節距角;L為槽輪作業的有效長度(mm);θ為螺旋升角。Note: O is the axle center of the groove wheel; O1 is the center of circular groove; r1 is the radius of the fertilizer discharge spindle (mm); r2 is the radius of the circular groove (mm); α is the span of a single groove on the same rotary plane (rad); β is the pitch angle between adjacent grooves; L is the effective length of the groove wheel operation (mm); θ is the angle of spiral rise.圖6 排肥器類型Fig.6 Type of fertilizer drainer

2.3.2 施肥鏟 施肥鏟作為施肥裝置的入土部件,實現了壟溝形成前對行開溝和壟溝內深施肥的作用。一般施肥鏟由開溝器和施肥導管兩部分構成,施肥導管焊接于開溝器后方,為研究施肥鏟在作業時對機械化構建異形雙壟體種床質量的影響和肥料在壟溝內的分布情況,選取普通施肥鏟和開溝施肥鏟進行仿真分析,裝置建模如圖7所示。

1.施肥鏟導管外壁;2. 施肥鏟翼;3.開溝器;4.導肥管1. Outer wall of fertilizer spatula catheter; 2. Fertilizer spatula wing;3. Trench opener; 4. Fertilizer guide tube圖7 施肥鏟類型Fig.7 Type of spatula

3 基于離散元法的雙壟耕作施肥裝置仿真分析

為深入解析全膜雙壟溝起壟覆膜播種聯合作業機中不同類型施肥起壟裝置的動態工作特性,基于離散元法對雙壟耕作施肥作業過程進行數值模擬,首先通過單因素分析不同類型的起土鏟、排肥器以及施肥鏟的作業性能并進行仿真優化,再對優化獲得的工作部件及其工作參數進行種床構建作業過程仿真分析。

3.1 仿真模型建立

肥料顆粒屬于類球形顆粒,球形度在90%以上,提高模型仿真效率,種床土壤顆粒和肥料顆粒均采用球體顆粒建模,以史丹利復合肥作為肥料參考(干燥無結塊顆粒),其土壤模型單球顆粒半徑設定為5 mm,肥料模型單球顆粒半徑設定為1.65 mm。旋耕刀組、起土鏟以及施肥鏟均為鋼材料,排肥槽輪材料為PLA塑料,則土壤顆粒與土壤顆粒、肥料顆粒與肥料顆粒、土壤顆粒與肥料顆粒、肥料顆粒與排肥器、土壤顆粒與旋耕刀組、起土鏟以及施肥鏟均采用Hertz-Mindlin(no-slip)模型,試驗仿真相關參數見表2[19-22]。

表2 離散元仿真參數Table 2 Discrete element simulation parameters

根據全膜雙壟溝農藝栽培技術要求,在EDEM中建立適用于雙壟耕作施肥作業的土槽模型,設置其尺寸為長×寬×高=2 700 mm×1 200 mm×400 mm,并將上述模型以IGES格式模型導入EDEM軟件中分別進行仿真試驗。

3.2 雙壟耕作施肥裝置單因素仿真試驗

3.2.1 起壟作業效果仿真分析 根據雙壟耕作施肥作業過程,以壟體成型效果和挖掘阻力為評價指標進行單因素仿真?？紤]到仿真時間與可行性,采用以弧形起土鏟、雙翼開溝鏟分別配合旋耕刀組的組合形式。運動參數均為:前進速度0.50 m·s-1,旋耕刀組轉速200 r·min-1,仿真時間步長2.08×10-5s,仿真時間共6.2 s,起土鏟作業過程及仿真完成效果如圖8所示。

1.擋土罩;2.旋耕刀軸;3.旋耕刀具;4.雙翼開溝鏟;5.弧形起土鏟;θ1:小壟壟體傾斜角1.Retaining hood; 2.Rotary tillage tool shaft; 3.Rotary tillage tool; 4.Double wing ditching shovel; 5. Arc shovel; θ1 : Slope angle of the ridge body圖8 不同鏟體仿真模型Fig.8 Simulation models of different shovel bodies

在各仿真參數相同的情況下,對比兩類鏟體類型的壟體成型效果(圖8c、d),雙翼開溝鏟小壟壟體傾斜角介于38～ 42°、壟溝底部凹陷明顯,弧形起土鏟小壟體壟體傾斜角介于25～30°,壟溝底部凹陷較淺,雙翼開溝鏟明顯比弧形起土鏟作業效果更佳,有利于水肥在壟溝底部地帶匯集及地膜的鋪展。說明鏟體類型對形成異型雙壟體種床結構參數影響較大。

如圖9所示,0～1 s為鏟體接觸到土槽的空載運動,1 s之后鏟體與土槽接觸,雙翼鏟挖掘阻力介于180～250 N,弧形鏟挖掘阻力100～150 N,雙翼鏟受到的挖掘阻力比弧形鏟受到的挖掘阻力大72%左右,這是由結構差異造成的,因為雙翼開溝鏟的雙翼板結構增大了土壤的流動性,同時其雙翼特殊的開口角度確保了起壟開溝的質量要求。

圖9 不同鏟體挖掘阻力變化Fig.9 Excavation resistance changes with different shovel bodies

3.2.2 排肥器作業效果仿真分析 將上述排肥器模型以IGES格式導入EDEM軟件,仿真設置總時間為5.5 s,仿真時間步長1.93×10-5s。其中前1 s生成肥料顆粒,生成總量為40 000個,后4.4 s為排肥輪與肥料顆粒的運動時間。為觀察肥料顆粒在地面的分布情況,在導肥管正下方建立一長方體用于模擬地面,尺寸為長×寬×高=2 100 mm×1 000 mm×200 mm。研究發現,外槽輪式排肥器的轉速在20～60 r·min-1時擁有較好的排肥性能[23],因此在研究中槽輪轉速均取40 r·min-1;為保持聯合機作業速率的一致性,與起土鏟作業前進速度取值相同,排肥器的前進速度均為0.5 m·s-1,其仿真試驗作業過程如圖10所示。

1.肥料箱;2.槽輪排肥器;3.排肥軸;4.導肥管;5.地面;6.肥料顆粒1.Fertilizer box; 2.Trough wheel fertilizer drainer;3.Fertilizer discharge shaft; 4.Fertilizer guide pipe; 5.Ground; 6.Fertilizer particle圖10 排肥器仿真試驗過程Fig.10 Simulation test process of fertilizer drainer

依照外槽輪排種器試驗規定,本文以排肥均勻度變異系數作為排肥性能的評價指標[24]。仿真結束后,進入后處理界面,取單行施肥過后模擬地面中間1 000 mm區域作為參數取樣區,并將其均勻分為5組網格單元,各組網格單元尺寸為長×寬×高=200 mm×200 mm×50 mm,而后統計并分析每個網格單元內肥料顆粒質量,如圖11所示。

注:1～5為數據采集取樣區域編號。Note: 1 to 5 are the numbers of the sampling areas for data collection.圖11 數據采集取樣區域Fig.11 Data acquisition sampling area

排肥均勻度變異系數計算公式:

(2)

(3)

(4)

分別完成對直槽輪式與螺旋槽輪式排肥器各網格單元取樣區域的質量測量,得出試驗數據(見表3),而以變異系數σ作為排肥器排肥穩定性和均勻性的評價參量,σ值越小表明其對應排肥器性能就越好。通過式(2)～(4)計算可知,直槽輪排肥器相比螺旋槽輪排肥器的排肥均勻度變異系數低4.69%,直槽輪穩定性系數高達97.05%,說明在相同參數條件下,直槽輪排肥效果更好。

表3 仿真試驗數據結果Table 3 Results of simulation test

3.2.3 施肥鏟作業效果仿真分析 施肥鏟不僅控制施肥的量,還需對作物根系的不同部位進行對點的施肥,合理的施肥鏟裝置是肥料均勻排出土壤內部和促使作物有效吸收水、肥的重要保障?？紤]到仿真運行與效率,采用以普通施肥鏟、開溝施肥鏟分別配合旋耕刀組的組合形式進行仿真模擬。運動參數均為:前進速度0.5 m·s-1,旋耕刀組轉速200 r·min-1,仿真時間步長2.08×10-5s,仿真時間共6.2 s,施肥鏟仿真作業如圖12所示。

圖12 不同類型施肥鏟仿真作業模型Fig.12 Different types of fertilizer shovel simulation operation model

如圖13普通施肥鏟、開溝施肥鏟的挖掘阻力變化曲線可以看出,在施肥作業過程設定工作參數一致的情況下,普通施肥鏟施肥阻力介于300～400 N,開溝施肥鏟施肥阻力介于200～300 N,前者較后者高約40%。普通鏟結構呈圓筒狀,有利于促進土壤流動,不易造成土壤擾動,其工作時土壤回流量大,更易形成壟體,提升起壟開溝質量;而開溝施肥鏟不利于形成壟體,無法保障后續起壟質量。

圖13 不同類型施肥鏟施肥阻力變化Fig.13 Fertilization resistance changes with different types of spatula

3.3 雙壟耕作施肥作業過程仿真試驗

通過上述單因素仿真模擬優化結果,以雙翼開溝鏟、普通施肥鏟以及直槽輪式排肥器配合旋耕刀組的組合模式進行聯合仿真模擬作業,設置運動參數為:聯合機前進速度0.5 m·s-1,旋耕刀組轉速200 r·min-1,直槽輪式排肥器轉速40 r·min-1,仿真時間共6 s。依照全膜雙壟溝農藝技術要求,符合該標準可確定為合格的異型雙壟體種床耕作,以種床耕作完全合格為指標,同時依據NY/T 1229-2006《旋耕施肥播種聯合作業機作業質量》[24]要求,以施肥合格率為指標,評價該結構裝置組合仿真試驗。

仿真模型如圖14所示,待仿真模擬結束后隨機對起壟種床不同位置截面求解,并對施肥合格率和種床耕作合格率進行測定。

1.土槽;2. 擋土罩;3.直槽輪式排肥器;4.肥料箱;5.肥料顆粒;6.排肥軸;7.導肥管;8.雙翼開溝鏟;9.普通施肥鏟;10.旋耕刀具;11.旋耕刀軸1. Soil tank;2. Retaining cover;3. Straight groove wheel type fertilizer drainer;4. Fertilizer box;5. Fertilizer particles;6. Fertilizer discharge shaft;7. Fertilizer guide tube;8. Double wing trench shovel;9. Common fertilizer shovel;10. Rotary tillage tool;11. Rotary tillage tool shaft圖14 雙壟耕作施肥作業仿真模型Fig.14 Simulation model of double ridge tillage and fertilization operation

種床耕作合格率(Y,%)測定計算公式為:

(5)

式中,N1為種床耕作合格測試點數;N為總試驗測試點數。

施肥合格率(H,%)測定計算公式為:

(6)

式中,H1為施肥深度合格測試點數;H0為總試驗測試點數。

如圖15所示為仿真完成模擬后施肥起壟開溝裝置在不同視角下耕作作業過程以及肥料在壟溝內的分布狀況,小壟高度h1=152～157 mm,大壟高度h2=140～145 mm,施肥深度h=73～86 mm(圖15d),此時種床耕作合格率為95.40%,施肥深度合格率為93.40%。

注:紅色是肥料,藍色是土壤。Note: Red represents fertilizer, blue represents soil.圖15 聯合作業仿真模擬效果Fig.15 Joint operation simulation effect

4 田間試驗

為進一步驗證全膜雙壟溝起壟覆膜播種聯合作業機在最優結構裝置下的雙壟耕作施肥作業性能,2019年6月在甘肅省定西市臨洮縣洮河拖拉機制造有限公司試驗田進行了田間試驗(圖16)。試驗地土壤為黃綿土,含水率為16.86%,土壤容重1 300 kg·m-3,堅實度<0.20 MPa,田面較平整、疏松且前茬作物較少。根據NY/T 1229-2006《旋耕施肥播種聯合作業機作業質量》[24]和DB62/T 1935-2010《全膜雙壟溝鋪膜機操作規程及作業質量驗收》[25]標準規定方法開展試驗,在聯合機作業完成后隨機選取15 m測定,將該區域平均分為5個測定小區,以測定小區的平均值作為實際測試結果,得到施肥合格率為90.30%,種床耕作合格率為93.60%。

圖16 田間試驗Fig.16 Field test

對比仿真模擬與該樣機實際作業過程發現,兩者作業成型效果無太大差異,說明建立的離散元仿真模型與運動參數相對合理,以離散元法仿真模擬研究旋耕刀組、施肥裝置以及起壟開溝裝置的配置組合方式模型來實現施肥起壟作業過程完全可行。通過田間試驗發現,該樣機在堅實度較大、根茬較多的土壤以及高低不平的地表作業時,容易產生旋耕刀組切削不平衡、普通施肥鏟與雙翼開溝鏟作業阻力不平穩等問題,導致排肥均勻性差,同時對起壟開溝作業質量產生影響。本研究主要側重于起壟施肥裝置的結構參數分析及其作業性能研究,后續將進一步開展該裝置運動參數的優化選取工作。

5 結 論

1)結合雙壟耕作施肥裝置的結構組成以及工作原理對影響施肥、起壟開溝作業性能的關鍵因素進行了分析與確定。應用離散元法分別對施肥作業過程與起壟開溝作業過程進行數值模擬,通過對比兩種類型起土鏟、施肥鏟的作業成型效果與挖掘阻力變化特性以及兩種類型排肥器的排肥變異系數值與穩定性,得出雙翼開溝鏟、普通施肥鏟以及直槽輪式排肥器對全膜雙壟溝機械化雙壟耕作施肥作業性能可起到提高作用。

2)將優化得到的雙翼開溝鏟、普通施肥鏟以及直槽輪式排肥器進行組合數值模擬,以種床耕作合格率和施肥合格率為指標,在聯合機前進速度0.5 m·s-1、旋耕刀組轉速200 r·min-1、排肥器轉速40 r·min-1的參數條件下,其種床耕作合格率均值為95.40%,施肥合格率為93.40%。

3)田間試驗結果表明:施肥合格率均值為90.30%,與仿真結果相差3.10%;種床耕作合格率均值為93.60%,與仿真結果相差1.80%。對比仿真模擬與實際作業工況發現兩者結果相差不大,驗證了仿真試驗和結構模型的正確性,說明基于離散元法開展雙壟耕作施肥作業過程分析是合理的。