一种离心式撒肥盘工作参数优化方法技术

本发明专利技术公开了离心式撒肥盘工作参数优化方法，属于农业机械装备领域。本发明专利技术通过对离心式撒肥盘行走速度、离心盘叶片个数、离心盘叶片偏置角度等工作参数进行优化组合，一方面能够提高撒肥的均匀性与稳定性；另一方面降低撒肥成本，提高撒肥效率，撒肥作业范围较广，可应用于茶树、玉米、苹果树、梨树、小麦、桃树、橘子树中任一种作物的撒肥作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业作业装备领域，具体涉及离心式撒肥盘工作参数优化技术。
技术介绍
田间施肥是茶园管理中重要的作业方式之一，施肥机械作为一种重要的茶园施肥方式，为高效科学的田间管理提供了保障。它的工作性能直接影响撒肥的工作质量，关系到肥料在行内和深度上分布精度，并会影响茶叶的质量和产量。机械化施肥可显著提高效率和降低劳动强度，但目前茶园中缺乏专用施肥装备，人工施肥作为传统的施肥方式，劳动强度大，人工作业效率较低，导致大量劳动力被束缚。董向前等对锥盘式撒肥机构进行了探究，该装置离心撒肥盘的叶片形状为螺旋抛物面，利用试验对锥盘式撒肥机构的撒肥性能进行分析，建立了肥料颗粒的力学模型，试验结果表明在离心盘转速为600rpm时，喂入角为75°时，撒肥的均匀性较好；吴辉等为了探究撒肥过程中的离心盘不同转速对撒肥均匀性的影响，利用圆盘式撒肥机模型进行试验，由测试结果可知：离心盘转速的减低会导致撒肥均匀性减低，并且其撒肥的有效幅宽也随着离心盘转速的降低而减小；Patterson等对离心式撒肥盘上肥料颗粒的运动模型进行了初步的研究，为以后更深入的研究指明了方向。在国内外虽然都有很多研究，也有很多成熟的产品，但多数大型施肥机械由于其体积、撒肥宽幅的限制等原因产品不能在窄行距的茶园中作业。虽然有少数小型施肥机械能够应用于茶园施肥，但由于机器作业时性能比较单一、劳动强度大、作业效率低等原因，并不能实现快速高效地施肥。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种离心式撒肥盘工作参数优化方法，以提高撒肥的均匀性与稳定性，降低撒肥成本、提高撒肥效率。为了解决以上技术问题，本专利技术设计并实施以行走速度、叶片个数及偏置角度为因素的三因素三水平二次回归正交旋转中心组合设计试验，通过对试验数据的分析，建立撒肥效果与所述各因素之间的关系方程，并对所得方程进行优化求解。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种离心式撒肥盘工作参数优化的方法，其特征在于：通过对离心式撒肥盘行走速度(简称行走速度)、离心盘叶片个数(简称叶片个数)、离心盘叶片偏置角度(简称偏置角度)等工作参数进行优化组合，以取得提高撒肥均匀性的效果；所述离心式撒肥盘撒肥时最优工作参数组合如下：行走速度为0.61m/s、叶片个数为5、偏置角度为15.72°。所述的一种离心式撒肥盘工作参数优化的方法，其特征在于所述参数优化方法通过以下步骤实现：步骤一，设计并实施以行走速度、叶片个数及偏置角度为因素的三因素三水平二次回归正交旋转中心组合设计试验。步骤二，根据步骤一的试验数据，建立撒肥效果与所述各因素之间的关系方程为：y＝14.43-12.8X1+3.23X2-1.01X3-3.12X1X2-1.37X2X3+10.8X12+1.63X22+4.21X32其中，X1、X2、X3分别为叶片个数、偏置角度和行走速度；y为分布变异系数，亦即撒肥效果。步骤三，对所述步骤二中的方程进行优化求解，以撒肥效果为目标函数，在各因素范围约束条件下寻求最优，得到离心式撒肥盘撒肥时最优工作参数组合是：叶片个数为5、偏置角度为15.72°、行走速度为0.61m/s。所述的一种离心式撒肥盘工作参数优化的方法，其特征在于：所述离心式撒肥盘可应用于茶树、玉米、苹果树、梨树、小麦、桃树、橘子树中任意一种作物的撒肥作业。所述的一种离心式撒肥盘工作参数优化的方法，其特征在于：离心式撒肥盘的直径为240mm。本专利技术具有有益效果。本专利技术通过对离心式撒肥盘工作参数进行优化，一方面能够提高撒肥的均匀性与稳定性；另一方面降低撒肥成本，提高撒肥效率，撒肥作业范围较广，可应用于茶树、玉米、苹果树、梨树、小麦、桃树、橘子树中任意一种作物的撒肥作业。附图说明图1是本专利技术的试验装置耕作施肥试验平台图；图2是本专利技术的肥料收集装置示意图；图3是本专利技术的中心组合参数优化结果示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例，对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。以尿素为试验肥料，行走速度、偏置角度及叶片个数为影响因素，各收集盒中肥料颗粒个数的分布变异系数作为撒肥效果的评价指标，采用三因素三水平的二次回归正交旋转中心组合设计试验方法，在耕作施肥试验台上中进行撒肥效果试验。耕作施肥试验台如图1所示，肥料颗粒收集盒如图2所示。其中，行走速度三个水平分别为0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s，离心盘叶片角度变化水平为0、30、60，叶片个数分别调整为2、4、6个。试验因素编码水平如表1所示，X1、X2、X3分别为叶片个数、偏置角度和行走速度的编码值，各收集盒中肥料颗粒数目的分布变异系数记为y。表1因素水平编码表采用Design-Expert8.06进行组合试验设计，分别统计每个收集盒中的肥料颗粒数目，并统计其分布变异系数作为试验结果，试验方案及试验结果见表2所示。表2试验方案及结果对以上试验结果进行方差分析与回归分析，建立分布变异系数与各因素之间的关系模型，试验的方差分析如表3所示。表3方差分析由表3的方差分析可知，该模型的修正决定系数R2＝0.9926；回归系数检验结果也表明回归方程高度显著；统计量F＝239.55，P<0.0001，失拟检验P>0.05失拟性不显著，说明仿真值与回归方程结果吻合良好，模型较好地表征了分布变异系数与叶片个数、偏置角度、行走速度的关系，可用于对分布变异系数的预测。在模型中，X1、X2、X3、X1X2、X2X3、X12、X22、X32的P值均小于0.05，说明其对模型的影响显著；其中，X1、X2、X1X2、X12、X32的P值均小于0.01，说明该因素对回归模型的影响极为显著；X1X3的P值为0.6734，大于0.05，说明叶片个数、行走速度的交互作用对模型的影响不显著，在回归方程中不予考虑。最终得到的分布变异系数y与各影响因素编码值的二次回归方程为：y＝14.43-12.8X1+3.23X2-1.01X3-3.12X1X2-1.37X2X3+10.8X12+1.63X22+4.21X32回归方程的系数绝对值的大小说明了该因素对模型预测结果影响能力的强弱。在回归方程中，X1系数的绝对值为12.8，X2系数的绝对值为3.23，X3系数的绝对值为1.01。由此可知，在试验中各因素对于分布变异系数y的影响大小顺序为：X1、X2、X3。基于以上回归方程，利用Design-Expert的中心组合响应曲面设计(Central Composite Design，简称CCD)，进行参数优化。以分布变异系数为目标函数，在各因素范围的约束条件下，寻求其最小值。这里的约束条件是：叶片个数为2～6个，偏置角度为0～60°，行走速度为0.4～0.8m/s，分布变异系数变化范围为0～100％。优化结果如图3所示，矩形框区域表示优化约束范围，优化区域中的旗帜标记点即为优化后的结果，由图可知优化后的结果为：叶片个数为5、偏置角度为15.72°、行走速度为0.61m/s，此时分布变异系数达到最小值，为10.30％。为验证分布变异系数回归方程的参数优化结果，在江苏省丹阳市迈春茶场某茶园内进行10组田间撒肥试验，分别对最优工作参数下回归模型理论预测值、最优工作参数下分布变异系数实测值及未优化前原离心撒肥装置的分布变异系数结果进行统计分析。表4为田间验证试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心式撒肥盘工作参数优化方法，其特征在于：通过对离心式撒肥盘行走速度即行走速度、离心盘叶片个数(即叶片个数、离心盘叶片偏置角度即偏置角度进行最优工作参数组合，以取得提高撒肥均匀性的效果。

【技术特征摘要】
1.一种离心式撒肥盘工作参数优化方法，其特征在于：通过对离心式撒肥盘行走速度即行走速度、离心盘叶片个数(即叶片个数、离心盘叶片偏置角度即偏置角度进行最优工作参数组合，以取得提高撒肥均匀性的效果。2.根据权利要求1所述的一种离心式撒肥盘工作参数优化方法，其特征在于所述参数优化组合通过以下步骤实现：步骤一，设计并实施以行走速度、叶片个数及偏置角度为因素的三因素三水平二次回归正交旋转中心组合设计试验；步骤二，根据步骤一所述试验的数据，建立撒肥效果与所述各因素之间的关系方程步骤三，对所述方程进行优化求解，以撒肥效果为目标函数，在各因素范围约束条件下寻求最优，得到离心式撒肥盘撒肥时最优工作参数组合。3.根据权利要求1所述的一种离心式撒肥盘工作参数优化方法，其特征在于所述关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永光，杨加清，杨叶成，李建钢，田金涛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32