Entwurf und Experimente mit einer Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe

Jul 20, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 7798 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Um die Probleme einer geringen Düngeeffizienz, vor allem des Prozessablaufs und der inkonsistenten Düngetiefe von Düngemaschinen für den heimischen Teegarten, anzugehen, ist eine Einspiral-Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe angemessen konzipiert. Diese Maschine ist in der Lage, den integrierten Vorgang des Grabens, der Düngung und der Bodenbedeckung gleichzeitig durch den Betriebsmodus der Einzelspiral-Grabenung und -Düngung durchzuführen. Die theoretische Analyse und der Entwurf der Struktur der Hauptkomponenten werden ordnungsgemäß durchgeführt. Die Düngetiefe kann über das etablierte Tiefenkontrollsystem angepasst werden. Der Leistungstest ergab, dass die einspiralige Graben- und Düngemaschine einen maximalen Stabilitätskoeffizienten von 96,17 % und ein Minimum von 94,29 % hinsichtlich der Grabentiefe sowie ein Maximum von 94,23 % und ein Minimum von 93,58 % hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Düngung aufweist. Erfüllung der Produktionsanforderungen von Teeplantagen.

Die Düngemittelausbringung ist einer der entscheidenden Aspekte der Pflanzenproduktion. Die Qualität der Düngemittelausbringung hat direkten Einfluss auf das Wachstum der Pflanzen, und eine angemessene Düngemittelanwendung wird allgemein als eine der wichtigen Maßnahmen zur Gewährleistung einer hohen Qualität und eines hohen Ernteertrags angesehen1,2,3 ,4. Die Hauptmethode des Grabens und Düngens in China besteht darin, mit einer Bodenfräse einen Graben zu ziehen, dann einen Düngerstreuer zu verwenden oder den Dünger manuell auszubringen und schließlich den Boden von Hand zu bearbeiten5,6,7. Bei diesem Düngeansatz ist die Effizienz der Düngemittelnutzung tendenziell relativ gering, und es verbleiben Düngerreste auf der Oberfläche, die leicht die Umwelt verschmutzen können8,9. Eine geeignete Düngesituation kann den Düngemittelausnutzungsgrad verbessern10,11. Eine Düngeposition, die zu weit von den Wurzeln entfernt ist, kann leicht zu einer schlechten Pflanzenaufnahme und einem niedrigen Düngerverhältnis führen, und eine Düngeposition, die zu nah an den Wurzeln liegt, kann leicht zu Problemen mit der Wurzelverbrennung des Düngemittels führen. Untersuchungen von Agrarwissenschaftlern haben ergeben, dass eine angemessene Düngeposition eine maximale Aufnahme des Düngers durch die Pflanzenwurzeln gewährleistet, die Düngerausnutzungsrate verbessert und entscheidend für die Verringerung der Düngermenge ist11,12,13,14.

Ausländische Industrieländer haben bereits früh mit der Forschung zu Düngemaschinen begonnen, und die Entwicklung ihrer Grabenfräsen hat zu einer raschen Entwicklung von Graben- und Düngegeräten geführt, wobei es mehrere Stufen von Scharpflügen, Kreiselgräben und Kettengrabenfräsen gab15,16,17. Der Einsatz von Graben- und Düngemaschinen erfolgte im Land erst relativ spät, wobei hauptsächlich Kreiselfurchendüngemaschinen zum Einsatz kamen18. Xiao et al.19 entwickelten eine Doppelspiral-Graben- und Düngemaschine für Gärten, die in Verbindung mit einem Traktor zum gleichmäßigen Ausbringen von Dünger verwendet wird und den agronomischen Bedarf der Gartendüngung decken kann. Gaomi Yifeng Machinery Co., Ltd. produzierte ein eigenständiges Mehrzweck-Düngegerät, das über einen Schneckendüngerverteiler zur Einstellung der Düngerausbringungsmenge und ein Raupenfahrwerk mit guter Durchlaufleistung läuft. Shen Congju et al.20 entwickelten ein selbstfahrendes Gas-Tieflockerungsdüngungsgerät für Gärten, das die technischen Probleme des Düngerstanzens und -dosierens in hartem Boden löste und eine theoretische Grundlage und technische Unterstützung für die Entwicklung einer Gasexplosions-Tieflockerungsdüngung lieferte Maschine für Obstgarten21.

Aus den Ergebnissen von Forschungsarbeiten im In- und Ausland geht hervor, dass es sich bei häuslichen Fruchtbarkeitsgeräten hauptsächlich um Ein-Prozess-Vorgänge handelt und es ihnen an automatischen Tiefenanpassungsgeräten mangelt. Ausländische Graben- und Düngemaschinen sind fortschrittlicher, aber teuer und erfüllen nicht die betrieblichen Anforderungen unseres Landes. In der vorliegenden Arbeit wird eine spiralförmige Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe entwickelt, die den integrierten Vorgang des Grabens, der Düngung und der Bodenbedeckung angemessen durchführen kann und die Düngetiefe automatisch anpassen kann, um eine konstante Tiefendüngung zu erreichen und so zu verbessern die Betriebseffizienz und die Düngewirkung der Graben- und Düngemaschine. Dieser Artikel ist in vier Teile gegliedert, wobei der erste Teil eine Einführung in den aktuellen Stand der Forschung zu Düngemaschinen gibt. Der zweite Teil zielt darauf ab, den mechanischen Aufbau und das Steuerungssystem der Düngemaschine zu entwerfen. Im dritten Teil geht es um den Grabentest, den Düngetest und den Feldtest. Der vierte Teil fasst den gesamten Artikel und die wichtigsten erzielten Ergebnisse zusammen.

Um die Düngeeffizienz zu verbessern und den landwirtschaftlichen Anforderungen des Teeanbaus gerecht zu werden, wurde eine einspiralförmige Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe entsprechend konstruiert, deren entsprechende Gesamtstruktur schematisch in Abb. 1 dargestellt ist. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Traktor , Getriebemechanismus, Düngerkastenrahmen, Schneckendüngerverteiler, Düngerkasten, Düngerförderrohr, Bodenrad mit fester Tiefe, Graskratzer, Graben- und Düngemechanismus, Spiralmesser usw. Die wichtigsten technischen Parameter sind auch in Tabelle 1 aufgeführt.

Schematische Darstellung der Düngemittelkonstruktion, deren Hauptteile wie folgt aufgeführt sind: 1. Traktor, 2. Getriebemechanismus, 3. Rahmen des Düngerkastens, 4. Schneckendüngerverteiler, 5. Düngerkasten, 6. Düngerförderrohr, 7. Fest Tiefenbodenrad, 8. Grasschaber, 9. Graben- und Düngemechanismus und 10. Spiralmesser.

Die Grabentiefe wird entsprechend den agronomischen Anforderungen der Düngung vorbestimmt, bevor die Graben- und Düngemaschine in Betrieb genommen wird. Beim Graben und Düngen zieht der Traktor das Graben- und Düngegerät nach vorne, das Graben- und Düngegerät schneidet sich in den Boden, der Dünger wird über den Schneckendüngerverteiler ausgetragen und über das Düngerförderrohr zum Graben- und Düngegerät transportiert, und schließlich fällt in die vom Graben- und Düngemechanismus geschnittene Furche. Gleichzeitig fällt der Boden zurück, um die Bodenbedeckung zu vervollständigen, wodurch die integrierte Wirkung des Grabens, Düngens und Bedeckens des Bodens realisiert wird.

Das Düngergerät übernimmt den Schneckendüngerverteiler, der im Wesentlichen aus einem Düngerkasten, einem Düngerauslass, einem Düngereinlass, einer rotierenden Welle und einem Düngerspiralmesser besteht, wie in Abb. 2 dargestellt.

Schematische Darstellung des Schneckendüngerverteilers, dessen Hauptbestandteile wie folgt sind: 1. Düngerkasten, 2. Düngerauslass, 3. Düngereinlass, 4. Drehwelle und 5. Düngerspiralmesser.

Der Durchmesser des Schneckendüngerverteilers ist einer der entscheidenden Faktoren von Schneckendüngerverteilern, der sich direkt auf die vom Schneckendüngerverteiler ausgebrachte Düngermenge und den gleichmäßigen Variationskoeffizienten der Düngerverteilung auswirkt22. Da Menge und Geschwindigkeit der Düngerausbringung nicht berücksichtigt werden, sieht die Formel zur Bewertung der Einzelringsaat-Düngung wie folgt aus:

Dabei ist D der Außendurchmesser des Schneckendüngerverteilers (mm), d der Innendurchmesser des Schneckendüngerverteilers (mm), s die Steigung des Schneckendüngerverteilers (mm), b die durchschnittliche Dicke der Schnecke Zahn des Schneckendüngerverteilers (mm), h stellt die Tiefe des Schneckenzahns des Schneckendüngerverteilers (mm) dar, L ist die durchschnittliche Länge des Schneckenzahns des Schneckendüngerverteilers (mm), ρ bezeichnet das Düngervolumen Gewicht (g/mm3) und φ steht für den Füllkoeffizienten des Schneckendüngerverteilers.

Aufgrund von Gl. (1) ist ersichtlich, dass die Aussaatmenge (q) des Einzelringdüngers von verschiedenen Faktoren abhängt, darunter D, d, S, ρ und φ. Die Einringdünger-Aussaatmenge (q) ändert sich durch Änderung der Werte von D, d und S. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Schneckendüngerverteilers und der Düngeraussaatmenge im gesamten Düngeraussaatvorgang ergibt sich aus:

wobei Q die Düngeraussaatmenge des Schneckendüngerverteilers (t/h) darstellt, A der charakteristische Materialkoeffizient ist, K der Materialkoeffizient ist, c der proportionale Koeffizient von Steigung zu Durchmesser ist und λ die Masse der Materialeinheit darstellt Volumen (t/m3) und ε bezeichnet den Übertragungskoeffizienten.

Bei Dauerbetrieb der Maschine kann die Düngermenge wie folgt ausgedrückt werden:

Dabei stellt Qs die Düngermenge (t/h) dar, g ist die Düngermenge für die zurückgelegte Strecke (t) und s steht für die zurückgelegte Strecke (m).

Gemäß den agronomischen Anforderungen für die Düngung von Teeplantagen wird die erforderliche Düngemenge für eine Teepflanze voraussichtlich bei 1,8 kg liegen. Dann benötigt eine Teebaumreihe die Düngermenge für 0,9 kg und der Pflanzabstand der Teebäume beträgt im Allgemeinen 1,5–1,8 m. Durch die Wahl einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 1100 m/h für die Fahrgeschwindigkeit der Düngemaschine kann die Düngermenge (Qs) auf 0,6 t/h und die Düngeraussaatmenge (Q) ebenfalls auf 0,6 t/h geschätzt werden auf Basis von Gl. (6). Zusammen mit den Parametern des Düngemittelmaterials kann festgestellt werden, dass der Füllkoeffizient des Düngemittels (φ) 0,25 beträgt, der umfassende charakteristische Koeffizient des Düngemittels (A) 28 beträgt und die Einheitsmasse des Düngemittelmaterials 1,2 beträgt T/m3, der Proportionalkoeffizient der Steigung zum Durchmesser beträgt 0,9 und der Förderkoeffizient beträgt 0,9, die in die Gleichungen eingesetzt werden. (4) und (5). Weitere Berechnungen ergaben, dass der Außendurchmesser des Schneckendüngerverteilers 91 mm betragen würde. Da ein solcher Faktor als Standardserie ausgelegt sein sollte, kann sein Wert auch mit 88 mm angenommen werden.

Die Steigung des Schneckendüngerverteilers bestimmt den Steigungswinkel der Schnecke und die Geschwindigkeit des Düngervorschubs, was einen entscheidenden Einfluss auf die Menge und Gleichmäßigkeit des Düngers aus der Schneckendüngerverteiler23 hat, und die Steigung des Schneckendüngerverteilers wird bewertet gemäß der folgenden Beziehung:

wobei K1 den Proportionalkoeffizienten von Steigung und Durchmesser bezeichnet, üblicherweise im Bereich von 0,8–1,0, der hauptsächlich mit der Fließfähigkeit des Düngers zusammenhängt.

Basierend auf den vorhandenen Konstruktionserfahrungen geht eine umfassende Analyse davon aus, dass K1 = 0,8 ist, sodass die Teilung 70,4 mm beträgt und auf 70 mm gerundet wird.

Um die Gleichmäßigkeit der Düngung zu maximieren und gleichzeitig den Düngerbedarf zu decken, kann die geeignete Drehzahl der rotierenden Welle die Stabilität der Düngermenge gewährleisten. Es ist zu beachten, dass die Drehzahl des Schneckendüngerverteilers anhand der Düngermenge, des Durchmessers des Schneckendüngerverteilers und der relevanten Materialparameter des Düngers ermittelt werden kann, um die bessere Drehzahl zu ermitteln24. Bei zu hoher Drehzahl bleibt der Dünger unter Einwirkung der Zentrifugalkraft an der Innenwand des Düngerschneckenverteilers haften; Daher sollten die Zentrifugalkraft des Düngers und die Schwerkraft die folgenden Anforderungen erfüllen:

In Anbetracht der Wirkung verschiedener Düngemittel,

Dabei stellt A den Düngemittelkoeffizienten dar, K0 bezeichnet den charakteristischen Düngemittelkoeffizienten, nmax ist die Höchstgeschwindigkeit des Schneckendüngerverteilers (U/min) und n steht für die Drehzahl des Mannschaftsdüngerverteilers (U/min). Die Düngeraussaatmenge des Mannschaftsdüngerverteilers lässt sich wie folgt berechnen:

Nach Gl. (14) und (16) sollte die Drehzahl des Mannschaftsdüngerverteilers die folgende Bedingung erfüllen: n ≤ 200 (U/min).

Die Spiralgrabenvorrichtung der Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine verwendet eine Einzelspiral-Grabengrabenvorrichtung, wie in Abb. 3 dargestellt. Sie besteht hauptsächlich aus einem Getriebegehäuse, einer Prallplatte, einem Fräser, einem Spiralmesser und einem Werkzeugeinsatz. Die Methode des Einzelspiral-Grabengrabens hat eine einfache und eng anliegende Struktur, einen geringen Verbrauch und der Randteil des Spiralmessers ist in eine Erhöhung des Bodenschneidmessers integriert, was die Entwicklung zusätzlicher Verformungen wirksam verhindern könnte.

Strukturschematische Darstellung der Spiralgraben- und Düngemaschine, deren Hauptbestandteile wie folgt sind: 1. Getriebegehäuse, 2. Prallplatte, 3. Fräsdorn, 4. Spiralmesser und 5. Werkzeugeinsatz.

Die Einspiral-Graben- und Düngemaschine wird auf Teefeldern angetrieben und verlässt sich bei der Grabenarbeit auf das Spiralschild. Zusammen mit den jeweiligen landwirtschaftlichen Anforderungen wird die Grabenbreite auf mindestens 250 mm festgelegt. Der Durchmesser des Spiralmessers beträgt:

Dabei ist D1 der Durchmesser des Spiralmessers (mm) und D2 die Grabenbreite der Düngemaschine (mm).

Der Durchmesser des Spiralschildes wird mit 250 mm gewählt, da die Einspiral- und Düngemaschine eine maximale Grabentiefe von 450 mm benötigt. Darüber hinaus ist die Höhe des Spiralmessers auf 350 mm eingestellt und die Höhe des Werkzeugeinsatzes ist auf 100 mm eingestellt, da das Spiralmesser den Schneid- und Neigungsvorgang zum Boden ausführen soll. Gleichzeitig führt es den geradlinigen Grabenaushubvorgang aus, was auf die hohe Notwendigkeit einer hohen Festigkeit und Härte des Materials hinweist. Daher wird als Material CR12MOV mit einer Dicke von 10 mm gewählt.

Das Spiralschild ist der Hauptparameter des spiralförmigen Graben- und Düngemechanismus, und seine strukturellen Parameter könnten sich direkt auf die Qualität und den Stromverbrauch des Grabens auswirken25,26. Die Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine verwendet einen zylindrischen Grabenmechanismus mit variabler Spirale, und die Spiralkurve mit variabler Steigung besteht aus zahlreichen Tangenten (siehe Abb. 4).

Schematische Darstellung der Spiralkurve.

Betrachten Sie einen Punkt A auf der Erzeugenden entlang der Z-Achse und betrachten Sie diesen als eine gleichmäßig beschleunigte Aufwärtsbewegung. Daher bildet seine Flugbahn eine Parabel auf der ZOX-Ebene, deren Spiralkurve durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden kann:

Dabei ist r der Radius des Grabenmessers (mm), n die Anzahl der Spiralwindungen, γ der Spiralwinkel (°), n1 die Anzahl der Spiralwindungen bei B und β der Spiralwinkel bei C (°). , und h bezeichnet die Höhe des Punktes F (mm).

Die Effizienz des spiralförmigen Graben- und Düngemechanismus beruht auf der Wirkung des Spiralmessers, um den Schneid- und Hebevorgang am Boden abzuschließen. Entsprechend den landwirtschaftlichen Anforderungen an die Teedüngung wird die Breite des Grabens auf 200–300 mm und die entsprechende Tiefe auf 300–400 mm festgelegt. Unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs sowie der Tiefe und Breite der Düngung werden die Hauptparameter des spiralförmigen Graben- und Düngemechanismus durch die Kombination von Gl. (17) und (18), wie in Tabelle 2 dargestellt.

Der Ein-Schrauben-Grabenmechanismus schneidet bis zum Boden des Grabens und sein automatischer Anpassungsprozess ist in Abb. 5 dargestellt.

Schematische Darstellung der automatischen Tiefenanpassung.

Während des Grabenvorgangs wird die Tiefe des Grabens und der Düngung (H) ermittelt, indem die Höhe der festen Tiefe (H1) entsprechend dem Wachstum der Teebäume und den agronomischen Anforderungen der Düngung eingestellt wird. Der Grabenfräsendorn dreht sich und schneidet in den Boden, wenn das Bodenrad mit fester Tiefe den Boden berührt. Zu diesem Zeitpunkt überträgt der Tiefensensor des Bodenrads mit fester Tiefe das Signal in Echtzeit an den Einzelchip-Mikrocomputer, der für die Steuerung der Expansion und Kontraktion des Hydraulikzylinders verantwortlich ist. Zu diesem Zweck werden das Relais und das Magnetventil hauptsächlich dazu verwendet, die Graben- und Düngetiefe in Echtzeit anzupassen und diese konstant zu halten (dh H=cte). Das Einstellprinzipdiagramm ist in Abb. 6 dargestellt.

Schematische Darstellung der automatischen Tiefenverstellung.

Das Steuersystem mit fester Tiefe ist das Hauptsteuersystem der spiralförmigen Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe, das hauptsächlich aus einem Hardwaresystem und einem Softwaresystem besteht, das die Tiefe des Grabens und der Düngung durch Echtzeit-Feedback der festen Tiefe steuert Das Grundrad und sein Steuerungssystem wurden in Abb. 7 demonstriert. Das Steuerungssystemprogramm ist in der Sprache C codiert. Das Hauptprogramm ruft mehrere Unterprogramme auf, um die Steuerung der gesamten Maschine durchzuführen. Das Steuerungssystem basiert auf STM32 L1-Einzelchip-Mikrocomputern als zentralem Steuerungselement und besteht im Wesentlichen aus einem Netzteil, einem Spannungsreglermodul und einem Ausführungsmodul. Die Stromversorgung erfolgt über eine 24-V-Lithiumbatterie mit 40 Ah, hergestellt von Shenzhen Xinheng Power Technology Co., Ltd. Sie dient zur unabhängigen Stromversorgung des gesamten Steuerungssystems und durch die Verwendung des Spannungsreglermoduls wird eine stabile Stromversorgung gewährleistet für elektronische Bauteile. Das Bodenrad mit fester Tiefe ist am Betätigungshebel des Profilregelventils montiert (d. h. ein Danfoss PMF-Profilregelventil mit einem maximalen Betriebsdruck von 28 bar), das zur realen Erkennung des Hebens des Bodenrads mit fester Tiefe verwendet wird -Zeit und steuern so die Graben- und Düngetiefe. Der Hydraulikmotor ist ein BRM-50 von Foshan Hongpeng Hydraulic Co., Ltd. Mit einer Drehzahl von 750 U/min und einem Drehmoment von 89 Nm, der zur Steuerung der Drehzahl des Schneckendüngerverteilers und damit der Düngermenge dient.

Rahmendiagramm des Steuerungssystems einer einspiraligen Graben- und Düngemaschine.

Der Versuch wurde am 19. März 2022 auf einer Standard-Teeplantage mit einem Pflanzabstand von 300 mm und einem Reihenabstand von 1500 mm bei Shenhang Forest, Tea and Fruit Seed Technology Co. durchgeführt. Das Wetter war klar, die Temperatur schwankte Bereich von 3–15°, die Windgeschwindigkeit betrug weniger als 3 m/s, die relative Luftfeuchtigkeit wurde mit 65 % gemessen, das Testgelände bestand aus Lehm, der absolute Feuchtigkeitsgehalt betrug 17,3 % und das Testgelände war flach. Der für das Experiment ausgewählte Dünger war körniger organischer Dünger, hergestellt von Hebei Dewaldo Fertilizer Co., Ltd. Mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1,5 % und einem Durchmesser von etwa 3,3 mm übernimmt die Testmethode die in der technischen Spezifikation zur Qualitätsbewertung festgelegten Methoden für Düngemaschinen (NY/T 1003-2006) und die Messmethoden für Prüfbedingungen für landwirtschaftliche Maschinen – Allgemeine Regeln (GB/T 5262-2008).

Für den Grabentest wurde die Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von 1,5 m/s betrieben, um drei Arbeitshübe von jeweils 80 m Länge auszuführen, wobei 10 m vor und nach den beiden Hubabschnitten als reservierter Bereich verblieben , und 5 Punkte gleichmäßig zwischen 20 und 70 m zu testen. Die durchschnittliche Grabentiefe und der Stabilitätskoeffizient jedes Hubs werden separat bewertet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Die Ergebnisse des Grabentests zeigen, dass der maximale Tiefenunterschied bei verschiedenen Hüben 17 mm beträgt und der Mindestwert des Stabilitätskoeffizienten der Grabentiefe bei drei Hüben 94,81 % beträgt, was mit dem Bewertungsindex für übereinstimmt der Betrieb der Grabenfräse.

Im Testteegarten leistete die Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine bei 6 Düngerhüben ihre Arbeit. Zu diesem Zweck wurde die Länge jedes Arbeitshubs und die Länge des Schutzbereichs davor und danach gleich der Länge des Grabentests festgelegt, und zwar von einem Hub von 10 m bis zu einem Hub von 40 m. In diesem Intervall wurde, basierend auf der Betrachtung von jeweils 10 cm als Testintervall, jeder Hub in 30 Testintervalle unterteilt, was insgesamt 180 Messungen ergab. Während des Tests bewegte sich die Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, und in der Vorbereitungsphase hob sich die Spiral-Graben- und Düngevorrichtung an und bewegte sich mit konstanter Geschwindigkeit durch das Testgebiet. Anschließend wurde die Düngung in jedem Bereich separat gesammelt und ihr Gewicht mit einer elektronischen Waage ermittelt. Nach Abschluss der einzelnen Fahrten wurde wiederum die Gleichmäßigkeit der Düngung berechnet und die entsprechenden Testergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Die Ergebnisse des Befruchtungstests zeigen, dass die Befruchtungsgleichmäßigkeit bei jedem einzelnen Schlag über 93,15 % liegt, was den betrieblichen Anforderungen des Bewertungsindex für die Befruchtungsmaschine entspricht.

Teststandort: Der Test wurde im April 2022 im Teegarten der Pingshan-Teefabrik im Bezirk Liuhe, Nanjing, China, durchgeführt und der Feldversuch ist in Abb. 8 dargestellt.

Feldtest der einspiraligen Graben- und Düngemaschine.

Testbedingungen: Sonniges Wetter, Temperatur 4–22 °C, Brise, Pflanzenabstand 290 mm und Reihenabstand 1600 mm im Teegarten, flaches Land im Test-Teegarten, der Boden ist sandiger Lehm und die Bodenfeuchtigkeit beträgt 13,2 %.

Testmaterialien: Granulierter organischer Dünger, hergestellt von der Hebei Dewaldo Fertilizer Company.

Wiederholte Tests wurden mit drei Hüben durchgeführt und die Testergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Die experimentell beobachteten Daten zeigten, dass der Koeffizient der Grabentiefe der einspiraligen Graben- und Düngemaschine bei einem Maximum von 96,17 % und einem Minimum von 94,29 lag %. Der maximale Grad der Befruchtungsgleichmäßigkeit wurde mit 94,23 % angegeben, der minimale mit 93,58 %. Diese Ergebnisse erfüllen die betrieblichen Anforderungen des Bewertungsindex für die Düngemaschine.

In der aktuellen Untersuchung wird eine Einspiral-Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe entwickelt, die den integrierten Vorgang des Grabens, der Düngung und der Bodenbedeckung durchführen und die Düngetiefe automatisch anpassen kann, um eine konstante Düngetiefe zu erreichen. Durch die theoretische Analyse werden der Schneckendüngerverteiler, der spiralförmige Graben- und Düngemechanismus und das entsprechende Steuerungssystem entworfen, und die Grabentiefe wird durch das feste Tiefenkontrollsystem automatisch angepasst, so dass die Betriebseffizienz und der Düngeeffekt des Grabengrabens verbessert werden und Düngemaschine wurden entsprechend verbessert.

Die in diesem Artikel entwickelte Düngemaschine kann das Problem effektiv lösen, dass die Düngeposition der herkömmlichen Düngemaschine unangemessen ist, was dazu führt, dass die Effizienz der Düngemittelnutzung relativ gering ist und der Restdünger auf der Oberfläche leicht die Umwelt verschmutzen kann. Die Düngung mit fester Tiefe kann durch das konstante Tiefenkontrollsystem realisiert werden, um eine angemessene Düngungsposition sicherzustellen, was die Ausnutzungsrate des Düngemittels erhöht. Die entwickelte Düngemaschine ist in der Lage, das Problem einer unangemessenen Düngeposition wirksam zu lösen, die Ausnutzungsrate des Düngemittels zu verbessern und erhebliche Auswirkungen auf die Reduzierung der Düngemittelmenge zu haben.

Die Feldtestergebnisse zeigten, dass der Stabilitätskoeffizient der Grabentiefe der einspiraligen Graben- und Düngemaschine maximal 96,17 % und minimal 94,29 % betrug. Der maximale Wert der Gleichmäßigkeit der Düngung wurde ebenfalls mit 23,94 % und 93,58 % im Minimum angegeben, was den Anforderungen der Teeplantagenproduktion entspricht.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Forschung wurde durch ein Geschäftskostenprojekt für Grundlagenforschung auf Institutsebene der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften (Förderung Nr. S202206), des China Agriculture Research System von MOF und MARA (Förderung Nr. CARS-19) und der Agrarwissenschaft und -technologie finanziert Innovationsprojekt der Chinesen (Zuschuss Nr. CAAS-ASTIP-2022-NIAM), Schlüssel-F&E-Sonderprojekt der Provinz Yunnan (Zuschuss Nr. 202102AE090038), Chengdu Agricultural Science and Technology Center, lokales Finanzsonderfondsprojekt „Forschung und Entwicklung und Demonstration mechanisierter Operation Equipment for Hilly Orchards“ (Zuschuss Nr. NASC2020AR03), „Pioneer“ und „Leading Goose“ F&E-Programm von Zhejiang (Zuschuss Nr. 2022C02010), Wissenschafts- und Technologieprojekte in der Provinz Jiangsu (Zuschuss Nr. BE2020315).

Ministerium für Landwirtschaft und ländliche Angelegenheiten, Nanjing Institute of Agricultural Mechanization, Nanjing, 210014, China

Caixue Zhan, Wenqin Ding, Yu Han, Qinghai Jiang, Ying Zhao und Zhiyu Song

College of Mechatronics Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, 210037, China

Liang Zhao

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Konzeptualisierung, CZ und WD; Methodik, CZ, WD und YH; Software, YH und YZ; Validierung, ZS, QJ und LZ; formale Analyse,CZ und WD; Untersuchung, CZ, WD, QJ und YH; Ressourcen, CZ und WD; Datenkuration, CZ und WD; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, CZ, WD und QJ; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, CZ, WD und QJ; Visualisierung,CZ, QJ und WD; Aufsicht, YH und ZS; Projektverwaltung, CZ; Finanzierungseinwerbung, ZS Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und sind damit einverstanden.

Korrespondenz mit Zhiyu Song.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zhan, C., Ding, W., Han, Y. et al. Entwurf und Experimente mit einer Einzelspiral-Graben- und Düngemaschine mit fester Tiefe. Sci Rep 13, 7798 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34464-6

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Eingegangen: 16. Januar 2023

Angenommen: 30. April 2023

Veröffentlicht: 13. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34464-6

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