CN105723903B - 一种变量施肥机和变量施肥方法 - Google Patents

Abstract

发明涉及农业技术领域，更具体的涉及一种变量施肥机和变量施肥方法，一种变量施肥机，包括机车（1）、料斗（2）、排肥装置（3）和控制器，所述料斗（2）安装在机车（1）上，所述排肥装置（3）位于料斗（2）的排肥口；其特征在于，所述排肥装置（3）包括电机（301）、排肥轮（304）和转速检测装置，所述排肥轮（304）在电机（301）带动下旋转，所述转速检测装置用于检测排肥轮（304）的转速；所述机车（1）上安装有用于检测机车（1）运动速度的车速检测装置，所述控制器可根据检测到的机车（1）的车速和预期施肥要求来调整电机（301）的转速。

Description

一种变量施肥机和变量施肥方法

技术领域

发明涉及农业技术领域，更具体的涉及一种变量施肥机和变量施肥方法。

背景技术

农田施肥作业是农业种植过程中不可缺少的作业环节，作物生长不同阶段，需要不同养分的肥料，在整个生长季中，作物通常需要追肥多次，因此，施肥作业是农作物生产中劳动强度比较大的环节之一。传统的地表追肥作业方式以人工撒施为主，行走不方便，播撒不均匀，并且劳动强度大，效率低下且人力成本高。

目前机械式地表追肥主要以离心圆盘式撒肥机为主，以高速旋转的圆盘为动力，肥料在离心力作用下被撒出。如律凯等设计的抛撒式水稻苗期施肥机（参见：水稻苗期施肥机的设计与应用．农民致富之友， 2014(6)：186-187），可用于常用的尿素、氮素、复合肥和专用肥等肥料撒施，但由于肥料自身物料特性，容易受田间环境影响（尤其是风），追肥作业进行施肥量的精准控制比较困难，同时在作业幅宽方向上的均匀性得不到保证。夏俊芳设计了摆管式撒肥机（参见：摆管式撒肥机的整机设计．农机使用与维修，2014(2)：11-12），模拟人手臂摆动进行撒施，有效的结合了机具前进速度进行撒施速度控制，均匀性比圆盘式撒肥机有所提升，但作业幅宽不太理想。

按需施肥是精准农业的重要内容，当前国内外已有一些比较成熟的变量施肥作业机械。约翰迪尔开发了一款气吹式种肥车，主要用于种肥撒施；谢宇峰等人研制了高速宽幅气送式集***量播种施肥机（参见：高速宽幅气送式集***量播种施肥机的研制[J]．农业科技与装备, 2013(5):19-21），利用了气流进行输肥与分肥作业。但这些机型需配套300马力以上的拖拉机，在稻田尤其是中国南方小面积的水田中使用受到较大限制。

上述地表追肥机械的排肥器大都采用所有排肥轮联动的方式，仅在机具行进方向上实现变量施肥控制，没有实现单个排肥轮的排肥量独立控制以及作业幅宽方向上的远距离输送，没有在作业幅宽方向上实现变量施肥控制。此外，肥料输出后，其输送方式多以重力自流为主，肥料进入地表的位姿较难控制。

在精准农业技术不断发展成熟的今天，精准施肥的要求不仅仅简单的局限于结合机具前进速度调整施肥量，还要结合作物的长势情况合理的有针对性的在作业幅宽方向上也实现变量施肥控制，以实现对更小的区域作物进行定点定量施肥作业。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种变量施肥机，另外，本发明还提供一种变量施肥方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种变量施肥机，包括机车、料斗、排肥装置和控制器，所述料斗安装在机车上，所述排肥装置位于料斗的排肥口；其特征在于，所述排肥装置包括电机、排肥轮和转速检测装置，所述排肥轮在电机带动下旋转，所述转速检测装置用于检测排肥轮的转速；所述机车上安装有用于检测机车运动速度的车速检测装置，所述控制器可根据检测到的机车的车速和预期施肥要求来调整电机的转速。

进一步的，作为优选技术方案，所述转速检测装置包括若干磁钢和干簧管传感器，所述磁钢均布在排肥轮的转轴或者电机轴或者电机轴与转轴之间的联轴器的外表面，所述干簧管传感器用于检测磁钢并反馈排肥轮的转速；所述车速检测装置包括若干磁钢和干簧管传感器，所述磁钢均布在机车的传动轴或轮轴上，所述干簧管传感器用于检测磁钢并反馈机车行进速度。

进一步的，作为优选技术方案，所述排肥口和排肥装置的数量均为多个，所述排肥口均匀排布在料斗下方，各排肥装置分别与排肥口对应配合。

进一步的，作为优选技术方案，还包括肥料输送装置，所述肥料输送装置包括风机、气流分流箱、三通接头和输肥管，所述风机安装在机车上，所述风机的出风口与气流分流箱的进风口相连通，所述气流分流箱的各出风口分别与三通接头的气流入口相连通，所述三通接头的落肥口位于排肥轮下方，所述三通接头的出肥口与输肥管相连通。

进一步的，作为优选技术方案，所述机车上安装有桁架机构，所述桁架机构可在竖直方向内做升降运动。

进一步的，作为优选技术方案，所述桁架机构可在水平方向内做折叠运动。

进一步的，作为优选技术方案，所述输肥管的尾端水平均布在桁架机构上。

进一步的，作为优选技术方案，所述输肥管的尾端安装有肥料散落装置。

本发明还提供一种变量施肥方法，采用以上所述的变量施肥机，包括以下步骤：

a.在料斗中添加肥料，展开桁架机构（5），打开风机（401），并保持输肥管（404）通畅；

b.控制器结合施肥作业处方图和全球定位***的指引，确定排肥装置（3）各自的目标施肥量，根据该目标施肥量以及机车行进速度，通过控制器设定排肥装置（3）的排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；

c.在施肥作业中，根据转速检测装置检测和反馈的机车行进速度、排肥轮（304）转速和目标施肥量的变更情况，通过控制器分别重新设定各排肥装置（3）的电机（301）的转速，进而控制排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；

d.重复步骤b和c，直到施肥作业结束。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1.本发明可实现在行进方向和幅宽方向两个方向变量施肥，既满足了结合车速对排肥量进行实施控制，以保证施肥均匀性，又实现在幅宽方向结合作物长势的处方图对不同区域实施变量施肥控制，在达到相同施肥效果的同时，减少了肥料施用量，节约了投入成本。

2.本发明采用气流动力输送肥料，水平输送距离远，且肥料能够量化定距离输送，对于排肥均匀性具有很大的提高，整个输送过程在输肥管中完成，肥料损失少，产生细小颗粒微尘少。

3.本发明中可收伸桁架机构在施肥时展开，达到宽幅、高效作业，不工作时可以收折，合理的利用了空间结构；升降桁架机构可以针对作物高低进行升降操作，对不同种类和不同长势的作物具有更广泛的适用性。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图。

图2为实施例1的排肥装置结构示意图

图3为实施例1的肥料输送装置结构示意图

图4为实施例1的三通结构示意图

图5为实施例1的桁架升降结构示意图

图6为实施例1的桁架收展结构示意图

图7为实施例1的控制器的模块结构示意图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

参见图1所示，本发明提供的变量施肥机包括机车1、料斗2、排肥装置3、肥料输送装置4、桁架机构5、肥料散落装置6、控制器；所述料斗2和桁架机构5安装在机车1上，排肥装置3位于料斗2的排肥口处，所述肥料输送装置4排布在桁架机构5上，所述肥料散落装置6位于肥料输送装置4尾端。

参见图1和图2，所述机车1包括高地系离地底盘11、超窄田间行走轮12；所述排肥装置3包括直流可调速电机301，通过联轴器302连接六方转轴306，由立座轴承303支撑六方转轴306旋转，交错直齿式外槽排肥轮304安装在位于料斗2排肥口处的排肥槽305中，由六方转轴306带动其旋转；所述排肥槽305固定在料斗2侧面底部。

参见图1、图3和图4，肥料输送装置4包括风机401、气流分流箱402、三通接头403和输肥管404，风机401的出风口与气流分流箱402的进风口相连通，所述气流分流箱402的各出风口分别与三通接头403的气流入口4031相连通，所述三通接头403的落肥口4032位于排肥轮304下方，所述三通接头403的出肥口4033与输肥管404相连通；所述肥料输送机构4由风机401提供肥料输送所需空气动力，风机401中高速气流进入气流分流箱402；经过分流的气流均匀的从8个出口进入三通接头403，落入的肥料被在三通接头403中被吹进输肥管404中。

参见图1、图5和图6，桁架机构5包括升降桁架机构和收展桁架机构，所述升降桁架机构包括平行四杆机构505、固定桁架503和电液伸缩缸504，通过电液伸缩缸504的伸缩，平行四杆机构505上下运动实现桁架机构5的升降；所述收展桁架机构包括电液缸502和收展支架506，所述电液缸502连接于固定桁架503上，可通过电液缸502的伸缩，实现收展支架506绕原点旋转至于与底盘11平行方向，以减小整机空间。

参见图7，所述控制器由数据采集单元、数据处理单元、反馈执行单元和人机交互界面组成；所述数据采集单元包括磁钢和干簧管传感器。所述磁钢规格为直径5mm，厚度2mm，一部分嵌入于联轴器302表面的8个凹槽之中（也可以嵌入其他可反映排肥轮转速的部位），另一部分嵌入于机车1的传动轴表面（也可以嵌入其他可反映机车行进速度的部位）上，从传动轴的横截面看，8个磁钢在同一横截面上以45°圆心角均匀分布；干簧管传感器可对磁钢产生感应，一部分靠近于联轴器302的磁钢安装，另一部分靠近机车1的传动轴表面的磁钢安装，当电机301带动联轴器302转动时以及行进过程中机车1的传动轴转动时，干簧管传感器将对被嵌入于联轴器表面和传动轴表面的磁钢产生感应，每一次感应产生一个电信号，每8次感应表示电机或传动轴转动一周；所述人机交互界面主要指由触摸屏显示的用户界面，用户可通过触摸屏幕输入四组目标施肥量并且激活和关闭控制***；所述数据处理单元以STM32微控制器为核心，对数据采集单元和人机交互界面输入的数据进行处理，计算出机车1的行进速度、电机301的理论转速和实际转速；所述反馈执行单元由STM32微控制器和电机驱动电路组成，微控制器通过计算电机301理论转速与实际转速的差值，对电机301的转速进行PID控制，从而实现对施肥量的精确控制。

本发明的工作原理是：

本发明通过控制器依据施肥处方图确定每组排肥口对应的点的目标排肥量，结合机车1的当前行进速度，控制排肥轮304的转速，达到目标地点的施肥量。肥料由排肥轮304从料斗排入肥料输送装置4的三通接头403中，高速气流经过三通接头403的小孔将落入的肥料顺着排肥管404输送至各自出口，经过散落装置6将肥料散落后完成施肥过程。

实施例2

一种变量施肥方法，采用实施例1所述的变量施肥机，包括以下步骤：

a.在料斗中添加肥料，展开桁架机构（5），打开风机（401），并保持输肥管（404）通畅；

b.控制器结合施肥作业处方图和全球定位***的指引，确定排肥装置（3）各自的目标施肥量，根据该目标施肥量以及机车行进速度，通过控制器设定排肥装置（3）的排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；

c.在施肥作业中，根据转速检测装置检测和反馈的机车行进速度、排肥轮（304）转速和目标施肥量的变更情况，通过控制器分别重新设定各排肥装置（3）的电机（301）的转速，进而控制排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；

d.重复步骤b和c，直到施肥作业结束。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变量施肥机，包括机车（1）、料斗（2）、排肥装置（3）和控制器，所述料斗（2）安装在机车（1）上，所述排肥装置（3）位于料斗（2）的排肥口；其特征在于，所述排肥装置（3）包括电机（301）、排肥轮（304）和转速检测装置，所述排肥轮（304）在电机（301）带动下旋转，所述转速检测装置用于检测排肥轮（304）的转速；所述机车（1）上安装有用于检测机车（1）运动速度的车速检测装置，所述控制器可根据检测到的机车（1）的车速和预期施肥要求来调整电机（301）的转速；所述排肥口和排肥装置（3）的数量均为多个，所述排肥口均匀排布在料斗（2）下方，各排肥装置（3）分别与排肥口对应配合；还包括肥料输送装置（4），所述肥料输送机构包括风机（401）、气流分流箱（402）、三通接头（403）和输肥管（404），所述风机（401）安装在机车（1）上，所述风机（401）的出风口与气流分流箱（402）的进风口相连通，所述气流分流箱（402）的各出风口分别与三通接头（403）的气流入口（4031）相连通，所述三通接头（403）的落肥口（4032）位于排肥轮（304）下方，所述三通接头（403）的出肥口（4033）与输肥管（404）相连通。

2.根据权利要求1所述的变量施肥机，其特征在于，所述转速检测装置包括若干磁钢和干簧管传感器，所述磁钢均布在排肥轮（304）的转轴（306）或者电机轴或者电机轴与转轴之间的联轴器（302）的外表面，所述干簧管传感器用于检测磁钢并反馈排肥轮（304）的转速；所述车速检测装置包括若干磁钢和干簧管传感器，所述磁钢均布在机车（1）的传动轴或轮轴上，所述干簧管传感器用于检测磁钢并反馈机车行进速度。

3.根据权利要求2所述的变量施肥机，其特征在于，所述机车（1）上安装有桁架机构（5），所述桁架机构（5）可在竖直方向内做升降运动。

4.根据权利要求3所述的变量施肥机，其特征在于，所述桁架机构（5）可在水平方向内做折叠运动。

5.根据权利要求3或4所述的变量施肥机，其特征在于，所述输肥管（404）的尾端水平均布在桁架机构（5）上。

6.根据权利要求5所述的变量施肥机，其特征在于，所述输肥管（404）的尾端安装有肥料散落装置（6）。

7.一种变量施肥方法，其特征在于，采用权利要求3-6任一项所述的变量施肥机，包括以下步骤：a.在料斗中添加肥料，展开桁架机构（5），打开风机（401），并保持输肥管（404）通畅；b.控制器结合施肥作业处方图和全球定位***的指引，确定排肥装置（3）各自的目标施肥量，根据该目标施肥量以及机车行进速度，通过控制器设定排肥装置（3）的排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；c.在施肥作业中，根据转速检测装置检测和反馈的机车行进速度、排肥轮（304）转速和目标施肥量的变更情况，通过控制器分别重新设定各排肥装置（3）的电机（301）的转速，进而控制排肥轮（304）的转速，施行变量施肥；d.重复步骤b和c，直到施肥作业结束。