CN108307754B - 一种定量施肥机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种定量施肥机，包括施肥机本体、肥箱、施肥机导肥单元、施肥机调整单元、测速单元和控制***，肥箱设于施肥机本体上，施肥机导肥机构设于肥箱的下方，与肥箱的出肥口连接，施肥量调整单元设于肥箱上，用于调整施肥量的大小，测速单元设于施肥机本体上，用于测量施肥机本体的进行速度，用于根据施肥机本体的行进速度向施肥量调整机构发出控制信号。该施肥机可以根据施肥机行进的速度，实时调整施肥机的施肥量，当施肥机的行进速度较慢时，施肥机的施肥量变小，当施肥机的行进速度较快时，施肥机的施肥量变大，以此来保证施肥均匀，避免肥料堆积，提高了肥料的利用率。

Description

一种定量施肥机

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种定量施肥机。

背景技术

目前在黄淮海地区主流小麦种植模式为撒肥-旋耕-播种，而基肥施用是小麦种植过程中的重要环节，保证基肥肥料均匀施肥是实现种行肥行精准拟合施肥的关键步骤。目前现有的小麦基肥施肥机在进行撒施过程中，肥料多出现成堆聚集或不均匀撒施的现象，影响种子对养分的吸收，降低了肥料利用率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的施肥机容易造成肥料堆积和不均匀撒施的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定量施肥机，包括施肥机本体、肥箱、施肥导肥单元、施肥量调整单元、测速单元和控制***，所述肥箱设于所述施肥机本体上，所述施肥导肥单元设于所述肥箱的下方，与所述肥箱的出肥口连接；所述施肥量调整单元设于所述肥箱上，用于调整所述施肥量的大小；所述测速单元设于所述施肥机本体上，用于测量所述施肥机本体的行进速度；所述控制***与所述测速单元及所述施肥量调整单元连接，用于根据施肥机本体的行进速度向所述施肥量调整单元发出控制信号。

其中，所述肥箱包括沿施肥机本体的行进方向并排设置的第一肥箱和第二肥箱，所述第一肥箱设于所述第二肥箱的前方。

其中，所述施肥导肥单元包括导肥板和导肥管，所述导肥板的数量为多个，多个所述导肥板沿左右方向间隔的设于所述第一肥箱的下方；所述导肥管的数量与所述导肥板的数量相同，多个所述导肥管沿左右方向间隔的设于所述第二肥箱的下方，所述导肥管的下端低于所述导肥板的下端，且所述导肥管与所述导肥板一一对应设置。

其中，所述施肥量调整单元包括排肥执行机构、变量施肥控制器、光电编码器和转动元件，所述变量施肥控制器与所述控制***连接，用于接收所述控制***发送的目标转速控制指令，并与所述光电编码器测得的所述转动元件的实时转速进行比较，通过转速控制算法输出控制量控制所述转动元件的转速，所述转动元件与所述排肥执行机构连接。

其中，所述排肥执行机构的数量为两个，两个所述排肥执行机构分别设于所述第一肥箱和第二肥箱的出肥口处；所述转动元件的数量为两个，两个所述转动元件分别与两个所述排肥执行机构连接。

其中，所述转动元件包括液压马达和电液比例阀，所述电液比例阀与所述液压马达连接，所述液压马达与所述排肥执行机构连接，所述变量施肥控制器通过控制所述电液比例阀的流量来控制所述液压马达的转速。

其中，所述导肥板的宽度自上而下逐渐增大。

其中，所述排肥执行机构包括排肥轴和外槽轮排肥器，所述排肥轴与所述液压马达连接，所述外槽轮排肥器与所述排肥轴连接，所述外槽轮排肥器用于将第一肥箱和第二肥箱内的肥料排入分别到所述导肥板和所述导肥管内。

其中，还包括定位导航***，用于对施肥机的定位和导航，使播种机按照所述施肥机的施肥路径进行播种，以使种行位于肥行的正上方。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种定量施肥机，包括施肥机本体、肥箱、施肥机导肥单元、施肥机调整单元、测速单元和控制***，肥箱设于施肥机本体上，施肥机导肥机构设于肥箱的下方，与肥箱的出肥口连接，施肥量调整单元设于肥箱上，用于调整施肥量的大小，测速单元设于施肥机本体上，用于测量施肥机本体的进行速度，用于根据施肥机本体的行进速度向施肥量调整机构发出控制信号。该施肥机可以根据施肥机行进的速度，实时调整施肥机的施肥量，当施肥机的行进速度较慢时，施肥机的施肥量变小，当施肥机的行进速度较快时，施肥机的施肥量变大，以此来保证施肥均匀，避免肥料堆积，提高了肥料的利用率。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的定量施肥机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的施肥量调整单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的导肥板的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的导肥板的侧视图；

图5是本发明实施例提供的车载终端控制软件的功能结构示意图。

图中：1：肥箱；2：导肥板；3：导肥管；4：光电编码器；5：变量施肥控制器；6：液压马达；7：电液比例阀；8：通讯总线；301：分流部件；302：盖板；303：安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1至图5所示，本发明实施例提供的一种定量施肥机，包括施肥机本体、肥箱1、施肥导肥单元、施肥量调整单元、测速单元和控制***，肥箱1设于施肥机本体上，施肥导肥单元设于肥箱1的下方，与肥箱1的出肥口连接；施肥量调整单元设于肥箱1上，用于调整施肥量的大小；测速单元设于施肥机本体上，用于测量施肥机本体的行进速度；控制***与测速单元及施肥量调整单元连接，用于根据施肥机本体的行进速度向施肥量调整单元发出控制信号。该施肥机可以根据施肥机行进的速度，实时调整施肥机的施肥量，当施肥机的行进速度较慢时，施肥机的施肥量变小，当施肥机的行进速度较快时，施肥机的施肥量变大，以此来保证施肥均匀，避免肥料堆积，提高了肥料的利用率。

进一步地，肥箱1包括沿施肥机本体的行进方向并排设置的第一肥箱1和第二肥箱1，第一肥箱1设于第二肥箱1的前方。

进一步地，施肥导肥单元包括导肥板2和导肥管3，导肥板2的数量为多个，多个导肥板2沿左右方向间隔的设于第一肥箱1的下方；导肥管3的数量与导肥板2的数量相同，多个导肥管3沿左右方向间隔的设于第二肥箱1的下方，且导肥管3与导肥板2一一对应设置。导线管的下端低于导肥板2的下端，在施肥时，导肥管3实现深层条形施肥，导肥板2实现浅层带形施肥。施肥机向田地里施肥形成肥行，其中浅层肥行正好位于深层肥行的正上方。

进一步地，施肥量调整单元包括排肥执行机构、通讯总线8、变量施肥控制器5、光电编码器4、转动元件，变量施肥控制器5通过通讯总线8与控制***连接，用于接收控制***发送的目标转速控制指令，并与光电编码器4测得的转动元件的实时转速进行比较，通过转速控制算法输出控制量转动元件的转速，转动元件与排肥执行机构连接，在本实施例中，转动元件包括电液比例阀7和液压马达6，电液比例阀7与液压马达6连接，液压马达6与排肥执行机构连接，变量施肥控制器接收控制***发送的目标转速控制指令，并与光电编码器4测得的转动元件的实时转速进行比较，通过转速控制算法输出控制量电液比例阀7的流量，进而控制液压马达6的转速，进一步地控制排肥执行机构的排肥量。具体的，控制***首先接收测速单元的测得的施肥机的行进速度，根据施肥机的实时行进速度计算出液压马达6的目标转速，变量施肥控制器5通过通讯总线8接收控制***里得出的目标转速，并与光电编码器4测得的液压马达6的实时转速进行比较，并根据比较结果得到电液比例阀7的流量，电液比例阀7用于控制液压，马达的转速，通过控制液压马达6的转速来实现对施肥量的调节。

进一步地，在本实施例中，排肥执行机构的数量为两个，两个排肥执行机构分别设于第一肥箱和第二肥箱的出肥口处。两个排肥执行机构分别用于控制从第一肥箱和第二肥箱内排出的肥量。

进一步地，液压马达6的数量为两个，两个液压马达6分别与两个排肥执行机构连接。通过控制两个液压马达6的转速分别来控制浅层施肥和深层施肥的施肥量。

进一步地，导肥板2的上端设有安装孔303，用于将导肥板2安装到施肥机本体上，导肥板2的宽度自上而下逐渐增大，导肥板2内设有分流部件301和盖板302，盖板的数量为两个，两个盖板相对的设于导肥板的下端，且两个盖板之间形成自上而下的导流通道，分流部件的数量为三个，三个分流部件成三角形分布在导流通道内，分流部件的横截面为宽度自上而下逐渐增大的三角形，肥料自上而下流经分流部件时，将被分为两部分，本实施例中三个分流部件将肥料分流成三条浅层施肥带，每条施肥带对应2条深层施肥条，也就说每一条浅层施肥带的正上方对应两条深层施肥条，相当于施肥板的数量为施肥管的数量的6倍。盖板302在分流部件301的上方起到遮挡作用，避免肥料在与分流部件301发生碰撞时造成肥料飞溅，盖板302尺寸以恰好遮盖分流部件301为优，避免因盖板302过长导致排肥空间减小，引起肥料阻塞。仿真分析得到使肥料均匀准确播撒的最优解，当分流部件开度为33^о，分流部件间竖直间距为76mm，水平间距为25mm时，排肥效果最优，三个排肥口排肥均匀程度最好。

进一步地，排肥执行机构包括排肥轴和外槽轮排肥器，排肥轴与液压马达6连接，外槽轮排肥器与排肥轴连接，外槽轮排肥器用于将第一肥箱和第二肥箱内的肥料排入到导肥板2和导肥管3内。液压马达6在转动时带动排肥轴转动，进而带动外槽轮排肥器转动，实现向导肥管3和导肥板2内排肥。

进一步地，还包括车载终端，车载终端配置有定位导航***，在本实施例中为GNSS(GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写，中文译文为：全球卫星导航***)***，用于对施肥机的定位和导航，使播种机按照施肥机的施肥路径进行播种，以使种行位于肥行的正上方。在本实施例中，车载终端的主要任务是设置施肥机物理参数，配置施肥作业参数，采集处理卫星定位信息；通过CAN总线与下位机控制***进行通信，发送控制指令，并接收控制***上报的反馈信息等。为实现上述功能要求，上位机至少应满足以下配置条件：

(1)支持宽压输入，适合农机车载工况条件；

(2)支持CAN总线通讯；

(3)支持RS-232串行端口，以便外接扩展传感器模块；

(4)内置高精度卫星定位模块或支持扩展，满足定位需求，提高***集成度；

(5)触摸屏设计或支持按键交互，能够实现参数配置.

本***采用NEXCOM公司的VMC1000车载终端。该终端集成远程信息处理计算机和7"液晶触摸屏，符合IP54标准的外观和智能电源管理***，在室外或移动环境下保持性能稳定，为农田复杂环境下信息处理、运算应用中提供完美的解决方案。VMC1000车载终端预装Windows XP Embedded操作***。

VMC1000车载终端的主要性能参数如下：

表1 VMC1000主要性能参数

车载终端内设有变量施肥控制软件，车载终端变量施肥控制软件是整个控制***的核心，控制协调各模块有条不紊的运行。根据***需求对对车载终端控制软件进行总体设计。

车载终端变量施肥控制软件的功能需求可概括为：

(1)能够GNSS定位数据的采集、处理、分析；

(2)能够实现与变量施肥控制器5通信，发送控制指令，接收上报消息；

(3)实时计算浅层和深层2路液压马达6转速；

(4)实时计算浅层和深层实际施肥量；

(5)排肥标定以及施肥作业管理。

车载终端控制软件的功能结构包括：设备管理模块设计、施肥处方管理模块设计、化肥施用配置管理模块设计、施肥作业管理模块设计、排肥标定模块设计和化肥信息管理模块设计，其中管理模块设计可以实现GNSS设备管理和CAN总线管理，施肥处方管理模块设计包可以实现施肥处方配置和施肥处方程下载更新，化肥施用配置管理模块设计可以实现按照施肥处方配置施肥和按自定义配置施肥，施肥作业管理模块设计可以实现施肥作业启动与停止和施肥作业信息显示，排肥标定模块设计可以实现排肥标定辅助控制，化肥信息管理模块设计可以实现化肥信息更新。

综上所述，本发明实施例提供的一种定量施肥机，包括基于GNSS导航技术实现小麦种植环节中播种和施肥作业，进而实现种行与肥行的精准拟合与判断，实现种和肥的高效利用。同时设置第一肥箱和第二肥箱，并设置导肥管和导肥板，实现浅层撒施旋耕，深层条施缓控。通过仿真设计的盖板实现浅层均匀带状撒施旋耕，深层采用缓控施肥条状施用。采用液压马达控制排肥轮转速，实现了定量均匀施用，避免了由于地轮打滑造成的排肥量不准的现象。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种定量施肥机，其特征在于：包括施肥机本体、肥箱、施肥导肥单元、施肥量调整单元、测速单元和控制***，所述肥箱设于所述施肥机本体上，所述施肥导肥单元设于所述肥箱的下方，与所述肥箱的出肥口连接；所述施肥量调整单元设于所述肥箱上，用于调整所述施肥量的大小；所述测速单元设于所述施肥机本体上，用于测量所述施肥机本体的行进速度；所述控制***与所述测速单元及所述施肥量调整单元连接，用于根据施肥机本体的行进速度向所述施肥量调整单元发出控制信号；

所述肥箱包括沿施肥机本体的行进方向并排设置的第一肥箱和第二肥箱，所述第一肥箱设于所述第二肥箱的前方；所述施肥导肥单元包括导肥板和导肥管，所述导肥板的数量为多个，多个所述导肥板沿左右方向间隔的设于所述第一肥箱的下方；所述导肥管的数量与所述导肥板的数量为多个，多个所述导肥管沿左右方向间隔的设于所述第二肥箱的下方，所述导肥管的下端低于所述导肥板的下端；所述导肥板的宽度自上而下逐渐增大，所述导肥板内设有分流部件和盖板，所述盖板的数量为两个，两个所述盖板相对的设于所述导肥板的下部，且两个所述盖板之间形成自上而下的导流通道，所述分流部件的数量为三个，三个所述分流部件分成三角形分布在所述导流通道内，所述分流部件的横截面为宽度自上而下逐渐增大的三角形。

2.根据权利要求1所述的定量施肥机，其特征在于：所述施肥量调整单元包括排肥执行机构、变量施肥控制器、光电编码器和转动元件，所述变量施肥控制器与所述控制***连接，用于接收所述控制***发送的目标转速控制指令，并与所述光电编码器测得的所述转动元件的实时转速进行比较，通过转速控制算法输出控制量控制所述转动元件的转速，所述转动元件与所述排肥执行机构连接。

3.根据权利要求2所述的定量施肥机，其特征在于：所述排肥执行机构的数量为两个，两个所述排肥执行机构分别设于所述第一肥箱和第二肥箱的出肥口处；所述转动元件的数量为两个，两个所述转动元件分别与两个所述排肥执行机构连接。

4.根据权利要求3所述的定量施肥机，其特征在于：所述转动元件包括液压马达和电液比例阀，所述电液比例阀与所述液压马达连接，所述液压马达与所述排肥执行机构连接，所述变量施肥控制器通过控制所述电液比例阀的流量来控制所述液压马达的转速。

5.根据权利要求4所述的定量施肥机，其特征在于：所述排肥执行机构包括排肥轴和外槽轮排肥器，所述排肥轴与所述液压马达连接，所述外槽轮排肥器与所述排肥轴连接，所述外槽轮排肥器用于将第一肥箱和第二肥箱内的肥料分别排入到所述导肥板和所述导肥管内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的定量施肥机，其特征在于：还包括定位导航***，用于对施肥机的定位和导航，使播种机按照所述施肥机的施肥路径进行播种，以使种行位于肥行的正上方。

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