CN102480913A - 多变量农用品应用系统、装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统、装备与方法，能够控制所有行的排种量与施肥量，使其作为前进速度的函数。因此，该系统与控制装置通过中央控制器可以控制每个独立的行单元体，由此影响排种量与施肥量，其过程是通过控制多个脉宽调制管实现的。调制管对配备有集成减速器的液压马达进行控制，并且驱动端部传动轴以精确的速度转动，从而提供所需的排种与排肥。各端部传动轴能够以完全不同的速度转动，并且/或者可以停止不动而不影响其它端部传动轴以所需的速度转动。液压马达中的集成的减速器对排种量与排肥量实施了良好的转速控制。

Description

多变量农用品应用系统、装置及方法

发明人

Jared E. Kocer，美国公民，住在Sioux Falls, SD;

Jesse L. Wagers，美国公民，住在Sioux Falls, SD;

Charlie R. Schoenfelder，美国公民，住在Sioux Falls, SD;

Brent Bast，美国公民，住在Sioux Falls, SD.

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年8月28日提交的申请序列号为61/237851的临时申请的优先权，该申请的全部内容以参考的方式引入本文。

技术领域

本发明涉及通过农具上单独的行来控制农用品排放量和/或施放量的系统、装备与方法。

背景技术

传统的农业播种机与喷雾器是从储存容器（例如：分离式漏斗或储存箱）中分配各类农用品，例如种子和/或液体、和/或颗粒状肥料，储存容器通过排种盘进行分配。种子与肥料下落到地下沟形槽中。

特别是一些传统的播种与施肥系统，使用旋转动力带动鼓风机产生真空，通过机械装置（包括齿轮减速器）在转动的带孔圆盘上进行种子分配，因此，带孔圆盘的转速与牵引车或拖拉机的前进速度协调一致。

其它类型的播种机通过链式传动机构进行机械传动，链式机构与驱动轮相连接，驱动轮决定了播种机的前进速度。如果需要改变这种特定方案的实际速度，则需要改变链齿轮的尺寸，而这不是恰当的抉择。

还有一些装备使用控制器控制液压马达，然后依次驱动一单独的横轴旋转。例如，从下文将会深入讨论的图2中可以看出，转动的横轴控制排种与施肥（前进速度的函数），但所有行的排种量与施肥量都相等。

还有一些装备使用控制机构对多行农用装备不同区段的排种量与施肥量分别进行控制，即右边或左边，但没有实施单行控制。因此，使用这种装备可以控制农用装备的每一半，但达不到更好的控制。

单独的行离合器可以用来关闭单行与/或连接变速驱动马达。这类系统使用液压马达驱动，但受到现代拖拉机液压能力的限制，这点将在下文进行深入讨论。

本发明克服了这些不足。

发明内容

本发明提供了一种系统、装备与方法，其控制的排种量、施肥量是前进速度的函数。因此，该系统与控制装置是通过中央控制器对各独立的行单元体进行控制，实施排种与施肥。控制器控制多个脉宽调制管，调制管通过集成的减速器控制液压马达，并且驱动各端部传动轴以精确的速度转动，提供所需的排种量与施肥量。各端部传动轴能够以完全不同的速度转动，并且/或者可以停止不动而不影响其它端部传动轴以所需的速度转动。液压马达中的集成减速器对排种量与排肥量实施了良好的转速控制。

本发明的目的是提供一种系统、装备和方法，自动控制所有行的精密排种和精密施肥。

本发明的另一目的是提供一种系统、装备和方法，监控行单元体的前进速度，自动控制所有行的精密排种和精密施肥。

本发明的另一目的是提供一种系统、装备和方法，利用计算机绘制图谱与/或GPS监控行单元体的位置，自动控制所有行的精密排种和精密施肥。

下面的附图说明与具体实施方式更特别的列出了本发明的实施例及其它实施例。

附图说明

本发明在不同的优选实施例中通过参考以下附图的详细描述达到更好的理解，如下：

图1为传统农业播种机系统的顶视图；

图2为传统农业播种机系统顶视图的局部剖视图；

图3为本发明一实施例的顶视图的局部剖视图；

图4为本发明一实施例的示意图。

具体实施方式

虽然通过附图中实施例的方式来显示以及本文中详细描述了很多细节，但本发明服从各种修改和替代变型。但应理解，本发明优选实施例的描述并不构成对本发明的限制，相反，所有的修改、等同变换以及替代方案都落入本发明的本质与保护范围内。

图1举例说明了一种传统播种机的实例。这种已有的播种机包括播种装置10，该装置依靠牵引车（prime mover）20驱动，通常为拖拉机。播种装置10通常包括机架（toolbar）30，其上安装有多个行单元体（row unit）40。行单元体能组合成两个区段50，一般包括右边与左边，或者是行单元体40的两半。种子可能储存在一个或多个种箱60里面，如果需要施肥，则肥料可存放在肥料箱70内。种箱60与肥料箱70通过输出管（supply line）与每个行单元体连接。

图2举例说明了图1中已有的播种装置10的剖视图，其中每个行单元体40安装在机架30上。图中显示了单个液压马达80通过控制共用的传动轴90对所有的行单元体40进行驱动。与之对应的是，所有的行单元体40将在该单个液压马达80与共用的传动轴90的作用下产生同样的转动速度。因此，所有的行单元体40将以同样的速度进行排种和/或施肥；排种量与施肥量没有行间补偿或变化。

现在参照图3，其显示了本发明的一实施例顶视图的局部剖视图。各行单元体40安装在机架30上，其依次与图1所示的牵引车20相连接。然而，与已有的图1和图2所示播种机不同的是本发明中的每个行单元体40通过各自的组合式驱动系统（modular drive system）进行驱动，驱动系统包括具有集成有减速器（rpm reducer）的液压马达100。该集成减速器具有非常重要的作用，使每个行单元体上利用液压马达100的方式与之前所见不同。多种因素表明必须降低液压马达100的转速。首先是当前液压马达在目前的播种机上需要驱动至少6行或者一个区段，但由于过大的转矩额定值（rating）与转速范围对于只能驱动少于一个区段中的行数来说太高了。另一个原因是液压马达没有应用到每个行单元体上（这一点在本发明中得以实现），因而使用多于一定数量（例如多于2-4个）的远程液压马达的系统需要专用的大液压流量，而这远远超过传统牵引车或拖拉机所能提供的流量。目前播种机的驱动马达技术需要4-10 gpm（加仑/分钟）的马达。由真空式鼓风机、行标汽缸、升缸/降缸等组成的流量需求会导致超出大部分现代拖拉机的负荷。例如，当前高端拖拉机流量能力可以高达78gpm，能够提供给高达6个远程液压阀使用。然而大部分现代拖拉机所具备的流量明显较低，约为40-50gpm的液压流量，一般适用于具有4-5个远程液压阀的播种机。使用者没有意识到一些当前应用于驱动播种机的液压马达需要超过4gpm的流量需求。

与之形成鲜明对比，本发明中液压马达100允许使用的集成减速器只需要少于1gpm的液压流量，液压马达100依次与各个行单元体40相连接，提供相当好的控制精确度。优选地，本发明中每个液压马达100提供大约0.5-1gpm的液压流量。因此，本发明中的液压马达100提供的液压流量远远小于当前用于控制播种机的那些马达。

因此，每个独立的液压马达100与中央控制器110传动地连接，并受中央控制器110控制，并且还包括转动的端部传动轴（stub drive shaft）110，其与液压马达100的输出部传动地连接。最终，端部传动轴110的转速决定了排种量与/或液态肥的施肥量与/或颗粒状肥料的排肥频率，由于每个独立的行单元体40进行单独控制，因此行单元体40可以在任何时间实施不同的排种量与/或施肥量。

图4是本发明中系统与装备的一个实施例的示意图。所示的控制装置与控制系统通过现有技术中已知的全球导航卫星系统（GPS）天线120接收播种装置10的纬度和经度坐标。该信息连同实时动态定位技术（RTK）的车辆校正信号同时通过已知的无线数据通讯传递给田间计算机140。田间计算机140接收校正的GPS信息、通过已知的地面速度传感器145获得的地面速度、用户系统设置以及田间计算机化的图谱，达到控制排种量与液态肥施肥量的目的，地面速度使用，而用户系统设置以及计算机化的图谱也是已知技术。田间计算机产生控制信号150，传递给中央控制器110，然后该中央控制器110分发必要的命令给每个行单元体控制装置160。

行单元体控制装置160最终控制特定的行单元体40的排种量、液态肥施肥量或颗粒状肥料的排肥频率。因而行单元体控制装置160包括液压马达控制阀，特别合适的是脉宽调制阀180，与控制器110以及配有集成的减速器100的液压马达100连接。控制器110发送转速命令给脉宽调制阀180，然后调节与控制阀的流量，最终控制液压马达100的转速。速度传感器170与液压马达40连接，把液压马达40的转速传递给控制器110。如果使用多种类型的种子，控制器110也可以连接已知的种子选择器190。另外，种管监测器195与控制器110连接。

独立的行单元体控制装置160还包括液体控制阀200，控制阀200与肥料箱70以及流量表210连接，液体控制阀200、流量表210与控制器110连接，获取增加或减少流量的命令。

据此，本发明可以用来增加、减少或者停止行单元体的排种量与/或颗粒状肥料的排肥频率与/或液态肥的施肥量。这点非常重要，可用来防止重复播种和施肥，还可以根据田间情况调节独立的行单元体的排种量和施肥量。例如，预编的计算机化图谱与/或RTK校正GPS坐标显示田间某些区域不需要播种，当本发明的行单元体经过该区域时，启动功能，关闭相应的行单元体。同样地，如果农用装备的行走路径有一个或多个行单元体位于已经播种与施肥的田间区域，本发明启动功能，关闭对应的行单元体40。此外，如果农用装备在弯道上作业，则弯道内径上的行单元体的地面速度比外径上的行单元体慢一些，而位于中间的行单元体越靠近外径，则其地面速度越大。本发明启动功能，分别降低或提高每个行单元体的排种量与/或施肥量，对弯道进行调节。而且熟练的操作人员容易接受，GPS与预编的计算机化图谱的联合应用能够实现农用品的播种与/或施肥的专用化。本发明通过描述的行单元体的单独控制实现专用化。

独立的行单元体40可能包括已知的排种与/或施肥单元：播种部件、施肥部件、喷雾部件与/或化学药品使用部件。因此，所述的农用品在一行中的目的预期位置能通过播种、施肥、喷雾与/或化学药品使用部件中的一种最终达到。

本发明不应该被认为受限于上述的特定案例，而应该理解为覆盖本发明的所有方面。各种修改、等效处理以及本发明可能应用到的众多的结构对于本领域的技术人员而言是容易做到的——通过阅读本发明的说明书。

Claims (21)

1.一种变动率控制系统，用于排放或施放至少一种农用品，包括：

一牵引车，以所需的已知行进速度在田间行驶；

一农用装备，与牵引车连接，并包括牵引架和安装在牵引架上的机架；

多个行单元体，其安装在机架上，各行单元体适用于至少一种农用品，以单独并受控的量排种与/或施肥；

至少一个农用品储存箱，储存至少一种供排种或施肥的农用品，与多个行单元体传动地连接；其中所述的至少一种农用品选自以下农用品组成的组：至少一种用于排放的农业种子、至少一种用于排放的颗粒状肥料、至少一种用于施放的液态肥；

一中央控制器，连接所述多个行单元体中的每个行单元体；

多个行单元体控制装置，安装在机架上，并与中央控制器连接，每个行单元体控制装置还与一个行单元体连接，并且对行单元体的操作进行单独控制；行单元体控制装置包括：

一脉宽调制阀，与中央控制器连接并受其控制；

一液压马达，集成的减速器提供少于1gpm的液压流量，与脉宽调制阀连接，其转速受脉宽调制阀控制；

一速度传感器，与中央控制器连接，把液压马达的转速发送给中央控制器；

一可转动的端部传动轴，与液压马达连接；和

一农用品排种部件，与该端部传动轴连接，其包括：一与至少一种农用品储存箱连接的导种管、一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器、一被中央控制器控制的液态农用品控制阀、一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制器的液态农用品流量计量器，据此可转动端部传动轴的受控转速对至少一种农用品的排种频率或施放频率进行控制。

2.根据权利要求1所述的系统，特征在于所述行单元体控制装置受GPS控制。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括计算机化的预编图谱，为中央控制器提供位置信息，根据位置与前进速度对独立的行单元体实施专用化单独控制。

4.根据权利要求2所述的系统，还包括根据GPS坐标对行单元体控制装置单独控制。

5.根据权利要求3所述的系统，还包括根据GPS坐标对行单元体控制装置单独控制。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

7.根据权利要求4所述的系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

8.一种装置，用于控制来自农业器械中的种子和液态农用品的分配量和分配类型，该农业器械与牵引车连接，该装置具有一牵引架和一安装在牵引架上的机架，包括：

多个安装在机架上的行单元体，所述各行单元体适用于以独立且受控的量排放和/或施放至少一种农用品；

至少一个农用品储存箱，其与多个行单元体连接，用于存放至少一种用于排放或施放的农用品，其中所述的至少一种农用品选自以下农用品组成的组：至少一种用于排放的农业种子、至少一种用于排放的颗粒状肥料、以及至少一种用于排放的液态肥；

一中央控制器，与每个行单元体连接；

多个行单元体控制装置安装在机架上，并与中央控制器连接，所述各行单元体控制装置还与所述多个行单元体中的一个连接，并且对行单元体的操作进行独立控制，所述各行单元体控制装置包括：

一脉宽调制阀，与中央控制器连接并受其控制，

一液压马达，具有集成的减速器，提供少于1 gpm的液压流量，与脉宽调制阀连接，其转速受脉宽调制阀控制

一速度传感器，与中央控制器连接，把液压马达的转速发送给中央控制器

一可转动的端部传动轴，与液压马达连接；和

一与所述端部传动轴连接的农用品计量（metering）组件，其包括：一与至少一个农用品储存箱连接的导种管，一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器，一由中央控制器控制的液态农用品控制阀，和一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制器的液态农用品流量表，据此所述可转动端部传动轴的受控转速对排种频率或至少一种农用品的施放频率进行控制。

9.根据权利要求8所述的系统，特征在于所述行单元体控制装置受GPS控制。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括计算机化的预编的图谱，为中央控制器提供位置信息，根据位置与前进速度对独立的行单元体实施专用化单独控制。

11.根据权利要求9所述的系统，还包括根据GPS坐标对行单元体控制装置的单独控制。

12.根据权利要求10所述的系统，还包括根据GPS坐标对行单元体控制装置的单独控制。

13.根据权利要求8所述之系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

14.根据权利要求10所述之系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

15.一种方法，用于控制来自农业器械中的种子和液态农用品的分配量和分配类型，该农业器械与牵引车连接，该装置具有一牵引架和一安装在牵引架上的机架，包括：

提供安装在机架上的多个行单元体；

使所述多个行单元体中的各行单元体适应以独立且受控量排放或施放至少一种农用品；

提供至少一个农用品储存箱；

提供至少一种用以排放与/或施放的农用品，其中所述的至少一种农用品选自以下农用品组成的组：至少一种用于排放的农业种子、至少一种用于排放的颗粒状肥料、以及至少一种用于施放的液态肥；

储存所述的用于排放或施放的至少一个农用品至所述的至少一个储存箱里，其中所述至少一种农用品包括至少一种用于排放的农业种子和至少一种用于施放的液体

将所述的至少一农用品储存箱与所述多个行单元体连接；

提供一中央控制器，与所述各行单元体连接；

提供安装在所述机架上的多个行单元体控制装置，，并与中央控制器连接，各行单元体控制装置与一个行单元体连接，并且对行单元体的操作进行单独控制，所述各行单元体控制装置包括：

一脉宽调制阀，与中央控制器连接并受其控制；

一液压马达，具有集成的减速器，提供少于1gpm的液压流量，与脉宽调制阀连接，其转速受脉宽调制阀控制，

一速度传感器，与中央控制器连接，把液压马达的转速发送给中央控制器；

一与液压马达连接的可转动的端部传动轴；和

一与所述端部传动轴连接的农用品计量组件，其包括：一与所述至少一个农用品储存箱连接的导种管，一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器，一由中央控制器控制的液态农用品控制阀，和一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制器的液态农用品流量表，据此所述可转动端部传动轴的受控转速对排种频率或至少一种农用品的施放频率进行控制。

16.根据权利要求15所述的系统，特征在于行单元体控制装置受GPS控制。

17.根据权利要求16所述的系统，还包括计算机化的预编的图谱，为中央控制器提供位置信息，根据位置与前进速度对独立的行单元体实施专用化单独控制。

18.根据权利要求16所述的系统，还包括根据GPS坐标对所述行单元体控制装置的单独控制。

19.根据权利要求17所述的系统，还包括根据GPS坐标对所述行单元体控制装置的单独控制。

20.根据权利要求15所述的系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

21.根据权利要求17所述的系统，还包括具有集成的减速器的液压马达，提供大约0.5-1gpm的液压流量。

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