CN105027779B - 一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置，该装置包括施肥机械肥料装载车轮轴、传动机构、第一转速检测齿轮、第一转速传感器、离合机构、变速机构、变速电机、变速控制器、第二转速检测齿轮、第二转速传感器、链轮组、设置在肥料箱中的破散机构以及设置在肥料箱的肥料出口处的排肥机构。本发明还提供一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法。本发明适用于有机肥的快速自动深施作业，控制精准、施肥均匀、操作方便。

Description

一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动施肥控制技术领域，具体是一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置及其控制方法。

背景技术

农业生产中，施用有机肥对于改良土质、提高农产品品质具有非常重要的意义，特别是施用经过发酵的人畜粪便类有机肥对于保护环境、节约成本更具有特别重大的意义。另一方面，在农业生产越来越向规模化方向发展且劳动力逐渐短缺与人工成本增加的背景下，对农机的需求量越来越大。多年生木本作物种植常常以施用有机肥为主，特别是人畜粪便发酵的有机肥，它要求肥料施于作物根系发达的地表下一定深度。

目前的施肥机械适用于固态颗粒状肥料的施用，且施肥量的调节需要人工调节，不能自动控制；经过发酵的人畜粪便类有机肥由于含有一定的水分以及纤维类物质，肥料容易结块、粘黏堵塞排肥机构，因此目前的施肥机械不适用于有机肥的施肥作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置及其控制方法，使得排肥量自动控制精准、施肥均匀，且能够实现变量施肥。

本发明的技术方案为：

一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置，该装置包括施肥机械肥料装载车轮轴、传动机构、第一转速检测齿轮、第一转速传感器、离合机构、变速机构、变速电机、变速控制器、第二转速检测齿轮、第二转速传感器、链轮组、设置在肥料箱中的破散机构以及设置在肥料箱的肥料出口处的排肥机构；

所述传动机构的动力输入轴与施肥机械肥料装载车轮轴连接，所述第一转速检测齿轮和离合机构均设置在传动机构的动力输出轴上，所述变速机构设置在离合机构的动力输出轴上，所述第二转速检测齿轮、链轮组和排肥机构均设置在变速机构的动力输出轴上，所述破散机构设置在链轮组的动力输出轴上；

所述第一转速传感器设置在第一转速检测齿轮的一侧，所述第二转速传感器设置在第二转速检测齿轮的一侧，所述第一转速传感器和第二转速传感器的输出端与变速控制器的输入端连接，所述变速控制器的输出端与变速电机的输入端连接，所述变速电机与变速机构连接；所述变速控制器的输出端与离合机构的离合控制输入端连接。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，该装置还包括设置在所述排肥机构下方的清除机构，所述清除机构与排肥机构啮合。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，所述传动机构包括设置在其动力输入轴上的主动链轮、设置在其动力输出轴上的从动链轮以及连接所述主动链轮和从动链轮的传动链条，所述传动机构的动力输入轴与施肥机械肥料装载车轮轴同轴，所述传动机构的动力输出轴与离合机构的动力输入轴同轴，所述离合机构的动力输出轴与变速机构的动力输入轴同轴，所述变速机构的动力输出轴与排肥机构的转轴同轴。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，所述变速机构包括变速调节螺杆以及套设在所述变速调节螺杆上的转动臂，所述变速调节螺杆与变速电机的转轴相连。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，所述第一转速传感器设置在第一转速检测齿轮的径向外侧，所述第二转速传感器设置在第二转速检测齿轮的径向外侧。

所述的一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

（1）变速控制器根据施肥机械肥料装载车轮胎的参数、传动机构的传动比和第一转速检测齿轮的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数；

（2）变速控制器根据施肥机械的施肥作业宽度、排肥机构每转一周的排肥量、预设的单位面积施肥量和第二转速检测齿轮的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数；

（3）变速控制器根据计算出的施肥机械行驶单位距离第一转速传感器和第二转速传感器产生的理论脉冲数，得出其理论比值；

（4）施肥机械作业时，变速控制器实时采集相同时间内第一转速传感器和第二转速传感器产生的实际脉冲数，并得出其实际比值；

（5）将实际比值与理论比值进行比较，根据两者差值是正还是负，控制变速电机作相应运动，直到实际比值与理论比值的差值为零。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，所述步骤（1）中，变速控制器采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数：

P₁=T_d×N₁/C

其中，P₁表示施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数，单位：/m，T_d表示传动机构的传动比，N₁表示第一转速检测齿轮的齿数， C表示施肥机械肥料装载车轮胎转动一周行驶的距离，单位：m。

所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，所述步骤（2）中，变速控制器采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数：

P₂=Q×W×N₂/(666.67q)

其中，P₂表示施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数，单位：/m，Q表示预设的单位面积施肥量，单位：Kg/亩或L/亩，W表示施肥机械的施肥作业宽度，单位：m，N₂表示第二转速检测齿轮的齿数， q表示排肥机构每转一周的排肥量，单位：Kg或L。

由上述技术方案可知，本发明适用于有机肥的快速自动深施作业，通过变速控制器、变速电机、变速机构、破散机构、排肥机构和清除机构的设置，使得排肥量自动控制精准、施肥均匀、操作方便，且实现了变量施肥。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的传动机构示意图；

图3是本发明的离合机构及其连接关系示意图；

图4是本发明的变速机构及其连接关系示意图；

图5是本发明的变速控制器操作面板结构示意图；

图6是本发明的装置信号传输关系示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1～图4所示，一种用于有机肥深施作业的自动施肥控制装置，包括施肥机械肥料装载车轮轴1、传动机构2、第一转速检测齿轮3、第一转速传感器4、离合机构5、变速机构6、变速电机7、变速控制器8、第二转速检测齿轮9、第二转速传感器10、链轮组11、破散机构12、排肥机构13和清除机构14。

传动机构2包括主动链轮21、传动链条22、从动链轮23和从动轴24，主动链轮21以肥料装载车轮轴1为轴，从动链轮23以从动轴24为轴，传动链条22连接主动链轮21与从动链轮23。

从动轴24作为传动机构2的动力输出轴同时也是离合机构5的动力输入轴51，离合机构5的动力输出轴53同时也是变速机构6的动力输入轴61，变速机构6的动力输出轴64同时也是排肥机构13的转轴，排肥机构13与清除机构14啮合。

变速机构6还包括变速调节螺杆63、固定臂62和转动臂65，变速调节螺杆63穿过固定臂62和转动臂65上的螺纹孔，通过螺纹啮合。变速调节螺杆63的一端与变速电机7的转轴相连，当变速调节螺杆63在变速电机7的带动下转动时，带动转动臂65一起转动，从而改变变速机构6的变速比。破散机构12通过链轮组11与变速机构6的动力输出轴64连接。

第一转速检测齿轮3设置在传动机构2的输出端并与从动轴24同轴，第二转速检测齿轮9设置在变速机构6的输出端并与变速机构6的动力输出轴64同轴。第一转速传感器4设置在第一转速检测齿轮3的径向外侧适当位置，第二转速传感器10设置在第二转速检测齿轮9的径向外侧适当位置。

如图5、图6所示，变速控制器8包括主控模块81以及设置在操作面板80上的功能键82和液晶显示屏83，其中，功能键82包括电源开关键821、参数设置键822、数字0～9和小数点键823、光标移动和确认键824、施肥启动键825和施肥停止键826。功能键82、第一转速传感器4和第二转速传感器10的输出端均与主控模块81的输入端连接，主控模块81的输出端分别与离合线圈52、变速电机7和液晶显示屏83的输入端连接。

本发明装置的工作原理：

施肥机械进行施肥作业时，肥料装载车轮轴1随着车轮0的转动而同步转动，从而带动传动机构2的主动链轮21同步转动，并通过链条22带动从动链轮23以及从动轴24作相应的转动；同时，从动轴24的转动也使得设置在其上的第一转速检测齿轮3作同步转动。第一转速检测齿轮3转动时将在第一转速传感器4中产生脉冲信号，该脉冲信号将被变速控制器8的主控模块81采集并处理。

当按下施肥启动键825后，变速控制器8的主控模块81输出电压信号施加到离合机构5的离合线圈52上，使得离合机构5的动力输入轴51与动力输出轴53结合，以便于变速机构6的动力输入轴61与传动机构2的从动轴24作同步转动。这时，变速机构6的动力输出轴64也作相应的转动，其转速与变速机构6的变速比有关，该变速比的改变由变速控制器8通过变速电机7控制变速调节螺杆63实现。在机械结构确定的情况下，变速机构6的变速比只依赖于预设的单位面积施肥量。

变速机构6的动力输出轴64转动带动链轮组11以及与链轮组11相连的破散机构12转动，破散机构的转动使得有机肥松散，以便依靠重力能够使肥料源源不断地掉入肥料箱的肥料出口。变速机构6的动力输出轴64转动的同时还带动排肥机构13作同步转动以便将肥料从肥料箱的肥料出口排出。排肥机构13排出的肥料首先依靠重力从排肥机构13的凹槽中自动脱落，其次，排肥机构13的转动又带动与其啮合的清除机构14转动，依靠清除机构14的叶片进一步将排肥机构3中没有自动脱落而是粘黏在凹槽上的肥料清除下来，既能防止排肥机构13堵塞，又能使排肥量准确。破散机构12设置在肥料箱中，排肥机构13设置在肥料箱的肥料出口处，清除机构14设置在排肥机构13的下方。

变速机构6的动力输出轴64转动的同时也带动与其同轴的第二转速检测齿轮9作同步转动。第二转速检测齿轮9转动进而在第二转速传感器10中产生脉冲信号，该脉冲信号也被变速控制器8的主控模块81采集并处理。变速控制器8同时采集第一转速传感器4和第二转速传感器10产生的脉冲信号，并比较在同一时间段内二者的脉冲数，以便决定是否控制变速电机7作相应的运动，使得排肥机构13的转速满足预设的排肥速度的需要。

一种用于有机肥深施作业的自动施肥控制装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、变速控制器8根据施肥机械肥料装载车轮胎0的参数、传动机构2的传动比和第一转速检测齿轮3的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器4产生的理论脉冲数；

变速控制器8采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器4产生的理论脉冲数：

P₁=T_d×N₁/C………………（1）

（1）式中，P₁表示施肥机械行驶单位距离第一转速传感器4产生的理论脉冲数，单位：/m，T_d表示传动机构2的传动比，定义为施肥机械肥料装载车轮胎0转动一周第一转速检测齿轮3转动的圈数，N₁表示第一转速检测齿轮3的齿数，也就是第一转速检测齿轮3转动一周所产生的脉冲数，C表示施肥机械肥料装载车轮胎0转动一周行驶的距离，单位：m；

S2、变速控制器8根据施肥机械的施肥作业宽度、排肥机构13每转一周的排肥量和预设的单位面积施肥量，计算出施肥机械行驶单位距离排肥机构13的转动圈数，进一步由排肥机构13的转动圈数和第二转速检测齿轮9的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器10产生的理论脉冲数；

变速控制器8采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器10产生的理论脉冲数：

P₂=Q×W×N₂/(666.67q) ………………（2）

（2）式中，P₂表示施肥机械行驶单位距离第二转速传感器10产生的理论脉冲数，单位：/m，Q表示预设的单位面积施肥量，单位：Kg/亩或L/亩，W表示施肥机械的施肥作业宽度，单位：m，N₂表示第二转速检测齿轮9的齿数，也就是第二转速检测齿轮9转动一周所产生的脉冲数，q表示排肥机构13每转动一周排出的肥料量，单位：Kg或L。

S3、变速控制器8根据计算出的施肥机械行驶单位距离第一转速传感器4产生的理论脉冲数和第二转速传感器10产生的理论脉冲数，得出它们的理论目标比值；

S4、施肥机械作业时，变速控制器8实时采集相同时间内第一转速传感器4产生的实际脉冲数和第二转速传感器10产生的实际脉冲数并得出它们的实际比值，并与理论目标比值进行比较，根据两者差值是正还是负，去控制变速电机7作相应的运动，直到实际比值与理论目标比值的差值为零。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置，其特征在于：该装置包括施肥机械肥料装载车轮轴、传动机构、第一转速检测齿轮、第一转速传感器、离合机构、变速机构、变速电机、变速控制器、第二转速检测齿轮、第二转速传感器、链轮组、设置在肥料箱中的破散机构以及设置在肥料箱的肥料出口处的排肥机构；

所述传动机构的动力输入轴与施肥机械肥料装载车轮轴连接，所述第一转速检测齿轮和离合机构均设置在传动机构的动力输出轴上，所述变速机构设置在离合机构的动力输出轴上，所述第二转速检测齿轮、链轮组和排肥机构均设置在变速机构的动力输出轴上，所述破散机构设置在链轮组的动力输出轴上；

所述第一转速传感器设置在第一转速检测齿轮的一侧，所述第二转速传感器设置在第二转速检测齿轮的一侧，所述第一转速传感器和第二转速传感器的输出端与变速控制器的输入端连接，所述变速控制器的输出端与变速电机的输入端连接，所述变速电机与变速机构连接；所述变速控制器的输出端与离合机构的离合控制输入端连接。

2.根据权利要求1所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，其特征在于：该装置还包括设置在所述排肥机构下方的清除机构，所述清除机构与排肥机构啮合。

3.根据权利要求1所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，其特征在于：所述传动机构包括设置在其动力输入轴上的主动链轮、设置在其动力输出轴上的从动链轮以及连接所述主动链轮和从动链轮的传动链条，所述传动机构的动力输入轴与施肥机械肥料装载车轮轴同轴，所述传动机构的动力输出轴与离合机构的动力输入轴同轴，所述离合机构的动力输出轴与变速机构的动力输入轴同轴，所述变速机构的动力输出轴与排肥机构的转轴同轴。

4.根据权利要求1所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，其特征在于：所述变速机构包括变速调节螺杆以及套设在所述变速调节螺杆上的转动臂，所述变速调节螺杆与变速电机的转轴相连。

5.根据权利要求1所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置，其特征在于：所述第一转速传感器设置在第一转速检测齿轮的径向外侧，所述第二转速传感器设置在第二转速检测齿轮的径向外侧。

6.根据权利要求1所述的一种用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）变速控制器根据施肥机械肥料装载车轮胎的参数、传动机构的传动比和第一转速检测齿轮的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数；

（2）变速控制器根据施肥机械的施肥作业宽度、排肥机构每转一周的排肥量、预设的单位面积施肥量和第二转速检测齿轮的齿数，计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数；

（3）变速控制器根据计算出的施肥机械行驶单位距离第一转速传感器和第二转速传感器产生的理论脉冲数，得出其理论比值；

（4）施肥机械作业时，变速控制器实时采集相同时间内第一转速传感器和第二转速传感器产生的实际脉冲数，并得出其实际比值；

（5）将实际比值与理论比值进行比较，根据两者差值是正还是负，控制变速电机作相应运动，直到实际比值与理论比值的差值为零。

7.根据权利要求6所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中，变速控制器采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数：

P₁=T_d×N₁/C

其中，P₁表示施肥机械行驶单位距离第一转速传感器产生的理论脉冲数，单位：/m，T_d表示传动机构的传动比，N₁表示第一转速检测齿轮的齿数， C表示施肥机械肥料装载车轮胎转动一周行驶的距离，单位：m。

8.根据权利要求6所述的用于有机肥深施作业的自动施肥装置的控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，变速控制器采用以下公式计算出施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数：

P₂=Q×W×N₂/(666.67q)

其中，P₂表示施肥机械行驶单位距离第二转速传感器产生的理论脉冲数，单位：/m，Q表示预设的单位面积施肥量，单位：Kg/亩或L/亩，W表示施肥机械的施肥作业宽度，单位：m，N₂表示第二转速检测齿轮的齿数， q表示排肥机构每转一周的排肥量，单位：Kg或L。