CN109511331A - 一种寻种式液态肥定位精施系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于农业机械领域的一种寻种式液态肥定位精施系统；本发明中的控制器安装在驾驶室内，控制器分别通过导线与红外传感器、速度编码器和数模转换器相连；数模转换器通过导线连接在控制器与电磁比例换向阀之间；电磁比例换向阀的进液口和出液口分别通过软管与供肥系统中的组合阀块和喷肥机构中的硬质肥管相连；排种管设置于机架的斜梁后方且与斜梁平行；喷肥机构的硬质肥管卡接在机架斜梁的前方。本发明能精准地将液态肥喷洒到种子周围，使种子发芽初期就获得最佳生长条件所需要的营养，降低生产成本，提高作物产量；喷肥机构能调节喷出液态肥压力，可以得到面积大小不同的缺口椭圆环状液态肥，以适应不同种子的施肥要求。
Description
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种寻种式液态肥定位精施系统。
背景技术
液态肥是一种含有农作物生长营养元素的液体状肥料，与传统颗粒固体肥料相比，液态肥的有效元素可直接被植物根系吸收，具有肥效利用率高、肥效作用快和肥效损失少等优势，是未来农业用肥的趋势。现有的液态施肥机多应用于作物已长出地表的田地，采用相关机构将施肥针周期性插入土壤并注射肥料，从而将液态肥施用到植株根系附近，我国公开号为CN107580846的发明专利公开了一种液态肥扎穴注施机构，采用曲柄摇杆驱动扎穴机构完成液态肥深施，存在穴口大、扎穴机构极限速度低等问题，我国公开号为CN207040213的发明专利公开了一种斜置式扎穴深施肥液态施肥机，通过行星轮系扎穴机构扎入土中能实现液态肥的深施，速度较曲柄摇杆提高，但会出现伤苗现象。目前，对于在播种阶段就进行液态肥深施的机具仍无报道，研究表明，当播种时在每一个种子周围施用一定量的液态肥，能促进种子在出牙和生长初期获得足够的营养成分，苗期生长好的植株更能获得高产、增收的效果。
因此需要一种在播种的同时进行液态肥精施的施肥系统，既能促进作物在生长初期获得充足的营养成分，又能实现液态肥的精施和提高液态肥的利用率。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，包括：监控系统、供肥系统、开沟排种机构和喷肥机构；其中监控系统包括：速度编码器、红外传感器、控制器、数模转换器和电磁比例换向阀，控制器安装在驾驶室内，控制器内设有人机交互界面，在人机交互界上面实时显示播种及施肥状态，且通过人机交互界面设置播种量和施肥量等参数；控制器分别通过导线与红外传感器、速度编码器和数模转换器相连；
数模转换器通过导线连接在控制器与电磁比例换向阀之间，将控制器输出的数字信号转变为电磁比例换向阀可识别的模拟信号，数模转换器输出的模拟电压用于控制电磁比例换向阀的开度，电磁比例换向阀的进液口和出液口分别通过软管与供肥系统中的组合阀块和喷肥机构中的硬质肥管相连；电磁比例换向阀用于实时控制进入喷肥机构的液态肥流量；供肥系统通过肥箱栓接在拖拉机后方的安装架上；
红外传感器安装在排种管的前方，且红外传感器的检测探头安装于排种管的内部，用于探测排种管内是否确实有种子排出；
速度编码器安装在拖拉机轮轴上，保证拖拉机的速度信息能实时传递到控制器。
所述供肥系统包括：肥箱、离心泵、组合阀块和压力表，组合阀块通过螺栓安装在肥箱上方，压力表安装在组合阀块上方，离心泵进液口与设置于肥箱侧面下方的出液口相连，离心泵的出液口通过软管与组合阀块的进液口相连；离心泵通过电线与拖拉机的发电机相连。
所述开沟排种机构包括：排种管、排种器、机架和开沟圆盘；其中机架的主体为竖梁、斜梁和水平设置的横梁，竖梁固接于横梁前端的上方，斜梁固接于横梁前端的下方；机架通过竖梁前方的安装孔与精量播种机整机机架相连，精量播种机通过三点悬挂安装在拖拉机后方；
排种器分别与机架的横梁上方和竖梁后方栓接，排种管的上端与排种器的出种口相连，排种管穿过机架的横梁，且排种管通过螺栓安装在机架横梁上，排种管设置于机架的斜梁后方且与斜梁平行；开沟圆盘通过轴承安装在机架斜梁的下部，并位于机架横梁的下方；机架的斜梁上焊接有用于安装喷肥机构的卡扣，喷肥机构的硬质肥管卡接在机架斜梁的前方。
所述喷肥机构与地表的夹角为60°，喷肥机构的最低端距离地表40-60mm。
所述喷肥机构包括：硬质肥管、阀体、喷肥口、锁紧螺母、调压螺栓、密封圈、阀芯和调压弹簧；其中调压螺栓通过下方螺纹安装于阀体的下端，硬质肥管通过上方螺纹安装于阀体的上端；阀体中部的周向上开有喷肥口；
阀芯滑动连接于阀体的内部，且将阀体内的空间分割为上方的高压区和下方的低压区；阀芯和调压螺栓间设有调压弹簧。
所述喷肥口由对称的两部分缺口组成，每部分缺口所呈的周向角度为130～160°。
所述调压螺栓具有一定初始压缩量，当高压区压力大于调压弹簧的弹力时，阀芯向下移动；转动调压螺栓可调整调压弹簧的初始压缩量，不同的出口压缩量使液态肥从喷肥口喷出时的压力不同，从而改变喷出的缺口椭圆形液态肥的面积大小。
所述调压螺栓上安装有锁紧螺母，且锁紧螺母的一个端面紧贴于阀体的下端面。
所述阀芯的顶端倒有直角；所述硬质肥管的底端倒有与阀芯相匹配的直角，且在肥管倒角面上设有密封圈。
本发明具有以下优点：
(1)喷肥机构能喷出缺口椭圆环状液态肥，精准地将液态肥喷洒到种子周围，使种子发芽初期就获得最佳生长条件所需要的营养，减少液态肥的浪费，降低生产成本，提高作物产量；
(2)排种管上安装了红外传感器，能实时检测排种管内是否有种子下落，确保每个播下的种子周围都有一定量液态肥，而漏播种子时不施液态肥；
(3)采用速度编码器实时测量拖拉机的前进速度，从而得到每次喷肥的精确时间，以防误差过大使种子距离化肥太近，造成损伤；
(4)喷肥机构能调节喷出液态肥压力，可以得到面积大小不同的缺口椭圆环状液态肥，以适应不同种子的施肥要求。
附图说明
图1为本发明一种寻种式液态肥定位精施系统实施例的系统框图；
图2为本发明实施例中供肥斜视图；
图3为本发明实施例中开沟排种机构和喷肥机构的主视图；
图4为本发明实施例中喷肥机构主视图；
图5为图4中A-A剖面的剖视图；
图6为本发明实施例正常作业后地面的效果图。
图中：1-肥箱；2-离心泵；3-组合阀块；4-压力表；5-红外传感器；6-排种管；7-开沟排种机构；8-排种器；9-机架；10-开沟圆盘；11-喷肥机构；12-硬质肥管；13-阀体；14-喷肥口；15-锁紧螺母；16-调压螺栓；17-密封圈；18-阀芯；19-调压弹簧；20-缺口椭圆环状液态肥；21-种子；22-种沟；23-地表。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明；
如图1、2、3所示的一种寻种式液态肥定位精施系统，包括监控系统、供肥系统、开沟排种机构7和喷肥机构11；其中监控系统包括：速度编码器、红外传感器、控制器、数模转换器和电磁比例换向阀，控制器安装在驾驶室内，控制器内设有人机交互界面(触摸屏)，在人机交互界上面实时显示播种及施肥状态，且通过人机交互界面设置播种量和施肥量等参数；控制器分别通过导线与红外传感器5、速度编码器和数模转换器相连；
数模转换器通过导线连接在控制器与电磁比例换向阀之间，将控制器输出的数字信号转变为电磁比例换向阀可识别的模拟信号，数模转换器输出的模拟电压用于控制电磁比例换向阀的开度，电磁比例换向阀的进液口和出液口分别通过软管与供肥系统中的组合阀块3和喷肥机构中的硬质肥管12相连；电磁比例换向阀用于实时控制进入喷肥机构11的液态肥流量；
红外传感器5安装在排种管6的前方，且红外传感器5的检测探头安装于排种管6的内部，用于探测排种管6内是否确实有种子排出；
速度编码器安装在拖拉机轮轴上，保证拖拉机的速度信息能实时传递到控制器；
在本实施例中，所使用的电磁比例换向阀为华德4WRA6E20-10B，所使用的数模转换器为德州仪器DAC8830，所使用的红外传感器5为TCRT5000，所使用的控制器为正点原子STM32F103，所使用的速度编码器为欧姆龙E6B2-CWZ6C，控制器中所使用的程序采用德国KEIL公司的MDK5软件编写；
如图2所示的供肥系统包括：肥箱1、离心泵2、组合阀块3和压力表4，肥箱1通过螺栓安装在拖拉机后方的安装架上，组合阀块3通过螺栓安装在肥箱1上方，压力表4安装在组合阀块3上方，离心泵2进液口与设置于肥箱1侧面下方的出液口相连，离心泵2的出液口通过软管与组合阀块3的进液口相连；组合阀块3的出液口与电磁比例换向阀的进液口相连；
离心泵2通过电线与拖拉机的发电机相连，为离心泵2提供动力；
组合阀块3具有减压及溢流保护作用，调节组合阀块3，可改变供肥系统的输出压力；
如图3所示的开沟排种机构7包括：排种管6、排种器8、机架9和开沟圆盘10；其中机架9的主体为竖梁、斜梁和水平设置的横梁，竖梁固接于横梁前端的上方，斜梁固接于横梁前端的下方；机架9通过竖梁前方的安装孔与精量播种机整机机架相连，精量播种机通过三点悬挂安装在拖拉机后方；
排种器8分别与机架9的横梁上方和竖梁后方栓接，排种管6的上端与排种器8的出种口相连，排种管6穿过机架9的横梁，且排种管6通过螺栓安装在机架9横梁上，排种管6设置于机架9的斜梁后方且与斜梁近似平行，开沟圆盘10通过轴承安装在机架9斜梁的下部，并位于机架9横梁的下方；机架9的斜梁上焊接有用于安装喷肥机构11的卡扣，喷肥机构11卡接在机架9斜梁的前方；
安装后的喷肥机构11和排种管6分别位于斜梁的前方和后方，以保证液态肥先于种子下落；
开沟圆盘10采用双圆盘开沟器，圆盘直径为300mm，夹角为12°，开沟宽度为40mm；
在本实施例中，喷肥机构11与地表23间的夹角为60°，喷肥机构1的最低端与地表23间的距离为40-60mm；
在本实施例中，所使用的排种器8为农哈哈2BYSF勺轮式排种器；
如图4、5所示的喷肥机构11包括：硬质肥管12、阀体13、喷肥口14、锁紧螺母15、调压螺栓16、密封圈17、阀芯18和调压弹簧19；其中阀体13的下端设有用于安装调压螺栓16的下方螺纹，阀体13的上端设有用于安装硬质肥管12的上方螺纹；阀体13、下方螺纹和上方螺纹的轴线共线；阀体13中部的周向上开有喷肥口14；
喷肥口14由对称的两部分缺口组成，每部分缺口所呈的周向角度为130～160°；
与阀体13内部滑动连接的阀芯18将阀体13内的空间分割为上方的高压区和下方的低压区，且阀芯18的顶端倒有直角；
硬质肥管12安装在阀体13的上方螺纹，硬质肥管12的底端倒有与阀芯18相匹配的直角，且在肥管倒角面上设有密封圈17，以保证肥管倒角面与阀芯倒角面间的密封配合；
调压螺栓19安装于下方螺纹内，调压弹簧19设置于阀芯18与调压螺栓16之间，且具有一定初始压缩量，以保证自然状态下阀芯18与硬质肥管12间的密封配合，只有当高压区压力大于调压弹簧19的弹力时，阀芯18才会向下移动；转动调压螺栓16可调整调压弹簧19的初始压缩量，不同的出口压缩量使液态肥从喷肥口14喷出时的压力不同，从而改变喷出的缺口椭圆形液态肥20的面积大小；
锁紧螺母15安装在调压螺栓16上，且锁紧螺母15的一个端面紧贴于阀体13的下端面，锁紧螺母15用于固定调压螺栓16与阀体18间的相对位置；
在本实施例中，喷肥口14由对称的两部分缺口组成，每部分缺口所呈的周向角度为150°；
在本实施例中，阀芯18总高度为4mm，阀芯18顶端的倒角为1mm，阀芯倒角面为45°；
在本实施例中，硬质肥管12底端的倒角为1mm，肥管倒角面为45°；
在本实施例正常工作时，高压区的液态肥将阀芯18向低压区推动，直至阀芯18越过出肥口14，液态肥从出肥口14喷出；
正常工作后的地表如图6所示，开沟圆盘9中的双圆盘先在地表23开出种沟22；随后液态肥由喷肥口14喷出并在地表23上呈缺口椭圆形液态肥20；最后种子21由排种管6排出至缺口椭圆形液态肥20内部。
本发明的工作过程如下：
1)正常作业前，根据不同作物种子的要求，通过触摸屏设置每颗种子排肥量；
2)正常作业中，又分为：
201)监控系统中的速度编码器实时采集拖拉机速度，红外传感器5实时监测排种管6中是否有种子下落，
202)红外传感器5监测到当有种子下落后，根据采集到的拖拉机速度，控制器运算处理得到电磁比例换向阀的通电时刻，并将预先设置的排肥量通过数模转换器后输出到电磁比例换向阀，使电磁比例换向阀的开度符合设置的排肥量，
203)当到达计算的通电时刻时，电磁比例换向阀打开，供肥系统中的高压液态肥经肥管进入喷肥机构11，
204)当达到喷肥机构11所设置的喷肥压力阈值时，喷肥机构11工作，将由软管输入的液态肥喷射到土壤中，液态肥在土壤呈缺口椭圆环状，随后种子21由排种管6正好下落至圆环状液态肥的中央，实现单粒种子的液态肥精施过程；
3)当无种子21下落时，监控系统会做出相应决策，改变操作流程，回到正常做业前状态，使得后续的步骤将不会进行，从而保证只有在有种子落下时才会施肥。
现以玉米种子为例，对本实施例的工作过程和要求做更为准确的描述：
按每亩4000-4500株种植密度计算，玉米株距约为25-33cm。
根据玉米种子施肥的要求，首先设置每株玉米的施肥量为30ml，并调节喷肥机构11的调压螺母，使形成的缺口椭圆环状液态肥的圆环宽度大约为2cm，椭圆环内径距离玉米种子大于2cm，以防止距离玉米种子太近对种子造成损伤。
正常作业前，监控系统中的速度编码器实时采集拖拉机速度，红外传感器5实时监测排种管6中是否有玉米种子下落，当有玉米种子下落时，进入正常作业；
正常作业时，根据采集到的拖拉机速度，控制器运算处理得到电磁比例换向阀的通电时刻，并将预先设置的排肥量通过数模转换器后输出到电磁比例换向阀，使电磁比例换向阀的开度符合设置的排肥量，
当到达计算得通电时刻时，电磁比例换向阀打开，供肥系统中的高压液态肥经肥管进入喷肥机构11，
当达到喷肥机构11所设置的喷肥压力阈值时，喷肥机构11工作，将液态肥喷射到土壤中，液态肥在土壤且呈缺口椭圆环状，种子21在经过一段时间后，正好下落在缺口椭圆环状液态肥的中央，实现单粒玉米种子的液态肥精施过程；
当无种子21下落时，监控系统会改变操作流程，回到正常做业前状态，从而保证只有在有玉米种子落下时才会施肥。
Claims (9)
1.一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，包括：监控系统、供肥系统、开沟排种机构(7)和喷肥机构(11)；其中监控系统包括：速度编码器、红外传感器、控制器、数模转换器和电磁比例换向阀，控制器安装在驾驶室内，控制器内设有人机交互界面，在人机交互界上面实时显示播种及施肥状态，且通过人机交互界面设置播种量和施肥量参数；控制器分别通过导线与红外传感器(5)、速度编码器和数模转换器相连；
数模转换器通过导线连接在控制器与电磁比例换向阀之间，将控制器输出的数字信号转变为电磁比例换向阀可识别的模拟信号，数模转换器输出的模拟电压用于控制电磁比例换向阀的开度，电磁比例换向阀的进液口和出液口分别通过软管与供肥系统中的组合阀块(3)和喷肥机构(11)中的硬质肥管(12)相连；电磁比例换向阀用于实时控制进入喷肥机构(11)的液态肥流量；供肥系统通过肥箱(1)栓接在拖拉机后方的安装架上；
红外传感器(5)安装在排种管(6)的前方，且红外传感器(5)的检测探头安装于排种管(6)的内部，用于探测排种管(6)内是否确实有种子排出；
速度编码器安装在拖拉机轮轴上，保证拖拉机的速度信息能实时传递到控制器。
2.根据权利要求1所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述供肥系统包括：肥箱(1)、离心泵(2)、组合阀块(3)和压力表(4)，组合阀块(3)通过螺栓安装在肥箱(1)上方，压力表(4)安装在组合阀块(3)上方，离心泵(2)进液口与设置于肥箱(1)侧面下方的出液口相连，离心泵(2)的出液口通过软管与组合阀块(3)的进液口相连；离心泵(2)通过电线与拖拉机的发电机相连。
3.根据权利要求1所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述开沟排种机构(7)包括：排种管(6)、排种器(8)、机架(9)和开沟圆盘(10)；其中机架(9)的主体为竖梁、斜梁和水平设置的横梁，竖梁固接于横梁前端的上方，斜梁固接于横梁前端的下方；机架(9)通过竖梁前方的安装孔与精量播种机整机机架相连，精量播种机通过三点悬挂安装在拖拉机后方；
排种器(8)分别与机架(9)的横梁上方和竖梁后方栓接，排种管(6)的上端与排种器(8)的出种口相连，排种管(6)穿过机架(9)的横梁，且排种管(6)通过螺栓安装在机架(9)横梁上，排种管(6)设置于机架(9)的斜梁后方且与斜梁平行；开沟圆盘(10)通过轴承安装在机架(9)斜梁的下部，并位于机架(9)横梁的下方；机架(9)的斜梁上焊接有用于安装喷肥机构(11)的卡扣，喷肥机构(11)的硬质肥管(12)卡接在机架(9)斜梁的前方。
4.根据权利要求1所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述喷肥机构(11)与地表(23)的夹角为60°，喷肥机构(11)的最低端距离地表(23)40-60mm。
5.根据权利要求1、3或4之一所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述喷肥机构(11)包括：硬质肥管(12)、阀体(13)、喷肥口(14)、锁紧螺母(15)、调压螺栓(16)、密封圈(17)、阀芯(18)和调压弹簧(19)；其中调压螺栓(16)通过下方螺纹安装于阀体(13)的下端，硬质肥管(12)通过上方螺纹安装于阀体(13)的上端；阀体(13)中部的周向上开有喷肥口(14)；
阀芯(18)滑动连接于阀体(13)的内部，且将阀体(13)内的空间分割为上方的高压区和下方的低压区；阀芯(18)和调压螺栓(16)间设有调压弹簧(19)。
6.根据权利要求5所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述喷肥口(14)由对称的两部分缺口组成，每部分缺口所呈的周向角度为130～160°。
7.根据权利要求5所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述调压螺栓(19)具有一定初始压缩量，当高压区压力大于调压弹簧(19)的弹力时，阀芯(18)向下移动；转动调压螺栓(16)可调整调压弹簧(19)的初始压缩量，不同的出口压缩量使液态肥从喷肥口(14)喷出时的压力不同，从而改变喷出的缺口椭圆形液态肥(20)的面积大小。
8.根据权利要求5所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述调压螺栓(16)上安装有锁紧螺母(15)，且锁紧螺母(15)的一个端面紧贴于阀体(13)的下端面。
9.根据权利要求5所述的一种寻种式液态肥定位精施系统，其特征在于，所述阀芯(18)的顶端倒有直角；所述硬质肥管(12)的底端倒有与阀芯(18)相匹配的直角，且在肥管倒角面上设有密封圈(17)。
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