CN109997485B - 一种智能果树施肥机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种智能果树施肥机，包括行走单元、肥水混合单元和执行单元；本申请采用肥水混合装置，能完成液体肥料与水的混合输出，根据不同果树对于肥料浓度的不同要求，可调整肥料浓度做到精确施肥；本申请采用升降式液压板安装施肥枪的形式，能够方便快速地完成施肥枪入土施肥作业，省时省力，作业效率高；本发明采用增程式油电混合动力行走平台，既能保证供能充足、满足长时间施肥作业的需要，又较大限度地节省能源消耗和降低污染排放；本发明能有效完成豌豆机械化割晒作业，并能做到精细化控制行走、肥水混合、肥料注射等作业，填补了我国果树施肥智能化、机械化作业的空白。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备领域，更具体地，涉及一种智能果树施肥机。
背景技术
肥料利用率低是目前化肥施用普遍存在的问题，而果树的化肥当季利用率更低，仅为10％～15％。目前果园生产中主要采用环状沟、条状沟、放射状沟及地面撒施等方法进行施肥，这些施肥方法都存在一定缺点：地面撒施后遇水溶解进入土壤的肥料，经上层土壤过滤后，渗透到下层土壤(根系集中分布区)的已经很少，不能充分挥肥效，同时还可能会诱导果树根系上浮，降低果树抗旱能力；氮肥撒施后吸收率降低1/3～1/4；撒施后遇大雨或大水漫灌，营养元素会随水流失，造成浪费和环境污染。沟施或穴施会损伤大量根系，而且肥料集中施入沟、穴中，无灌溉条件或降雨时肥料很难被溶解吸收。另外，刨穴或挖沟施肥劳动强度大，费工费时，在密植和交接严重的果园中操作时，还容易碰断果树枝、叶和碰落果实，造成对果树的损害。因此针对果树发育规律和养分需求特点，改进传统的施肥方法，提出适宜的养分管理方式，提高肥料利用率，改善果实品质及提高产量是国内外一直关注的问题。
目前一种简单易行的灌溉施肥方法——施肥枪施肥。施肥枪向土壤注射施肥相比较传统方法不仅省工省时，而且操作简单，能够使旱塬土壤中肥料不能溶解现象得到有效改善。施肥枪土壤注射施肥能够通过将肥液高压注入土壤中，使其扩散直径可达30cm以上的范围的方法来提高肥料的利用效率。另外，由于土壤注射施肥是通过将配备好的液肥直接注入果树根部，这样不仅可以使化肥的挥发问题得到有效改善，而且可以避免挖沟和开沟对果树根部所产生的损伤。同时，施肥枪土壤注射施肥对有地膜覆盖的果园产生的损害最小。现阶段，果园施肥枪注射施肥主要靠人工完成，从肥料的调配到施肥作业整个过程，工作量大，费时费力，每次施肥深度和施肥量都无法精确保证。此外，随着从事农业劳动人员的减少和劳动成本的提高，人工施肥枪施肥明显降低了果树的经济效益。为了降低生产成本，提高土壤施肥效率和果树生产效益，实现果园注射施肥机械、智能化成为急需解决的问题，对果园施肥机械化和智能化的研究具有十分重要的意义。本次申请的智能果树施肥机能够有效完成水肥的精确配比混合，经过增压泵输出将水肥输送到两侧施肥枪中，控制施肥枪深入土壤将水肥注入到果树周围，做到智能化精确施肥，完全代替人工施肥。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够有效提高果树施肥作业效率、可以完成水肥混合、施肥枪施肥，作业效果好，有效避免对毛细根的损伤，改善果树对于化肥吸收情况，不会因施肥而影响果树正常生长。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种智能果树施肥机，包括行走单元、肥水混合单元、执行单元；其中：
所述行走单元，包括控制器1、管道支撑架2、小车支撑架5、从动轮31、主动轮36、轮毂电机16、柴油机23、发电盘35、电源6、推杆电机17、挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24、后挡板22、梯形结构37、悬架38、底盘39、加强肋板40；
所述管道支撑架2固定在小车支撑架5前端，所述控制器1与管道支撑架2前端连接，所述挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24分别焊接在小车支撑架5左右两侧，后挡板22焊接在小车支撑架5后侧，与挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24的后端连接,所述小车支撑架5固定于底盘39上；
所述柴油机23固定在小车支撑架5后部，所述发电盘35与柴油机23连接，所述电源6与发电盘35连接，所述电源6固定在管道支撑架2下，柴油机23工作带动发电盘35发电，进而给电源6充电；所述电源6分别连接轮毂电机16和推杆电机17，所述轮毂电机16用于驱动智能果树施肥机行走，所述推杆电机17的推杆伸缩用于实现智能果树施肥机的转向，从而保证整个行走过程顺利平稳；轮毂电机16与主动轮36连接，轮毂电机16用于驱动主动轮36运动，所述主动轮36中部的轴与梯形结构37连接，所述推杆电机17的伸缩推杆与梯形结构37连接，推杆电机17通过伸缩推杆，使梯形结构37发生偏移，从而实现主动轮36转向；
悬架38通过钢板弹簧安装在主动轮36之间，主动轮36与底盘39相连接，缓和由不平路面传给车架的冲击力，减少振动，保证智能果树施肥机在作业行走过程中能平顺行驶；
所述从动轮31通过加强肋板40与底盘39连接，保证底盘39和小车支撑架5的承重安全性。
所述肥水混合单元，包括注肥管8、进水管11、高压水肥管Ⅰ12、混合管3、进肥管道28、流量调节阀9、水泵4、电机Ⅰ7、出水肥管10、肥料桶13、储水桶14、增压泵30、电机Ⅱ29、高压水肥管Ⅱ33、水肥回路管道44和低压水肥贮存箱45；
储水桶14与进水管11连接，肥料桶13与进肥管道28连接，流量调节阀9设置在进肥管道28上；进水管11和进肥管道28分别与混合管3连接，混合管3与低压水肥贮存箱45连接，所述低压水肥贮存箱45与水泵4的一端连接，水泵4的另一端通过注肥管8与出水肥管10连接，所述电源6分别连接电机Ⅰ7和电机Ⅱ29，电机Ⅰ7与水泵4连接，出水肥管10与增压泵30一端连接，高压水肥管Ⅱ33与增压泵30另一端连接，电机Ⅱ29与增压泵30固定连接在小车支撑架5上；高压水肥管Ⅰ12与高压水肥管Ⅱ33连接；
所述执行单元，包括液压管道26、两个液压缸27、液压泵32、滑动轨道34、升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25、公共管道15、注肥枪管道19、若干注肥枪18、电磁阀41、限压管道42、限压阀43；
高压水肥管Ⅰ12与高压水肥管Ⅱ33分别与两侧的公共管道15连接，注肥枪管道19前端与公共管道15连接，注肥枪管道19后端通过电磁阀41与注肥枪18连接，所述公共管道15还与限压管道42连接，所述限压管道42通过限压阀43与水肥回路管道44连接，所述水肥回路管道44与低压水肥贮存箱45连接。
液压泵32通过液压管道26分别与两个液压缸27连接；所述挡板Ⅰ21和挡板Ⅱ24的两侧分别设有滑动轨道34，所述升降板Ⅰ20和升降板Ⅱ25分别通过滑动轨道34与挡板Ⅰ21和挡板Ⅱ24连接，所述两个液压缸27下端分别与挡板Ⅰ21和挡板Ⅱ24焊接，所述两个液压缸27的伸缩杆分别与升降板Ⅰ20和升降板Ⅱ25连接；
两侧的公共管道15分别安装在升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上部，所述升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25侧面设有卡槽，注肥枪18插入到升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上的卡槽处，通过螺栓将注肥枪18紧固，防止注肥枪18在作业过程中发生上下窜动。
所述控制器1与轮毂电机16、推杆电机17、电机Ⅰ7、电机Ⅱ29及液压泵32的电机连接，由控制器1来控制各电机的工作。
在上述方案的基础上，所述管道支撑架2通过螺栓固定在小车支撑架5前端。
在上述方案的基础上，所述柴油机23通过螺栓固定在小车支撑架5后部。
在上述方案的基础上，所述管道支撑架2上设有卡环，所述电机Ⅰ7和水泵4与进水管11、出水肥管10固定在管道支撑架2上的卡环处。
在上述方案的基础上，所述升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上部设有卡槽，公共管道15通过升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上的卡槽固定。
在上述方案的基础上，所述若干注肥枪18在升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上的水平距离不等。从上往下看，若干注肥枪18呈圆弧形分布，以便在施肥作业时水肥能注射到果树周围，保证果树周围土壤施肥均匀，果树根系吸收水肥充分。
本发明的有益效果在于：
省肥：可节约化肥使用量，减少化肥浪费对土壤及果树的危害；
省力：不用弯腰，不用刨土就可以直接将化肥注射到根系下方，不仅减少了化肥的挥发和随水流失，而且有效避免了毛细根的损伤，不仅化肥利用率高，而且不会因施肥而影响果树正常生长；
省时：使用该智能果树施肥机能一次性完成多次注射施肥，相比人工施肥枪一次作业只能注肥一次，能够显著提高施肥作业效率；
施肥配方易于调整，能够根据果实生长状况，按照施肥配方自动来混合浓度合适的水肥，并且施肥量也便于自动调整，一旦确定好施肥量后，每次注射水肥量一致；
能够精确控制施肥深度，一旦在控制器上调整好每次注射施肥深度后，每次施肥深度保持一致。根系本身就具有向肥性，在每次把水肥施到根系下方和外方后，可促进根系下扎和向外生长，有效地克服了根系匍匐生长的弊端；
增产，使注肥枪可以等量、等深、等距离施肥，水溶肥集中而且位置适当，果树吸收养分均匀充分，利于果树增产；
本发明采用混合动力平台，柴油机23提供动力，发电机定子与柴油机缸体固连在一起，柴油机23曲轴带动发电机转子转动使发电机发电。发电机发出的电流通过转化装置输送到电源6中为电源充电，为行走单元中的两个轮毂电机16和一个推杆电机17由电源6提供电量；
信号接收器接收遥控发出的信号并转化后发给控制器，轮毂电机16、推杆电机17及液压泵的电机、电机Ⅰ7、电机Ⅱ29由控制器1来控制。
注肥枪18施肥，利用增压泵30将混合水肥加压输送到公共管道15中，由电磁阀41控制高压水肥流出，对施肥量进行精确控制；
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的轴侧立体结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的行走单元结构示意图。
附图标记
1控制器 2管道支撑架
3混合管 4水泵
5小车支撑架 6电源
7电机Ⅰ 8注肥管
9流量调节阀 10出水肥管
11进水管 12高压水肥管Ⅰ
13肥料桶 14储水桶
15公共管道 16轮毂电机
17推杆电机 18注肥枪
19注肥枪管道 20升降板Ⅰ
21挡板Ⅰ 22后挡板
23柴油机 24挡板Ⅱ
25升降板Ⅱ 26液压管道
27液压缸 28进肥管道
29电机Ⅱ 30增压泵
31从动轮 32液压泵
33高压水肥管Ⅱ 34滑动轨道
35发电盘 36主动轮
37梯形结构 38悬架
39底盘 40加强肋板
41电磁阀 42限压管道
43限压阀 44水肥回路管道
45低压水肥贮存箱
具体实施方式
以下结合附图1～3对本发明作进一步详细说明。
本发明主要针对果树根系施肥设计的，以智能化的方式代替人工果树施肥，精准高效完成对果树施肥作业，提高土壤施肥效率和果树的经济效益。
一种智能果树施肥机，包括行走单元、肥水混合单元、执行单元。
行走单元，包括控制器1、管道支撑架2、小车支撑架5、从动轮31、主动轮36、轮毂电机16、柴油机23、发电盘35、电源6、推杆电机17、挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24、后挡板22、梯形结构37、悬架38、底盘39、加强肋板40；
所述管道支撑架2固定在小车支撑架5前端，所述控制器1与管道支撑架2前端连接，所述挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24分别焊接在小车支撑架5左右两侧，后挡板22焊接在小车支撑架5后侧，与挡板Ⅰ21、挡板Ⅱ24的后端连接,所述小车支撑架5固定于底盘39上；
所述柴油机23固定在小车支撑架5后部，所述发电盘35与柴油机23连接，所述电源6与发电盘35连接，所述电源6固定在管道支撑架2下，柴油机23工作带动发电盘35发电，进而给电源6充电；所述电源6分别连接轮毂电机16和推杆电机17，轮毂电机16驱动主动轮36运动，推杆电机17通过伸缩推杆，使梯形结构37发生偏移，从而实现主动轮36转向；所述主动轮36中部的轴与梯形结构37连接，所述推杆电机17的伸缩推杆与梯形结构37连接，推杆电机17通过伸缩推杆，使梯形结构37发生偏移，从而实现主动轮36转向；
悬架38采用钢板弹簧安装在主动轮36之间，主动轮36与底盘39相连接，缓和由不平路面传给车架的冲击力，减少振动，保证小车在作业行走过程中能平顺行驶；
从动轮31与底盘39间安装了加强肋板40，保证底盘39和小车支撑架5的承重安全性。
所述肥水混合单元，包括注肥管8、进水管11、混合管3、进肥管道28、流量调节阀9、水泵4、电机Ⅰ7、出水肥管10、肥料桶13、储水桶14、增压泵30、电机Ⅱ29、高压水肥管Ⅰ12、高压水肥管Ⅱ33、水肥回路管道44和低压水肥贮存箱45；
肥料和清洁水在水泵4的作用下分别从肥料桶13和储水桶14通过进肥管道28和进水管11在混合管3混合，通过控制器1调节流量调节阀9开度，从而精确控制水肥浓度。混合后的水肥先进入到低压水肥贮存箱45，再经过水泵4输出到增压泵30低压输入口，经过增压泵30增压从高压输出口输出；
高压水肥经过高压水肥管Ⅰ12与高压水肥管Ⅱ33进入两侧的公共管道15，注肥枪管道19前端与公共管道15连接，电磁阀41打开，高压水肥通过进入注肥枪18中。注肥枪18插入土壤中，将高压水肥释放到土壤中；公共管道15的高压水肥经过限压管道42和限压阀43到水肥回路管道44，最后经过限压重新回流到低压水肥贮存箱45中，形成一个闭合回路；
利用增压泵30将低压水肥贮存箱45中的低压水肥加压输送到公共管道15中，控制器1控制高压水肥流出。为保证公共管道15内液压恒定，通过限压阀43作用，将高压水肥限压后通过水肥回路管道44输送到低压水肥贮存箱中45，做到对施肥量的精确控制；
所述执行单元，包括液压管道26、两个液压缸27、液压泵32、滑动轨道34、升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25、公共管道15、注肥枪管道19、若干注肥枪18、电磁阀41、限压管道42、限压阀43；
高压水肥管Ⅰ12与高压水肥管Ⅱ33分别与两侧的公共管道15连接，注肥枪管道19前端与公共管道15连接，注肥枪管道19后端通过电磁阀41与注肥枪18连接，所述公共管道15还与限压管道42连接，所述限压管道42通过限压阀43与水肥回路管道44连接，所述水肥回路管道44与低压水肥贮存箱45连接。
液压泵32与液压管道26连接，液压管道26与液压缸27连接。液压缸27下端分别于挡板Ⅰ21和挡板Ⅱ24焊接，升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25分别与挡板Ⅰ21和挡板Ⅱ24连接。当液压泵32在控制器1指令下开启，液压缸27上的液压杆伸缩，带动升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25连接上下移动。注肥枪18由于固定在升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上，随着升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25升降，注肥枪18插入土壤，在土壤中施肥。控制器1控制泄压阀开启，液压缸27内液压降低，液压杆回缩，升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上升，将注肥枪18脱出土壤。
所述控制器1与轮毂电机16、推杆电机17、电机Ⅰ7、电机Ⅱ29及液压泵32的电机连接，由控制器1来控制各电机的工作。
在上述方案的基础上，所述管道支撑架2通过螺栓固定在小车支撑架5前端。
在上述方案的基础上，所述柴油机23通过螺栓固定在小车支撑架5后部。
在上述方案的基础上，所述管道支撑架2上设有卡环，所述电机Ⅰ7和水泵4与进水管11、出水肥管10固定在管道支撑架2上的卡环处。
在上述方案的基础上，所述升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上部设有卡槽，公共管道15通过升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上的卡槽固定。
在上述方案的基础上，所述若干注肥枪18在升降板Ⅰ20、升降板Ⅱ25上的水平距离不等。从上往下看，若干注肥枪18呈圆弧形分布，以便在施肥作业时水肥能注射到果树周围，保证果树周围土壤施肥均匀，果树根系吸收水肥充分。
综上，该智能果树施肥机能够完全代替人工，智能化完成水肥配比混合、果树施肥作业，极大地提高作业效率，节省人力物力成本以及对果树增产，提高果园经济效益具有显著作用。同时对于果园施肥智能化、机械化作业发展具有十分重要的意义。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种智能果树施肥机，其特征在于，包括行走单元、肥水混合单元、执行单元；其中：
所述行走单元，包括控制器(1)、管道支撑架(2)、小车支撑架(5)、从动轮(31)、主动轮(36)、轮毂电机(16)、柴油机(23)、发电盘(35)、电源(6)、推杆电机(17)、挡板Ⅰ(21)、挡板Ⅱ(24)、后挡板(22)、梯形结构(37)、悬架(38)、底盘(39)、加强肋板(40)；
所述管道支撑架(2)固定在小车支撑架(5)前端，所述控制器(1)与管道支撑架(2)前端连接，所述挡板Ⅰ(21)、挡板Ⅱ(24)分别焊接在小车支撑架(5)左右两侧，后挡板(22)焊接在小车支撑架(5)后侧，与挡板Ⅰ(21)、挡板Ⅱ(24)的后端连接,所述小车支撑架(5)固定于底盘(39)上；
所述柴油机(23)固定在小车支撑架(5)后部，所述发电盘(35)与柴油机(23)连接，所述电源(6)与发电盘(35)连接，所述电源(6)固定在管道支撑架(2)下，柴油机(23)工作带动发电盘(35)发电，进而给电源(6)充电；所述电源(6)分别连接轮毂电机(16)和推杆电机(17)，所述轮毂电机(16)驱动智能果树施肥机行走，所述推杆电机(17)的推杆伸缩用于实现智能果树施肥机的转向，保证整个行走过程顺利平稳；轮毂电机(16)与主动轮(36)连接，轮毂电机(16)用于驱动主动轮(36)运动，所述主动轮(36)中部的轴与梯形结构(37)连接，所述推杆电机(17)的伸缩推杆与梯形结构(37)连接，推杆电机(17)通过伸缩推杆，使梯形结构(37)发生偏移，实现主动轮(36)转向；
悬架(38)通过钢板弹簧安装在主动轮(36)之间，主动轮(36)与底盘(39)相连接；
所述从动轮(31)通过加强肋板(40)与底盘(39)连接，保证底盘(39)和小车支撑架(5)的承重安全性；
所述肥水混合单元，包括注肥管(8)、进水管(11)、高压水肥管Ⅰ(12)、混合管(3)、进肥管道(28)、流量调节阀(9)、水泵(4)、电机Ⅰ(7)、出水肥管(10)、肥料桶(13)、储水桶(14)、增压泵(30)、电机Ⅱ(29)、高压水肥管Ⅱ(33)、水肥回路管道(44)和低压水肥贮存箱(45)；
储水桶(14)与进水管(11)连接，肥料桶(13)与进肥管道(28)连接，流量调节阀(9)设置在进肥管道(28)上；进水管(11)和进肥管道(28)分别与混合管(3)连接，混合管(3)与低压水肥贮存箱(45)连接，所述低压水肥贮存箱(45)与水泵(4)的一端连接，水泵(4)的另一端通过注肥管(8)与出水肥管(10)连接，所述电源(6)分别连接电机Ⅰ(7)和电机Ⅱ(29)，电机Ⅰ(7)与水泵(4)连接，出水肥管(10)与增压泵(30)一端连接，高压水肥管Ⅱ(33)与增压泵(30)另一端连接，电机Ⅱ(29)与增压泵(30)固定连接在小车支撑架(5)上；高压水肥管Ⅰ(12)与高压水肥管Ⅱ(33)连接；
所述执行单元，包括液压管道(26)、两个液压缸(27)、液压泵(32)、滑动轨道(34)、升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)、公共管道(15)、注肥枪管道(19)、若干注肥枪(18)、电磁阀(41)、限压管道(42)、限压阀(43)；
高压水肥管Ⅰ(12)与高压水肥管Ⅱ(33)分别与两侧的公共管道(15)连接，注肥枪管道(19)前端与公共管道(15)连接，注肥枪管道(19)后端通过电磁阀(41)与注肥枪(18)连接，所述公共管道(15)还与限压管道(42)连接，所述限压管道(42)通过限压阀(43)与水肥回路管道(44)连接，所述水肥回路管道(44)与低压水肥贮存箱(45)连接；
液压泵(32)通过液压管道(26)分别与两个液压缸(27)连接；所述挡板Ⅰ(21)和挡板Ⅱ(24)的两侧分别设有滑动轨道(34)，所述升降板Ⅰ(20)和升降板Ⅱ(25)分别通过滑动轨道(34)与挡板Ⅰ(21)和挡板Ⅱ(24)连接，所述两个液压缸(27)下端分别与挡板Ⅰ(21)和挡板Ⅱ(24)焊接，所述两个液压缸(27)的伸缩杆分别与升降板Ⅰ(20)和升降板Ⅱ(25)连接；
两侧的公共管道(15)分别安装在升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)上部，所述升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)侧面设有卡槽，注肥枪(18)插入到升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)上的卡槽处，通过螺栓将注肥枪(18)紧固，防止注肥枪(18)在作业过程中发生上下窜动；
所述控制器(1)与轮毂电机(16)、推杆电机(17)、电机Ⅰ(7)、电机Ⅱ(29)及液压泵(32)的电机连接，由控制器(1)来控制各电机的工作。
2.如权利要求1所述的智能果树施肥机，其特征在于，所述管道支撑架(2)通过螺栓固定在小车支撑架(5)前端。
3.如权利要求1所述的智能果树施肥机，其特征在于，所述柴油机(23)通过螺栓固定在小车支撑架(5)后部。
4.如权利要求1所述的智能果树施肥机，其特征在于，所述管道支撑架(2)上设有卡环，所述电机Ⅰ(7)和水泵(4)与进水管(11)、出水肥管(10)固定在管道支撑架(2)上的卡环处。
5.如权利要求1所述的智能果树施肥机，其特征在于，所述升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)上部设有卡槽，公共管道(15)通过升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)上的卡槽固定。
6.如权利要求1所述的智能果树施肥机，其特征在于，所述若干注肥枪(18)在升降板Ⅰ(20)、升降板Ⅱ(25)上的水平距离不等；从上往下看，若干注肥枪(18)呈圆弧形分布。
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