CN111165103A - 一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 - Google Patents
一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111165103A CN111165103A CN202010081844.9A CN202010081844A CN111165103A CN 111165103 A CN111165103 A CN 111165103A CN 202010081844 A CN202010081844 A CN 202010081844A CN 111165103 A CN111165103 A CN 111165103A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lifting
- motor
- fixed
- soil
- fertilizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000003971 tillage Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 73
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 37
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 31
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 26
- 239000002881 soil fertilizer Substances 0.000 claims description 15
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000009335 monocropping Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 45
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 1
- 239000002420 orchard Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
- A01B49/00—Combined machines
- A01B49/04—Combinations of soil-working tools with non-soil-working tools, e.g. planting tools
- A01B49/06—Combinations of soil-working tools with non-soil-working tools, e.g. planting tools for sowing or fertilising
- A01B49/065—Combinations of soil-working tools with non-soil-working tools, e.g. planting tools for sowing or fertilising the soil-working tools being actively driven
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
- A01C5/00—Making or covering furrows or holes for sowing, planting or manuring
- A01C5/04—Machines for making or covering holes for sowing or planting
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G23/00—Forestry
- A01G23/02—Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
- A01G23/04—Transplanting trees; Devices for grasping the root ball, e.g. stump forceps; Wrappings or packages for transporting trees
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Soil Working Implements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，包括栽植作业装置、检测装置、栽植作业控制系统和液压传动装置。所述的栽植作业装置通过三点悬挂方式挂接在拖拉机尾部，实现果树栽植过程中旋耕、起垄、挖坑、排肥、混肥、回填、覆土和镇压的自动化作业；所述的检测装置检测栽植作业装置位置信息和外界指令并向控制器反馈信息；所述的栽植作业控制系统接收传感器信息并通过继电器控制电磁阀状态实现对栽植作业装置的自动及智能控制；所述的液压传动装置将拖拉机液压系统的液压能传递到各液压执行元件。本发明实现果树栽植的自动化作业，菌肥和土壤掺混均匀度高，解决土壤连作障碍，节省大量人力物力，提高果树成活率。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，涉及一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，实现了果树栽植过程中旋耕、起垄、挖坑、排肥、混肥、回填、覆土和镇压的自动化及智能化作业。
技术背景
果树起垄栽培可以减轻雨季积水对根系的涝害，并增加根系透气性，使根系生活在肥沃的活土层中，提高果树产量和品质。同时，为了解决土壤连作障碍，果树种植前，树穴土须施入菌肥并与其掺混均匀，从而改善土壤质量，抑制土传病害发生。目前，果树种植过程中的挖坑、混肥、回填等过程主要由人工完成，效率较低，劳动强度高，掺混质量不能得到保证，并且旋耕起垄未能与果树栽植形成联合作业，果园栽植联合作业的机械化、自动化、智能化重要性日益突显。
经对现有技术文献检索发现，中国发明专利“一种挖坑装置”，申请号201710415386.6，该机器以挖坑作业为主，不具备旋耕、起垄、排肥、混肥、回填、覆土和镇压作业功能，功能单一，进给运动单一，效率较低；中国发明专利“一种原位挖坑混肥回填一体机及其工作方法”，申请号201710178197.1，该机器虽然实现了挖坑、混肥、回填等多个作业功能，但需要人工移动，多次启动发动机，需要人工手动操作各升降装置，自动化、智能化水平不足。
因此针对土壤连作障碍、果树根系的透气性差、土肥掺混质量低导致的果树成活率低、栽植作业模式单一、自动化程度低等问题，迫切需要发明一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，以节省果树栽植过程中的大量劳动力，提高土肥掺混质量，解决土壤连作障碍，实现果树栽植的联合作业，自动化和智能化作业。
发明内容
针对现有果树栽植机器栽植作业模式单一，自动化程度低，钻头进给运动单一等问题，发明了一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，以实现自动化旋耕、起垄、挖坑、排肥、混肥、回填、覆土和镇压等联合作业，智能调节挖坑进给运动，提高土肥掺混质量，解决土壤连作障碍，实现果树栽植的自动化和智能化联合作业。
本发明一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法所采用的技术方案：包括栽植作业装置、检测装置、栽植作业控制系统和液压传动装置。所述的栽植作业装置通过三点悬挂方式挂接在拖拉机尾部，实现果树栽植过程中旋耕、起垄、挖坑、排肥、混肥、回填、覆土和镇压的自动化作业；所述的检测装置检测栽植作业装置位置信息和外界指令并向控制器反馈信息；所述的栽植作业控制系统接收传感器信息并通过继电器控制电磁阀状态实现对栽植作业装置的自动及智能控制；所述的液压传动装置将拖拉机液压系统的液压能传递到各液压执行元件；
所述的栽植作业装置，包括挖坑混肥螺旋钻头、连接轴、轴套座、限位轴承、镇压轮、覆土机构、内外套筒、链传动机构、丝杠螺母机构、挡板、导流管道、滑轨机构、排肥机构、垂直升降机架、平行升降机架、悬挂机架、压轮、旋耕装置、四边形升降机构；所述的挖坑混肥螺旋钻头顶端通过连接轴与挖坑马达连接，实现挖坑和混肥的联合作业；所述的连接轴顶端通过键与挖坑马达连接，底端与挖坑混肥螺旋钻头通过螺栓连接；所述的轴套座与垂直升降机架通过螺栓连接，固定限位轴承和挖坑马达；所述的限位轴承固定在轴套座和连接轴之间，可以承受轴向力和径向力，对连接轴起轴向限位作用；所述的镇压轮为两个，对称焊接在覆土挡板上，与地面滚动接触，实现对回填土肥的压实作业；所述的覆土机构为两个，对称焊接在悬挂机架上，对回填的土肥起到收拢的作用；所述的内外套筒同心嵌套，分别与垂直升降机架和平行升降机架固定，将挖坑混肥螺旋钻头抛出的土壤收集在筒内；所述的链传动机构将提升马达的转矩通过链传动传递至两个丝杠，使螺母带动挡板实现自动提升；所述的丝杠螺母机构为两个，螺母与挡板分别固定，当丝杠转动时使挡板自动提升；所述的挡板放置在导流管道与内外筒的连接处，可以沿内外筒臂上下移动，实现对筒内土肥的储存和排放；所述的导流管道焊接在内外筒上，使土壤沿内部管道排放至坑穴中；所述的滑轨机构对称固定在平行升降机架上，使垂直升降机架沿滑轨竖直上下移动；所述的排肥机构固定在垂直升降机架上，在对外槽轮排肥电机的控制下实现肥料的可控排放；所述的垂直升降机架固定在滑轨机构上，在升降油缸的带动下沿滑轨上下移动；所述的平行升降机架固定在四边形升降机构的固定连杆2上，带动挖坑、排肥、混肥、回填作业的主要部件平行移动，实现原位栽植作业；所述的悬挂机架通过三点悬挂方式挂接在拖拉机尾部，用于整个栽植作业平台的固定；所述的压轮固定在悬挂机架上，将旋耕的土壤进行压实起垄；所述的旋耕装置固定在悬挂机架上，拖拉机输出轴通过锥齿轮传动带动旋耕装置的刀轴旋转完成旋耕作业；所述的四边形升降机构利用了对边平行的特性，使垂直固定于悬挂机架的固定连杆1与固定于平行升降机架的固定连杆2始终平行，保证钻头始终垂直地面工作，提高栽植质量，同时水平位移为导流管道于初始状态和作业状态的水平距离，导流管道中心树苗放置处在回填作业时恰好对准坑穴中心，运动位移的大小仅与平行连杆长度及运动角度相关，其关系式如下：
L1＝b[cosα-cos(α+β)]
H1＝b[sin(α+β)-sinα]
上式中，L1为水平位移，单位为mm；H1为竖直位移，单位为mm；b为平行连杆长度，单位为mm；α为平行连杆与水平线的最小夹角，单位为度；β为运动角度，单位为度。
所述的检测装置，包括接近开关组、按键组、压力传感器、温度传感器、槽型光电开关；所述的接近开关组包括挡板接近开关、前限位接近开关、后限位接近开关、上行程接近开关、中行程接近开关、下行程接近开关；所述的挡板接近开关固定在平行升降机架前端中央处，位于挡板的正上方，当提升挡板触发接近开关时提升马达停止转动；所述的前限位接近开关固定在四边形升降机构的固定连杆1处，当栽植平台由初始位置移动到作业位置时，平行升降机架底部触发接近开关使液压同步油缸停止伸长；所述的后限位接近开关布置在悬挂机架上，检测栽植平台初始状态；所述的上行程接近开关、中行程接近开关、下行程接近开关皆固定在平行升降机架上，检测钻头行程及位置信息；所述的按键组包括复位、一键作业、挖坑马达启停、提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等八个按键，复位按键使单片机控制器进行初始化模式，一键作业进行全自动控制模式，其他按键可以实现对各个电磁阀的单独控制，在急需停止自动作业的情况下，可以按下复位按键，然后通过提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等按键使各部件运行到初始位置；所述的压力传感器用于采集系统压力，可以实时监控液压系统的工作压力，液压系统压力过高时，易造成内泄漏，油液温度升高；所述的温度传感器采集油液温度，油温过高会使油液的粘性下降；所述的槽型光电开关用于转速的测量，其检测频率可以达到1KHZ，将带有30个孔的槽型圆盘安装在连接轴上，当挖坑马达转动时，单片机定时器中断功能用于计时t，外部中断用于计数z，外部中断优先级更高，便可得到每分钟转速：
上式中，d为转速，单位为r/min。
所述的栽植作业控制系统，包括控制器、PWM调速器、多路继电器、OLED显示屏；所述的控制器包括但不限于单片机、PLC，接受检测装置信号并控制外设；所述的PWM调速器根据单片机输入的PWM的占空比调节排肥电机的转速，实现对排肥量的精准控制；所述的多路继电器包含8个，接口负载为直流30V/10A，分别控制提升马达正转电磁阀、提升马达反转电磁阀、挖坑马达电磁阀、起垄马达电磁阀、垂直升电磁阀、垂直降电磁阀、同步升电磁阀、同步降电磁阀的通电状态，其中，垂直降继电器控制挖坑进给运动，通过PID控制算法将系统压力预设值与采集值比对后，单片机发送PWM控制信号控制继电器通断时间比例，实现对升降油缸的数字控制，从而智能调节挖坑进给速度；所述的OLED显示屏通过与单片机进行IIC通信，对压力、温度、转速等信息进行显示。
所述的液压传动装置，包括多路电磁阀、液压同步油缸、升降油缸、挖坑马达、提升马达、起垄马达；所述的多路电磁阀为8个，控制马达启停、正反转以及油缸的伸缩；所述的液压同步油缸为两个，供油油路采用并联油路，实现四边形升降机构的同步运动；所述的升降油缸头部与垂直升降机架固定，尾部固定在平行升降机架上，使升降机架沿滑轨竖直上下移动；所述的挖坑马达与轴套座固定，为挖坑混肥螺旋钻头提供旋转动能；所述的提升马达固定在平行升降机架上，通过链传动机构将动能传递给丝杠螺母机构；所述的起垄马达固定在悬挂机架上，起垄马达通过链条将动力传递给压轮。
本发明一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，包括如下工作步骤：
1)拖拉机前进时，拖拉机输出轴转动，起垄马达转动，土地得到旋耕和起垄，到达作业地点拖拉机停止前进，输出轴和起垄马达停止转动，拖拉机液压悬挂系统下降使覆土机构和镇压轮与垄面接触。
2)液压同步油缸伸长使四边形升降机构带动内外套筒沿弧线下降，当前限位接近开关触发后，油缸停止伸长，内外套筒底部锯齿插入土壤中，PWM调速器控制排肥机构进行定时定量精准排肥。
3)排肥完毕后，升降油缸收缩使挖坑混肥螺旋钻头连续竖直向下运动，当垂直升降机架触发中行程接近开关时，挖坑混肥螺旋钻头底部钻尖恰好插入土壤中，挖坑马达开启，升降油缸动作由连续运动改为由PID控制下的根据系统压力反馈的间断性运动。
4)垂直升降机架触发下行程接近开关，到达既定挖坑深度，升降油缸停止运动，挖坑马达持续运动进行土肥的掺混作业。
5)掺混时间到达后，挖坑马达停止转动，升降油缸连续伸长，当上行程接近开关触发后停止伸长，液压同步油缸收缩，后限位接近开关触发后停止收缩，悬挂平台回到初始状态，导流管道恰好对准坑穴。
6)提升马达旋转带动挡板上升，工作人员将树苗放置在导流管道中心树苗放置处，触发挡板接近开关时停止提升，挖坑马达旋转将内外套筒中的土肥抛出筒内经导流管道回填至坑穴中，提升马达反转使挡板复位。
7)拖拉机前进至下一作业地点，前进同时，覆土机构将表层土肥进行收拢，镇压轮将土肥进行压实，拖拉机输出轴和起垄马达再次转动进行旋耕起垄作业。
本发明的有益效果：
1、设计了一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，实现了果树垄上栽植以及栽植过程中旋耕、起垄、挖坑、排肥、混肥、回填、覆土和镇压等作业的一体化、自动化、智能化作业，提高了果树成功率，使作业效率大幅提高。
2、利用丝杠螺母机构实现了回填作业中挡板的自动提升，解决了传统作业中需要人工提升的作业方式。
3、采用PID控制算法智能调控挖坑进给运动，减小刀具挖掘阻力和液压油路压力，提高作业钻头的使用寿命，对拖拉机液压系统具有保护作用。
附图说明
图1为一种智能化果树起垄栽植联合作业机的旋耕、起垄、覆土和镇压示意图；
图2为一种智能化果树起垄栽植联合作业机的挖坑、混肥主视图；
图3为一种智能化果树起垄栽植联合作业机的初始状态轴测图；
图4为挖坑混肥螺旋钻头顶部连接剖面图；
图5为一种智能化果树起垄栽植联合作业机的控制系统硬件结构原理图；
图中：1、滑轨机构 2、挖坑混肥螺旋钻头 3、四边形升降机构 4、起垄马达 5、压轮6、悬挂机架 7、旋耕装置 8、后限位接近开关 9、液压同步油缸 10、升降油缸 11、下行程接近开关 12、平行升降机架 13、中行程接近开关 14、上行程接近开关 15、排肥机构 16、挖坑马达 17、垂直升降机架 18、内外套筒 19、链传动机构 20、挡板接近开关 21、丝杠螺母机构 22、挡板 23、导流管道 24、覆土机构 25、镇压轮 26、前限位接近开关 27、提升马达28、连接轴 29、轴套座 30、限位轴承
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。本发明提供了一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，如图1、2、3、4所示，所述的栽植作业装置，包括挖坑混肥螺旋钻头(2)、连接轴(28)、轴套座(29)、限位轴承(30)、镇压轮(25)、覆土机构(24)、内外套筒(18)、链传动机构(19)、丝杠螺母机构(21)、挡板(22)、导流管道(23)、滑轨机构(1)、排肥机构(15)、垂直升降机架(17)、平行升降机架(12)、悬挂机架(10)、压轮(5)、旋耕装置(7)、四边形升降机构(3)；所述的挖坑混肥螺旋钻头(2)顶端通过连接轴(28)与挖坑马达(16)连接，实现挖坑和混肥的联合作业；所述的连接轴(28)顶端通过键与挖坑马达(16)连接，底端与挖坑混肥螺旋钻头(2)通过螺栓连接；所述的轴套座(29)与垂直升降机架(17)通过螺栓连接，固定限位轴承(30)和挖坑马达(16)；所述的限位轴承(30)固定在轴套座(29)和连接轴(28)之间，可以承受轴向力和径向力，对连接轴(28)起轴向限位作用；所述的镇压轮(25)为两个，对称焊接在覆土机构(24)上，与地面滚动接触，实现对回填土肥的压实作业；所述的覆土机构(24)为两个，对称焊接在悬挂机架(10)上，对回填的土肥起到收拢的作用；所述的内外套筒(18)同心嵌套，分别与垂直升降机架(17)和平行升降机架(12)固定，将挖坑混肥螺旋钻头(2)抛出的土壤收集在筒内；所述的链传动机构(19)将提升马达(27)的转矩通过链传动传递至两个丝杠，使螺母带动挡板(22)实现自动提升；所述的丝杠螺母机构(21)为两个，螺母与挡板分别固定，当丝杠转动时使挡板(22)自动提升；所述的挡板(22)放置在导流管道(23)与内外套筒(18)的连接处，可以沿筒臂上下移动，实现对筒内土肥的储存和排放；所述的导流管道(23)焊接在内外套筒(18)上，使土壤沿内部管道排放至坑穴中；所述的滑轨机构(1)对称固定在平行升降机架(12)上，使垂直升降机架(17)沿滑轨竖直上下移动；所述的排肥机构(15)固定在垂直升降机架(17)上，在对外槽轮排肥电机的控制下实现肥料的可控排放；所述的垂直升降机架(17)固定在滑轨机构(1)上，在升降油缸(4)的带动下沿滑轨上下移动；所述的平行升降机架(12)固定在四边形升降机构(3)的固定连杆2上，带动挖坑、排肥、混肥、回填作业的主要部件平行移动，实现原位栽植作业；所述的悬挂机架(10)通过三点悬挂方式挂接在拖拉机尾部，用于整个栽植作业平台的固定；所述的压轮(5)固定在悬挂机架(10)上，将旋耕的土壤进行压实起垄；所述的旋耕装置(7)固定在悬挂机架(10)上，拖拉机输出轴通过锥齿轮传动带动旋耕装置的刀轴旋转完成旋耕作业；所述的四边形升降机构(3)利用了对边平行的特性，使垂直固定于悬挂机架(10)的固定连杆1与固定于平行升降机架(12)的固定连杆2始终平行，保证钻头始终垂直地面工作，提高栽植质量，同时水平位移为导流管道(23)于初始状态和作业状态的水平距离，导流管道中心树苗放置处在回填作业时恰好对准坑穴中心，运动位移的大小仅与平行连杆长度及运动角度相关，其关系式如下：
L1＝b[cosα-cos(α+β)]
H1＝b[sin(α+β)-sinα]
上式中，L1为水平位移，单位为mm；H1为竖直位移，单位为mm；b为平行连杆长度，单位为mm；α为平行连杆与水平线的最小夹角，单位为度；β为运动角度，单位为度。
如图1、2、3、5所示，所述的检测装置，包括接近开关组、按键组、压力传感器、温度传感器、槽型光电开关；所述的接近开关组包括挡板接近开关(20)、前限位接近开关(26)、后限位接近开关(6)、上行程接近开关(14)、中行程接近开关(13)、下行程接近开关(11)；所述的挡板接近开关(20)固定在平行升降机架(12)前端中央处，位于挡板(22)的正上方，当提升挡板触发接近开关时提升马达(27)停止转动；所述的前限位接近开关(26)固定在四边形升降机构(3)的固定连杆1处，当栽植平台由初始位置移动到作业位置时，平行升降机架(12)底部触发接近开关使液压同步油缸(5)停止伸长；所述的后限位接近开关(6)布置在悬挂机架(10)上，检测栽植平台初始状态；所述的上行程接近开关(14)、中行程接近开关(13)、下行程接近开关(11)皆固定在平行升降机架(12)上，检测钻头行程及位置信息；所述的按键组包括复位、一键作业、挖坑马达启停、提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等八个按键，复位按键使单片机控制器进行初始化模式，一键作业进行全自动控制模式，其他按键可以实现对各个电磁阀的单独控制，在急需停止自动作业的情况下，可以按下复位按键，然后通过提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等按键使各部件运行到初始位置；所述的压力传感器用于采集系统压力，可以实时监控液压系统的工作压力，液压系统压力过高时，易造成内泄漏，油液温度升高；所述的温度传感器采集油液温度，油温过高会使油液的粘性下降；所述的槽型光电开关用于转速的测量，其检测频率可以达到1KHZ，将带有30个孔的槽型圆盘安装在连接轴(28)上，当挖坑马达(16)转动时，单片机定时器中断功能用于计时t，外部中断用于计数z，外部中断优先级更高，便可得到每分钟转速：
上式中，d为转速，单位为r/min。
如图5所示，所述的栽植作业控制系统，包括控制器、PWM调速器、多路继电器、OLED显示屏；所述的控制器包括但不限于单片机、PLC，接受检测装置信号并控制外设；所述的PWM调速器根据单片机输入的PWM的占空比调节排肥电机的转速，实现对排肥量的控制；所述的多路继电器包含8个，接口负载为直流30V/10A，分别控制提升马达正转电磁阀、提升马达反转电磁阀、挖坑马达电磁阀、起垄马达电磁阀、垂直升电磁阀、垂直降电磁阀、同步升电磁阀、同步降电磁阀的通电状态，其中，垂直降继电器控制挖坑进给运动，通过PID控制算法将系统压力预设值与采集值比对后，单片机发送PWM控制信号控制继电器通断时间比例，实现对升降油缸(4)的数字控制，从而智能调节挖坑进给速度；所述的OLED显示屏通过与单片机进行IIC通信，对压力、温度、转速等信息进行显示。
如图1、2、3所示，所述的液压传动装置，包括多路电磁阀(9)、液压同步油缸(5)、升降油缸(4)、挖坑马达(16)、提升马达(27)、起垄马达(4)；所述的多路电磁阀(9)为7个，控制马达启停、正反转以及油缸的伸缩；所述的液压同步油缸(5)为两个，供油油路采用并联油路，实现四边形升降机构(3)的同步运动；所述的升降油缸(4)头部与垂直升降机架(17)固定，尾部固定在平行升降机架(12)上，使垂直升降机架(17)沿滑轨竖直上下移动；所述的挖坑马达(16)与轴套座(29)固定，为挖坑混肥螺旋钻头(2)提供旋转动能；所述的提升马达(27)固定在平行升降机架(12)上，通过链传动机构(19)将动能传递给丝杠螺母机构(21)；所述的起垄马达(4)固定在悬挂机架(10)上，起垄马达(4)通过链条将动力传递给压轮(5)。
本发明一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法，包括如下工作步骤：
1)拖拉机前进时，拖拉机输出轴转动，起垄马达(4)转动，土地得到旋耕和起垄，到达作业地点拖拉机停止前进，输出轴和起垄马达(4)停止转动，拖拉机液压悬挂系统下降使覆土机构(24)和镇压轮(25)与垄面接触。
2)液压同步油缸(9)伸长使四边形升降机构(3)带动内外套筒(18)沿弧线下降，当前限位接近开关(26)触发后，油缸停止伸长，内外套筒(18)底部锯齿插入土壤中，PWM调速器控制排肥机构(15)进行定时定量精准排肥。
3)排肥完毕后，升降油缸(4)收缩使挖坑混肥螺旋钻头(2)连续竖直向下运动，当垂直升降机架(17)触发中行程接近开关(13)时，挖坑混肥螺旋钻头(2)底部钻尖恰好插入土壤中，挖坑马达(16)开启，升降油缸(4)动作由连续运动改为由PID控制下的根据系统压力反馈的间断性运动。
4)垂直升降机架(17)触发下行程接近开关(11)，到达既定挖坑深度，升降油缸(4)停止运动，挖坑马达(16)持续运动进行土肥的掺混作业。
5)掺混时间到达后，挖坑马达(16)停止转动，升降油缸(4)连续伸长，当上行程接近开关(14)触发后停止伸长，液压同步油缸(5)收缩，后限位接近开关(6)触发后停止收缩，悬挂平台回到初始状态，导流管道(23)恰好对准坑穴。
6)提升马达(27)旋转带动挡板(22)上升，工作人员将树苗放置在导流管道(23)中心树苗放置处，触发挡板接近开关(20)时停止提升，挖坑马达(16)旋转将内外套筒(18)中的土肥抛出筒内经导流管道(23)回填至坑穴中，提升马达(27)反转使挡板(22)复位。
7)拖拉机前进至下一作业地点，前进同时，覆土机构(24)将表层土肥进行收拢，镇压轮(25)将土肥进行压实，拖拉机输出轴和起垄马达(4)再次转动进行旋耕起垄作业。
Claims (2)
1.一种智能化果树起垄栽植联合作业机，其特征在于包括栽植作业装置、检测装置、栽植作业控制系统和液压传动装置；
所述的栽植作业装置，包括挖坑混肥螺旋钻头、连接轴、轴套座、限位轴承、镇压轮、覆土机构、内外套筒、链传动机构、丝杠螺母机构、挡板、导流管道、滑轨机构、排肥机构、垂直升降机架、平行升降机架、悬挂机架、压轮、旋耕装置、四边形升降机构；所述的挖坑混肥螺旋钻头顶端通过连接轴与挖坑马达连接，实现挖坑和混肥的联合作业；所述的连接轴顶端通过键与挖坑马达连接，底端与挖坑混肥螺旋钻头通过螺栓连接；所述的轴套座与垂直升降机架通过螺栓连接，固定限位轴承和挖坑马达；所述的限位轴承固定在轴套座和连接轴之间，可以承受轴向力和径向力，对连接轴起轴向限位作用；所述的镇压轮为两个，对称焊接在覆土挡板上，与地面滚动接触，实现对回填土肥的压实作业；所述的覆土机构为两个，对称焊接在悬挂机架上，对回填的土肥起到收拢的作用；所述的内外套筒同心嵌套，分别与垂直升降机架和平行升降机架固定，将挖坑混肥螺旋钻头抛出的土壤收集在筒内；所述的链传动机构将提升马达的转矩通过链传动传递至两个丝杠，使螺母带动挡板实现自动提升；所述的丝杠螺母机构为两个，螺母与挡板分别固定，当丝杠转动时使挡板自动提升；所述的挡板放置在导流管道与内外筒的连接处，可以沿内外筒臂上下移动，实现对筒内土肥的储存和排放；所述的导流管道焊接在内外筒上，使土壤沿内部管道排放至坑穴中；所述的滑轨机构对称固定在平行升降机架上，使垂直升降机架沿滑轨竖直上下移动；所述的排肥机构固定在垂直升降机架上，在对外槽轮排肥电机的控制下实现肥料的可控排放；所述的垂直升降机架固定在滑轨机构上，在升降油缸的带动下沿滑轨上下移动；所述的平行升降机架固定在四边形升降机构的固定连杆2上，带动挖坑、排肥、混肥、回填作业的主要部件平行移动，实现原位栽植作业；所述的悬挂机架通过三点悬挂方式挂接在拖拉机尾部，用于整个栽植作业平台的固定；所述的压轮固定在悬挂机架上，将旋耕的土壤进行压实起垄；所述的旋耕装置固定在悬挂机架上，拖拉机输出轴通过锥齿轮传动带动旋耕装置的刀轴旋转完成旋耕作业；所述的四边形升降机构利用了对边平行的特性，使垂直固定于悬挂机架的固定连杆1与固定于平行升降机架的固定连杆2始终平行，保证钻头始终垂直地面工作，提高栽植质量，同时水平位移为导流管道于初始状态和作业状态的水平距离，导流管道中心树苗放置处在回填作业时恰好对准坑穴中心，运动位移的大小仅与平行连杆长度及运动角度相关，其关系式如下：
L1＝b[cosα-cos(α+β)]
H1＝b[sin(α+β)-sinα]
上式中，L1为水平位移，单位为mm；H1为竖直位移，单位为mm；b为平行连杆长度，单位为mm；α为平行连杆与水平线的最小夹角，单位为度；β为运动角度，单位为度；
所述的检测装置，包括接近开关组、按键组、压力传感器、温度传感器、槽型光电开关；所述的接近开关组包括挡板接近开关、前限位接近开关、后限位接近开关、上行程接近开关、中行程接近开关、下行程接近开关；所述的挡板接近开关固定在平行升降机架前端中央处，位于挡板的正上方，当提升挡板触发接近开关时提升马达停止转动；所述的前限位接近开关固定在四边形升降机构的固定连杆1处，当栽植平台由初始位置移动到作业位置时，平行升降机架底部触发接近开关使液压同步油缸停止伸长；所述的后限位接近开关布置在悬挂机架上，检测栽植平台初始状态；所述的上行程接近开关、中行程接近开关、下行程接近开关皆固定在平行升降机架上，检测钻头行程及位置信息；所述的按键组包括复位、一键作业、挖坑马达启停、提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等八个按键，复位按键使单片机控制器进行初始化模式，一键作业进行全自动控制模式，其他按键可以实现对各个电磁阀的单独控制，在急需停止自动作业的情况下，可以按下复位按键，然后通过提升马达启停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等按键使各部件运行到初始位置；所述的压力传感器用于采集系统压力，可以实时监控液压系统的工作压力，液压系统压力过高时，易造成内泄漏，油液温度升高；所述的温度传感器采集油液温度，油温过高会使油液的粘性下降；所述的槽型光电开关用于转速的测量，其检测频率可以达到1KHZ，将带有30个孔的槽型圆盘安装在连接轴上，当挖坑马达转动时，单片机定时器中断功能用于计时t，外部中断用于计数z，外部中断优先级更高，便可得到每分钟转速：
上式中，d为转速，单位为r/min；
所述的栽植作业控制系统，包括控制器、PWM调速器、多路继电器、OLED显示屏；所述的控制器包括但不限于单片机、PLC，接受检测装置信号并控制外设；所述的PWM调速器根据单片机输入的PWM的占空比调节排肥电机的转速，实现对排肥量的精准控制；所述的多路继电器包含8个，接口负载为直流30V/10A，分别控制提升马达正转电磁阀、提升马达反转电磁阀、挖坑马达电磁阀、起垄马达电磁阀、垂直升电磁阀、垂直降电磁阀、同步升电磁阀、同步降电磁阀的通电状态，其中，垂直降继电器控制挖坑进给运动，通过PID控制算法将系统压力预设值与采集值比对后，单片机发送PWM控制信号控制继电器通断时间比例，实现对升降油缸的数字控制，从而智能调节挖坑进给速度；所述的OLED显示屏通过与单片机进行IIC通信，对压力、温度、转速等信息进行显示；
所述的液压传动装置，包括多路电磁阀、液压同步油缸、升降油缸、挖坑马达、提升马达、起垄马达；所述的多路电磁阀为8个，控制马达启停、正反转以及油缸的伸缩；所述的液压同步油缸为两个，供油油路采用并联油路，实现四边形升降机构的同步运动；所述的升降油缸头部与垂直升降机架固定，尾部固定在平行升降机架上，使升降机架沿滑轨竖直上下移动；所述的挖坑马达与轴套座固定，为挖坑混肥螺旋钻头提供旋转动能；所述的提升马达固定在平行升降机架上，通过链传动机构将动能传递给丝杠螺母机构；所述的起垄马达固定在悬挂机架上，起垄马达通过链条将动力传递给压轮。
2.根据权利要求1所述的一种智能化果树起垄栽植联合作业机的作业方法，其特征在于其包括如下工作步骤：
1)拖拉机前进时，拖拉机输出轴转动，起垄马达转动，土地得到旋耕和起垄，到达作业地点拖拉机停止前进，输出轴和起垄马达停止转动，拖拉机液压悬挂系统下降使覆土机构和镇压轮与垄面接触；
2)液压同步油缸伸长使四边形升降机构带动内外套筒沿弧线下降，当前限位接近开关触发后，油缸停止伸长，内外套筒底部锯齿插入土壤中，PWM调速器控制排肥机构进行定时定量精准排肥；
3)排肥完毕后，升降油缸收缩使挖坑混肥螺旋钻头连续竖直向下运动，当垂直升降机架触发中行程接近开关时，挖坑混肥螺旋钻头底部钻尖恰好插入土壤中，挖坑马达开启，升降油缸动作由连续运动改为由PID控制下的根据系统压力反馈的间断性运动；
4)垂直升降机架触发下行程接近开关，到达既定挖坑深度，升降油缸停止运动，挖坑马达持续运动进行土肥的掺混作业；
5)掺混时间到达后，挖坑马达停止转动，升降油缸连续伸长，当上行程接近开关触发后停止伸长，液压同步油缸收缩，后限位接近开关触发后停止收缩，悬挂平台回到初始状态，导流管道恰好对准坑穴；
6)提升马达旋转带动挡板上升，工作人员将树苗放置在导流管道中心树苗放置处，触发挡板接近开关时停止提升，挖坑马达旋转将内外套筒中的土肥抛出筒内经导流管道回填至坑穴中，提升马达反转使挡板复位；
7)拖拉机前进至下一作业地点，前进同时，覆土机构将表层土肥进行收拢，镇压轮将土肥进行压实，拖拉机输出轴和起垄马达再次转动进行旋耕起垄作业。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010081844.9A CN111165103A (zh) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010081844.9A CN111165103A (zh) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111165103A true CN111165103A (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=70646952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010081844.9A Pending CN111165103A (zh) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111165103A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112314081A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-05 | 颍上县田之都农业科技发展有限公司 | 一种农田田埂建设机械 |
| CN113476923A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-08 | 中国水产科学研究院黑龙江水产研究所 | 一种湖泊生态修复清淤装置 |
| CN115126326A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-09-30 | 山东肯石重工机械有限公司 | 电网线杆安装专用设备 |
| CN116267496A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-23 | 深圳世源工程技术有限公司 | 一种用于环境恢复治理的植被种植装置及方法 |
| CN116558874A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种农业污染场地土壤探测机器人 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013066250A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | Väderstad-Verken Ab | An agricultural machine provided with a displaceable implement section |
| CN207284126U (zh) * | 2017-09-24 | 2018-05-01 | 徐杰 | 一种具有压土功能的种树挖坑装置 |
| CN109952933A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-02 | 山东农业大学 | 一种具备肥土掺混回填灌溉功能的果树栽植机及工作方法 |
| CN109984009A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-09 | 山东农业大学 | 一种履带自走式多功能果树栽植机器人控制系统及方法 |
| CN211721026U (zh) * | 2020-02-06 | 2020-10-23 | 山东农业大学 | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机 |
-
2020
- 2020-02-06 CN CN202010081844.9A patent/CN111165103A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013066250A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | Väderstad-Verken Ab | An agricultural machine provided with a displaceable implement section |
| CN207284126U (zh) * | 2017-09-24 | 2018-05-01 | 徐杰 | 一种具有压土功能的种树挖坑装置 |
| CN109952933A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-02 | 山东农业大学 | 一种具备肥土掺混回填灌溉功能的果树栽植机及工作方法 |
| CN109984009A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-09 | 山东农业大学 | 一种履带自走式多功能果树栽植机器人控制系统及方法 |
| CN211721026U (zh) * | 2020-02-06 | 2020-10-23 | 山东农业大学 | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112314081A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-05 | 颍上县田之都农业科技发展有限公司 | 一种农田田埂建设机械 |
| CN113476923A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-08 | 中国水产科学研究院黑龙江水产研究所 | 一种湖泊生态修复清淤装置 |
| CN113476923B (zh) * | 2021-07-30 | 2022-05-24 | 中国水产科学研究院黑龙江水产研究所 | 一种湖泊生态修复清淤装置 |
| CN115126326A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-09-30 | 山东肯石重工机械有限公司 | 电网线杆安装专用设备 |
| CN115126326B (zh) * | 2022-07-04 | 2024-01-05 | 山东肯石重工机械有限公司 | 电网线杆安装专用设备 |
| CN116267496A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-23 | 深圳世源工程技术有限公司 | 一种用于环境恢复治理的植被种植装置及方法 |
| CN116267496B (zh) * | 2023-04-07 | 2023-12-19 | 深圳世源工程技术有限公司 | 一种用于环境恢复治理的植被种植装置及方法 |
| CN116558874A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种农业污染场地土壤探测机器人 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111165103A (zh) | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机及方法 | |
| CN111436347B (zh) | 一种沙漠沙柳种植机 | |
| CN108029284A (zh) | 适于单行种植的全自动植树机器人 | |
| CN207869642U (zh) | 适于单行种植的全自动植树机器人 | |
| CN115250661B (zh) | 一种整地施肥播种一体化水稻旱作机及其使用方法 | |
| CN113056991B (zh) | 一种油菜钵苗移栽机构 | |
| CN105248015A (zh) | 一种果园对靶变量环形开沟施肥装置 | |
| CN211721026U (zh) | 一种智能化果树起垄栽植联合作业机 | |
| CN108770443B (zh) | 一种自动化红薯苗种植装置 | |
| CN105379480B (zh) | 自走式水稻直播机 | |
| CN206472495U (zh) | 水肥一体化多功能地膜回收机 | |
| CN205030092U (zh) | 作物幼苗移栽机 | |
| CN116158235A (zh) | 一种桃子种植用定量施肥方法 | |
| CN205584776U (zh) | 自走龙门式矮化密植枣园施肥机 | |
| CN114467672B (zh) | 一种山地及丘陵地区樟树矮林种植用高效智能栽种一体机 | |
| CN106937538B (zh) | 一种果园防堵定量肥料穴施机 | |
| CN205124319U (zh) | 一种基于液压驱动的大蒜播种机 | |
| CN205124296U (zh) | 一种基于液压传动的履带式大蒜播种机 | |
| CN201518580U (zh) | 免耕精量播种施肥机 | |
| CN211509799U (zh) | 一种果园水肥一体化高效穴施机 | |
| CN207022402U (zh) | 推板残膜收集机 | |
| Cao et al. | Design of chinese cabbage harvester | |
| CN205266196U (zh) | 自走式水稻直播机 | |
| CN219421526U (zh) | 一种茶叶苗种植机 | |
| CN203563329U (zh) | 施肥机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200519 |