一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机

1.本发明属于农业机械领域，具体地涉及一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机。


背景技术：

2.化肥作为农业生产最为重要的基础物质之一，对于提高农作物产量功不可没，在粮食生产安全和农业稳定发展都具有非常重要的作用。然而，由于化肥施用方式不当和传统农业思维等原因，化肥肥料一直处于过度使用状态，制约了我国现代农业的可持续发展。目前，我国玉米肥料施用方式粗放，主要以条施颗粒肥为主，玉米作业机具播种的同时条施肥料，存在着化肥施用量大、利用率低的问题，长期累积造成土壤结构破坏、土壤酸化加速、水体污染严重、温室气体排放增加等一系列环境问题。穴施肥作业方式将肥料播施在玉米种粒有效吸收范围内，能够有效的降低肥料施用量和提高肥料利用率，但现有的穴施肥装置仍然不能满足农艺要求存在以下问题：
①
穴施肥后肥料一致性不高，精量间歇供肥研究较少；
②
肥料一致性投肥后肥料入土分布长度过长，穴长稳定性较差，并且受到土壤环境和作业速度影响较大；
③
播种施肥作业一致性差，不能进行协同作业，造成穴施肥位置偏离种粒，不利于农作物的生长发育。


技术实现要素：

3.本发明针对现有条施肥量大、利用效率低以及穴施肥不成熟的问题，提供了一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，能够有效的完成定量间歇供肥、定点定位施肥和种肥协同作业，节约化肥用量和提高化肥利用率。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，与拖拉机通过三点悬挂进行连接，用于玉米播种同步侧位深施肥作业，可以根据作业要求进行扩展，包括机架、4组播种施肥单体以及种肥协同控制系统；所述每一组播种施肥单体包括播种装置和施肥装置，均安装在机架上，播种装置位于前部，施肥装置位于播种装置侧后方，种肥协同控制系统进行控制播种装置和施肥装置进行协同一体配合作业。
5.所述施肥装置包括连接架、间歇供肥机构、定点投肥机构以及压实机构；所述施肥装置通过连接架固连在机架上，间歇供肥机构置于定点投肥机构的上方，压实机构置于后侧。
6.所述间歇供肥机构包括肥箱、间歇开合门、底盖、落肥管、固定座和电动推杆；所述间歇开合门、底盖、落肥管依次安装在种箱的下方；所述间歇开合门包括旋转盘、移动片和底盘；所述电动推杆的固定端通过固定座安装在连接架，电动推杆的移动端与间歇开合门的旋转盘固接。
7.所述旋转盘一侧具有连接耳，与电动推杆固接，旋转盘上均布有6个槽孔；所述的移动片数量为6个，移动片的一侧是凸起圆柱，一侧是移动台；所述底盘为圆形，上面开有与
移动片数量所对应的六边形移动轨道；每一个移动片上的凸起圆柱均对应旋转盘的一个槽孔，并穿过槽孔，移动片的移动台置于底盘的移动轨道上；间歇开合门闭合时，6个移动片紧密贴合，间歇开合门开启时，6个移动片分别沿底盘的移动轨道向外运动。
8.间歇供肥机构工作时，电动推杆进行往复运动，拉动旋转盘往复旋转，在槽孔和凸起圆柱的作用下带动移动片沿着底盘的移动轨道运动，进而带动6个移动片运动，使得间歇开合门产生开启和闭合，实现肥料的间歇供肥和停止。
9.所述定点投肥机构包括驱动电机、电机安装板、固定连接架、上平行杆、下平行杆、移动连接架、鸭嘴连接架、鸭嘴固定座、竖架、鸭嘴、阻隔环、覆土环、摇杆和连接杆。
10.所述驱动电机通过电机安装板安装在连接架上，所述摇杆一端固接在驱动电机的输出轴上，另外一端与连接杆814固接；所述固定连接架、上平行杆、下平行杆和移动连接架组成平行四杆机构，通过固定连接架与机架进行固接，移动连接架与竖架进行固接；所述连接杆由上下螺纹杆和中间杆组成，可以进行长度的调整，连接杆与上平行杆进行固接，固接位置在上平杆的三分之一处；所述鸭嘴通过鸭嘴固定座安装在竖架的下端；所述阻隔环位于鸭嘴的下方，通过左右对称的竖架与连接架相固接；覆土环位于阻隔环的后下方，左右对称布置。
11.驱动电机驱动摇杆进行旋转，通过连接杆使上平行杆、下平行杆产生平行的上下运动，移动连接架作用下竖架进行上下往复运动，进而带动鸭嘴进行上下往复运动，当鸭嘴触碰到阻隔环，闭合的鸭嘴张开，鸭嘴内的肥料落入到土壤中，覆土环进行覆土；鸭嘴远离阻隔环，鸭嘴重新闭合并向上运动回到初始位置，等到下一次的投肥作业。
12.所述种肥协同控制系统包括用于监测落种的播种监测模块、用于监测机具前进速度的作业速度监测模块、用于数据处理的主控制器、与主控制器连接的显示屏、播种电机驱动模块、间歇供肥驱动模块和定点投肥驱动模块。
13.激光监测传感器置于排种器的下方，播种监测模块与激光监测传感器连接，用于监测种粒落下；作业速度监测模块主要用于监测机具的行驶速度，可采用编码器测速、卫星测速方式；播种电机驱动模块与排种器驱动电机连接，用于控制排种器驱动电机的转速，与机具的行驶速度相匹配；间歇供肥驱动模块与电动推杆连接，用于控制电动推杆的往复运动，并且根据行驶速度进行调整往复运动速度；定点投肥驱动模块与投肥驱动电机连接，用于控制投肥驱动电机转速，能够根据机具的行驶速度变化，与排种器驱动电机进行匹配。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明能够实现玉米播种施肥同步作业，能够在播种的同时进行侧位施肥，降低了肥料用量；间歇供肥机构采用电动推杆带动间歇开合门的开启和关闭，实现间歇供肥，保证肥料的一致性；采用定点投肥机构完成肥料的定位定点投肥，能够有效集中进而降低了肥料分布长度，提高肥料的利用效率。
附图说明
15.图1为本发明的一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机的结构示意图；图2为本发明的一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机的工作状态示意图；图3为本发明的播种施肥单体的结构示意图；
图4为本发明的施肥装置的结构示意图；图5为本发明的施肥装置的爆炸示意图；图6为本发明的间歇开合门的组成示意图；图7为本发明的间歇开合门的开启工作示意图；图8为本发明的种肥协同控制系统的模块组成示意图。
16.其中，附图标记为：1.机架 2.播种装置 3.施肥装置 4.种肥协同控制系统；5.连接架 6.间歇供肥机构 7. 压实机构8.定点投肥机构；4011. 激光监测传感器 401.播种监测模块 402.作业速度监测模块 403.主控制器 404显示屏 405.播种电机驱动模块 406.间歇供肥驱动模块 407.定点投肥驱动模块；601.肥箱 602.间歇开合门 603.底盖 604.落肥管 605.固定座 606.电动推杆；6021.旋转盘 6022.移动片 6023.底盘；801.驱动电机 802.电机安装板 803.固定连接架 804.上平行杆 805.下平行杆 806.移动连接架 807.鸭嘴连接架 808.鸭嘴固定座 809.竖架 810.鸭嘴 811.阻隔环 812.覆土环 813.摇杆 814.连接杆。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
18.如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，与拖拉机通过三点悬挂进行连接，用于玉米播种同步侧位深施肥作业，可以根据作业要求进行扩展，包括机架1、4组播种施肥单体以及种肥协同控制系统4；所述每一组播种施肥单体包括播种装置2和施肥装置3，均安装在机架1上，播种装置2位于前部，施肥装置3位于播种装置2侧后方，种肥协同控制系统4控制播种装置2和施肥装置3进行协同一体配合作业。
19.所述施肥装置3包括连接架5、间歇供肥机构6、压实机构7以及定点投肥机构8；所述施肥装置3通过连接架5固连在机架1上，间歇供肥机构6置于定点投肥机构8的上方，压实机构7置于后侧。
20.所述间歇供肥机构6包括肥箱601、间歇开合门602、底盖603、落肥管604、固定座605和电动推杆606；所述间歇开合门62、底盖603、落肥管604依次安装在种箱601的下方；所述间歇开合门602包括旋转盘6021、移动片6022和底盘6023；所述电动推杆606的固定端通过固定座605安装在连接架5，电动推杆606的移动端与间歇开合门602的旋转盘6021固接。
21.所述旋转盘6021一侧具有连接耳，通过销轴与电动推杆606固接，旋转盘6021上均布有6个槽孔；所述的移动片6022数量为6个，移动片6022的一侧是凸起圆柱，一侧是移动台；所述底盘6023为圆形，上面开有与移动片6022数量所对应的六边形移动轨道；每一个移动片6022上的凸起圆柱均对应旋转盘的一个槽孔，并穿过槽孔，移动片6022的移动台置于底盘6023的移动轨道上；间歇开合门602闭合时，6个移动片6022紧密贴合，间歇开合门602开启时，6个移动片6022分别沿底盘6023的移动轨道向外运动。
22.所述间歇供肥机构6工作时，电动推杆606进行往复运动，拉动旋转盘6021往复旋转，在槽孔和凸起圆柱的作用下带动移动片6022沿着底盘6023的移动轨道运动，进而带动6
个移动片6022运动，使得间歇开合门602产生开启和闭合，实现肥料的间歇供肥和停止。
23.所述定点投肥机构8包括驱动电机801、电机安装板802、固定连接架803、上平行杆804、下平行杆805、移动连接架806、鸭嘴连接架807、鸭嘴固定座808、竖架809、鸭嘴810、阻隔环811、覆土环812、摇杆813、连接杆814。
24.所述驱动电机801通过电机安装板802安装在连接架5上，所述摇杆813一端固接在驱动电机801的输出轴上，另外一端与连接杆814固接；所述固定连接架803、上平行杆804、下平行杆805和移动连接架806组成平行四杆机构，通过固定连接架803与机架1进行固接，移动连接架803与竖架809进行固接；所述连接杆814由上下螺纹杆和中间杆组成，可以进行长度的调整，连接杆814与上平行杆804进行固接，固接位置在上平杆804的三分之一处；所述鸭嘴810通过鸭嘴固定座808安装在竖架809的下端，在间歇供肥机构6的落肥管604下方；所述阻隔环811位于鸭嘴810的下方，通过左右对称的竖架809与连接架5相固接；覆土环812位于阻隔环811的后下方，左右对称布置。
25.所述驱动电机801驱动摇杆813进行旋转，通过连接杆814使上平行杆804、下平行杆805产生竖直的上下运动，移动连接架806作用下竖架809进行上下往复运动，进而带动鸭嘴810进行上下往复运动，当鸭嘴810触碰到阻隔环811，闭合的鸭嘴810张开，鸭嘴810内的肥料落入到土壤中，覆土环812进行覆土；鸭嘴810远离阻隔环811，鸭嘴810重新闭合并向上运动回到初始位置，等到下一次的投肥作业。
26.所述种肥协同控制系统4包括用于监测落种的播种监测模块401、用于监测机具前进速度的作业速度监测模块402、用于数据处理的主控制器403、与主控制器连接的显示屏404、播种电机驱动模块405、间歇供肥驱动模块406和定点投肥驱动模块407。
27.激光监测传感器4011置于排种器的下方，播种监测模块401与激光监测传感器4011连接，用于监测种粒落下；作业速度监测模块402主要用于监测机具的行驶速度，可采用编码器测速、卫星测速方式；播种电机驱动模块405与排种器驱动电机连接，用于控制排种器驱动电机的转速，与机具的行驶速度相匹配；间歇供肥驱动模块406与电动推杆606连接，用于控制电动推杆606的往复运动，并且根据行驶速度进行调整往复运动速度；定点投肥驱动模块407与投肥所用的驱动电机801连接，用于控制投肥所用的驱动电机801转速，能够根据机具的行驶速度变化，与排种器驱动电机进行匹配。
28.最后需要指出的是：尽管上述通过举例说明，已经描述了本发明最佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述说明，本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本发明所教导的实质和精髓的前提下，任何修改和变化都落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，其特征在于，包括机架（1）、4组播种施肥单体以及种肥协同控制系统（4）；所述每一组播种施肥单体包括播种装置（2）和施肥装置（3），均安装在机架（1）上，播种装置（2）位于前部，种肥协同控制系统（4）控制播种装置（2）和施肥装置（3）进行协同一体配合作业；所述施肥装置（3）包括连接架（5）、间歇供肥机构（6）、压实机构（7）以及定点投肥机构（8）；施肥装置（3）通过连接架（5）固连在机架（1）上，间歇供肥机构（6）置于定点投肥机构（8）的上方，压实机构7置于定点投肥机构（8）的后方；所述间歇供肥机构（6）包括肥箱（601）、间歇开合门（602）、底盖（603）、落肥管（604）、固定座（605）和电动推杆（606）；所述间歇开合门（602）、底盖（603）、落肥管（604）依次安装在种箱（601）的下方；所述间歇开合门（602）包括旋转盘（6021）、移动片（6022）和底盘（6023）；所述电动推杆（606）的固定端通过固定座（605）安装在连接架（5），电动推杆（606）的移动端与间歇开合门（602）的旋转盘（6021）固接；所述定点投肥机构（8）包括驱动电机（801）、电机安装板（802）、固定连接架（803）、上平行杆（804）、下平行杆（805）、移动连接架（806）、鸭嘴连接架（807）、鸭嘴固定座（808）、竖架（809）、鸭嘴（810）、阻隔环（811）、覆土环（812）、摇杆（813）、连接杆（814）；所述驱动电机（801）通过电机安装板（802）安装在连接架（5）上，所述摇杆（813）一端固接在驱动电机（801）的输出轴上，另外一端与连接杆（814）固接；所述固定连接架（803）、上平行杆（804）、下平行杆（805）和移动连接架（806）组成平行四杆机构，通过固定连接架（803）与机架（1）进行固接，移动连接架（803）与竖架（809）进行固接；所述连接杆（814）由上下螺纹杆和中间杆组成，可以进行长度的调整，连接杆（814）与上平行杆（804）进行固接，固接位置在上平杆（804）的三分之一处；所述鸭嘴（810）通过鸭嘴固定座（808）安装在竖架（809）的下端，在间歇供肥机构（6）的落肥管（604）下方；所述阻隔环（811）位于鸭嘴（810）的下方，通过左右对称的竖架（809）与连接架（5）相固接；覆土环（812）位于阻隔环（811）的后下方，左右对称布置。2.根据权利要求1所述的基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，其特征在于： 所述旋转盘（6021）为圆形，一侧具有连接耳，通过销轴与电动推杆（606）固接，旋转盘（6021）上均布有6个槽孔，长度为18mm；所述的移动片（6022）为三角形和长方形的组合体，数量为6个，移动片（6022）的一侧是凸起圆柱，一侧是移动台；所述底盘（6023）为圆形，上面开有与移动片（6022）数量所对应的六边形移动轨道；每一个移动片（6022）上的凸起圆柱均对应旋转盘6021）的一个槽孔，并穿过槽孔，移动片（6022）的移动台置于底盘（6023）的移动轨道上；间歇开合门（602）闭合时，6个移动片（6022）紧密贴合，间歇开合门（602）开启时，6个移动片（6022）分别沿底盘（6023）的移动轨道向外运动。3.根据权利要求1所述的基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，其特征在于：所述的播种施肥单体共有4组，均匀布置在机架（1）上，相邻播种施肥单体之间相隔600mm；所述的施肥装置（3）置于播种装置（2）的侧后方。4.根据权利要求1所述的基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，其特征在于：所述电动推杆（606）的移动端与间歇开合门（602）的旋转盘（6021）固接，通过控制电动推杆的移动距离调节间歇开合门（602）开启的大小，进而调节间歇供肥量的大小。5.根据权利要求1-4任一项所述的基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体
机，其特征在于，所述玉米播种施肥协同作业一体机进一步包括种肥系统控制系统（4），所述种肥协同控制系统（4）包括用于监测落种的播种监测模块（401）、用于监测机具前进速度的作业速度监测模块（402）、用于数据处理的主控制器（403）、与主控制器连接的显示屏（404）、播种电机驱动模块（405）、间歇供肥驱动模块（406）和定点投肥驱动模块（407）；所述播种监测模块（401）包括安装在排种器后下方的激光监测传感器（4011），用于监测种粒落下，当激光传感器（4011）监测到种粒落下，进而产生电信号，通过播种监测模块（401）传输到主控制器（403）；作业速度监测模块（402）主要用于监测机具的行驶速度，可采用编码器测速、卫星测速方式；播种电机驱动模块（405）与排种器的驱动电机连接，用于控制排种器驱动电机的转速，与机具的行驶速度相匹配；间歇供肥驱动模块（406）与电动推杆（606）连接，用于控制电动推杆（606）的往复运动，并且根据行驶速度进行调整往复运动速度；定点投肥驱动模块（407）与投肥所用的驱动电机（801）连接，用于控制投肥所用的驱动电机（801）转速，能够根据机具的行驶速度变化，与排种器的驱动电机转速进行匹配作业。

技术总结
本发明涉及一种基于定量定点施肥的玉米播种施肥协同作业一体机，包括机架、4组播种施肥单体以及种肥协同控制系统；所述每一组播种施肥单体包括播种装置和施肥装置，均安装在机架上，播种装置位于前部，施肥装置位于播种装置侧后方，种肥协同控制系统进行控制播种装置和施肥装置进行协同一体配合作业；施肥装置包括连接架、间歇供肥机构、定点投肥机构以及压实机构，施肥装置通过连接架固连在机架上，间歇供肥机构置于定点投肥机构的上方，压实机构置于后侧。本发明能够实现玉米播种施肥同步作业，在播种的同时进行侧位施肥，降低了肥料用量；同时，实现了间歇供肥、定位定点投肥，保证了施肥一致性，降低肥料分布长度，提高利用效率。率。率。


技术研发人员：程修沛 王宪良 魏忠彩 张祥彩
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8