精控智能化有机无机施肥一体机的制作方法

本实用新型涉及一种精控智能化有机无机施肥一体机，属于施肥设备技术领域。

背景技术：

背景技术

随着农用机械的普及及推广，各类农耕用具已被农民所接受。现有的机械化用施肥机种类繁多，但其多为纯机械控制其施肥量，最常见的施肥机控制结构为，在肥料盛装箱的出料口处设置一个出料口开口调节板，肥料量的多少由出料口大小来控制；这种施肥机结构简单、造价低、应用面很广，但随着农作物精细化程度的提高，这种施肥机的弊端也愈发突出，其主要体现在：1、因耕作后的大田不平整，农机受颠簸后上下运动，导致每次的下肥量会出现明显不均；2、现有施肥采用按亩均施，在施肥时没有考虑该耕地的土壤肥力情况，这种施肥方法容易出现烧苗，即影响作物产量、又存在较大浪费。

同时现有无机肥也存过量施用、盲目施用等问题，带来了成本的增加和环境的污染，为此，农业部制订《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。故为应对农业部的零增长方案，又能保障生产、节本增效，无机肥的有效合理利用则为现有施肥机械着力要解决的问题。现有进行施肥调控的方法很多，如由北京农业信息技术研究中心申请的专利号为02149019，名称为“精准变量施肥机“的专利公开了以下内容“它是由拖拉机和悬挂的施肥机用GPS定位系统通过拖拉机固定的机载电脑为机械控制系统提供定位位置处的化肥施用量信息,通过调整排肥轮的转速达到调整施肥量的目的。排肥轮由液压马达的转速来控制,排肥开始和停止可以通过施肥控制开关强制控制。根据预先确定整个地块的处方进行变量施肥,可提高肥料利用率40-50%,粮食产量提高30%,减少由于不合理施用化肥给环境造成的污染。”，另有本申请在2012年申请的专利名称为“精控智能化施肥机”，申请号为201210087751的专利公开了以下内容“它包括智能控制器、调速电机和排肥装置，智能控制器包括：GPS单元、土壤养分信息存储模块、施肥模型管理模块、排肥控制模块，排肥装置包括壳体（1）、转轴（2）和星轮（3），在星轮（3）的上端设有肥料盛装斗（4），在星轮（3）的下端设有排肥口。本实用新型即可控制单位时间的排肥量，又能根据土壤自身的养分情况调节排肥量，这样不仅给作物的生长带来更好的生长环境，而且可提高农民的收入，减少肥料的浪费。”，上述两件专利均公开了根据土壤肥效来实时调整排肥量的构思，但具体如何实现高精度排肥并无公开，还需进一步完善。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种控施肥器能根据土壤肥力精确控制排肥量的精控施肥器，可以克服现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是：精控智能化有机无机施肥一体机，它连接在农用机械上，包括位于机架上的无机肥料斗和有机肥料斗，在机架上无机肥料斗的下方设有无机肥排肥机构，在无机肥排肥机构的出排肥口设有导肥管，在无机肥排肥机构的驱动装置上连接有精控施肥控制系统，在农用机械的非驱动轴上连接有测速装置，所述的无机肥排肥机构它包括外腔和螺杆，在外腔的上端设有进肥口，在外腔的下端设有排肥口，所述外腔具有左、右两个装配端面，左、右两个装配端面上分别设有安装孔，所述螺杆通过左、右两个轴承及轴承盖组合件安装在外腔内，所述螺杆的一端伸出外腔外通过同步带轮与驱动装置相连接。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的精控施肥控制系统它包括以下模块：

蓝牙控制模块，它将数据采集控制器接收到的各种传感信息上传主控制器，并接受主控制器发回的控制信息传送至电机控制模块；

信息采集模块，收集需采集的传感信息，并将收集的传感信息传至数据采集控制器；

电源控制模块，给各种传感器供电，给电机控制部分供电；

速度计算模块，记录测速传感器上传的脉冲信息，并根据预置的各种参数设定，计算农机行进速度，并通过蓝牙控制模块上传主控制器；

电机控制模块，将主控制器送达的转速信息转换为伺服电机脉冲信息控制伺服电机转速，伺服电机驱动无机肥排肥机构运转；

主控制器，利用收集到的定位信息，速度信息，通过调取该位置坐标的电子施肥配方模块中的电子施肥配方图，通过施肥量计算出伺服电机的轴转速，并实时通过蓝牙控制模块发送给电机控制模块，完成精准控制施肥；同时通过互联网将实时施肥数据上传后台服务器。

显示器，显示各种传感器信息，利用触屏进行各种精控施肥需要的参数设定，并在数据异常时发布警报，展示精控施肥机的运作进程；

有机肥机械施用模块，控制有机肥排肥机构随无机肥排肥机构同步运转；控制防空鼓旋转轮和施肥输送带的运转；

施肥配方模块，存储不同坐标位置信息下的电子施肥配方图，并能通过通过互联网自动获取特定地域的电子施肥配方图。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，信息采集模块所收集的传感信息包括电压，伺服电机状态，外接定位模块传送的位置信息，测速传感器信息。所述速度计算模块中的需预制的各种参数为轮径，转速比。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述螺杆的外径与外腔之间的间隙为30丝。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述螺杆的螺旋叶片为端部薄根部厚的渐变叶片。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述轴承采用轴承盖密封，轴承和轴承盖之间的接触间隙采用高粘度黄油作密封润滑油。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的螺杆（2）的制作方法包括如下步骤：

a、选择锡青铜作为螺杆的本体材料，按规格和长度备料；

b、将锡青铜材料装夹在车床上，按三爪卡盘端伸出160mm打中心孔顶起加工；

c、将装夹好的锡青铜材料进行粗加工，至图纸规格的外形留单边余量0.2mm；粗车螺牙底径留单边余量为0.05mm，齿厚留单边余量0.05mm；

d、先对齿尖进行倒角，然后精加工螺牙至图纸尺寸；

e、精加工所有外形尺寸，按图尺寸车削小φ0.015mm；

f、在车床上面全检后切断出产品；

g、先去毛刺，再用专用夹具修两端面清批锋；

h、全检保证工件尺寸统一后进行真空化学镀镍。

上述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的测速装置它包括套接在农机轮轴上且能随轴转动的小模数齿轮和固定在农机机架上的编码器安装套，在编码器安装套内安装有齿轮轴和编码器，小模数齿轮与的齿轮轴相互啮合，编码器连接在齿轮轴的转轴上。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的农机轮轴为农机从动轮。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的有机肥施肥机构，它包括机架，在机架上设有有机肥料斗，机架连接在农用机械上，在有机肥料斗内的中部设有防空鼓旋转轮，在有机肥料斗的下方设有施肥输送带，在有机肥料斗的下方出口处设有防空均肥转轮，防空均肥转轮能将输肥输送带上的堆积肥料均摊在输肥输送带的皮带上。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，在施肥输送带的上皮带面下方设有盛肥槽，盛肥槽的槽体两侧上端与有机肥料斗的下方连接。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，在有机肥料斗上设有振动装置。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，在施肥输送带的传动电机上连接有有机肥转速控制系统。

前述的精控智能化有机无机施肥一体机是，所述的有机肥转速控制系统为无机肥施肥系统中的精控施肥控制系统。

现有技术比较，本实用新型涉及一种精控智能化有机无机施肥一体机，其通过在农业机械上分别设置有机肥排肥机构和无机肥排肥机构，两者的配合在作物栽种前期可以根据要求进行底肥的实施，且根据作物及农田的自身肥力可自由调节施肥量，以满足不同作物、地域甚至是每地块的施肥要求。

本实用新型所提供的基准排肥包括无机肥排肥机构的精准化、无机肥排肥控制系统的精准化和有机肥排肥系统的精准化，就无机肥排肥机构而言，采用了高精度加工的螺杆输送结构，具有下肥稳定均匀、排肥量精准、自动化程度高的特性，适合精细化农业生产；合理设计螺杆与外腔的间隙，有效防止肥料积留在缝隙影响该精控无机肥排肥机构正常运行；同时，对该精控无机肥排肥机构的部件进行表面处理，可以有效防止肥料的酸碱腐蚀。所述轴承采用轴承盖密封，轴承和轴承盖之间的接触间隙采用高粘度黄油作密封润滑油，这样在使用过程中肥料粉末或粉尘与黄油接触就会在轴承与端盖集合处形成密封，所述螺杆的螺旋叶片为端部薄根部厚的渐变叶片，其结构第一可以对结块的肥料进行切削，第二可进一步提高排肥精度。

螺杆的制作采用了特殊的工艺，因常规的制作方法是采用螺纹车刀车削加工，因其所用螺杆属于细杆件，在车削过程中极易产生径向力造成螺杆变形，使得车削出来的螺杆同轴度、光洁度和精度都无法与壳体配合使用，采用本申请提出的方法则可很好的解决。同时传统螺杆的本体材料一般为钢材或者铝材，在精控无机肥排肥机构中的螺杆长径比大，若选择钢材，虽然造价便宜，但是弹性过大，加工的轴应力曲度达不到要求；若选择铝材，虽然轴应力曲度很小，但是硬度却达不到要求，不能很好的对结块肥料进行破碎，而且加工时拉丝现象明显，无法批量生产，故本申请采用了不常用的锡青铜材料，很好的克服了材料不达标、加工成品率低的问题。同时，由于肥料具有较强的酸碱性，一般应在螺杆表面形成镀层保护，传统表面处理采用电镀硬铬，但是在精控无机肥排肥机构中的螺杆由于造型奇特，电镀时叶片和内径的镀层厚度无法一致，而本申请提出了真空化学镀镍，很好的解决了腐蚀问题，为精控排肥提供了保证。

就控制系统而言其精准包含以下几个方面：一是根据所绑定的农机行车速度实时调整无机肥排肥机构的排肥量；而是根据农田所处的地理位置实时调整无机肥排肥机构的排肥量；三是根据肥料自身的特性调整无机肥排肥机构的排肥量；为实现上述第一点，本申请采用了实时监测农机非驱动轮的转速，并换算成行进速度，进行实时调控；为实现第二点，通过建立一个数学模型，在模型中汇编好土壤养分与所施肥量的公式，土壤养分由土壤养分信息存储模块提供，土壤养分信息存储模块中存储有由操作人员定点采样的土壤数据和坐标，调取该那块区域的土壤采集信息由GPS单元提供坐标，得出该区域的施肥量后由排肥控制模块生成单位时间电机的转速信息，传送给调速电机，完成区域区域施肥量的精确控制；其具体过程为，当农耕机械行驶到需施肥区域，打开本系统，GPS单元对区域定位，主控系统调取预先编制好施肥配方图，并根据所采集的其它信息转换成实时控制无机肥排肥机构排肥量控制信号，实现坐标区域的精控施肥。 通过连接在主控制器上的施肥因素测试模块，可对装入料斗的施用肥料进行测试，得到肥料特性，比如比重等，可以进一步增加精准度。

就有机肥施肥机构而言，其通过在有机肥料斗内的中部设有防空鼓旋转轮，这样可避免质量较轻，含有一定水分的有机肥在料斗的部分区域堆积，而出现无法正常下料，影响施肥，在有机肥料斗的下方设有施肥输送带，在有机肥料斗的下方出口处设有防空均肥转轮，防空均肥转轮不仅可以进一步放置料斗内的堵料空鼓，而且能将输肥输送带上的堆积肥料均摊在输肥输送带的皮带上，进而确保有机肥施肥量的一致性。在施肥输送带的上皮带面下方设有盛肥槽，盛肥槽的槽体两侧上端与有机肥料斗的下方连接，这样有机肥肥料在均摊的过程中就不会出现输送带两侧落料的现象，可进一步提高施肥的均匀性和精准性；在有机肥料斗上设有振动装置，这样可以控制振动装置间歇性的敲到漏斗外壁，进而更进一步的避免了料斗内的空鼓现象。同时为方便调节有机肥的落料量，在施肥输送带的传动电机上可连接控制器转速的装置，其装置可以采用本申请中有机肥转速控制系统。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为精控施肥控制系统的结构框图。

图3为图1是本实用新型无机肥排肥机构的结构示意图。

图4为本无机肥排肥机构螺杆的三维图。

图5为本测速装置的结构示意图。

图6为有机肥排肥装置的机构示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1-6所示，本申请设计的精控智能化有机无机施肥一体机大体包含以下几个部分，a无机肥的排肥机构；b有机肥的排肥机构；c有机肥排肥机构的精控系统（该部分原理可以应用至有机肥的精确控制）；d测速辅助机构；上述几个部分为方便描述，现逐一说明：

a无机肥的排肥机构，该部分为包含盛无机肥的料斗16，由不锈钢制成，形状为锥形，在料斗的下方连接有矩形的外腔1，外腔1上开设有贯通的柱形通孔，在外腔1的上端设有上端与料斗连接的进肥口3，在外腔1的下端设有排肥口4，在外腔1的柱形通孔内安装有与之匹配的螺杆2，在外腔1的两端分别安装有左、右两个装配端面，在左、右两个装配端面上设有安装孔，所述螺杆2通过左、右两个轴承及轴承盖组合件安装在外腔1内，所述螺杆2的一端伸出外腔1外，通过同步带轮与调速电机相连接，为确保施肥的精确性，螺杆2的外径与外腔1内径之间的间隙为30丝；所述轴承采用轴承盖密封，轴承和轴承盖之间的接触间隙采用高粘度黄油作密封润滑油。

因螺杆与外腔要求有较高的配合精度，故为要求有较高的同轴度要求，故申请人采用了独特的加方法，其螺杆制作方法按如下步骤：

一、选择锡青铜作为螺杆2的本体材料，按规格和长度备料；

二、将锡青铜材料装夹在车床上，按三爪卡盘端伸出160mm打中心孔顶起加工；

三、将装夹好的锡青铜材料进行粗加工，至图纸规格的外形留单边余量0.2mm；粗车螺牙底径留单边余量为0.05mm，齿厚留单边余量0.05mm；

四、先对齿尖进行倒角，然后精加工螺牙至图纸尺寸；

五、精加工所有外形尺寸，按图尺寸车削小φ0.015mm；

六、在车床上面全检后切断出产品；

七、先去毛刺，再用专用夹具修两端面清批锋；

八、全检保证工件尺寸统一后进行真空化学镀镍形成真空镀镍层。

传统排肥机构采用联轴器连接，结构简单，造价低，但是影响整体结构，而且扭力不可调整，肥料品种改变之后需要调整扭矩时只能更换电机。该精控排肥机构采用同步带轮与调速电机相连接，空间简洁，保证转速、扭力可通过调整减速比来调整。

外腔材料选择航空铝材化学镀镍，抗腐蚀性和耐用性增强。

螺杆轴运转需要两端轴承的正常工作，肥料酸碱性都有，腐蚀性极强，如果沾染轴承则整个精控排肥机构就会失效，传统密封采用橡胶密封环强度和耐久度在轴高速运转时达不到要求。采用轴承盖密封，合理控制轴承盖和轴的接触间隙，轴承盖和轴承之间采用高粘度黄油，黄油可以阻止腐蚀性的肥料颗粒侵袭轴承。

合理设计螺杆的长度、螺距、内外径、叶片厚度，选择锡青铜为材料车削加工后化学镀镍，在硬度，应力曲度，加工难度方面均能达到使用要求，耐腐蚀，同时又能使精控排肥机构准确控制下肥量和下肥精度。

所述精控排肥机构及其螺杆制作方法，通过同步带轮与调速电机相连接，螺杆通过左、右两个轴承及轴承盖组合件安装在外腔内，结构设计合理，具有下肥稳定均匀、排肥量精准、自动化程度高的特性，适合精细化农业生产；合理设计螺杆与外腔的间隙，有效防止肥料积留在缝隙影响该精控排肥机构正常运行；同时，对该精控排肥机构的部件进行表面处理，可以有效防止肥料的酸碱腐蚀。使用该方法制作精控排肥机构的螺杆，耐腐蚀，在硬度，应力曲度，加工精度及难度都能达到生产要求。

b有机肥的排肥机构，该部分为包含盛有无极肥的有机肥料斗10，由不锈钢制成，形状为锥形，有机肥料斗10安装在机架上，在有机肥料斗10内的中部设有防空鼓旋转轮11，防空鼓旋转轮11的转轴两端连接在有机肥料斗10上，在有机肥料斗10的下方设有施肥输送带12，同时在有机肥料斗10的下方出口处设有防空均肥转轮13，防空均肥转轮13的转轴两端也连接在有机肥料斗10上，一端较长连接有带轮，防空均肥转轮13的作用有两个，其一也是避免无机肥在料斗内堆积形成空鼓，通过转动转轮确保连续下料，其二其位置能将输肥输送带12上的堆积肥料均摊在输肥输送带12的皮带上，使无机肥落料均匀。因防空均肥转轮13的设置，为避免有机肥从输肥输送带12两侧掉落，在施肥输送带12的上皮带面下方设有盛肥槽14，盛肥槽14的槽体两侧上端与有机肥料斗10的下方连接，这样在摊肥的过程中肥料也不会从两侧掉落。更进一步的，为防止有机肥料口10 的拐角等区域堆肥，在有机肥料斗10上设有振动装置15，振动装置15定期敲打有机肥料斗10 的桶壁。同时为方便调节有机肥的排肥量，在施肥输送带12的传动电机上连接有无机肥转速控制系统。

c有机肥排肥机构的精控系统，该部分包括以下模块：

蓝牙控制模块，采用蓝牙4.0，它将数据采集控制器接收到的各种传感信息上传主控制器，并接受主控制器发回的控制信息传送至电机控制模块；

信息采集模块，收集需采集的传感信息，并将收集的传感信息传至数据采集控制器；

电源控制模块，给各种传感器供电，给电机控制部分供电；

速度计算模块，记录测速传感器上传的脉冲信息，并根据预置的各种参数设定，计算农机行进速度，并通过蓝牙控制模块上传主控制器；

电机控制模块，将主控制器送达的转速信息转换为伺服电机脉冲信息控制伺服电机转速，伺服电机驱动无机肥排肥机构运转；

主控制器，利用收集到的定位信息，速度信息，通过调取该位置坐标的电子施肥配方模块中的电子施肥配方图，通过施肥量计算出伺服电机的轴转速，并实时通过蓝牙控制模块发送给电机控制模块，完成精准控制施肥；同时通过互联网将实时施肥数据上传后台服务器。

显示器，显示各种传感器信息，利用触屏进行各种精控施肥需要的参数设定，并在数据异常时发布警报，展示精控施肥机的运作进程；

有机肥机械施用模块，控制有机肥排肥机构随无机肥排肥机构同步运转；控制防空鼓旋转轮和施肥输送带的运转；

施肥配方模块，存储不同坐标位置信息下的电子施肥配方图，并能通过通过互联网自动获取特定地域的电子施肥配方图。

上述机构的硬件可以由安装系统的智能手机代替。

d测速辅助机构，因农用机械的速度对肥料的使用量至关重要，故需要精确采集农机的前进速度，其具体结构及安装是在农机从动轮轴上且能随轴转动的小模数齿轮7和固定在农机机架上的编码器安装套8，在编码器安装套8内安装有齿轮轴5和编码器9，小模数齿轮7与的齿轮轴5相互啮合，编码器9连接在齿轮轴5的转轴上，这样在农机从动轮转动的过程中，编码器就可将相关信息发送至速度计算模块计算出农机前进速度。