一种智能施肥装置及方法与流程

本发明涉及一种施肥系统，特别涉及一种用来给果树施液态肥的施肥方法、施肥装置及施肥控制系统。

背景技术：

在园林行业及果树等农作物中，为使林木茁壮成长，需经常进行松土和施肥。传统技术中，劳作人员使用人工压入式的深层松土施肥机，可实现深层松土，但只能适用于软土，压入深度浅，效率低下，施肥量无法定量化，机具笨重不易操作，工人的劳作强度大。

为了解决传统的人工处理方法存在的问题，现有技术中，公告了专利名称为深层松土施肥机的中国发明专利，其申请号为02272845.7，申请日为2002.08.27，授权公告日为2003年9月3日，授权公告日为cn2569541y，其结构具体的为，包括一个能产生冲击振动的主机，主机下部连接有一个可插入土中松土施肥的松土杆，主机上还连接有一个储存化肥或农药的储料罐，储料罐底部通过管道与松土杆内空腔连通，主机为气压式振动机，施肥机工作时，将气压式振动机打开，气压式振动机给松土杆不断向下冲击的力，无需人工压入即可深入到预定的深度，储料罐中的液态肥、固态肥或粉状肥料从储料罐进入松土杆，主机为冲击式机械，可适用于一定硬度或板结程度的土壤，但是这种结构仅仅通过冲击式机械进行松土，松土杆的下端部周围的土壤仍然很紧密，土壤不透气，此时，直接将肥料沿着松土杆的出料口施入土壤中时，肥料很难均匀地施入植物根系周围，不利于植物根系的生长。

技术实现要素：

本发明的目的在于，解决了现有技术中肥料难匀施的技术问题，提供一种智能施肥装置及方法，本发明可提高土壤透气性，保墒蓄水，药液易匀施入植物根系，有利于植物生长，提高工作效率。

本发明的目的是这样实现的：一种智能施肥装置，包括下支撑座，所述下支撑座上侧连接有空气锤，下支撑座的底部为中空管，所述中空管分别连通气动管路一端和通液管路一端，所述中空管连接呈中空的升降杆一端，所述升降杆设置在升降驱动器上，所述升降杆另一端可拆卸地连接有入土器，升降杆可在升降驱动器中作直线升降运动；入土器的最下部呈锥状，入土器内开有连通升降杆内腔的通液腔，所述通液腔对应的入土器上开有至少1个排气施液孔。

为了进一步提高施肥装置的可控性，靠近所述中空管的气动管路一端依次经过单向阀和电磁阀一与中空管连接，靠近所述中空管的通液管路一端经过电磁阀二与中空管连接，气动管路与通液管路一端均与中空管连通；空气锤经过电磁阀三连接至储气罐的出气口；气动管路另一端连接至储气罐的出气口；通液管路另一端经过电磁阀四连接至四通管的左端，四通管的上端依次经过电磁阀五、出液管连接至水泵的出液口，水泵的吸液口连接至储液罐的出液口；四通管的下端依次经过电磁阀六、进液管连接至储液罐的进液口；所述四通管的右端依次经过电磁阀七连接至备用通液管路一端；此设计中，不施肥时，电磁阀一和电磁阀二常开，水泵不断将储液罐中的药液抽出至出液管内，出液管内的水进入进液管，进液管中的药液回流至储液罐内，以不断搅拌储液罐内的药液，保证药液浓度的均匀性；需要施药时，将电磁阀二关闭，电磁阀三打开，储液罐中的药液依次经过出液管、施液管进入通液管路内，提高施液的可控性，实现定量施肥；电磁阀七和备用通液管路的设置可作为后备元件使用。

作为本发明的进一步改进，所述下支撑座上方设有上支撑座，所述上支撑座上开有刚好让气锤垂直穿过的通孔，上支撑座与下支撑座通过连接销连接在一起；所述升降驱动器包括液压缸和液压工作站，液压工作站控制液压缸的缸体两端的进油量，液压缸的伸缩行程不低于50公分。

为了进一步提高施肥装置工作的可控性，还包括控制器，所述控制器控制电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六及电磁阀七的得断电，控制器控制升降杆的伸缩。

为了进一步提高控制施肥工作的准确性，所述控制器包括主控电路、驱动电路、按键电路、供电电路和计时电路；

按键电路上的按键被按下时，按键电路将按键被按下的信号传输给主控电路，主控电路控制施肥装置动作；按键复位时，主控电路控制施肥装置停止动作；

供电电路给电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六和电磁阀七供电，驱动电路通过液压工作站驱动升降驱动器的动作，主控电路通过驱动电路控制升降驱动器的动作；

主控电路根据按键电路、计时电路分别发出的按键信号和计时信号控制电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六和电磁阀七的得断电以及升降杆的伸缩；主控电路控制供电电路给电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六及电磁阀七的供电情况；

此设计中，计时电路给各个电磁阀得断电的时间进行计时，当对应的电磁阀的得电或断电时间达到设定的时间值时，计时电路发送相应的计时信号给主控电路，主控电路通过控制供电电路实现对相应的电磁阀供电或停止供电，以此来控制气动管路或通液管路的通断；当按键电路的按键被按下时，主控电路控制施肥装置开始工作；按键被复位时，主控电路控制供电电路停止对各个电磁阀的供电，通过液压驱动电路控制液压缸停止动作，从而使施肥装置停止工作。

一种施肥方法，包括以下步骤：

（1）将入土器打入地表以下；

（2）打开气动管路并往气动管路内通入压缩空气，同时，关闭通液管路，土壤内施肥装置底部的紧实土壤被通入的压缩空气吹松散开来；

（3）关闭气动管路的同时打开通液管路，往通液管路中通入药液，药液均匀施入松散的土壤上；

（4）关闭气动管路，将入土器从土壤内拔出；

步骤（1）～（4）任一项中，使用控制器控制施肥装置的每个动作。

作为本发明的进一步改进，所述施肥装置底部打入土壤内的深度可控，深度为30～50公分。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中，打开气动管路的时间为2～10s，关闭通液管路的时间比打开气动管路的时间短1～2s。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（3）中，打开通液管路的时间为2～10s。

为了使残留在升降杆内腔的液体全部施入土壤，步骤（3a）将药液施入松散的土壤后，还可再次打开气动管路并往气动管路内通入压缩空气，同时，关闭通液管路，将残留在施肥装置中的药液施入土壤内并将入土器周围的湿润土壤吹开；

步骤（3a）中，再次打开气动管路的时间比步骤（2）中打开气动管路的时间长至少2s，气动管路打开时，通液管路始终关闭；

所述步骤（3a）在步骤（3）之后且在步骤（4）之前；此设计中，可将残留在中空腔和通液腔中的药液全部施入土壤内，同时还可拔使施肥装置底部周围的湿润土壤松散开，施肥装置拔出时更加省力。

本发明工作前，施肥装置为初始状态，即入土器抵触在升降驱动器的缸体底侧，所有的电磁阀均断电；本发明工作时，单向阀常开，打开空气压缩机和水泵，按下控制器上的按键，主控电路控制供电电路使电磁阀五和电磁阀六得电，储液罐中的药液依次经过水泵、出液管、电磁阀五和电磁阀六进入进液管，进液管中的药液再回流至储液罐内，以不断搅拌药液，使药液的浓度始终保持均匀，同时，主控电路控制电磁阀三打开，空气锤中通入压缩空气，空气锤不断振动，给升降驱动器向下的激振力；主控电路通过驱动电路驱动升降驱动器的升降杆向下运动，入土器进入土壤内；当升降杆向下运动的距离达到控制器设定的距离极限值时，主控电路控制升降驱动器停止工作；此时，主控电路通过控制供电电路使电磁阀一得电，计时电路记下电磁阀一的得电时间，空气压缩机不断向储气罐内通入压缩空气，压缩空气从储气罐的出气口依次经过单向阀、电磁阀二、中空管、升降杆的中空腔通入通液腔，并从排气施液孔排至入土器周围的紧实土壤上，使土壤松散开，提高土壤透气性；当电磁阀一的得电时间到达设定的时间长短时，计时电路给主控电路发送断电信号，主控电路控制供电电路使得电磁阀一失电，此时，气动管路与中空管之间的气路不通；在电磁阀一失电前，主控电路通过供电电路控制电磁阀六断电，电磁阀四得电，以保持通气通液动作的连贯性，节约时间，出液管中的药液依次经过电磁阀五、四通管、电磁阀四、通液管路、电磁阀二、中空管、升降杆的中空腔后进入通液腔，药液施入已经松散的土壤中，有利于植物根系的生长；计时电路给电磁阀四得电的时间做计数，当电磁阀四和电磁阀二的得电时间达到设定的电磁阀四和电磁阀二的计数时间时，主控电路控制供电电路使得电磁阀四、电磁阀二断电，同时，电磁阀六得电；在电磁阀四和电磁阀二失电前，主控电路控制供电电路使得电磁阀一再次得电，计时电路记下电磁阀一的再次得电时间，空气压缩机不断向储气罐内通入压缩空气，压缩空气从储气罐的出气口依次经过单向阀、电磁阀二、中空管、升降杆的中空腔通入通液腔，并从排气施液孔排至入土器周围的已经湿润的土壤上，使入土器周围的土壤进一步松散开，电磁阀一再次得电的时间比第一次得电的时间要长至少2s，当电磁阀一再次得电的时间达到设定的再次得电的时间值时，主控电路控制供电电路使得电磁阀一再次失电；电磁阀一失电的同时，主控电路控制驱动电路驱动升降杆上升，当入土器底侧在地面以上时，再次按下按键，施肥装置停止工作；另外，需要说明的是，电磁阀二和电磁阀四是同时失电且同时断电的；本发明在不破坏地表的同时完成深层松土，使入土器周围紧实的土壤松散开，提高土壤的透气性，同时，增大药液与土壤接触的有效面积，药液轻松地均匀施入土壤中，有利于植物根系的生长；将入土器从土壤中拔出前，往通液腔中再次通入压缩空气，将残留在通液腔中的药液施入土壤内，以充分利用肥料，且考虑到湿润土壤比干土壤吹散的难度大些，再次通入压缩空气的时间比第一次通入压缩空气的时间要长，使得入土器周围的土壤被吹散，拔出入土器时更加省力；本发明可应用于给园林行业、果树等作物的施肥工作中。

附图说明

图1为本发明中给单个作物施肥时的管路连接结构示意图。

图2为本发明的初始状态的后视图。

图3为本发明的a-a向视图。

图4为本发明中四通管与其它管连接的结构示意图。

图5为本发明的工作状态下的后视图。

图6为本发明的工作状态下的主视图。

图7为本发明中控制器的外壳结构图。

图8为本发明的控制结构连接框图。

图9为本发明中同时给2个作物施肥时的管路连接结构示意图。

其中，1空气锤，2电磁阀三，3气动管路，4电磁阀一，5单向阀，6储气罐，7空气压缩机，8储液罐，9水泵，10电磁阀五，11四通管，12电磁阀四，13电磁阀七，14通液管路，15电磁阀六，16备用通液管路，17电磁阀二，18中空管，19入土器，1901排气施液孔，1902通液腔，20升降驱动器，2001升降杆，2002缸体，2003液压工作站，21下支撑座，22上支撑座，23进液管，24出液管，25机架，26连接销，27三通管，28控制器，2801按键。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步说明。

实施例1

如图1～8所示，一种智能施肥装置，包括下支撑座21，下支撑座21的上侧连接有空气锤1，下支撑座21的底部为中空管18，中空管18分别连通气动管路3一端和通液管路14一端，中空管18连接升降驱动器20一端，升降驱动器20一端为升降驱动器20的升降杆2001所在一端，升降杆2001呈中空状，升降杆2001的另一端可拆卸地连接有入土器19，升降杆2001可在升降驱动器20中作直线伸缩运动，入土器19的最下部呈锥状，入土器19内开有连通升降杆2001的中空腔的通液腔1902，通液腔1902对应的入土器19上开有至少1个排气施液孔1901；气动管路3中通入压缩空气，通液管路14中通入药液为了进一步提高气源和肥料源的可靠性，气动管路3另一端连接至储气罐6的出气口，储气罐6的进气口连接至空气压缩机7的出气口；通液管路14另一端连接至储液罐8的出液口；支撑机构还包括上支撑座22，上支撑座22设置在下支撑座21的正上方，上支撑座22上开有刚好让气锤垂直穿过的通孔，上支撑座22与下支撑座21通过连接销26连接在一起；

靠近中空管18的气动管路3一端依次经过单向阀5和电磁阀一4与中空管18连接，靠近中空管18的通液管路14一端经过电磁阀二17与中空管18连接，气动管路3与通液管路14一端均与中空管18连通；空气锤1经过电磁阀三2连接至储气罐6的出气口；气动管路3另一端连接至储气罐6的出气口；通液管路14另一端经过电磁阀四12连接至四通管11的左端，四通管11的上端依次经过电磁阀五10、出液管24连接至水泵9的出液口，水泵9的吸液口连接至储液罐8的出液口；四通管11的下端依次经过电磁阀六15、进液管23连接至储液罐8的进液口；四通管11的右端依次经过电磁阀七13连接至备用通液管路16一端，备用通液管路16的连接结构与通液管路14的连接结构相同；

升降驱动器20包括液压缸和液压工作站2003，液压工作站2003控制液压缸的缸体2002两端的进油量，液压缸的伸缩行程不低于50公分。

为了提高施肥装置工作的可控性，还包括控制器28，控制器28控制电磁阀一4、电磁阀二17、电磁阀三2、电磁阀四12、电磁阀五10、电磁阀六15及电磁阀七13的得断电，控制器28控制升降杆2001的伸缩。

为了进一步提高控制施肥工作的准确性，控制器28包括主控电路、驱动电路、按键2801电路、供电电路和计时电路；

按键2801电路上的按键2801被按下时，按键2801电路将按键2801被按下的信号传输给主控电路，主控电路控制施肥装置动作；按键2801复位时，主控电路控制施肥装置停止动作；

供电电路给电磁阀一4、电磁阀二17、电磁阀三2、电磁阀四12、电磁阀五10、电磁阀六15、电磁阀七13，驱动电路通过液压工作站2003驱动升降驱动器20的动作，主控电路通过驱动电路控制升降驱动器20的动作；

主控电路根据按键2801电路、计时电路分别发出的按键2801信号和计时信号控制电磁阀一4、电磁阀二17、电磁阀三2、电磁阀四12、电磁阀五10、电磁阀六15和电磁阀七13的得断电以及升降杆2001的伸缩；主控电路控制供电电路给电磁阀一4、电磁阀二17、电磁阀三2、电磁阀四12、电磁阀五10、电磁阀六15及电磁阀七13的供电情况。

利用施肥装置的施肥方法，包括以下步骤：

（1）将入土器打入地表以下；

（2）打开气动管路3并往气动管路3内通入压缩空气，同时，关闭通液管路14，土壤内施肥装置底部的紧实土壤被通入的压缩空气吹松散开来；

（3）关闭气动管路3的同时打开通液管路14，往通液管路14中通入药液，药液均匀施入松散的土壤上；

（4）关闭气动管路，将入土器从土壤内拔出；

步骤（1）～（4）任一项中，使用控制器控制施肥装置的每个动作。

其中，将入土器打入土壤内的深度可控，深度为30～50公分；

步骤（2）中，打开气动管路3的时间为2～10s，关闭通液管路14的时间比打开气动管路3的时间短1～2s；

步骤（3）中，打开通液管路14的时间为2～10s；

步骤（3a）将药液施入松散的土壤后，还可再次打开气动管路3并往气动管路3内通入压缩空气，同时，关闭通液管路14，将残留在施肥装置中的药液施入土壤内并将入土器19周围的湿润土壤吹开；

步骤（3a）中，再次打开气动管3路的时间比步骤（2）中打开气动管路3的时间长至少2s，气动管路3打开时，通液管路始14终关闭；

步骤（3a）在步骤（3）之后且在步骤（4）之前。

本发明工作前，施肥装置为初始状态，即入土器19抵触在缸体2002底侧，所有的电磁阀均断电；将储气罐6、储液罐8、液压工作站2003和水泵9安装到准备好的机架25上，液压缸最好安装在机架25上，这样可以避免人工拿着液压缸等构成的施肥装置时因空气锤1振动厉害拿不稳的情况发生，控制器28也可以安装到机架25上或者由操作人员手持；本发明工作时，单向阀5常开，打开空气压缩机7和水泵9，按下控制器28上的按键2801，主控电路控制供电电路使电磁阀五10和电磁阀六15得电，储液罐8中的药液依次经过水泵9、出液管24、电磁阀五10和电磁阀六15进入进液管23，进液管23中的药液再回流至储液罐8内，以不断搅拌药液，使药液的浓度始终保持均匀，同时，主控电路控制电磁阀三2打开，空气锤1中通入压缩空气，空气锤1不断振动，给液压缸向下的激振力；主控电路通过驱动电路驱动液压缸的升降杆2001向下运动，入土器19进入土壤内；当升降杆2001向下运动的距离达到控制器28设定的距离极限值时，主控电路通过驱动电路控制液压工作站2003停止工作；此时，主控电路通过控制供电电路使电磁阀一4得电，计时电路记下电磁阀一4的得电时间，空气压缩机7不断向储气罐6内通入压缩空气，压缩空气从储气罐6的出气口依次经过单向阀5、电磁阀二17、中空管18、升降杆2001的中空腔通入通液腔1902，并从排气施液孔1901排至入土器19周围的紧实土壤上，使土壤松散开，提高土壤透气性；当电磁阀一4的得电时间到达设定的时间长短时，计时电路给主控电路发送断电信号，主控电路控制供电电路使得电磁阀一4失电，此时，气动管路3与中空管18之间的气路不通；在电磁阀一4失电前，主控电路通过供电电路控制电磁阀六15断电，电磁阀四12得电，以保持通气通液动作的连贯性，节约时间，出液管24中的药液依次经过电磁阀五10、四通管11、电磁阀四12、通液管路14、电磁阀二17、中空管18、升降杆2001的中空腔后进入通液腔1902，药液施入已经松散的土壤中，有利于植物根系的生长；计时电路给电磁阀四12得电的时间做计数，当电磁阀四12和电磁阀二17的得电时间达到设定的电磁阀四12和电磁阀二17的计数时间时，主控电路控制供电电路使得电磁阀四12、电磁阀二17断电，同时，电磁阀六15得电；在电磁阀四12和电磁阀二17失电前，主控电路控制供电电路使得电磁阀一4再次得电，计时电路记下电磁阀一4的再次得电时间，空气压缩机7不断向储气罐6内通入压缩空气，压缩空气从储气罐6的出气口依次经过单向阀5、电磁阀二17、中空管18、升降杆2001的中空腔通入通液腔1902，并从排气施液孔1901排至入土器19周围的已经湿润的土壤上，使入土器19周围的土壤进一步松散开，电磁阀一4再次得电的时间比第一次得电的时间要长至少2s，当电磁阀一4再次得电的时间达到设定的再次得电的时间值时，主控电路控制供电电路使得电磁阀一4再次失电；电磁阀一4失电的同时，主控电路通过驱动电路控制液压工作站2003，驱动升降杆2001上升，当入土器19底侧在地面以上时，再次按下按键2801，施肥装置停止工作；另外，需要说明的是，电磁阀二17和电磁阀四12是同时失电且同时断电的；本发明在不破坏地表的同时完成深层松土，使入土器19周围紧实的土壤松散开，提高土壤的透气性，同时，增大药液与土壤接触的有效面积，药液轻松地均匀施入土壤中，有利于植物根系的生长；将入土器19从土壤中拔出前，往通液腔1902中再次通入压缩空气，将残留在通液腔1902中的药液施入土壤内，以充分利用肥料，且考虑到湿润土壤比干土壤吹散的难度大些，再次通入压缩空气的时间比第一次通入压缩空气的时间要长，使得入土器19周围的土壤被吹散，拔出入土器19时更加省力；本发明可应用于给园林行业、果树等作物的施肥工作中，此实施例适合给单个作物施肥。

另外，需要说明的是，步骤（3a）在施肥方法中不是必须的，可根据需要加入步骤（3a）；相对应的对本实用新型中工作方式说明也是一样，将药液施入土壤后，再次往通液腔1902中通入压缩空气可根据实际需求加入此程序，该工作过程不是必须的。

实施例2

如图9所示，与实施例的不同之处在于，备用通液管路16另一端经过电磁阀二17与另一个施肥装置的中空管18连接，增加1个新的气动管路3，新的气动管路3依次经过单向阀5、电磁阀一4连接至另一个施肥装置的中空管18；将储气罐6的出气口处连接三通管27一端，2个气动管路3的另一端分别与三通管27的另外两端连接。

本实施例的工作原理与实施例1中的相同，不同的是，控制器28同时控制2个施肥装置的动作，且动作完全一致；此实施例适用于需要同时给2个作物或者围绕同一个作物的不同位置施肥的工作中。

本发明并不局限于上述实施例，升降驱动器还可为气缸、电动推杆、丝杆步进电机或电动缸等，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。