精控智能化有機無機施肥一體機的製作方法
2023-06-04 15:51:21
本實用新型涉及一種精控智能化有機無機施肥一體機，屬於施肥設備技術領域。
背景技術：
背景技術
隨著農用機械的普及及推廣，各類農耕用具已被農民所接受。現有的機械化用施肥機種類繁多，但其多為純機械控制其施肥量，最常見的施肥機控制結構為，在肥料盛裝箱的出料口處設置一個出料口開口調節板，肥料量的多少由出料口大小來控制；這種施肥機結構簡單、造價低、應用面很廣，但隨著農作物精細化程度的提高，這種施肥機的弊端也愈發突出，其主要體現在：1、因耕作後的大田不平整，農機受顛簸後上下運動，導致每次的下肥量會出現明顯不均；2、現有施肥採用按畝均施，在施肥時沒有考慮該耕地的土壤肥力情況，這種施肥方法容易出現燒苗，即影響作物產量、又存在較大浪費。
同時現有無機肥也存過量施用、盲目施用等問題，帶來了成本的增加和環境的汙染，為此，農業部制訂《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。故為應對農業部的零增長方案，又能保障生產、節本增效，無機肥的有效合理利用則為現有施肥機械著力要解決的問題。現有進行施肥調控的方法很多，如由北京農業信息技術研究中心申請的專利號為02149019，名稱為「精準變量施肥機「的專利公開了以下內容「它是由拖拉機和懸掛的施肥機用GPS定位系統通過拖拉機固定的機載電腦為機械控制系統提供定位位置處的化肥施用量信息,通過調整排肥輪的轉速達到調整施肥量的目的。排肥輪由液壓馬達的轉速來控制,排肥開始和停止可以通過施肥控制開關強制控制。根據預先確定整個地塊的處方進行變量施肥,可提高肥料利用率40-50%,糧食產量提高30%,減少由於不合理施用化肥給環境造成的汙染。」，另有本申請在2012年申請的專利名稱為「精控智能化施肥機」，申請號為201210087751的專利公開了以下內容「它包括智能控制器、調速電機和排肥裝置，智能控制器包括：GPS單元、土壤養分信息存儲模塊、施肥模型管理模塊、排肥控制模塊，排肥裝置包括殼體（1）、轉軸（2）和星輪（3），在星輪（3）的上端設有肥料盛裝鬥（4），在星輪（3）的下端設有排肥口。本實用新型即可控制單位時間的排肥量，又能根據土壤自身的養分情況調節排肥量，這樣不僅給作物的生長帶來更好的生長環境，而且可提高農民的收入，減少肥料的浪費。」，上述兩件專利均公開了根據土壤肥效來實時調整排肥量的構思，但具體如何實現高精度排肥並無公開，還需進一步完善。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是提供一種控施肥器能根據土壤肥力精確控制排肥量的精控施肥器，可以克服現有技術的不足。
本實用新型的技術方案是：精控智能化有機無機施肥一體機，它連接在農用機械上，包括位於機架上的無機肥料鬥和有機肥料鬥，在機架上無機肥料鬥的下方設有無機肥排肥機構，在無機肥排肥機構的出排肥口設有導肥管，在無機肥排肥機構的驅動裝置上連接有精控施肥控制系統，在農用機械的非驅動軸上連接有測速裝置，所述的無機肥排肥機構它包括外腔和螺杆，在外腔的上端設有進肥口，在外腔的下端設有排肥口，所述外腔具有左、右兩個裝配端面，左、右兩個裝配端面上分別設有安裝孔，所述螺杆通過左、右兩個軸承及軸承蓋組合件安裝在外腔內，所述螺杆的一端伸出外腔外通過同步帶輪與驅動裝置相連接。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的精控施肥控制系統它包括以下模塊：
藍牙控制模塊，它將數據採集控制器接收到的各種傳感信息上傳主控制器，並接受主控制器發回的控制信息傳送至電機控制模塊；
信息採集模塊，收集需採集的傳感信息，並將收集的傳感信息傳至數據採集控制器；
電源控制模塊，給各種傳感器供電，給電機控制部分供電；
速度計算模塊，記錄測速傳感器上傳的脈衝信息，並根據預置的各種參數設定，計算農機行進速度，並通過藍牙控制模塊上傳主控制器；
電機控制模塊，將主控制器送達的轉速信息轉換為伺服電機脈衝信息控制伺服電機轉速，伺服電機驅動無機肥排肥機構運轉；
主控制器，利用收集到的定位信息，速度信息，通過調取該位置坐標的電子施肥配方模塊中的電子施肥配方圖，通過施肥量計算出伺服電機的軸轉速，並實時通過藍牙控制模塊發送給電機控制模塊，完成精準控制施肥；同時通過網際網路將實時施肥數據上傳後臺伺服器。
顯示器，顯示各種傳感器信息，利用觸屏進行各種精控施肥需要的參數設定，並在數據異常時發布警報，展示精控施肥機的運作進程；
有機肥機械施用模塊，控制有機肥排肥機構隨無機肥排肥機構同步運轉；控制防空鼓旋轉輪和施肥輸送帶的運轉；
施肥配方模塊，存儲不同坐標位置信息下的電子施肥配方圖，並能通過通過網際網路自動獲取特定地域的電子施肥配方圖。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，信息採集模塊所收集的傳感信息包括電壓，伺服電機狀態，外接定位模塊傳送的位置信息，測速傳感器信息。所述速度計算模塊中的需預製的各種參數為輪徑，轉速比。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述螺杆的外徑與外腔之間的間隙為30絲。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述螺杆的螺旋葉片為端部薄根部厚的漸變葉片。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述軸承採用軸承蓋密封，軸承和軸承蓋之間的接觸間隙採用高粘度黃油作密封潤滑油。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的螺杆（2）的製作方法包括如下步驟：
a、選擇錫青銅作為螺杆的本體材料，按規格和長度備料；
b、將錫青銅材料裝夾在車床上，按三爪卡盤端伸出160mm打中心孔頂起加工；
c、將裝夾好的錫青銅材料進行粗加工，至圖紙規格的外形留單邊餘量0.2mm；粗車螺牙底徑留單邊餘量為0.05mm，齒厚留單邊餘量0.05mm；
d、先對齒尖進行倒角，然後精加工螺牙至圖紙尺寸；
e、精加工所有外形尺寸，按圖尺寸車削小φ0.015mm；
f、在車床上面全檢後切斷出產品；
g、先去毛刺，再用專用夾具修兩端面清批鋒；
h、全檢保證工件尺寸統一後進行真空化學鍍鎳。
上述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的測速裝置它包括套接在農機輪軸上且能隨軸轉動的小模數齒輪和固定在農機機架上的編碼器安裝套，在編碼器安裝套內安裝有齒輪軸和編碼器，小模數齒輪與的齒輪軸相互嚙合，編碼器連接在齒輪軸的轉軸上。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的農機輪軸為農機從動輪。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的有機肥施肥機構，它包括機架，在機架上設有有機肥料鬥，機架連接在農用機械上，在有機肥料鬥內的中部設有防空鼓旋轉輪，在有機肥料鬥的下方設有施肥輸送帶，在有機肥料鬥的下方出口處設有防空均肥轉輪，防空均肥轉輪能將輸肥輸送帶上的堆積肥料均攤在輸肥輸送帶的皮帶上。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，在施肥輸送帶的上皮帶面下方設有盛肥槽，盛肥槽的槽體兩側上端與有機肥料鬥的下方連接。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，在有機肥料鬥上設有振動裝置。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，在施肥輸送帶的傳動電機上連接有有機肥轉速控制系統。
前述的精控智能化有機無機施肥一體機是，所述的有機肥轉速控制系統為無機肥施肥系統中的精控施肥控制系統。
現有技術比較，本實用新型涉及一種精控智能化有機無機施肥一體機，其通過在農業機械上分別設置有機肥排肥機構和無機肥排肥機構，兩者的配合在作物栽種前期可以根據要求進行底肥的實施，且根據作物及農田的自身肥力可自由調節施肥量，以滿足不同作物、地域甚至是每地塊的施肥要求。
本實用新型所提供的基準排肥包括無機肥排肥機構的精準化、無機肥排肥控制系統的精準化和有機肥排肥系統的精準化，就無機肥排肥機構而言，採用了高精度加工的螺杆輸送結構，具有下肥穩定均勻、排肥量精準、自動化程度高的特性，適合精細化農業生產；合理設計螺杆與外腔的間隙，有效防止肥料積留在縫隙影響該精控無機肥排肥機構正常運行；同時，對該精控無機肥排肥機構的部件進行表面處理，可以有效防止肥料的酸鹼腐蝕。所述軸承採用軸承蓋密封，軸承和軸承蓋之間的接觸間隙採用高粘度黃油作密封潤滑油，這樣在使用過程中肥料粉末或粉塵與黃油接觸就會在軸承與端蓋集合處形成密封，所述螺杆的螺旋葉片為端部薄根部厚的漸變葉片，其結構第一可以對結塊的肥料進行切削，第二可進一步提高排肥精度。
螺杆的製作採用了特殊的工藝，因常規的製作方法是採用螺紋車刀車削加工，因其所用螺杆屬於細杆件，在車削過程中極易產生徑向力造成螺杆變形，使得車削出來的螺杆同軸度、光潔度和精度都無法與殼體配合使用，採用本申請提出的方法則可很好的解決。同時傳統螺杆的本體材料一般為鋼材或者鋁材，在精控無機肥排肥機構中的螺杆長徑比大，若選擇鋼材，雖然造價便宜，但是彈性過大，加工的軸應力曲度達不到要求；若選擇鋁材，雖然軸應力曲度很小，但是硬度卻達不到要求，不能很好的對結塊肥料進行破碎，而且加工時拉絲現象明顯，無法批量生產，故本申請採用了不常用的錫青銅材料，很好的克服了材料不達標、加工成品率低的問題。同時，由於肥料具有較強的酸鹼性，一般應在螺杆表面形成鍍層保護，傳統表面處理採用電鍍硬鉻，但是在精控無機肥排肥機構中的螺杆由於造型奇特，電鍍時葉片和內徑的鍍層厚度無法一致，而本申請提出了真空化學鍍鎳，很好的解決了腐蝕問題，為精控排肥提供了保證。
就控制系統而言其精準包含以下幾個方面：一是根據所綁定的農機行車速度實時調整無機肥排肥機構的排肥量；而是根據農田所處的地理位置實時調整無機肥排肥機構的排肥量；三是根據肥料自身的特性調整無機肥排肥機構的排肥量；為實現上述第一點，本申請採用了實時監測農機非驅動輪的轉速，並換算成行進速度，進行實時調控；為實現第二點，通過建立一個數學模型，在模型中彙編好土壤養分與所施肥量的公式，土壤養分由土壤養分信息存儲模塊提供，土壤養分信息存儲模塊中存儲有由操作人員定點採樣的土壤數據和坐標，調取該那塊區域的土壤採集信息由GPS單元提供坐標，得出該區域的施肥量後由排肥控制模塊生成單位時間電機的轉速信息，傳送給調速電機，完成區域區域施肥量的精確控制；其具體過程為，當農耕機械行駛到需施肥區域，打開本系統，GPS單元對區域定位，主控系統調取預先編制好施肥配方圖，並根據所採集的其它信息轉換成實時控制無機肥排肥機構排肥量控制信號，實現坐標區域的精控施肥。 通過連接在主控制器上的施肥因素測試模塊，可對裝入料鬥的施用肥料進行測試，得到肥料特性，比如比重等，可以進一步增加精準度。
就有機肥施肥機構而言，其通過在有機肥料鬥內的中部設有防空鼓旋轉輪，這樣可避免質量較輕，含有一定水分的有機肥在料鬥的部分區域堆積，而出現無法正常下料，影響施肥，在有機肥料鬥的下方設有施肥輸送帶，在有機肥料鬥的下方出口處設有防空均肥轉輪，防空均肥轉輪不僅可以進一步放置料鬥內的堵料空鼓，而且能將輸肥輸送帶上的堆積肥料均攤在輸肥輸送帶的皮帶上，進而確保有機肥施肥量的一致性。在施肥輸送帶的上皮帶面下方設有盛肥槽，盛肥槽的槽體兩側上端與有機肥料鬥的下方連接，這樣有機肥肥料在均攤的過程中就不會出現輸送帶兩側落料的現象，可進一步提高施肥的均勻性和精準性；在有機肥料鬥上設有振動裝置，這樣可以控制振動裝置間歇性的敲到漏鬥外壁，進而更進一步的避免了料鬥內的空鼓現象。同時為方便調節有機肥的落料量，在施肥輸送帶的傳動電機上可連接控制器轉速的裝置，其裝置可以採用本申請中有機肥轉速控制系統。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖2為精控施肥控制系統的結構框圖。
圖3為圖1是本實用新型無機肥排肥機構的結構示意圖。
圖4為本無機肥排肥機構螺杆的三維圖。
圖5為本測速裝置的結構示意圖。
圖6為有機肥排肥裝置的機構示意圖。
具體實施方式
實施例1，如圖1-6所示，本申請設計的精控智能化有機無機施肥一體機大體包含以下幾個部分，a無機肥的排肥機構；b有機肥的排肥機構；c有機肥排肥機構的精控系統（該部分原理可以應用至有機肥的精確控制）；d測速輔助機構；上述幾個部分為方便描述，現逐一說明：
a無機肥的排肥機構，該部分為包含盛無機肥的料鬥16，由不鏽鋼製成，形狀為錐形，在料鬥的下方連接有矩形的外腔1，外腔1上開設有貫通的柱形通孔，在外腔1的上端設有上端與料鬥連接的進肥口3，在外腔1的下端設有排肥口4，在外腔1的柱形通孔內安裝有與之匹配的螺杆2，在外腔1的兩端分別安裝有左、右兩個裝配端面，在左、右兩個裝配端面上設有安裝孔，所述螺杆2通過左、右兩個軸承及軸承蓋組合件安裝在外腔1內，所述螺杆2的一端伸出外腔1外，通過同步帶輪與調速電機相連接，為確保施肥的精確性，螺杆2的外徑與外腔1內徑之間的間隙為30絲；所述軸承採用軸承蓋密封，軸承和軸承蓋之間的接觸間隙採用高粘度黃油作密封潤滑油。
因螺杆與外腔要求有較高的配合精度，故為要求有較高的同軸度要求，故申請人採用了獨特的加方法，其螺杆製作方法按如下步驟：
一、選擇錫青銅作為螺杆2的本體材料，按規格和長度備料；
二、將錫青銅材料裝夾在車床上，按三爪卡盤端伸出160mm打中心孔頂起加工；
三、將裝夾好的錫青銅材料進行粗加工，至圖紙規格的外形留單邊餘量0.2mm；粗車螺牙底徑留單邊餘量為0.05mm，齒厚留單邊餘量0.05mm；
四、先對齒尖進行倒角，然後精加工螺牙至圖紙尺寸；
五、精加工所有外形尺寸，按圖尺寸車削小φ0.015mm；
六、在車床上面全檢後切斷出產品；
七、先去毛刺，再用專用夾具修兩端面清批鋒；
八、全檢保證工件尺寸統一後進行真空化學鍍鎳形成真空鍍鎳層。
傳統排肥機構採用聯軸器連接，結構簡單，造價低，但是影響整體結構，而且扭力不可調整，肥料品種改變之後需要調整扭矩時只能更換電機。該精控排肥機構採用同步帶輪與調速電機相連接，空間簡潔，保證轉速、扭力可通過調整減速比來調整。
外腔材料選擇航空鋁材化學鍍鎳，抗腐蝕性和耐用性增強。
螺杆軸運轉需要兩端軸承的正常工作，肥料酸鹼性都有，腐蝕性極強，如果沾染軸承則整個精控排肥機構就會失效，傳統密封採用橡膠密封環強度和耐久度在軸高速運轉時達不到要求。採用軸承蓋密封，合理控制軸承蓋和軸的接觸間隙，軸承蓋和軸承之間採用高粘度黃油，黃油可以阻止腐蝕性的肥料顆粒侵襲軸承。
合理設計螺杆的長度、螺距、內外徑、葉片厚度，選擇錫青銅為材料車削加工後化學鍍鎳，在硬度，應力曲度，加工難度方面均能達到使用要求，耐腐蝕，同時又能使精控排肥機構準確控制下肥量和下肥精度。
所述精控排肥機構及其螺杆製作方法，通過同步帶輪與調速電機相連接，螺杆通過左、右兩個軸承及軸承蓋組合件安裝在外腔內，結構設計合理，具有下肥穩定均勻、排肥量精準、自動化程度高的特性，適合精細化農業生產；合理設計螺杆與外腔的間隙，有效防止肥料積留在縫隙影響該精控排肥機構正常運行；同時，對該精控排肥機構的部件進行表面處理，可以有效防止肥料的酸鹼腐蝕。使用該方法製作精控排肥機構的螺杆，耐腐蝕，在硬度，應力曲度，加工精度及難度都能達到生產要求。
b有機肥的排肥機構，該部分為包含盛有無極肥的有機肥料鬥10，由不鏽鋼製成，形狀為錐形，有機肥料鬥10安裝在機架上，在有機肥料鬥10內的中部設有防空鼓旋轉輪11，防空鼓旋轉輪11的轉軸兩端連接在有機肥料鬥10上，在有機肥料鬥10的下方設有施肥輸送帶12，同時在有機肥料鬥10的下方出口處設有防空均肥轉輪13，防空均肥轉輪13的轉軸兩端也連接在有機肥料鬥10上，一端較長連接有帶輪，防空均肥轉輪13的作用有兩個，其一也是避免無機肥在料鬥內堆積形成空鼓，通過轉動轉輪確保連續下料，其二其位置能將輸肥輸送帶12上的堆積肥料均攤在輸肥輸送帶12的皮帶上，使無機肥落料均勻。因防空均肥轉輪13的設置，為避免有機肥從輸肥輸送帶12兩側掉落，在施肥輸送帶12的上皮帶面下方設有盛肥槽14，盛肥槽14的槽體兩側上端與有機肥料鬥10的下方連接，這樣在攤肥的過程中肥料也不會從兩側掉落。更進一步的，為防止有機肥料口10 的拐角等區域堆肥，在有機肥料鬥10上設有振動裝置15，振動裝置15定期敲打有機肥料鬥10 的桶壁。同時為方便調節有機肥的排肥量，在施肥輸送帶12的傳動電機上連接有無機肥轉速控制系統。
c有機肥排肥機構的精控系統，該部分包括以下模塊：
藍牙控制模塊，採用藍牙4.0，它將數據採集控制器接收到的各種傳感信息上傳主控制器，並接受主控制器發回的控制信息傳送至電機控制模塊；
信息採集模塊，收集需採集的傳感信息，並將收集的傳感信息傳至數據採集控制器；
電源控制模塊，給各種傳感器供電，給電機控制部分供電；
速度計算模塊，記錄測速傳感器上傳的脈衝信息，並根據預置的各種參數設定，計算農機行進速度，並通過藍牙控制模塊上傳主控制器；
電機控制模塊，將主控制器送達的轉速信息轉換為伺服電機脈衝信息控制伺服電機轉速，伺服電機驅動無機肥排肥機構運轉；
主控制器，利用收集到的定位信息，速度信息，通過調取該位置坐標的電子施肥配方模塊中的電子施肥配方圖，通過施肥量計算出伺服電機的軸轉速，並實時通過藍牙控制模塊發送給電機控制模塊，完成精準控制施肥；同時通過網際網路將實時施肥數據上傳後臺伺服器。
顯示器，顯示各種傳感器信息，利用觸屏進行各種精控施肥需要的參數設定，並在數據異常時發布警報，展示精控施肥機的運作進程；
有機肥機械施用模塊，控制有機肥排肥機構隨無機肥排肥機構同步運轉；控制防空鼓旋轉輪和施肥輸送帶的運轉；
施肥配方模塊，存儲不同坐標位置信息下的電子施肥配方圖，並能通過通過網際網路自動獲取特定地域的電子施肥配方圖。
上述機構的硬體可以由安裝系統的智慧型手機代替。
d測速輔助機構，因農用機械的速度對肥料的使用量至關重要，故需要精確採集農機的前進速度，其具體結構及安裝是在農機從動輪軸上且能隨軸轉動的小模數齒輪7和固定在農機機架上的編碼器安裝套8，在編碼器安裝套8內安裝有齒輪軸5和編碼器9，小模數齒輪7與的齒輪軸5相互嚙合，編碼器9連接在齒輪軸5的轉軸上，這樣在農機從動輪轉動的過程中，編碼器就可將相關信息發送至速度計算模塊計算出農機前進速度。