精控智能化无机施肥机.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621098309.X (22)申请日 2016.09.30 (73)专利权人 北京东方优国途科技有限公司 地址 100191 北京市海淀区知春路82号院3 区1号楼5层509室 (72)发明人 李强 周祥 曾之锋 张海欧 姚津桐 王勇 (74)专利代理机构 贵州启辰知识产权代理有限 公司 52108 代理人 赵彦栋 (51)Int.Cl. A01C 15/16(2006.01) B23P 15/00(2006.01) G01N 15/06(2006.01) (ESM)同样。

2、的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 精控智能化无机施肥机 (57)摘要 本实用新型公开一种精控智能化无机施肥 机， 它连接在农用机械上， 包括位于机架上的无 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。 本实用新型涉及一种精控智能化 无机施肥机， 其通过在农业机械上设置的无机肥 排肥机构， 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。 权利要求书。

3、2页 说明书5页 附图3页 CN 206461959 U 2017.09.05 CN 206461959 U 1.一种精控智能化无机施肥机， 它连接在农用机械上， 包括位于机架上的无机肥料斗， 其特征在于： 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 （1） 和螺杆 （2） ， 在外腔 （1） 的上端设有进肥口 （3） ， 在外腔 （1） 的下端设有排肥口 （4） ， 所述外腔 （1） 具有左、 右两个 装配端面， 左、 右。

4、两个装配端面上分别设有安装孔， 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 （6） 与驱动装 置相连接。 2.根据权利要求1所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 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。

5、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；。

6、 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。 3.根据权利要求2所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 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。 4.根据权利要求1所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 所述螺杆 （2） 的外径与 外腔 （1） 之间的间隙为30丝。 5.根据权利要求1或4所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 所述螺杆 （2） 的螺旋 叶片为端部薄根部厚的渐变叶片。 6.根据。

7、权利要求5所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 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。 7.权利要求1或6所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 所述的螺杆 （2） 由锡青铜 制成， 表面具有真空化学镀镍层。 8.根据权利要求1所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 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 （7） 和固定在农机机架上的编码器安装套 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 206461959 U 2 （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。

8、） 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。 9. 权利要求8所述的精控智能化无机施肥机， 其特征在于： 所述的农机轮轴为农机从 动轮。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 206461959 U 3 精控智能化无机施肥机 技术领域 0001 本实用新型涉及一种精控智能化无机施肥机， 属于施肥设备技术领域。 背景技术 0002 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。

9、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。 0003 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。

10、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。

11、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。

12、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。 发明内容 0004 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。 0005 本实用新型的技术方案是： 精控智能化无机施肥机， 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 说 明 书 1/5 页 4 CN 206461959 U 。

13、4 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。 0006 前述的精控智能化无机施肥机是， 所述的精控施肥控制系统它包括以下模块： 0007 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； 0008 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； 0009 电源控制模块， 给各种。

14、传感器供电， 给电机控制部分供电； 0010 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； 0011 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； 0012 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。 0013 显示器， 显示各。

15、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； 0014 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。 0015 前述的精控智能化无机施肥机是， 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。 0016 前述的精控智能化无机施肥机是， 所述螺杆的外径与外腔之间的间隙为30丝。 0017 前述的精控智能化无机施肥机是， 所述螺杆的螺旋叶片为端部薄根部。

16、厚的渐变叶 片。 0018 前述的精控智能化无机施肥机是， 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。 0019 前述的精控智能化无机施肥机是， 所述的螺杆 （2） 的制作方法包括如下步骤： 0020 a、 选择锡青铜作为螺杆的本体材料， 按规格和长度备料； 0021 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； 0022 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； 0023 d、 先对齿尖进行倒角， 然后精加工螺。

17、牙至图纸尺寸； 0024 e、 精加工所有外形尺寸， 按图尺寸车削小0.015mm； 0025 f、 在车床上面全检后切断出产品； 0026 g、 先去毛刺， 再用专用夹具修两端面清批锋； 0027 h、 全检保证工件尺寸统一后进行真空化学镀镍。 说 明 书 2/5 页 5 CN 206461959 U 5 0028 上述的精控智能化无机施肥机是， 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。 0029 前述的精控智能化无机施肥机是， 所述。

18、的农机轮轴为农机从动轮。 0030 现有技术比较， 本实用新型涉及一种精控智能化无机施肥机， 其通过在农业机械 上设置有无机肥排肥机构， 在作物栽i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。 0031 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和无机肥排肥控制 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；。

19、 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。 0032 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。

20、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。

21、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。 0033 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。

22、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。 说 明 书 3/5 页 6 CN 206461959 U 6 附图说明 0034 图1为本实。

23、用新型的结构示意图。 0035 图2为精控施肥控制系统的结构框图。 0036 图3为图1是本实用新型无机肥排肥机构的结构示意图。 0037 图4为本无机肥排肥机构螺杆的三维图。 0038 图5为本测速装置的结构示意图。 具体实施方式 0039 实施例1， 如图1-5所示， 本申请设计的精控智能化无机施肥机大体包含以下几个 部分， a无机肥的排肥机构； b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） ； c测速辅助机构； 上述几个部分为方便描述， 现逐一说明 0040 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。

24、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。 0041 因螺杆与外腔要求有较高的配合精度， 故为要求。

25、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： 0042 一、 选择锡青铜作为螺杆2的本体材料， 按规格和长度备料； 0043 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； 0044 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； 0045 四、 先对齿尖进行倒角， 然后精加工螺牙至图纸尺寸； 0046 五、 精加工所有外形尺寸， 按图尺寸车削小0.015mm； 0047 六、 在车床上面全检后切断出产品； 0048 七、 。

26、先去毛刺， 再用专用夹具修两端面清批锋； 0049 八、 全检保证工件尺寸统一后进行真空化学镀镍。 0050 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。 0051 外腔材料选择航空铝材化学镀镍， 抗腐蚀性和耐用性增强。 0052 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。

27、。 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。 说 明 书 4/5 页 7 CN 206461959 U 7 0053 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。 0054 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。

28、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。 0055 b、 有机肥排肥机构的精控系统， 该部分包括以下模块： 0056 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； 0057 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。

29、控制 器； 0058 电源控制模块， 给各种传感器供电， 给电机控制部分供电； 0059 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； 0060 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； 0061 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。

30、传后台 服务器。 0062 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； 0063 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； 0064 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。 0065 上述机构的硬件可以由安装系统的智能手机代替。 0066 c、 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。 说 明 书 5/5 页 8 CN 206461959 U 8 图1 图2 说 明 书 附 图 1/3 页 9 CN 206461959 U 9 图3 图4 说 明 书 附 图 2/3 页 10 CN 206461959 U 10 图5 说 明 书 附 图 3/3 页 11 CN 206461959 U 11 。