一种玉米正位穴深施肥精播机及其精播方法

摘要

本发明涉及一种精细作业农业装备，尤其是涉及一种玉米正位穴深施肥精播机，包括玉米穴施肥穴播单体(36)、地轮(29)、三点悬挂(34)和机架，多个穴施肥穴播单体(36)安装在机架的横梁(37)上；玉米穴施肥穴播单体(36)还包括穴施肥单体和基于单片机的控制系统；穴施肥单体，包括前固定板(41)、施肥开沟器(1)、施肥覆土机构(2)、碎土轮(3)、外槽轮排肥器(11)、肥箱(12)和间歇排肥机构(16)；基于单片机的控制系统，包括旋转编码器(31)、激光传感器(7)和单片机(50)；本发明的玉米正位穴深施肥精播机具有不用间苗、不用追肥、省时省工、省种省肥，简便实用，能够大大简化农事操作，降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种精细作业农业装备，尤其是涉及一种玉米正位穴深施肥精播机及其精播方法。

背景技术

在传统的玉米种植农艺中，播种前要先施底肥，距地表20cm左右；播种时施口肥，口肥施在种子下方3～5cm处。玉米种植过程中有三个吸肥高峰：即拔节期、大喇叭口期和抽雄吐丝期，这三个阶段应分次追肥并要深追肥。实践表明，追肥深度达到8～10cm比2cm深度增产10％～15％，肥料利用率提高15％左右。这一过程中需要多次运用不同的农机具，对土壤进行多次开沟，不利于提高作业效率，土壤中水份流失大。由于条带施肥中玉米根系中间的肥料无法被吸收，导致施肥过量，对环境造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不用间苗、不用追肥、省时省工、省种省肥、简便实用、能够大大简化农事操作、降低生产成本，大幅度提高水肥利用效率和玉米单产的玉米正位穴深施肥精播机。

本发明的另一目的在于提供一种使用玉米正位穴深施肥精播机进行精播的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种玉米正位穴深施肥精播机，包括玉米穴施肥穴播单体36、地轮29、三点悬挂34和机架，多个穴施肥穴播单体36安装在机架的横梁37上；

玉米穴施肥穴播单体36包括播种主体支撑架45、四杆仿形机构10、施肥主体支撑板43、镇压轮6和穴播单体；播种主体支撑架45、四杆仿形机构10、施肥主体支撑板43由后至前顺序连接；

穴播单体包括双圆盘开沟器4、播种覆土器5、排种器8和种箱9，该穴播单体安装在播种主体支撑架45上；

玉米穴施肥穴播单体36还包括穴施肥单体和基于单片机的控制系统；

穴施肥单体，包括前固定板41、施肥开沟器1、施肥覆土机构2、碎土轮3、外槽轮排肥器11、肥箱12和间歇排肥机构16；

前固定板41后侧通过前固定板螺栓组47连接在施肥主体支撑板43上，前固定板41前侧固接矩形管38，矩形管38两侧各固接方管39，方管39通过肋板40与前固定板41固接；

施肥开沟器1插入矩形管38中并固接在矩形管38下端；

深施肥覆土机构2，包括波纹盘固定座17、可调节支架18、波纹盘螺栓组19、轴承20、法兰盘21和波纹盘22；

波纹盘固定座17与方管39固接，可调节支架18与波纹盘固定座17通过“U”形螺栓相连，波纹盘22从里到外顺序通过法兰盘21、轴承20和波纹盘螺栓组19固定在可调节支架18上；

排肥器支架48固接在施肥主体支撑板43上，肥箱12安装在排肥器支架48上端，外槽轮排肥器11安装在肥箱12下方；

间歇排肥机构16包括阀门23、转轴24、排肥管25、联轴器26、步进电机27、步进电机支架28和分层施肥器52；

排肥管25固接在分层施肥器52上端，并与分层施肥器52连通；排肥管25与肥箱12通过波纹管49连通，分层施肥器52的前侧与深施肥开沟器1的后侧固接；步进电机27通过步进电机支架28安装在排肥管25上；阀门23的上端开有“U”形槽，转轴24卡固在阀门23上端的“U”形槽中，阀门23布置于排肥管25内，步进电机27通过联轴器26与转轴24相连；

碎土轮3通过碎土轮支架46上安装在施肥主体支撑板43上，并位于排肥管25的后方；

基于单片机的控制系统，包括旋转编码器31、激光传感器7和单片机50；其中，旋转编码器31布置在地轮29的转轴处上，激光传感器7安装在排种器8的排种口，单片机50与步进电机27连接，旋转编码器31和激光传感器7分别与单片机50通过电路连接；

外槽轮排肥器驱动轴33穿过多个玉米穴施肥穴播单体36上的外槽轮式排肥器11；

可调节支架18下部由前至后平行开有多个孔，波纹盘22通过安装在可调节支架18的多个孔中的一个调节其前后位置。

波纹盘22的直径为500mm，波纹盘22的厚度为2.5mm。

施肥主体支撑板43上设有孔，碎土轮支架46上端设有孔，施肥主体支撑板43的孔和碎土轮支架46的孔相对位，主传动轴35穿过多个玉米穴施肥穴播单体的施肥主体支撑板43的孔和碎土轮支架46的孔；

主传动轴35和外槽轮排肥器驱动轴33通过第五链条组32连接；

地轮29的轴和主传动轴35通过第四链条组30连接；

主传动轴35和位于施肥主体支撑板43的后部的第一转轴53通过第一链条组13连接；

位于播种主体支撑架45的前部的第二转轴54和排种器8通过第三链条组15连接；

第二转轴54和排种器8通过第二链条组14连接。

一种使用玉米正位穴深施肥精播机进行精播的方法，包括如下步骤：

a.施肥开沟器1入土25cm左右的深度，开出施肥沟，肥料储存在肥箱12中，肥料经外槽轮排肥器11、波纹管49流入间歇排肥机构16中，间歇排肥机构16将连续的肥料流间断排入土壤，施肥覆土机构2进行持续的覆土作业，使肥料迅速被土壤夹紧，不会落到施肥沟沟底，碎土轮3将覆土后的不平整土壤表面压碎滚平；

b.旋转编码器31与地轮29相连，旋转编码器31采集地轮29的转速信息，将脉冲发送至单片机50；激光传感器7采集种子下落信息，并将数据发送至单片机50；单片机50以激光传感器7采集的种子下落信息及旋转编码器31采集的转速信息作为控制步进电机27驱动的间歇排肥机构16开闭的依据，即通过实时控制步进电机27的正反转，使间歇排肥机构16间断排肥，设定步进电机27步距角为C°，阀门23的最大开合角度为α°，阀门23打开时步进电机27为正转，地轮29直径D，旋转编码器31线数S，玉米珠间距T，肥料分布在种子下方垂直投影φD₂范围内，通过编码器脉冲当量计算公式：P是脉冲当量，推算出单片机50收到个脉冲后发送个正脉冲给步进电机27，步进电机27正转，阀门23打开，单片机50继续接收脉冲，当继续收到个脉冲后发送个负脉冲给步进电机27，步进电机27反转，阀门23关闭，完成一次排肥过程；

c.双圆盘开沟器4在步骤a后的碎土轮3滚平的施肥沟正上方开出5cm左右深度的种沟，种子储存在种箱9中，经排种器8逐粒排入种沟中，种子落入种沟沟底，播种覆土器5进行覆土作业，将种沟填平，镇压轮6进行镇压作业，将种子表层的土壤压实，有利于玉米种子的发芽；

d.单片机50通过激光传感器7检测排种器8排出种子的信息来校正间歇排肥机构16，达到与排种器8的同步性，使种子与肥料同穴。

本发明的有益效果在于：

与传统的玉米施肥播种机相比，本发明的玉米正位穴深施肥精播机具有不用间苗、不用追肥、省时省工、省种省肥，简便实用，能够大大简化农事操作，降低生产成本，大幅度提高水肥利用效率和玉米单产的特点。

玉米正位穴深施肥精播机针对华北平原地区土壤特性，改善了目前国内玉米侧位施肥播种机的覆土性能，获得较为一致的施肥深度和播种深度，保持较为一致的种肥间距。利用单片机技术，解决定点施肥、同步播种及穴施肥速度与拖拉机行驶速度匹配的技术问题。

附图说明

图1为本发明玉米穴施肥穴播单体的结构示意图；

图2为本发明玉米穴施肥穴播单体另一角度的结构示意图；

图3a、3b为本发明玉米穴施肥穴播单体的覆土机构示意图；

图4为本发明玉米穴施肥穴播单体的间歇排肥机构示意图；

图5为本发明玉米正位穴深施肥精播机的整体结构示意图；

图6为本发明玉米正位穴深施肥精播机的另一角度的整体结构示意图；

图7为本发明玉米穴施肥穴播单体的前端固定架示意图；

图8为本发明玉米穴施肥穴播单体的结构示意图；

图9为本发明玉米穴施肥穴播单体的排肥管与开沟器的连接示意图；

图10为本发明排肥管内转轴和阀门的结构示意图。

附图标记：

1施肥开沟器 2施肥覆土机构 3碎土轮

4双圆盘开沟器 5播种覆土器 6镇压轮

7激光传感器 8排种器 9种箱

10四杆仿形机构11外槽轮排肥器12肥箱

13第一链条组14第二链条组15第三链条组

16间歇排肥机构17波纹盘固定座18可调节支架

19波纹盘螺栓组20轴承21法兰盘

22波纹盘23阀门24转轴

25排肥管26联轴器27步进电机

28步进电机支架29地轮30第四链条组

31旋转编码器32第五链条组33外槽轮排肥器驱动轴

34三点悬挂35主传动轴36玉米穴施肥穴播单体

37横梁38矩形管39方管

40肋板41前固定板42固定柱

43施肥主体支撑板45播种主体支撑架46碎土轮支架

47前固定板螺栓组48排肥器支架49波纹管

50单片机52分层施肥器53第一转轴

54第二转轴

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图5、图6所示，本发明的玉米正位穴深施肥精播机包括玉米穴施肥穴播单体36、地轮29、三点悬挂34和机架。所述机架包括横梁37。

依据田间种植情况及用户需求，将多个玉米穴施肥穴播单体36安装在机架的横梁37上，地轮29、三点悬挂34分别安装在机架的横梁37上。拖拉机通过三点悬挂34与玉米正位穴深施肥精播机相连。

如图1、2和图8所示，玉米穴施肥穴播单体36包括基于单片机的控制系统、播种主体支撑架45、四杆仿形机构10、施肥主体支撑板43、镇压轮6、穴施肥单体和穴播单体。

播种主体支撑架45、四杆仿形机构10和施肥主体支撑板43由后至前顺序连接，镇压轮6固接在播种主体支撑架45的后端。

穴施肥单体，包括前固定板41、施肥开沟器1、施肥覆土机构2、碎土轮3、外槽轮排肥器11、肥箱12和间歇排肥机构16。

如图7、图8所示，前固定板41后侧通过前固定板螺栓组47连接在施肥主体支撑板43上，前固定板41前侧固接矩形管38，矩形管38两侧各固接方管39，方管39通过肋板40与前固定板41固接，前固定板41后侧固接四根固定柱42，用于将玉米穴施肥穴播单体36在机架的横梁37上定位。

施肥开沟器1的上端插入矩形管38中并固接在矩形管38下端。

如图3a、3b所示，深施肥覆土机构2，包括波纹盘固定座17、可调节支架18、波纹盘螺栓组19、轴承20、法兰盘21和波纹盘22。

其中，波纹盘固定座17与方管39通过螺栓连接固接，可调节支架18与波纹盘固定座17通过“U”形螺栓相连。将“U”形螺栓松开，可调节支架18相对于波纹盘固定座17可以上下移动，能够调节波纹盘22的高度位置。波纹盘22从里到外顺序通过法兰盘21、轴承20和波纹盘螺栓组19固定在可调节支架18上。可调节支架18下部由前至后平行开有多个孔，波纹盘22通过安装在可调节支架18的多个孔中的一个调节其前后位置。作业时波纹盘22插入土中，随拖拉机前进而滚动，减小覆土阻力。

本发明的深施肥覆土机构2可进行高效的覆土作业，采用的波纹盘22直径为500mm，较目前市面上的波纹盘直径更大，入土深度达200mm以上；波纹盘22的厚度为2.5mm，全盘波纹，波纹密度低，波纹振幅大，最大振幅为波纹盘直径的6％，最小振幅为波纹盘直径的1.25％，最大振幅位于波纹盘边缘，最小振幅位于波纹盘中心，可以有效地减小开沟阻力。波纹盘22插入土壤后，越深地方的土壤受到的扰动越大，可以有效疏松开沟器两侧的土壤，迫使土壤回流到肥料沟内。

波纹盘22竖直插入土壤中，与传统的圆盘式覆土器相比具有行进阻力小、转动性能好、入土深度深、适合玉米深施肥的覆土作业。使肥料从出肥口排出后迅速被土壤覆盖，不因重力的影响而掉落到沟底，也不影响播种开沟器的二次开沟。最终实现种肥正位，肥料分布在种子正下方10～20cm的深度，一次施肥即确保玉米植株生长过程中对肥料的需求，不需要二次追肥。

排肥器支架48固接在施肥主体支撑板43上，肥箱12安装在排肥器支架48上端，外槽轮排肥器11安装在肥箱12下方。

如图2、图4、图5和图10所示，间歇排肥机构16包括阀门23、转轴24、排肥管25、联轴器26、步进电机27、步进电机支架28和分层施肥器52。

排肥管25固接在分层施肥器52上端，并与分层施肥器52连通。排肥管25与肥箱12通过波纹管49连通，分层施肥器52的前侧与深施肥开沟器1的后侧固接。步进电机27通过步进电机支架28安装在排肥管25上。阀门23的上端开有“U”形槽，转轴24卡固在阀门23上端的“U”形槽中，阀门23布置于排肥管25内，步进电机27通过联轴器26与转轴24相连。

如图8所示，碎土轮3通过碎土轮支架46安装在施肥主体支撑板43上，并位于排肥管25的后方。

如图1所示，穴播单体包括双圆盘开沟器4、播种覆土器5、排种器8和种箱9，该穴播单体安装在播种主体支撑架45上，用于玉米正位穴深施肥精播机的开沟、排种和覆土。

基于单片机的控制系统，包括旋转编码器31、激光传感器7和单片机50。其中，旋转编码器31布置在地轮29的转轴处上；激光传感器7安装在排种器8的排种口，用于检测种子下落情况；单片机50与步进电机27连接，用于控制步进电机27。旋转编码器31、激光传感器7分别与单片机50通过电路连接。

外槽轮排肥器驱动轴33穿过多个玉米穴施肥穴播单体36上的外槽轮式排肥器11。

如图2和图8所示，施肥主体支撑板43上设有孔，碎土轮支架46上端设有孔，施肥主体支撑板43的孔和碎土轮支架46的孔相对位，主传动轴35穿过多个玉米穴施肥穴播单体的施肥主体支撑板43的孔和碎土轮支架46的孔布置。

主传动轴35和外槽轮排肥器驱动轴33通过第五链条组32连接。

地轮29的转轴和主传动轴35通过第四链条组30连接。

玉米穴施肥穴播单体36作业时，大马力的拖拉机牵引精播机沿直线行走，通过地轮29、主传动轴35和第四链条组30的动力传动，为整个精播机的旋转部件提供动力来源。

主传动轴35和位于施肥主体支撑板43的后部的第一转轴53通过第一链条组13连接。

位于播种主体支撑架45的前部的第二转轴54和排种器8通过第三链条组15连接。

第二转轴54和排种器8通过第二链条组14连接。

工作过程：

作业时，施肥开沟器1入土25cm左右的深度，开出施肥沟，肥料储存在肥箱12中，肥料经外槽轮排肥器11、波纹管49流入间歇排肥机构16中，间歇排肥机构16将连续的肥料流间断排入土壤。施肥覆土机构2进行持续的覆土作业，使肥料迅速被土壤夹紧，不会落到沟底。保证土壤下10～20cm范围内连续有肥。碎土轮3将覆土后的不平整土壤表面压碎滚平，有利于之后的播种作业。

旋转编码器31与地轮29相连，旋转编码器31采集地轮29的转速信息，将脉冲发送至单片机50中，激光传感器7采集种子下落信息，并将数据发送至单片机50，单片机50以此数据作为控制步进电机27驱动的间歇排肥机构16开闭的依据，即通过实时控制步进电机27的正反转，使间歇排肥机构16间断排肥：单片机50控制步进电机27的转动，步进电机27通过联轴器26带动转轴24进行间歇正反转，阀门23间歇闭合。阀门23闭合时外槽轮式排肥器11排出的肥料在排肥管25内积聚，阀门23打开时，肥料下落，从出肥口排出，完成一次间歇排肥进程。由于排种器8与地轮29通过链条、轴等间接相连，因此存在着机械上的同步性。旋转编码器31检测地轮29的轴的转速，间接地可以得到排种器8的转速，通过该转速来控制步进电机27的旋转来达到种肥对位的目的。

设定步进电机27步距角为C°，阀门23的最大开合角度为α°，阀门23打开时步进电机27为正转，地轮29直径D(mm)，旋转编码器31线数S(mm)，玉米珠间距T(mm)，肥料分布在种子下方垂直投影φD2(mm)范围内,可通过编码器脉冲当量计算公式：P是脉冲当量，推算出单片机50收到个脉冲后发送个正脉冲给步进电机27，步进电机27正转，阀门23打开，单片机50继续接收脉冲，当继续收到个脉冲后发送个负脉冲给步进电机27，步进电机27反转，阀门23关闭，完成一次排肥过程。

双圆盘开沟器4在之前碎土轮3滚平的施肥沟正上方开出5cm左右深度的种沟。种子储存在种箱9中，经排种器8逐粒排入种沟中，种子落入沟底，播种覆土器5进行覆土作业，将种沟填平。镇压轮6进行镇压作业，将种子表层的土壤压实，有利于玉米种子的发芽。

玉米正位穴深施肥精播机通过测量机具的行驶速度，来控制安装在施肥开沟器1的排肥管25的步进电机27驱动的间歇排肥机构16，将肥料断续排出，入土成穴。通过对排种器8轴的转速检测来校正间歇排肥机构16，达到与排种器8的同步性，使种子与肥料同穴。

一种使用玉米正位穴深施肥精播机进行精播的方法，包括如下步骤：

a.施肥开沟器1入土25cm左右的深度，开出施肥沟，肥料储存在肥箱12中，肥料经外槽轮排肥器11、波纹管49流入间歇排肥机构16中，间歇排肥机构16将连续的肥料流间断排入土壤，施肥覆土机构2进行持续的覆土作业，使肥料迅速被土壤夹紧，不会落到施肥沟沟底，碎土轮3将覆土后的不平整土壤表面压碎滚平，有利于之后的播种作业；

b.旋转编码器31与地轮29相连，旋转编码器31采集地轮29的转速信息，将脉冲发送至单片机50中，激光传感器7采集种子下落信息，并将数据发送至单片机50，单片机50以激光传感器7采集的种子下落信息及旋转编码器31采集的转速信息作为控制步进电机27驱动的间歇排肥机构16开闭的依据，即通过实时控制步进电机27的正反转，使间歇排肥机构16间断排肥，设定步进电机27步距角为C°，阀门23的最大开合角度为α°，阀门23打开时步进电机27为正转，地轮29直径D(mm)，旋转编码器31线数S(mm)，玉米珠间距T(mm)，肥料分布在种子下方垂直投影φD₂(mm)范围内,可通过编码器脉冲当量计算公式：P是脉冲当量，推算出单片机50收到个脉冲后发送个正脉冲给步进电机27，步进电机27正转，阀门23打开，单片机50继续接收脉冲，当继续收到个脉冲后发送个负脉冲给步进电机27，步进电机27反转，阀门23关闭，完成一次排肥过程；c.双圆盘开沟器4在在步骤a后的碎土轮3滚平的施肥沟正上方开出5cm左右深度的种沟，种子储存在种箱9中，经排种器8逐粒排入种沟中，种子落入沟底，播种覆土器5进行覆土作业，将种沟填平，镇压轮6进行镇压作业，将种子表层的土壤压实，有利于玉米种子的发芽；

d.通过激光传感器7检测排种器8排出种子的信息来校正间歇排肥机构16，达到与排种器8的同步性，使种子与肥料同穴。