CN109845455A - 伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器及其排肥排种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，包括肥种箱，肥种箱下部设有开口，肥种箱下部设有排肥排种器壳体，排肥排种器壳体中设置有螺旋齿柔性排肥排种轮，排肥排种器壳体上部开设有与开口相对应的长条孔，长条孔上设置有能够推拉开合的抽拉挡板，螺旋齿柔性排肥排种轮安装在排肥排种轮驱动心轴上，排肥排种轮驱动心轴通过联轴器与多级减速机相连，多级减速机与伺服电机相连，伺服电机通过导线与伺服电机驱动器相连，排肥排种器壳体下部开设有出口，出口处安装有对射型光电传感器安装座管，对射型光电传感器安装座管上安装有对射型光电传感器，对射型光电传感器和伺服电机驱动器均通过导线与带人机接口的采集控制器相连。同时公开了排肥排种方法。

Description

伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器及其排肥排种方法

技术领域

本发明涉及一种农业机械，尤其是一种农业机械施颗粒肥（种）用的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器及其排肥排种方法。

背景技术

肥料在作物生长过程中提供所需的营养物质，对作物稳产高产具有重要作用。施肥是作物栽培的重要环节，贯穿于播种、田间管理等的各个环节。肥料分为天然有机质肥和化学肥料两大类，除直接喷洒的沼液沼渣类绿肥，丸粒化是两大类肥料共同的发展趋势。施肥按照农艺要求与作业方式不同分为表面撒施与开沟埋施。撒施以撒肥机为主，通过离心力将肥料均匀甩出排肥器使得作业幅宽内均匀散布颗粒状肥料。开沟埋施通过排肥器将肥箱中的固态颗粒流体离散化，通过排肥管道进入待种位置或直接落入开沟器形成的沟中随机具行进后被土覆盖。

由于肥料特性差异，流动及分散性区别明显，当前排肥器多为外槽轮式机械传动，依靠固定传动比实现设定速度转动，且链传动的固有特性，存在速度不均现象，机具作业速度发生变化时尤为明显。用于条播的排种器情况与此类似。现有排肥（种）器无反馈环节，无法满足精确变量施肥（排种）要求，必须创新排肥排种装置。

中国专利申请CN 109168464 A公开了一种基于北斗导航的智能化小麦精量播种施肥作业机，其借助北斗定位系统能精确的确定作业的位置，同时北斗导航系统能够检测工作过程中的整体运行速度，与速度传感器相配合，通过控制系统控制施肥伺服电机和排种伺服电机的运行速度，从而控制播种施肥量，同时控制系统能够驱动液压缸运动来调整排种管、排肥管竖直方向位置，保证播种施肥深度均匀一致。该申请所述未说明排种器结构特点，且采用伺服电机通过链条传动带动一个或多个排种器轴转动，所需功率扭矩大，无法单独调节。

中国专利CN 104823580 B公开了一种变量施肥机转速开度双调节试验台，包括机架、电机底座、交流伺服电机、驱动器、开度调节装置、排肥装置、排肥轴支撑、混肥器装置，其特征在于交流伺服电机安装在电机底座上，电机底座安装在机架的左侧，驱动器安装在电机底座下部，驱动器与交流伺服电机之间有电线连接，开度调节装置安装在机架中部，排肥装置安装在开度调节装置上，交流伺服电机输出轴采用联轴器与排肥装置中的排肥轴左端相连接，排肥轴支撑安装在机架的右侧，用于支撑排肥轴的右端，混肥器装置安装在排肥装置的下方。该专利所述为一种用于变量施肥机转速与开度室内试验的装置，用于获得转速、开度不同时的排肥量数据，不能用于田间作业机具的排种排肥。

中国专利CN 102523808 B公开了一种新型双轴双调节精准变量施肥机及施肥方法，悬挂式牵引，可调节双转轴其中带动槽轮转动输入轴通过联轴器与伺服电机直接相连，带动半内筒转动来控制槽轮有效工作长度空心轴通过一对减速齿轮与另一伺服电机相连；储存肥料箱有两个一个为备料箱一个为工作下料箱；开沟梨为圆盘式开沟梨其与施肥装置、直流电池箱都相连与机架；发电装置和GPRS 安于拖拉机后备箱中，施肥控制机安于机室内，GPRS接收信息输出到与内带有自动检测的耕田电子处方信息的处方机中，通过无线网络自动下载处方和传送与施肥控制机中；施肥控制机并将接收到的信息结合机具速度转化成所需双轴转速的配比。该专利所述机具为两个伺服电机分别驱动槽轮转动与槽轮有效工作长度，其中槽轮转动驱动方式为伺服电机配联轴器直接相连，所需扭矩及功率巨大，需配发电装置。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器及其排肥排种方法，其排量稳定，方便调节排量，具有监控反馈机制，能有效提高排肥排钟的均匀性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，包括肥种箱，肥种箱下部设置有开口，肥种箱下部对应设置有排肥排种器壳体，排肥排种器壳体中设置有螺旋齿柔性排肥排种轮，排肥排种器壳体上部开设有与肥种箱下部开口相对应的长条孔，长条孔上设置有能够推拉开合的抽拉挡板，螺旋齿柔性排肥排种轮安装在排肥排种轮驱动心轴上，排肥排种轮驱动心轴通过联轴器与多级减速机相连，多级减速机与伺服电机相连，伺服电机通过导线与伺服电机驱动器相连，排肥排种器壳体下部开设有出口，出口处安装有对射型光电传感器安装座管，对射型光电传感器安装座管上安装有对射型光电传感器，对射型光电传感器和伺服电机驱动器均通过导线与带人机接口的采集控制器相连，依据试验数据拟合获得的工作特性曲线对输出信号进行解析。

所述排肥排种器壳体固定安装于肥种箱下部。

所述排肥排种器壳体包括上壳和下壳，上、下壳固定连接成为一个整体。

所述伺服电机安装于多级减速机壳体上，多级减速机固定安装于排肥排种器壳体上。

所述排肥排种轮驱动心轴一端与排肥排种器壳体外部的手驱轮直连。

所述出口为圆口，对射型光电传感器安装座管为与圆口对应的圆管。

所述带人机接口的采集控制器中设有异常故障报警声光指示装置。排肥排种轮不动作、下肥口堵塞等现象发生时，发出声光报警；

所述肥种箱、排肥排种器壳体、排肥排种轮和对射型光电传感器安装座管均为橡塑材料制备而成。排肥（种）轮能够产生变形减少颗粒破碎与堵塞卡滞，同时避免肥料化学腐蚀。

一种利用伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器的排肥排种方法，包括：

1）将颗粒肥料或种子放入肥种箱，伺服电机转动经过多级减速机减速增扭，带动螺旋齿柔性排肥排种轮克服大阻力稳定转动；

2）肥料或种子随抽拉挡板与上壳体构成的矩形截面通道进入柔性排肥排种轮的螺旋齿与上壳体构成的弧槽空间，随柔性排肥排种轮旋转进入下壳体圆形排肥排种出口后随重力落入对射型光电传感器安装座管；

3）对射型光电传感器将接收的排量输出电信号传递至带人机接口的采集控制器；

4）伺服电机转速通过带人机接口的采集控制器输入，采集控制器将接收到的排量输出电信号进行比对判断，根据是否正常排、排量大小是否符合要求，对伺服电机驱动器发出控制信号以提高或降低伺服电机转速，实现精确定量排肥或排种。

本发明的有益效果是：

1、本发明避免了现有普通机械传动排肥（种）器转速不稳定导致排量不稳定、排量调节不方便、无监控反馈装置的不足，有效提高排肥（种）的均匀性、可靠性；

2、本发明采用伺服电机驱动，转速根据信号输入控制，方便排量调节；

3、本发明设有多级减速箱，适应小功率电机输出较大扭矩以克服排肥（种）阻力矩波动大的环境；

4、本发明设有对射型光电传感器，对装置工作状况进行检测并反馈至带人机接口的采集控制器，采集控制器对伺服电机驱动器进行控制；

5、本发明设有手驱轮，与排肥轮直连，可以手动人力驱动以带动排肥轮旋转；

6、本发明中与肥（种）接触部件均为橡塑材料，排肥（种）轮能够产生变形减少颗粒破碎与堵塞卡滞，同时避免肥料化学腐蚀；

7、本发明的主要零件排肥（种）轮为螺旋齿形式，运行阻力矩波动小，排量一致性高；

8、本发明的肥种箱与排肥排种器壳体之间设有抽拉板，配合伺服调速电机以适应不同粒径颗粒不同排量。

附图说明

图1为发明的应用示意图；

图2为整体机械结构部件装配图；

图3为发明的系统组成控制线路简图；

图4为发明的柔性排肥（种）轮结构图；

图5为对射型光电传感器安装与工作原理图 ；

图6 为多级减速机、伺服电机和排肥排种器壳体联结示意图；

其中，2.肥种箱， 3.排肥排种器下壳体 ，5.多级减速机，17.伺服电机总成，20.螺旋齿柔性排肥种排轮，21.排肥排种轮驱动心轴，25.排肥排种器上壳体，29.对射型光电传感器安装座管，30.抽拉挡板，31.手轮，33.对射型光电传感器，40.伺服电机驱动器，41.含人机接口的信号采集控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图6所示，伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，包括肥种箱2，肥种箱2下部设置有开口，肥种箱2下部对应固定安装有排肥排种器壳体，排肥排种器壳体包括排肥排种器上壳25和排肥排种器下壳3，排肥排种器上、下壳固定连接成为一个整体。排肥排种器壳体中设置有螺旋齿柔性排肥排种轮20，排肥排种轮为螺旋弧齿形式，运行过程阻力矩波动小，排量一致性高。

排肥排种器壳体上部开设有与肥种箱2下部开口相对应的长条孔，长条孔上设置有能够推拉开合的抽拉挡板30，螺旋齿柔性排肥排种轮20安装在排肥排种轮驱动心轴21上，排肥排种轮驱动心轴21一端通过联轴器与多级减速机5相连；排肥排种轮驱动心轴21另一端与排肥排种器壳体外部的手驱轮31直连，可以手动人力驱动排肥排种轮20旋转。排肥排种量由抽拉挡板30位置与排肥排种轮转速两者共同确定，挡板位置根据肥料种子粒径种类选择后即可通过设定伺服电机转速实现排量精准调节。

多级减速机5与伺服电机总成17相连，伺服电机总成17通过导线与伺服电机驱动器40相连，速度由伺服驱动器输出信号所决定。伺服电机总成17安装于多级减速机壳体上，多级减速机5固定安装于排肥排种器壳体上。

排肥排种器壳体下部开设有圆形出口，圆形出口处安装有对射型光电传感器安装座管29，对射型光电传感器安装座管29为与圆口对应的圆管。对射型光电传感器安装座管29上安装有对射型光电传感器33，对射型光电传感器33和伺服电机驱动器40均通过导线与带人机接口的采集控制器41相连。带人机接口的采集控制器41根据采集的排肥排种量信号、人机接口设置的排肥排种量进行计算，对伺服电机驱动器输出控制信号驱动伺服电机转动。

带人机接口的采集控制器41中设有异常故障报警声光指示装置。排肥轮不动作、下肥口堵塞等现象发生时，发出声光报警。

肥种箱2、排肥排种器壳体、排肥排种轮20和对射型光电传感器安装座管29均为橡塑材料制备而成。排肥（种）轮能够产生变形减少颗粒破碎与堵塞卡滞，同时避免肥料化学腐蚀。

排肥排种器上下壳体之间以及伺服电机壳体与多级减速机壳体均通过螺栓相连接固定，长宽高尺寸均小于排肥排种器，结构紧凑便于布置。

一种利用伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器的排肥排种方法，包括：

1）将颗粒肥料或种子放入肥种箱2，伺服电机总成17转动经过多级减速机5减速增扭，带动螺旋齿柔性排肥排种轮20克服大阻力稳定转动；

2）肥料或种子随抽拉挡板30与上壳体构成的矩形截面通道进入柔性排肥排种轮20的螺旋齿与上壳体构成的弧槽空间，随柔性排肥排种轮20旋转进入下壳体圆形排肥排种出口后随重力落入对射型光电传感器安装座管29；

3）对射型光电传感器33将接收的排量输出电信号传递至带人机接口的采集控制器41；

4）伺服电机转速通过带人机接口的采集控制器41输入，采集控制器41将接收到的排量输出电信号进行比对判断，根据是否正常排、排量大小是否符合要求，对伺服电机驱动器40发出控制信号以提高或降低伺服电机总成17转速，实现精确定量排肥或排种。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，包括肥种箱，肥种箱下部设置有开口，肥种箱下部对应设置有排肥排种器壳体，排肥排种器壳体中设置有螺旋齿柔性排肥排种轮，排肥排种器壳体上部开设有与肥种箱下部开口相对应的长条孔，长条孔上设置有能够推拉开合的抽拉挡板，螺旋齿柔性排肥排种轮安装在排肥排种轮驱动心轴上，排肥排种轮驱动心轴通过联轴器与多级减速机相连，多级减速机与伺服电机相连，伺服电机通过导线与伺服电机驱动器相连，排肥排种器壳体下部开设有出口，出口处安装有对射型光电传感器安装座管，对射型光电传感器安装座管上安装有对射型光电传感器，通过光、超声双方式对通过其工作范围的物料进行探测感知，对射型光电传感器和伺服电机驱动器均通过导线与带人机接口的采集控制器相连，依据试验数据拟合获得的工作特性曲线对输出信号进行解析。

2.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述排肥排种器壳体固定安装于肥种箱下部。

3.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述排肥排种器壳体包括上壳和下壳，上、下壳固定连接成为一个整体。

4.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述伺服电机安装于多级减速机壳体上，多级减速机固定安装于排肥排种器壳体上。

5.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述排肥排种轮驱动心轴一端与排肥排种器壳体外部的手驱轮直连。

6.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述出口为圆口，对射型光电传感器安装座管为与圆口对应的圆管。

7.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述带人机接口的采集控制器中设有异常故障报警声光指示装置。

8.如权利要求1所述的伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器，其特征是，所述肥种箱、排肥排种器壳体、排肥排种轮和对射型光电传感器安装座管均为橡塑材料制备而成。

9.一种利用伺服电机驱动的可调速变量排肥排种器的排肥排种方法，其特征是，包括：

1）将颗粒肥料或种子放入肥种箱，伺服电机转动经过多级减速机减速增扭，带动螺旋齿柔性排肥排种轮克服大阻力稳定转动；

2）肥料或种子随抽拉挡板与上壳体构成的矩形截面通道进入柔性排肥排种轮的螺旋齿与上壳体构成的弧槽空间，随柔性排肥排种轮旋转进入下壳体圆形排肥排种出口后随重力落入对射型光电传感器安装座管；

3）对射型光电传感器将接收的排量输出电信号传递至带人机接口的采集控制器；

4）伺服电机转速通过带人机接口的采集控制器输入，采集控制器将接收到的排量输出电信号进行比对判断，根据是否正常排、排量大小是否符合要求，对伺服电机驱动器发出控制信号以提高或降低伺服电机转速，实现精确定量排肥或排种。