一種玉米正位穴深施肥精播機及其精播方法與流程

本發明涉及一種精細作業農業裝備，尤其是涉及一種玉米正位穴深施肥精播機及其精播方法。

背景技術：

在傳統的玉米種植農藝中，播種前要先施底肥，距地表20cm左右；播種時施口肥，口肥施在種子下方3～5cm處。玉米種植過程中有三個吸肥高峰：即拔節期、大喇叭口期和抽雄吐絲期，這三個階段應分次追肥并要深追肥。實踐表明，追肥深度達到8～10cm比2cm深度增產10％～15％，肥料利用率提高15％左右。這一過程中需要多次運用不同的農機具，對土壤進行多次開溝，不利于提高作業效率，土壤中水份流失大。由于條帶施肥中玉米根系中間的肥料無法被吸收，導致施肥過量，對環境造成影響。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種不用間苗、不用追肥、省時省工、省種省肥、簡便實用、能夠大大簡化農事操作、降低生產成本，大幅度提高水肥利用效率和玉米單產的玉米正位穴深施肥精播機。

本發明的另一目的在于提供一種使用玉米正位穴深施肥精播機進行精播的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種玉米正位穴深施肥精播機，包括玉米穴施肥穴播單體36、地輪29、三點懸掛34和機架，多個穴施肥穴播單體36安裝在機架的橫梁37上；

玉米穴施肥穴播單體36包括播種主體支撐架45、四桿仿形機構10、施肥主體支撐板43、鎮壓輪6和穴播單體；播種主體支撐架45、四桿仿形機構10、施肥主體支撐板43由后至前順序連接；

穴播單體包括雙圓盤開溝器4、播種覆土器5、排種器8和種箱9，該穴播單體安裝在播種主體支撐架45上；

玉米穴施肥穴播單體36還包括穴施肥單體和基于單片機的控制系統；

穴施肥單體，包括前固定板41、施肥開溝器1、施肥覆土機構2、碎土輪3、外槽輪排肥器11、肥箱12和間歇排肥機構16；

前固定板41后側通過前固定板螺栓組47連接在施肥主體支撐板43上，前固定板41前側固接矩形管38，矩形管38兩側各固接方管39，方管39通過肋板40與前固定板41固接；

施肥開溝器1插入矩形管38中并固接在矩形管38下端；

深施肥覆土機構2，包括波紋盤固定座17、可調節支架18、波紋盤螺栓組19、軸承20、法蘭盤21和波紋盤22；

波紋盤固定座17與方管39固接，可調節支架18與波紋盤固定座17通過“U”形螺栓相連，波紋盤22從里到外順序通過法蘭盤21、軸承20和波紋盤螺栓組19固定在可調節支架18上；

排肥器支架48固接在施肥主體支撐板43上，肥箱12安裝在排肥器支架48上端，外槽輪排肥器11安裝在肥箱12下方；

間歇排肥機構16包括閥門23、轉軸24、排肥管25、聯軸器26、步進電機27、步進電機支架28和分層施肥器52；

排肥管25固接在分層施肥器52上端，并與分層施肥器52連通；排肥管25與肥箱12通過波紋管49連通，分層施肥器52的前側與深施肥開溝器1的后側固接；步進電機27通過步進電機支架28安裝在排肥管25上；閥門23的上端開有“U”形槽，轉軸24卡固在閥門23上端的“U”形槽中，閥門23布置于排肥管25內，步進電機27通過聯軸器26與轉軸24相連；

碎土輪3通過碎土輪支架46上安裝在施肥主體支撐板43上，并位于排肥管25的后方；

基于單片機的控制系統，包括旋轉編碼器31、激光傳感器7和單片機50；其中，旋轉編碼器31布置在地輪29的轉軸處上，激光傳感器7安裝在排種器8的排種口，單片機50與步進電機27連接，旋轉編碼器31和激光傳感器7分別與單片機50通過電路連接；

外槽輪排肥器驅動軸33穿過多個玉米穴施肥穴播單體36上的外槽輪式排肥器11；

可調節支架18下部由前至后平行開有多個孔，波紋盤22通過安裝在可調節支架18的多個孔中的一個調節其前后位置。

波紋盤22的直徑為500mm，波紋盤22的厚度為2.5mm。

施肥主體支撐板43上設有孔，碎土輪支架46上端設有孔，施肥主體支撐板43的孔和碎土輪支架46的孔相對位，主傳動軸35穿過多個玉米穴施肥穴播單體的施肥主體支撐板43的孔和碎土輪支架46的孔；

主傳動軸35和外槽輪排肥器驅動軸33通過第五鏈條組32連接；

地輪29的軸和主傳動軸35通過第四鏈條組30連接；

主傳動軸35和位于施肥主體支撐板43的后部的第一轉軸53通過第一鏈條組13連接；

位于播種主體支撐架45的前部的第二轉軸54和排種器8通過第三鏈條組15連接；

第二轉軸54和排種器8通過第二鏈條組14連接。

一種使用玉米正位穴深施肥精播機進行精播的方法，包括如下步驟：

a.施肥開溝器1入土25cm左右的深度，開出施肥溝，肥料儲存在肥箱12中，肥料經外槽輪排肥器11、波紋管49流入間歇排肥機構16中，間歇排肥機構16將連續的肥料流間斷排入土壤，施肥覆土機構2進行持續的覆土作業，使肥料迅速被土壤夾緊，不會落到施肥溝溝底，碎土輪3將覆土后的不平整土壤表面壓碎滾平；

b.旋轉編碼器31與地輪29相連，旋轉編碼器31采集地輪29的轉速信息，將脈沖發送至單片機50；激光傳感器7采集種子下落信息，并將數據發送至單片機50；單片機50以激光傳感器7采集的種子下落信息及旋轉編碼器31采集的轉速信息作為控制步進電機27驅動的間歇排肥機構16開閉的依據，即通過實時控制步進電機27的正反轉，使間歇排肥機構16間斷排肥，設定步進電機27步距角為C°，閥門23的最大開合角度為α°，閥門23打開時步進電機27為正轉，地輪29直徑D，旋轉編碼器31線數S，玉米珠間距T，肥料分布在種子下方垂直投影φD₂范圍內，通過編碼器脈沖當量計算公式：P是脈沖當量，推算出單片機50收到個脈沖后發送個正脈沖給步進電機27，步進電機27正轉，閥門23打開，單片機50繼續接收脈沖，當繼續收到個脈沖后發送個負脈沖給步進電機27，步進電機27反轉，閥門23關閉，完成一次排肥過程；

c.雙圓盤開溝器4在步驟a后的碎土輪3滾平的施肥溝正上方開出5cm左右深度的種溝，種子儲存在種箱9中，經排種器8逐粒排入種溝中，種子落入種溝溝底，播種覆土器5進行覆土作業，將種溝填平，鎮壓輪6進行鎮壓作業，將種子表層的土壤壓實，有利于玉米種子的發芽；

d.單片機50通過激光傳感器7檢測排種器8排出種子的信息來校正間歇排肥機構16，達到與排種器8的同步性，使種子與肥料同穴。

本發明的有益效果在于：

與傳統的玉米施肥播種機相比，本發明的玉米正位穴深施肥精播機具有不用間苗、不用追肥、省時省工、省種省肥，簡便實用，能夠大大簡化農事操作，降低生產成本，大幅度提高水肥利用效率和玉米單產的特點。

玉米正位穴深施肥精播機針對華北平原地區土壤特性，改善了目前國內玉米側位施肥播種機的覆土性能，獲得較為一致的施肥深度和播種深度，保持較為一致的種肥間距。利用單片機技術，解決定點施肥、同步播種及穴施肥速度與拖拉機行駛速度匹配的技術問題。

附圖說明

圖1為本發明玉米穴施肥穴播單體的結構示意圖；

圖2為本發明玉米穴施肥穴播單體另一角度的結構示意圖；

圖3a、3b為本發明玉米穴施肥穴播單體的覆土機構示意圖；

圖4為本發明玉米穴施肥穴播單體的間歇排肥機構示意圖；

圖5為本發明玉米正位穴深施肥精播機的整體結構示意圖；

圖6為本發明玉米正位穴深施肥精播機的另一角度的整體結構示意圖；

圖7為本發明玉米穴施肥穴播單體的前端固定架示意圖；

圖8為本發明玉米穴施肥穴播單體的結構示意圖；

圖9為本發明玉米穴施肥穴播單體的排肥管與開溝器的連接示意圖；

圖10為本發明排肥管內轉軸和閥門的結構示意圖。

附圖標記：

1施肥開溝器 2施肥覆土機構 3碎土輪

4雙圓盤開溝器 5播種覆土器 6鎮壓輪

7激光傳感器 8排種器 9種箱

10四桿仿形機構 11外槽輪排肥器 12肥箱

13第一鏈條組 14第二鏈條組 15第三鏈條組

16間歇排肥機構 17波紋盤固定座 18可調節支架

19波紋盤螺栓組 20軸承 21法蘭盤

22波紋盤 23閥門 24轉軸

25排肥管 26聯軸器 27步進電機

28步進電機支架 29地輪 30第四鏈條組

31旋轉編碼器 32第五鏈條組 33外槽輪排肥器驅動軸

34三點懸掛 35主傳動軸 36玉米穴施肥穴播單體

37橫梁 38矩形管 39方管

40肋板 41前固定板 42固定柱

43施肥主體支撐板 45播種主體支撐架 46碎土輪支架

47前固定板螺栓組 48排肥器支架 49波紋管

50單片機 52分層施肥器 53第一轉軸

54第二轉軸

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

如圖5、圖6所示，本發明的玉米正位穴深施肥精播機包括玉米穴施肥穴播單體36、地輪29、三點懸掛34和機架。所述機架包括橫梁37。

依據田間種植情況及用戶需求，將多個玉米穴施肥穴播單體36安裝在機架的橫梁37上，地輪29、三點懸掛34分別安裝在機架的橫梁37上。拖拉機通過三點懸掛34與玉米正位穴深施肥精播機相連。

如圖1、2和圖8所示，玉米穴施肥穴播單體36包括基于單片機的控制系統、播種主體支撐架45、四桿仿形機構10、施肥主體支撐板43、鎮壓輪6、穴施肥單體和穴播單體。

播種主體支撐架45、四桿仿形機構10和施肥主體支撐板43由后至前順序連接，鎮壓輪6固接在播種主體支撐架45的后端。

穴施肥單體，包括前固定板41、施肥開溝器1、施肥覆土機構2、碎土輪3、外槽輪排肥器11、肥箱12和間歇排肥機構16。

如圖7、圖8所示，前固定板41后側通過前固定板螺栓組47連接在施肥主體支撐板43上，前固定板41前側固接矩形管38，矩形管38兩側各固接方管39，方管39通過肋板40與前固定板41固接，前固定板41后側固接四根固定柱42，用于將玉米穴施肥穴播單體36在機架的橫梁37上定位。

施肥開溝器1的上端插入矩形管38中并固接在矩形管38下端。

如圖3a、3b所示，深施肥覆土機構2，包括波紋盤固定座17、可調節支架18、波紋盤螺栓組19、軸承20、法蘭盤21和波紋盤22。

其中，波紋盤固定座17與方管39通過螺栓連接固接，可調節支架18與波紋盤固定座17通過“U”形螺栓相連。將“U”形螺栓松開，可調節支架18相對于波紋盤固定座17可以上下移動，能夠調節波紋盤22的高度位置。波紋盤22從里到外順序通過法蘭盤21、軸承20和波紋盤螺栓組19固定在可調節支架18上。可調節支架18下部由前至后平行開有多個孔，波紋盤22通過安裝在可調節支架18的多個孔中的一個調節其前后位置。作業時波紋盤22插入土中，隨拖拉機前進而滾動，減小覆土阻力。

本發明的深施肥覆土機構2可進行高效的覆土作業，采用的波紋盤22直徑為500mm，較目前市面上的波紋盤直徑更大，入土深度達200mm以上；波紋盤22的厚度為2.5mm，全盤波紋，波紋密度低，波紋振幅大，最大振幅為波紋盤直徑的6％，最小振幅為波紋盤直徑的1.25％，最大振幅位于波紋盤邊緣，最小振幅位于波紋盤中心，可以有效地減小開溝阻力。波紋盤22插入土壤后，越深地方的土壤受到的擾動越大，可以有效疏松開溝器兩側的土壤，迫使土壤回流到肥料溝內。

波紋盤22豎直插入土壤中，與傳統的圓盤式覆土器相比具有行進阻力小、轉動性能好、入土深度深、適合玉米深施肥的覆土作業。使肥料從出肥口排出后迅速被土壤覆蓋，不因重力的影響而掉落到溝底，也不影響播種開溝器的二次開溝。最終實現種肥正位，肥料分布在種子正下方10～20cm的深度，一次施肥即確保玉米植株生長過程中對肥料的需求，不需要二次追肥。

排肥器支架48固接在施肥主體支撐板43上，肥箱12安裝在排肥器支架48上端，外槽輪排肥器11安裝在肥箱12下方。

如圖2、圖4、圖5和圖10所示，間歇排肥機構16包括閥門23、轉軸24、排肥管25、聯軸器26、步進電機27、步進電機支架28和分層施肥器52。

排肥管25固接在分層施肥器52上端，并與分層施肥器52連通。排肥管25與肥箱12通過波紋管49連通，分層施肥器52的前側與深施肥開溝器1的后側固接。步進電機27通過步進電機支架28安裝在排肥管25上。閥門23的上端開有“U”形槽，轉軸24卡固在閥門23上端的“U”形槽中，閥門23布置于排肥管25內，步進電機27通過聯軸器26與轉軸24相連。

如圖8所示，碎土輪3通過碎土輪支架46安裝在施肥主體支撐板43上，并位于排肥管25的后方。

如圖1所示，穴播單體包括雙圓盤開溝器4、播種覆土器5、排種器8和種箱9，該穴播單體安裝在播種主體支撐架45上，用于玉米正位穴深施肥精播機的開溝、排種和覆土。

基于單片機的控制系統，包括旋轉編碼器31、激光傳感器7和單片機50。其中，旋轉編碼器31布置在地輪29的轉軸處上；激光傳感器7安裝在排種器8的排種口，用于檢測種子下落情況；單片機50與步進電機27連接，用于控制步進電機27。旋轉編碼器31、激光傳感器7分別與單片機50通過電路連接。

外槽輪排肥器驅動軸33穿過多個玉米穴施肥穴播單體36上的外槽輪式排肥器11。

如圖2和圖8所示，施肥主體支撐板43上設有孔，碎土輪支架46上端設有孔，施肥主體支撐板43的孔和碎土輪支架46的孔相對位，主傳動軸35穿過多個玉米穴施肥穴播單體的施肥主體支撐板43的孔和碎土輪支架46的孔布置。

主傳動軸35和外槽輪排肥器驅動軸33通過第五鏈條組32連接。

地輪29的轉軸和主傳動軸35通過第四鏈條組30連接。

玉米穴施肥穴播單體36作業時，大馬力的拖拉機牽引精播機沿直線行走，通過地輪29、主傳動軸35和第四鏈條組30的動力傳動，為整個精播機的旋轉部件提供動力來源。

主傳動軸35和位于施肥主體支撐板43的后部的第一轉軸53通過第一鏈條組13連接。

位于播種主體支撐架45的前部的第二轉軸54和排種器8通過第三鏈條組15連接。

第二轉軸54和排種器8通過第二鏈條組14連接。

工作過程：

作業時，施肥開溝器1入土25cm左右的深度，開出施肥溝，肥料儲存在肥箱12中，肥料經外槽輪排肥器11、波紋管49流入間歇排肥機構16中，間歇排肥機構16將連續的肥料流間斷排入土壤。施肥覆土機構2進行持續的覆土作業，使肥料迅速被土壤夾緊，不會落到溝底。保證土壤下10～20cm范圍內連續有肥。碎土輪3將覆土后的不平整土壤表面壓碎滾平，有利于之后的播種作業。

旋轉編碼器31與地輪29相連，旋轉編碼器31采集地輪29的轉速信息，將脈沖發送至單片機50中，激光傳感器7采集種子下落信息，并將數據發送至單片機50，單片機50以此數據作為控制步進電機27驅動的間歇排肥機構16開閉的依據，即通過實時控制步進電機27的正反轉，使間歇排肥機構16間斷排肥：單片機50控制步進電機27的轉動，步進電機27通過聯軸器26帶動轉軸24進行間歇正反轉，閥門23間歇閉合。閥門23閉合時外槽輪式排肥器11排出的肥料在排肥管25內積聚，閥門23打開時，肥料下落，從出肥口排出，完成一次間歇排肥進程。由于排種器8與地輪29通過鏈條、軸等間接相連，因此存在著機械上的同步性。旋轉編碼器31檢測地輪29的軸的轉速，間接地可以得到排種器8的轉速，通過該轉速來控制步進電機27的旋轉來達到種肥對位的目的。

設定步進電機27步距角為C°，閥門23的最大開合角度為α°，閥門23打開時步進電機27為正轉，地輪29直徑D(mm)，旋轉編碼器31線數S(mm)，玉米珠間距T(mm)，肥料分布在種子下方垂直投影φD2(mm)范圍內,可通過編碼器脈沖當量計算公式：P是脈沖當量，推算出單片機50收到個脈沖后發送個正脈沖給步進電機27，步進電機27正轉，閥門23打開，單片機50繼續接收脈沖，當繼續收到個脈沖后發送個負脈沖給步進電機27，步進電機27反轉，閥門23關閉，完成一次排肥過程。

雙圓盤開溝器4在之前碎土輪3滾平的施肥溝正上方開出5cm左右深度的種溝。種子儲存在種箱9中，經排種器8逐粒排入種溝中，種子落入溝底，播種覆土器5進行覆土作業，將種溝填平。鎮壓輪6進行鎮壓作業，將種子表層的土壤壓實，有利于玉米種子的發芽。

玉米正位穴深施肥精播機通過測量機具的行駛速度，來控制安裝在施肥開溝器1的排肥管25的步進電機27驅動的間歇排肥機構16，將肥料斷續排出，入土成穴。通過對排種器8軸的轉速檢測來校正間歇排肥機構16，達到與排種器8的同步性，使種子與肥料同穴。

一種使用玉米正位穴深施肥精播機進行精播的方法，包括如下步驟：

a.施肥開溝器1入土25cm左右的深度，開出施肥溝，肥料儲存在肥箱12中，肥料經外槽輪排肥器11、波紋管49流入間歇排肥機構16中，間歇排肥機構16將連續的肥料流間斷排入土壤，施肥覆土機構2進行持續的覆土作業，使肥料迅速被土壤夾緊，不會落到施肥溝溝底，碎土輪3將覆土后的不平整土壤表面壓碎滾平，有利于之后的播種作業；

b.旋轉編碼器31與地輪29相連，旋轉編碼器31采集地輪29的轉速信息，將脈沖發送至單片機50中，激光傳感器7采集種子下落信息，并將數據發送至單片機50，單片機50以激光傳感器7采集的種子下落信息及旋轉編碼器31采集的轉速信息作為控制步進電機27驅動的間歇排肥機構16開閉的依據，即通過實時控制步進電機27的正反轉，使間歇排肥機構16間斷排肥，設定步進電機27步距角為C°，閥門23的最大開合角度為α°，閥門23打開時步進電機27為正轉，地輪29直徑D(mm)，旋轉編碼器31線數S(mm)，玉米珠間距T(mm)，肥料分布在種子下方垂直投影φD₂(mm)范圍內,可通過編碼器脈沖當量計算公式：P是脈沖當量，推算出單片機50收到個脈沖后發送個正脈沖給步進電機27，步進電機27正轉，閥門23打開，單片機50繼續接收脈沖，當繼續收到個脈沖后發送個負脈沖給步進電機27，步進電機27反轉，閥門23關閉，完成一次排肥過程；c.雙圓盤開溝器4在在步驟a后的碎土輪3滾平的施肥溝正上方開出5cm左右深度的種溝，種子儲存在種箱9中，經排種器8逐粒排入種溝中，種子落入溝底，播種覆土器5進行覆土作業，將種溝填平，鎮壓輪6進行鎮壓作業，將種子表層的土壤壓實，有利于玉米種子的發芽；

d.通過激光傳感器7檢測排種器8排出種子的信息來校正間歇排肥機構16，達到與排種器8的同步性，使種子與肥料同穴。