[发明专利]双变量液压无级调速变量施肥机及其调速系统

说明书

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种双变量液压无级调速变量施肥机及其调速系统，具体地说是一种基于基于PLC+液压马达的双变量液压无级调速变量施肥机及其调速系统。

背景技术

进入二十一世纪，我国的农业生产对农业机械提出了更高的要求。伴随着大量农产品逐渐由数量为主转变为以质量为主，对农业机械的要求也日益更新，农业机械的品种和数量也大幅度提升，农业机械也逐步由单纯数量的增加转变为质量与技术水平的提高。我国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，农业现代化的主要标志是农业机械化装备程度和机械化水平的高低。农业机械是农业生产的重要工具，是发展农业生产力的重要因素之一，是实现农业科学技术的载体。保持农业稳定，对社会安定和经济发展都具有极其重要的意义。因此，农业要实现现代化，就必须首先实现农业生产的全面机械化。

但从施肥机械这方面国内外农化专家普遍认为，在其他生产因素不变的情况下，农作物施用化肥可增加产量40～60％。由于中国农民施用化肥多停留在经验施肥的水平上，化肥利用率仅30～40％，因此浪费和损失惊人。肥料施用量的增加和利用效率的下降，不仅造成了经济上的巨大损失，而且引起了严重的环境污染。过多施用的肥料不仅造成了对地表水和地下水的持续污染，还增加了农业产品中有毒物质的残留，出现了地表水富营养化，地下水和蔬菜中硝态氮含量超标等问题，化肥尤其是氮肥已成为主要的环境污染源之一。这同时也给农业可持续发展带来很大危害。随着环境问题日益受到重视，如何在保证作物高产优质的同时提高氮肥的利用率(USE)，防止或尽量减少作物生产带来的环境污染是我国政府、农学家及生产者所必须解决的问题。

我国当今农业机械技术水平从总体上看落后发达国家不20年，在变量施肥技术研究方面，基本是引进国外先进技术设备，进行消化、吸收的跟踪研究。需要在变量施肥技术及相关技术方面，如采样技术、采样导航技术、土壤速测技术、施肥决策技术和产量记录技术等领域推动高新技术的应用研究与实践，开发适于我国国情先的变量施肥技术，使之成为一个有机的技术体系。精准农业的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点[6]。研究和开发自动变量施肥技术，具有重要的社会意义，而自动变量施肥控制系统作为关键环节之一，为自动变量施肥的实现提供了技术支持。

变量施肥技术在西方发达国家已经得到成功应用。其相关技术已日臻完善和商品化。其中，变量施肥机调速系统是变量施肥机的重要组成部分。主要可以分为：电控机械无级变速器型、电控液压马达型、电控步进电机型等几种调速控制方式。

目前，国内外对于在电控机械无级变速器型、电控步进电机型调速控制系统方面的研究较为深入，如：美国约翰迪尔公司生产的JD-1820/1910型气力式变量施肥播种机和黑龙江八一农垦大学工程学院研制的大豆精密播种机变量施肥自控控制系统都采用了电控机械无级变速器调速系统。吉林大学生物与农业工程学院研究的变量施肥控制系统则采用了电控步进电机调速控制系统。但是在几种调速控制方式中，液压调速在：功率质量比、调速范围、稳定型、自动控制和过载保护方面具有明显优点，特别是随着与现代电子和信息技术的结合发展，液压调速技术得到了更快的发展，同时，也在农业机械中得到了大量的应用。

2003年，国家农业信息技术研究中心设计的变量旋耕施肥机，其变量施肥调速系统由液压节流阀和液压马达组成，通过控制液压节流阀的开度来控制液压马达的转速实现变量施肥。

2007年，吉林农业大学研制设计了由变量液压马达实现变量作业的自动变量施肥机，变量液压马达的转速与其容积成反比，系统通过控制变量液压马达的容积来实现液压马达转速控制，实现变量施肥。

2002年美国CASE公司生产的2340型空气输送种肥车由电控液压马达实现变量施肥播种。调速系统由变量控制驱动器、直流伺服电动机、液压马达等组成，作业时变量控制驱动器通过控制直流伺服电动机转动使液压马达在不同的转速下转动，实现变量控制。

美国Ag Leader公司生产的精确播种和施肥机以PFA作为控制器，通过控制变量液压马达实现变量播种和施肥控制控制。

德国AMAZONE公司开发的用于麦类作物春季追肥的实时自动变量施肥机，通过拖拉机前部安装的作物长势传感器监测作物叶绿素含量，计算出氮肥的需要量，然后通过控制液压马达的转速来实现变量施肥。