单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器的制作方法

本发明属于农业机械中的精量施肥技术领域，具体的指一种单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器。

背景技术：

化肥的施用是提高作物产量的重要途径，实践证明精量施肥与传统的施肥方式相比能够节约肥料成本，提高肥料利用率，减少肥料流失对水体造成污染。排肥器是施肥机械的核心部件，其排肥精度及均匀性，直接影响了施肥机械的作业质量。

外槽轮排肥器结构简单、排肥量调节范围大，是目前应用最广泛的排肥器；但其具有低转速下排肥波动性大，容易产生肥料泄露导致排肥稳定性差，运动阻尼大，对粉末肥适应性差等缺点。

螺旋排肥器具有排肥量控制线性度高、排肥量稳定，高转速下施肥均匀性好，运动阻尼小，对固体肥料适应性强(适用于颗粒肥及粉末肥)，强制输肥等优点，就此，其是实现精量施肥作业的理想选择；但传统的螺旋排肥器单圈排肥量无法调节，同时低转速下施肥均匀性差，在目标排肥量较低时，仅能通过降低转速实现施肥要求，可能会出现排肥均匀性差甚至断条的现象，因此螺旋排肥器应用较少。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种排肥连续均匀、排肥量控制线性度高的单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器。

为实现上述目的，本发明所设计的单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器，包括主壳体及排肥螺旋装置，所述主壳体包括螺旋套管、位于螺旋套管前端上部的进肥漏斗和位于螺旋套管后端下部的出肥口，所述排肥螺旋装置同轴安装在螺旋套管内部，所述排肥螺旋装置包括排肥轴和设置在排肥轴上的螺旋叶片；还包括同轴安装在所述螺旋套管内部的螺旋阻塞轮，所述螺旋阻塞轮周向设有螺纹通槽，且螺纹通槽的径向底部与螺旋阻塞轮的中心轴孔相连通，螺纹通槽的螺距与螺旋叶片的螺距相等，螺纹通槽的槽宽略大于螺旋叶片的厚度、螺旋阻塞轮的中心轴孔内径比螺旋叶片内径略大。

进一步地，所述螺旋阻塞轮的前端面周向上设有一圈限位环形凸台和设置限位环形凸台中心孔位置处的轴套，轴套的内径与螺旋阻塞轮的中心轴孔内径一直，且轴套上设置有螺纹孔，通过螺栓将螺旋阻塞轮紧固于排肥轴。

进一步地，所述螺旋套管前端与前法兰连接，所述前法兰包括两个u型连接板、前轴承座和安装在前轴承座内的前轴承，一个u型连接板的后侧板连接在螺旋套管前段法兰的上部，另一个u型连接板的后侧板连接在螺旋套管前段法兰的下部，对应地，一个u型连接板的前侧板连接在前轴承座的上部，另一个u型连接板的前侧板连接在前轴承座的下部，且两个u型连接板沿螺旋套管的轴线对称布置，两个u型连接板对合连接后形成供螺旋阻塞轮安装的空腔。

进一步地，所述螺旋叶片旋入螺旋阻塞轮至限位环形凸台右侧面与前法兰的u型连接板后侧板前表面重合时，螺旋阻塞轮的右端面与进口段的右端面重合。

进一步地，所述螺旋套管后端与后法兰相连，所述后法兰包括后法兰本体、设置在后法兰本体后侧面的后轴承座、安装在后轴承座内的后轴承及设置在后轴承座后侧的轴承端盖，后法兰本体的前侧面与螺旋套管后端的后段法兰通过螺栓连接，后轴承座与轴承端盖通过螺栓紧固。

进一步地，所述进肥漏斗设于螺旋套管前端上部，包括底部进口段和上部集肥段；所述进口段为长方体进口段，且长方体进口段的进口端面开设有与螺旋套管外圆周面相配合的弧形缺口；所述集肥段包括四棱台漏斗和集肥段法兰，四棱台漏斗的小端长方形面与长方体进口段顶面的长方形面相配合连接，且四棱台漏斗的前侧面为竖直平面、后侧面为向后倾斜的倾斜平面；所述螺旋叶片前端覆盖整个进肥漏斗的进口段、末端与出肥口之间有距离以形成排肥缓冲区。

进一步地，所述螺旋套管中间段下部开设有清肥口，且所述螺旋套管上安装有与清肥口相配合的盖板；所述清肥口的前端部分与进肥漏斗的进口段后端部分重叠，清肥口的后端面与出肥口之间有距离，且清肥口的周向角度为150°～180°。

进一步地，所述排肥轴的前端依次穿过螺旋套管和前轴承座中的前轴承，排肥轴的后端依次穿过螺旋套管、后轴承座中的后轴承和轴承端盖，排肥轴两端设有轴肩对前轴承座中的前轴承和后轴承座中的后轴承进行轴向定位。

进一步地，还包括检测装置，包括回弹式直线位移传感器、对射式光电转速传感器和光电编码盘，其中，回弹式直线位移传感器包括壳体、探针和导线，壳体的后端穿过前法兰下部的u型连接板前侧板通过螺母固定安装在下部的u型连接板前侧板上，探针一端固定在壳体的后端面上、另一端在弹簧的作用下与螺旋阻塞轮垂直相接触；对射式光电转速传感器安装在前法兰上部的u型连接板横板内侧面上，光电编码盘安装在排肥轴的前端且位于对射式光电转速传感器正下方；当所述螺旋阻塞轮完全打开且螺旋阻塞轮不脱出螺旋叶片时，螺旋阻塞轮的限位环形凸台与对射式光电转速传感器之间不发生干涉。

进一步地，所述检测装置的具体检测过程如下：

1)可先测得螺旋阻塞轮完全不遮挡进肥漏斗的进口段从而不阻碍肥箱向螺旋叶片间填充时，回弹式直线位移传感器反馈的电压值及此时排肥器的单圈排肥量(u0，q0)；再测得螺旋阻塞轮全部遮挡进肥漏斗的进口段时回弹式直线位移传感器反馈的电压值及此时单圈排肥量(u11，0)。由于回弹式直线位移传感器内部为精密滑动变阻器，其输出电压值ui与探针si位移线性正相关，故可等距调节螺旋阻塞轮，使回弹式直线位移传感器输出电压在u0～u11间均匀取10个电压值并测得相应单圈排肥量，分别记做(ui，qi)，其中i＝1,2,3…,10；

2)将上述12个点进行曲线拟合，得到单圈排肥量关于回弹式直线位移传感器输出电压值的方程q＝f(u)，同时可得到螺旋阻塞轮开度k与电压u的关系

3)选用栅格数为60的光电编码盘，在不超过0.1s时间δt内对射式光电转速传感器输出的脉冲数为δn，则该段时间内排肥轴平均转速工作任意若干时间后，对射式光电转速传感器所计总数为j，则排肥器所旋转总圈数为此时该排肥器排出肥料总质量为

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器，螺旋阻塞轮能实现螺旋排肥器单圈排肥量的从0到最大值的无级调节，解决了现有螺旋排肥器单圈排肥量难以调节的困难；同时在一定程度上保证甚至提高螺旋排肥器的排肥均匀性；

2)设有排肥缓冲区，解决了现有螺旋排肥器低转速下排肥均匀性差的问题；

3)利用排肥螺旋装置输出稳定性高的特点，统计排肥器的排肥量，监测系统安装与设计更加简单，同时避免了重量传感器称重等方式受机具振动影响大的问题，测量可靠性高。

4)清肥口设置于螺旋套管底部且轴向长度大，周向角度为180°，降低了排肥器清理及检修维护的拆装难度。

附图说明

图1为本发明单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器结构示意图；

图2为图1的剖视示意图；

图3为图1中螺旋阻塞轮与排肥螺旋装置安装结构示意图；

图4为图3中螺旋阻塞轮结构示意图。

图中：主壳体1(其中：螺旋套管11、后段法兰12、前段法兰13、排肥缓冲区14)、进肥漏斗2(其中：集肥段21、进口段22、集肥段法兰23、前侧面24、后侧面25)、前法兰3(其中：u型连接板31、前轴承座32、前轴承33、后侧板34、前侧板35)、排肥螺旋装置4(其中：排肥轴41、螺旋叶片42)、检测装置5(其中：回弹式直线位移传感器51、探针52、螺母53、对射式光电转速传感器54、光电编码盘55)、螺旋阻塞轮6(其中：螺纹通槽61、限位环形凸台62、螺纹孔63、轴套64、中心轴孔65)、盖板7、出肥口8、后法兰9(其中：后轴承座91、后轴承92、轴承端盖93、后法兰本体94)、清肥口10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示单圈排肥量可调式螺旋精量排肥器，包括主壳体1、前法兰3、后法兰9、排肥螺旋装置4、螺旋阻塞轮6和检测装置5，其中，主壳体1包括螺旋套管11、位于螺旋套管11前端上部的进肥漏斗2、位于螺旋套管11后端下部的出肥口8、开设在螺旋套管11中间段下部的清肥口10及与清肥口10相配合且通过螺栓安装在螺旋套管11上的盖板7；螺旋套管11前端与前法兰3连接，螺旋套管11后端与后法兰9相连，排肥螺旋装置4以及用于调节单圈排肥量的螺旋阻塞轮6同轴安装在螺旋套管11内部。

进肥漏斗2设于螺旋套管11前端上部，包括底部进口段22和上部集肥段21。进口段22为长方体进口段，且长方体进口段的进口端面开设有与螺旋套管11外圆周面相配合的弧形缺口；集肥段21包括四棱台漏斗和集肥段法兰23，四棱台漏斗的小端长方形面与长方体进口段顶面的长方形面相配合连接，集肥段法兰设置在四棱台漏斗的大端面上，且四棱台漏斗的前侧面24为竖直平面、后侧面25为向后倾斜的倾斜平面，该结构有利于将肥箱较大区域内的肥料聚集导流至进肥漏斗2的进口段22；进肥漏斗2通过集肥段21顶面的集肥段法兰23与肥箱相连。

本实施例中，清肥口10轴向长度覆盖螺旋套管11的主要部分，即清肥口10的前端部分与进肥漏斗2的进口段22后端部分重叠，清肥口10的后端面与出肥口8之间有距离，且清肥口10的周向角度为180°，方便作业完成后清理残余肥料，在排肥器出现堵塞等问题时，仅需打开盖板7对排肥器清堵检修，降低维护时的拆装难度。

前法兰3包括两个u型连接板31、前轴承座32和安装在前轴承座32内的前轴承33，一个u型连接板31的后侧板34连接在螺旋套管11前段法兰13的上部，另一个u型连接板31的后侧板34连接在螺旋套管11前段法兰13的下部，对应地，一个u型连接板31的前侧板35连接在前轴承座32的上部，另一个u型连接板31的前侧板35连接在前轴承座32的下部，且两个u型连接板31沿螺旋套管11的轴线对称布置，两个u型连接板31对合连接后形成供螺旋阻塞轮6安装的空腔。

后法兰9包括后法兰本体94、设置在后法兰本体94后侧面的后轴承座91、安装在后轴承座91内的后轴承92及设置在后轴承座91后侧的轴承端盖93，后法兰本体94的前侧面与螺旋套管11后端的后段法兰12通过螺栓连接，后轴承座91与轴承端盖93通过螺栓紧固。

排肥螺旋装置4包括排肥轴41和设置在排肥轴41上的螺旋叶片42，排肥轴41的前端依次穿过螺旋套管11和前轴承座32中的前轴承33，排肥轴41的后端依次穿过螺旋套管11、后轴承座91中的后轴承92和轴承端盖93，排肥轴41两端设有轴肩，以对前轴承座32中的前轴承33和后轴承座91中的后轴承92进行轴向定位，而前轴承33和后轴承92则保证排肥轴与螺旋套管11同轴，并降低排肥螺旋装置4的阻尼。

结合图3、图4所示螺旋阻塞轮6周向设有螺纹通槽61，且螺纹通槽61的径向底部与螺旋阻塞轮6的中心轴孔65相连通，螺纹通槽61的螺距与螺旋叶片42的螺距相等，螺纹通槽61的槽宽略大于螺旋叶片42的厚度(如螺纹通槽的槽宽比螺旋叶片的厚度大0.3～1mm)、螺旋阻塞轮6的中心轴孔65内径比螺旋叶片内径略大(如大0.3～1mm)，以保证螺旋叶片42能够顺利旋入螺旋阻塞轮6的螺纹通槽61；螺旋阻塞轮6外径与螺旋叶片42外径相同，使螺旋叶片42的充肥区能被螺旋阻塞轮6阻塞。

螺旋阻塞轮6的前端面周向上设有一圈限位环形凸台62和设置限位环形凸台62中心孔位置处的轴套64，轴套64的内径与螺旋阻塞轮6的中心轴孔65内径一直，且轴套65上设置有螺纹孔63，通过螺栓将螺旋阻塞轮6紧固于排肥轴41，使螺旋阻塞轮6仅排肥轴41同步旋转，避免排肥轴41转动时螺旋阻塞轮6产生轴向滑移，改变预调的单圈排肥量。螺纹通槽61的轴向长度应保证当螺旋阻塞轮6旋入至限位环形凸台62右侧面与前法兰3的u型连接板31后侧板34前表面重合时，螺旋阻塞轮6的右端面与进口段22的右端面重合。

检测装置5包括(lms型)回弹式直线位移传感器51、(pu-l44n型)对射式光电转速传感器54和光电编码盘55，其中，回弹式直线位移传感器51包括壳体、探针52和导线，壳体的后端穿过前法兰3下部的u型连接板31前侧板35通过螺母53固定安装在下部的u型连接板31前侧板35上，探针52一端固定在壳体的后端面上、另一端在弹簧的作用下与螺旋阻塞轮6垂直相接触。对射式光电转速传感器54安装在前法兰3上部的u型连接板31横板内侧面上，光电编码盘55安装在排肥轴41的前端且位于对射式光电转速传感器54正下方，对射式光电转速传感器用于检测光电编码盘产生的光暗信号。当螺旋阻塞轮6完全打开(即螺旋阻塞轮6完全不遮挡进肥漏斗2的进口段)且螺旋阻塞轮6恰好也不脱出螺旋叶片42时，螺旋阻塞轮6的限位环形凸台与对射式光电转速传感器之间不发生干涉，从而保证螺旋阻塞轮6完全不影响肥料的填充。

螺旋叶片42前端覆盖整个进肥漏斗2的进口段22、末端与出肥口8之间有距离以形成排肥缓冲区14，防止被输送到螺旋叶片42末端的肥料瞬间从出肥口8滑出，可提高螺旋排肥装置低转速时的排肥均匀性。本实施例中，排肥缓冲区14轴向长度l、螺旋叶片42螺距t的和略小于或不小于肥料堆积半径r，可使肥料堆仅表层的肥料自由溃流入出肥口8，可最高程度地保证排肥均匀性。

本实施例中，以水田施肥为例，水田常规目标施肥量为600kg/hm²，机具平均行驶速度为0.5m/s时，所设计螺旋排肥器结构参数恰能满足精量施肥要求的排肥量稳定性及均匀性；当目标施肥量减小到300kg/hm²，机具仍以0.5m/s的平均速度前进，若不调节螺旋阻塞轮6调节开度，则螺旋精量排肥器转速需降低到原本的1/2，此时排肥均匀性将难以保证；而若将螺旋阻塞轮6旋入适当长度，使螺旋排肥器单圈排肥量降低为原来的1/2，则所需转平均速将与原转速一致，能保证原有排肥均匀性，同时肥料填充率会下降到原来的1/2，肥料将主要集中于螺旋套管11中下部，大多数肥料会随螺旋叶片转动时产生的轴向运移作用滑移至排肥口均匀排出，仅少量或无肥料会因重力和螺旋叶片推力双重作用快速滑入排肥口，因此，螺旋阻塞轮6的合理调节能进一步提高螺旋排肥器的排肥均匀性。

具体实施方式如下：

1)可先测得螺旋阻塞轮完全不遮挡进肥漏斗2的进口段22从而不阻碍肥箱向螺旋叶片间填充(螺旋阻塞轮开度为100％)时，回弹式直线位移传感器反馈的电压值及此时排肥器的单圈排肥量(u0，q0)；再测得螺旋阻塞轮全部遮挡进肥漏斗2的进口段(螺旋阻塞轮开度为0)时回弹式直线位移传感器反馈的电压值及此时单圈排肥量(u11，0)。由于回弹式直线位移传感器内部为精密滑动变阻器，其输出电压值ui与探针si位移线性正相关，故可等距调节螺旋阻塞轮，使回弹式直线位移传感器输出电压在u0～u11间均匀取10个电压值并测得相应单圈排肥量，分别记做(ui，qi)，其中i＝1,2,3…,10；

2)将上述12个点进行曲线拟合，得到单圈排肥量关于回弹式直线位移传感器输出电压值的方程q＝f(u)，同时可得到螺旋阻塞轮开度k与电压u的关系

3)选用栅格数为60的光电编码盘，在不超过0.1s时间δt内对射式光电转速传感器输出的脉冲数为δn，则该段时间内排肥轴平均转速工作任意若干时间后，对射式光电转速传感器所计总数为j，则排肥器所旋转总圈数为此时该排肥器排出肥料总质量为

需要特别说明的是，本发明中的螺旋阻塞轮不仅为图示的直轮式结构，其他诸如锥轮、母线为抛物、圆弧及其他曲线的阻塞轮亦为本发明的保护范围。排肥缓冲区也不局限于设置于螺旋套筒内，如将排肥口斜置等方法对肥料进行缓冲的方式也属于本发明的保护范围。