本發(fā)明屬于農(nóng)用機械裝置，具體涉及一種超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機。

背景技術(shù)：

1、深松施肥機是一種將深松和施肥功能相結(jié)合的農(nóng)業(yè)機械。與傳統(tǒng)耕作機械相比，深松施肥機通過深松作業(yè)有效打破土壤硬化層，提高土壤的透氣性和水分滲透性，從而改善根系的生長環(huán)境，促進植物根系的深入發(fā)展。同時，施肥和深松作業(yè)同步進行，肥料能夠均勻地埋入土壤深層，避免表面肥料的流失，提高肥料的利用率，促進植物根系的更好吸收。深松作業(yè)還能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，疏松土壤，減少土壤板結(jié)，提升土壤的通氣性、排水性和持水能力，有助于作物的健康生長。深松施肥機不僅能改善土壤的物理性質(zhì)，提高肥料利用率，還能為作物根系提供更好的生長環(huán)境，有助于提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。作為一種改善土壤質(zhì)量和提高農(nóng)作物產(chǎn)量的機械化作業(yè)技術(shù)，深松施肥技術(shù)在國內(nèi)外得到了越來越廣泛的應(yīng)用和重視。

2、傳統(tǒng)深松機械在深松作業(yè)過程中，由于土壤與深松鏟的直接機械作用，需要克服較大的土壤阻力，導(dǎo)致拖拉機或其他動力設(shè)備的能耗較高，增加了燃料消耗和作業(yè)成本，還會對機械設(shè)備造成較大的負荷，縮短設(shè)備的使用壽命，增加維護和保養(yǎng)的成本。在硬土層或黏性較大的土壤中，傳統(tǒng)深松機械的作業(yè)效率問題更加突出。硬土層對深松鏟的切割和滲透形成較大阻力，導(dǎo)致作業(yè)速度明顯下降，使得作業(yè)效率受到嚴重影響，增加了作業(yè)時間和勞動力投入。

3、傳統(tǒng)施肥機在施肥過程中難以實現(xiàn)對施肥量和施肥位置的精準控制，容易造成肥料的浪費和過量施用。這不僅顯著增加了肥料成本，還可能引發(fā)土壤鹽漬化等環(huán)境問題。此外，在土壤表面施肥容易受到雨水沖刷和蒸發(fā)的影響，導(dǎo)致養(yǎng)分流失，進一步降低肥料的利用率。傳統(tǒng)施肥機的控制系統(tǒng)相對落后，缺乏智能化的施肥方案，難以根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)整施肥量，從而影響施肥效果和資源的利用效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機，其設(shè)置了氣體增壓裝置、液體增壓裝置、超聲波激勵裝置、傳感器檢測裝置和控制系統(tǒng)。氣體增壓裝置是通過空壓機將氣體增壓，液體增壓裝置是通過增壓泵將液體肥料增壓，超聲波激勵裝置通過超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，換能器將超聲波轉(zhuǎn)換為高頻振動，一部分換能器安裝在氣液混合器的下方使氣液混合更加均勻，另一部分換能器通過變幅桿增大振幅安裝在深松鏟鏟柄位置，可以使深松鏟鏟柄產(chǎn)生高頻振動。傳感器檢測裝置中的近紅外光譜傳感器安裝在拖拉機前端，通過檢測土壤中的近紅外光譜信號間接測量土壤中的氮磷鉀含量，電導(dǎo)率傳感器安裝在深松鏟鏟柄位置，通過檢測土壤中的電導(dǎo)率間接測量土壤中的氮磷鉀含量，速度傳感器實時檢測拖拉機作業(yè)速度，根據(jù)作業(yè)速度控制脈沖控制器頻率，不同的作業(yè)速度匹配不同的施肥量。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機，包括機架、深松裝置、牽引裝置、圓盤刀、氣體增壓裝置、液體增壓裝置、超聲波激勵裝置和傳感器檢測裝置；

4、所述機架用于安裝深松裝置、牽引裝置、圓盤刀、氣體增壓裝置、液體增壓裝置、超聲波激勵裝置和傳感器檢測裝置；

5、所述深松裝置包括鏟柄、鏟頭、氣液管，鏟頭安裝在鏟柄底端，氣液管安裝在鏟柄后端；

6、所述牽引裝置用于牽引深松施肥機；

7、所述圓盤刀用于切割秸稈和雜草；

8、所述氣體增壓裝置用于將氣體進行增壓；

9、所述液體增壓裝置用于將液體肥料進行增壓；

10、所述超聲波激勵裝置用于產(chǎn)生超聲波，使氣液混合器和深松鏟鏟柄產(chǎn)生高頻振動；

11、所述傳感器檢測裝置用于檢測土壤中的氮磷鉀含量和深松施肥機作業(yè)速度；

12、所述控制系統(tǒng)用于將傳感器數(shù)據(jù)進行融合，控制氮磷鉀肥料箱閥門頻率；

13、在上述技術(shù)方案中，所述機架包括機架前梁、機架中梁、機架支撐板、機架后梁，上述的機架前梁、機架中梁、支撐板、機架后梁通過焊接組成整個機架，作為安裝深松裝置、牽引裝置、圓盤刀、氣體增壓裝置、液體增壓裝置、超聲波激勵裝置和傳感器檢測裝置的載體。

14、在上述技術(shù)方案中，所述深松裝置的數(shù)量為3個，等間距固定安裝在機架的機架后梁上。

15、在上述技術(shù)方案中，所述圓盤刀的數(shù)量為3個，等間距固定安裝在機架的機架前梁上。

16、在上述技術(shù)方案中，所述牽引裝置，包括固定連桿、兩個懸掛連桿、兩個下懸掛和支架，成左右對稱的兩個下懸掛分別焊接于機架前梁上，兩個懸掛連桿的下端與下懸掛上端一一對應(yīng)連接，兩個懸掛連桿的上端與固定連桿上端連接，固定連桿下端被支架連接在機架上。

17、在上述技術(shù)方案中，所述氣體增壓裝置，包括空壓機和軟管，空壓機將氣體進行增壓，增壓后的氣體通過軟管連接到氣液混合器。

18、在上述技術(shù)方案中，所述液體增壓裝置，包括增壓泵、氮肥肥料箱、磷肥肥料箱、鉀肥肥料箱和脈沖控制器，增壓泵將液體肥料進行增壓，脈沖控制器控制氮磷鉀肥料箱的閥門。

19、在上述技術(shù)方案中，所述超聲波激勵裝置，包括超聲波發(fā)生器、換能器和變幅桿，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，換能器將超聲波轉(zhuǎn)換為高頻振動，使氣液混合器和深松鏟產(chǎn)生高頻振動，變幅桿將振幅放大。

20、在上述技術(shù)方案中，所述傳感器檢測裝置，包括近紅外光譜傳感器、電導(dǎo)率傳感器和速度傳感器，近紅外光譜傳感器安裝在拖拉機前端，該傳感器利用近紅外光譜特性，通過分析土壤中有機物和礦物質(zhì)的光譜吸收和反射特性，間接檢測土壤中的氮、磷、鉀含量。電導(dǎo)率傳感器安裝在深松鏟的鏟柄位置，通過與土壤的直接接觸測量土壤的電導(dǎo)率，間接推算出土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量。速度傳感器安裝在深松施肥機的框架位置，用于實時檢測深松施肥機的作業(yè)速度。

21、在上述技術(shù)方案中，所述控制系統(tǒng)，包括筆記本電腦、stm32單片機和脈沖控制器，筆記本電腦負責接收和處理來自近紅外光譜傳感器和電導(dǎo)率傳感器的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)融合算法得出精準的土壤氮磷鉀含量。根據(jù)土壤氮磷鉀含量的實時測量結(jié)果，筆記本電腦通過通信接口將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給stm32單片機。stm32單片機作為控制核心，根據(jù)實時的土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)和作業(yè)速度，精確地控制氮磷鉀肥料箱閥門的開關(guān)狀態(tài)，確保肥料的精準施放。同時，stm32單片機還根據(jù)設(shè)定的脈沖頻率控制脈沖控制器，調(diào)整肥料的施加速率和數(shù)量。

22、本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：

23、本發(fā)明的超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機通過氣體和液體的協(xié)同作用，能夠在土壤中產(chǎn)生更強的擾動效果。氣體與液體相結(jié)合，能夠打破土壤的團粒結(jié)構(gòu)，改善土壤的通氣性和水分滲透能力，并且在不增加額外機械壓力的情況下進行深松，減少土壤壓實問題，保護土壤結(jié)構(gòu)，有利于作物生長。氣液兩相射流通過優(yōu)化氣體和液體的流量組合，能夠提高深松效率，并在作業(yè)過程中降低能源消耗。

24、本發(fā)明的超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機通過超聲波振動的高頻和能量作用于深松鏟，超聲波產(chǎn)生高頻振動能夠有效減少深松鏟與土壤之間的摩擦力和粘附力，降低深松作業(yè)的阻力。超聲波振動能夠有效打破土壤顆粒間的結(jié)合力，改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加土壤的松散度和孔隙率。超聲波振動的穿透作用使得深松鏟能夠更容易深入土壤，同時超聲波的能量傳播能夠擴大深松區(qū)域的影響范圍，并且通過超聲波激勵作用減少機械深松對土壤的直接壓實效應(yīng)，還能夠提高深松作業(yè)的速度和效率。

25、本發(fā)明的超聲波激勵氣液兩相射流深松施肥機通過近紅外光譜傳感器和電導(dǎo)率傳感器檢測土壤中的氮磷鉀含量，并將傳感器數(shù)據(jù)進行融合得出精準的土壤氮磷鉀含量，通過速度傳感器實時檢測深松施肥機作業(yè)速度，根據(jù)氮磷鉀含量和作業(yè)速度數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)控制氮磷鉀肥料箱閥門打開，并控制脈沖控制器的頻率，實現(xiàn)了根據(jù)土壤所缺的氮磷鉀含量實現(xiàn)精準施肥，并且根據(jù)速度不同控制不同的施肥量。在實現(xiàn)精準施肥的過程中向深層土壤施肥，不僅改善了深層土壤的氮磷鉀含量，而且避免了肥料蒸發(fā)流失造成的浪費，提高了肥料利用效率。