流体射流农业装置、系统和方法与流程

本发明大体上涉及超高压液体射流土壤处理装置、系统和方法。

背景技术：

1、当前的种植及播种系统和过程大体上利用三种不同类型的装置-一个或多个打开(或开垦，即open)装置，其用于打开土壤；一个或多个播种装置，其用于使种子沉积到土壤的经打开部分中；以及一个或多个封闭(或合拢，即close)装置，其用于使土壤在所沉积的种子的顶部上封闭。对于打开装置，这些系统和过程严重依赖于在播种之前或大约与播种同时地耕作、犁耕或耕耘地面。这些过程往往使用犁刀来首先在土壤的顶部上切穿残留物并且使土壤松散(例如，打开)，以允许空气、水以及营养物(例如，肥料)的接近和渗透，并且提供在给定/期望的深度处施肥并且播种(例如，递送营养物和种子一直到土壤中的4至6英寸深)的可能性。当前，这通过以每小时2英里与每小时15英里之间的速度将物理器具(诸如，犁耕器、刀片、犁刀、残留物切割犁刀、耕耘、锄头、尖头等等)拖拉或推动通过土壤而完成。在应用犁刀来打开土壤之后，一个或多个额外的打开装置(例如，锄头、倾覆机等等)典型地用于调理由犁刀进行的初始开口并且使该开口成形，以进一步制备并且形成该开口，以便进行种子沉积。

2、在许多传统用具中，犁刀构造为用于切穿残留物并且打开土壤的如刀/刀片那样的装置。一些较新的设计已以可能具有波状或笔直刀片的旋转盘式犁刀置换刀尖式犁刀。图1示出具有波状刀片的示例性的现有技术的旋转盘式犁刀。在操作中，在应用进一步调理土壤并且使土壤成形的锄头或盘设置之前，犁刀(诸如，图1的犁刀)刺穿地面。大体上，拖拉犁刀通过土壤用来切穿残留物、使土壤翻转并且提供种子床，因而使地面(例如，沟渠)的位于给定的深度处的选择部分暴露于大气并且使得所暴露的土壤部分可用于施用期望的材料和液体(例如，种子、肥料等等)。

3、图2示出在常规的农业系统和方法中采用的一些示例性的现有技术的固体土壤锄头。在传统上，这些锄头在种植操作中的使用在切穿残留物和土壤的犁刀(诸如，图1的犁刀)之后发生。图2的不同的锄头可以针对不同的过程和/或种子而与不同的犁刀一起被采用，因为，变化的深度和沟渠形状可以是期望的。播种装置于是能够用于使材料在通过犁刀和锄头而形成的沟渠中沉积于期望的深度处。此后，封闭装置能够用于使沟渠封闭。大部分种植系统具有如下的封闭系统(例如，压土轮和/或封闭工具)：被连接于后面，并且与犁刀和锄头成一直线，以在种子沉积之后立即使土壤封闭。

4、图3示出包括播种装置、封闭装置以及若干打开装置的组合的示例性的现有技术的种植系统300。打开装置包括犁刀306和两个锄头304a、304b。封闭装置302不但用于填充于沟渠中并且使沟渠再密封，而且用于使田地土壤整平并且使残留物滞留。播种装置308位于打开装置304a、b、306与封闭装置302之间。如所示出的，播种装置308能够联接到副打开装置304b。然而，使用这样的常规的(一个或多个)耕耘布置可能引起与将霜状白糖涂敷到蛋糕极其相似的被称为随着沟渠被打开和封闭而发生的土壤的“涂抹”的过程。大量涂抹可能使水相对于土壤而密封，因为，它使土壤中的颗粒之间的细孔压实并且封闭。该影响倾向于由于土壤中的更高的湿度水平而恶化，这可能导致种植中的延迟?？赡苡捎谔炱?或由于在白天期间的某些时候存在厚重的露水(这可能致使播种条件是不利的)而导致土壤中的更高的湿度水平。

5、而且，常规犁刀(诸如，图1和图3的犁刀)生成大量尘土、抛土并且在耕种工具、拖拉机以及刀片上磨损并且撕裂，并且具有低劣残留物滞留。特别地，将器具通过土壤和残留物拖拉以打开沟渠的动作典型地导致大量残留物在器具周围被绊住并且在田地和沟渠中被到处拖拉(和/或被拖拉离开田地和沟渠)，这使得土壤直接地暴露于环境，并且明显地减少湿气滞留，同时增加土壤腐蚀。大体上，当前的基于固体犁刀的耕种实践的下游影响包括增加的土壤腐蚀，降低的土壤生物学肥力、降低的土壤回弹性、环境破坏以及生产低效性。

6、新近的犁刀和播种系统设计已力图通过在犁刀和封闭系统上采用甚至更窄并且更锋利的刀片(例如，刀尖式系统)而减少这些冲击和影响。图4示出具有刀尖式犁刀400的示例性的现有技术的种植系统的部分。然而，这些系统仍然以若干并非有益的方式物理地操纵土壤，并且移除大量残留物。而且，这些系统具有关于适当并且一致的渗透、残株管理、通过覆盖农作物进行的工作以及残留物返回原地(hair-pinning)的烦扰。

技术实现思路

1、本发明以将用于使用流体射流(诸如，液体射流或气体射流)来渗透土壤的一个或多个流体射流切割头部并入的农业土壤系统和过程(例如，土壤耕作、肥料沉积、播种过程等等)为特征。这使固体犁刀和物理犁刀的使用最少化(并且在一些情况下排除该使用)，由此减少耕耘、残留物废弃以及扰乱，同时改进农业过程。

2、在一个方面，本发明以一种农业器具的超高压液体射流土壤处理系统为特征。超高压液体射流土壤处理系统包括：框架；超高压液体泵，其设置于框架上；以及成组的超高压管路，其流体地连接到超高压液体泵。处理系统还包括经由成组的超高压管路来流体地连接到超高压液体泵的至少第一液体射流土壤用具头部和第二液体射流土壤用具头部。第一用具头部和第二用具头部构造成通过生成多个沟渠而调理土壤以便进行种子沉积。

3、在一些实施例中，超高压液体射流土壤处理系统进一步包括流体地连接到超高压液体泵的第三液体射流土壤用具头部。第三用具头部构造成周期性地横切多个沟渠。第三液体射流土壤用具头部能够构造成递送液体射流，以促进土壤相对于至少一个沟渠而塌缩。

4、在一些实施例中，超高压液体泵构造成生成至少大约20000磅每平方英寸(psi)的液体压力。超高压液体泵能够是直接驱动泵。超高压液体泵能够包括增强器。

5、在一些实施例中，通过第一液体射流土壤用具头部而产生的对应的沟渠构造成接收周期性的种子沉积物。在一些实施例中，通过第一液体射流土壤用具头部而产生的第一沟渠接近通过第二液体射流土壤用具头部而产生的第二沟渠，第二沟渠适于接近沉积于第一沟渠中的一个或多个种子而接收农业添加剂。

6、在一些实施例中，第一沟渠和第二沟渠在土壤的表面下方在使用者可控的深度处相交。在一些实施例中，在调节土壤以便进行种子沉积时，第二液体射流土壤用具头部的尖端位于地平面下方。在一些实施例中，第二液体射流土壤用具头部相对于第一液体射流土壤用具头部而交错。

7、在一些实施例中，第一液体射流土壤用具头部或第二液体射流土壤用具头部中的至少一个构造成使输入物沉积于对应的沟渠中。在一些实施例中，土壤输入系统流体地连接到至少一个第一或第二液体射流土壤用具头部，以便将农业添加剂作为输入物而引入到对应的沟渠。

8、在另一方面，本发明以一种用于超高压液体射流农业器具的土壤用具头部为特征。土壤用具头部包括构造成接收超高压液体和肥料的主体。主体限定构造成使肥料混合到超高压液体中的混合室。土壤用具头部还包括设置于主体中并且流体地连接到混合室的喷嘴，喷嘴成形为将肥料与超高压液体的混合物运送到土壤中以液体射流。

9、在一些实施例中，土壤用具头部进一步包括流体地连接到主体的遮蔽系统。遮蔽系统构造成提供流体介质，以在喷嘴的尖端与土壤的表面之间基本上遮蔽液体射流。遮蔽系统能够与土壤用具头部的主体成一体。遮蔽系统的流体介质能够是液体、肥料、气体或水中的至少一种。在一些实施例中，遮蔽系统经由开/关阀来控制，以便选择性地启动遮蔽。

10、在一些实施例中，气体输入系统流体地连接到土壤用具头部的主体。气体输入系统构造成将气体引入到液体射流。

11、在一些实施例中，超高压液体进行下者中的至少一个：(i)被加热，以促进发芽；或(ii)被处置，以防止真菌生长。超高压液体能够使用来自农业器具的液压泵或另一构件中的一个的余热来加热。

12、在又一方面，本发明以一种用于农业器具的超高压液体射流土壤处理系统为特征。超高压液体射流土壤处理系统包括：超高压液体泵；成组的超高压管路，其流体地连接到超高压液体泵；以及液体射流土壤用具头部，其经由成组的超高压管路来流体地连接到超高压液体泵。用具头部构造成调理土壤以便进行种子沉积。超高压液体射流土壤处理系统还包括流体地连接到液体射流土壤用具头部的输入系统。输入系统构造成将农业添加剂递送到形成于用具头部中的液体射流。

13、在一些实施例中，输入系统经由液体肥料管路来连接到用具头部，液体肥料管路在单向阀处联接到排放管路，以防止液体肥料管路的污染或背压中的至少一个。在一些实施例中，排放管路连接到压力调节系统。在一些实施例中，压力调节系统包括空气过滤器、经压缩流体源或排放到大气的通气管管路中的一个。压力调节系统能够远离处理系统与土壤之间的接口。在一些实施例中，排放管路联接到声响警告元件，以当在液体肥料管路或排放管路中发生污染或背压中的至少一个时，警告操作者。

14、在一些实施例中，液体射流土壤用具头部直接地连接到经压缩空气或气体管路。在一些实施例中，经压缩空气或气体管路将经压缩空气或气体递送到用具头部的混合室，以提供混合室中的正压，由此防止污染物进入混合室。

15、在一些实施例中，输入系统构造成选择性地将农业添加剂递送到液体射流。在一些实施例中，选择性递送包括在形成液体射流之后，通过输入系统来将粒状肥料作为农业添加剂而引入，以促进肥料中的细粒的颗?；?。在一些实施例中，选择性递送包括通过输入系统来将至少一种气体作为农业添加剂而引入到土壤的表面下方。

16、在一些实施例中，用具头部包括喷嘴和孔口。喷嘴的直径与孔口的直径的比大于大约2。

17、在又一方面，本发明以一种操作农业器具的超高压液体射流土壤处理系统用于调节土壤以便进行种子沉积的方法为特征。超高压液体射流土壤处理系统包括经由成组的超高压管路来流体地连接到超高压液体泵的多个用具头部。该方法包括：通过第一用具头部和第二用具头部而在土壤中形成至少两个沟渠；通过播种装置而周期性地使种子沉积到通过第一用具头部而形成的沟渠中；以及通过第一用具头部或第二用具头部中的至少一个而周期性地将添加剂输入物提供到对应的沟渠中。

18、在一些实施例中，该方法进一步包括通过第三用具头部而周期性地处理第一沟渠和第二沟渠，以促进添加剂输入物和种子上的土壤塌缩。在一些实施例中，该方法进一步包括通过封闭装置而使土壤倾覆，以使沟渠封闭。

19、在一些实施例中，至少两个沟渠定位成以使用者可控的距离彼此接近。

20、在一些实施例中，周期性地将添加剂输入物提供到对应的沟渠中包括：通过第一用具头部的主体而接收超高压液体和添加剂输入物，其中，主体限定用于使超高压液体与添加剂输入物混合的混合室；以及通过第一用具头部的喷嘴而将包括混合的超高压液体和添加剂输入物的液体射流递送到沟渠。在一些实施例中，该方法进一步包括在喷嘴的尖端与沟渠的表面之间的流体介质中基本上遮蔽液体射流。在一些实施例中，该方法进一步包括提供混合室中的正压，以防止污染物经由喷嘴来进入混合室。

21、在一些实施例中，添加剂输入物是经由液体肥料管路来提供到第一用具头部或第二用具头部中的至少一个的液体肥料。在一些实施例中，该方法进一步包括使用单向阀和过滤排放部来防止液体肥料管路的污染和背压。