CN103858571B - 气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化农业装备领域，具体涉及一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，以及包括这种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器及其控制方法。本发明提供一种适合于现有气力式玉米精量排种器，能够进行提前充种、变量播种，具有调整方便、适于高速作业和排种器及其播量能够单独控制的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，以及包括这种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器。本发明能从根本上解决地轮打滑造成的漏播，提高播种质量；简化排种传动系统，降低玉米播种机的生产成本；提高玉米播种机的智能化和自动化程度，提高作业效率，降低劳动强度。

Description

气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置及其控制方法

技术领域

本发明属于自动化农业装备领域，具体涉及一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，以及包括这种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器及其控制方法。

背景技术

现有的玉米播种机的排种器分为机械式、气力式和机械-气力组合式三种类型，通过对排种盘的结构、充种方式和辅助装置进行研究和改进，最新的精量播种机在实验室条件下能够达到97%的合格率。

如专利申请号为201110276013.8，名称为“内充式玉米排种器”，其中，所述排种器在壳体投种口设有卸种槽，在对应清种区设有干扰槽，排种轮外缘等距分布有内窝眼，该型排种器降低了低速时的空穴率和高速时的双粒率和多粒率。但在田地上进行播种作业时，排种器由地轮及传动系统驱动，这种传动方式容易出现因地轮滑移和链条跳动而导致的株距不稳定和漏播。

由于传动方式的限制，排种器不能在进地作业前充种，从而造成地头的漏播。调整玉米的种植密度时，只能更换变速链轮，操作麻烦、作业效率低。

此外，由于播种机上所有的排种盘都由地轮直接统一驱动，不能实现各排种单体独立排种，在不规则地块上播种时，容易出现重播，造成种子的浪费，还需要进行后期的间苗工作。在播种机启停时，排种盘受到的冲击力较大，冲击产生的振动导致播种质量下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种适合于现有气力式玉米精量排种器，能够进行提前充种、变量播种，具有调整方便、适于高速作业和排种器及其播量能够单独控制的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，以及包括这种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，其包括：

电机1、排种器下壳体3、齿轮2、外齿圈4、排种盘5、排种盘驱动轴6、编码器7和排种器上壳体板8，其中，

所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，所述齿轮2与外齿圈4啮合；

排种盘5上为固定外齿圈4而设有排种盘凸台，外齿圈4的内缘与排种盘凸台紧密配合，二者之间固定连接；

所述排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，排种盘驱动轴6的另一端通过轴承61嵌入排种器下壳体3的内孔；

所述编码器7与编码器法兰71固定连接，编码器法兰71与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32固定连接；

所述排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。

所述外齿圈4的齿顶圆直径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离。

一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，其包括：

电机1、排种器下壳体3、齿轮2、内齿圈9、排种盘5、排种盘驱动轴6、编码器7和排种器上壳体8，其中，

所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，齿轮2与内齿圈9啮合；

所述排种盘5的背面固定一个定位盘10，内齿圈9嵌入定位盘10，二者固定连接；

所述排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，排种盘驱动轴6的另一端通过轴承61嵌入排种器下壳体3的内孔；

所述编码器7与编码器法兰71固定连接，编码器法兰71与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32固定连接；

所述排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。

所述定位盘10的外径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离。

一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，其包括：

电机1、排种器下壳体3、齿轮2、被动齿轮11、排种盘5、排种盘驱动轴6、编码器7和排种器上壳体8，其中，

所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，齿轮2与被动齿轮11啮合；

所述被动齿轮11通过键安装在排种盘驱动轴6的一端；

所述排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，排种盘驱动轴6的另一端通过轴承61嵌入排种器下壳体3的内孔；

所述编码器7与编码器法兰71固定连接，编码器法兰71与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32固定连接；

所述排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。

所述被动齿轮11的齿顶圆直径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离。

一种包括所述的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器。

一种包括所述的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器的控制方法，其中：

在准备进地作业时，先按下系统测试按钮，观察系统能否正常工作；

确认系统处于正常工作状态后，通过排种器的进种口加入种子，启动风机，当风道压力达到排种器正常工作风压时，按下充种按钮，电机1转动3/4圈，使排种盘5提前充种，通过人机界面设置株距；

在正常作业过程中，测速装置检测机具的前进速度并将速度信号传至单片机，根据程序中设定的机具前进速度与排种盘5转速的对应关系向电机驱动器发送脉冲信号，电机驱动器通过信号输出端驱动电机1转动，电机1进而带动排种盘5按规定株距对应的转速转动，实现精确排种；

编码器7检测排种盘5的转速，然后反馈给单片机。

当播种过程中出现故障时，排种盘5的转速下降，单片机向电机驱动器信号输入端发送相应的电平，电机1停止转动，同时，单片机向LED和蜂鸣器端口发送相应的电平，LED闪烁，蜂鸣器响；

复位电路对系统进行重设。

在所述测速装置中，采用霍尔传感器作为速度信号的采集器，直径为20cm的四周焊接有防滑齿的圆形测速轮连接到播种机机架上，测速轮四周开八个20mm×10mm×5mm的四方形槽，槽内放置八个对应尺寸的磁钢，在传感器安装板上正对最下方磁钢且距离磁钢8mm的位置安装霍尔传感器，测量测速轮的前进速度。

在所述测速装置中，采用多普勒雷达对拖拉机前进速度采集，该雷达安装于拖拉机底盘上，雷达波的发射面与拖拉机的前进方向呈一定夹角；和/或

在所述测速装置中，采用GPS接收机对拖拉机前进速度采集，该接收机安装在拖拉机的后侧支撑架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置取代传统的地轮及链轮传动装置，采用本发明的气力式玉米精量排种器及其控制方法不但能有效消除地轮滑移和链条跳动造成的株距不稳定，提升高速作业播种质量稳定性，而且能在进地作业前启动电机进行充种，有效避免地头的漏播。由于每个排种器上都装有气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，所以能实现对各个排种器的单独控制，对已播区域，相应排种器能自动停播，避免重复播种，提高对不规则地块播种的适应性，并能根据地力条件在播种作业过程中实时调整播量，达到节约种子、充分利用土壤肥力、最大限度挖掘产量潜力的目的。本气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，以及包括这种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器及其控制方法能够实现排种盘的平稳启停，便于排种盘高效充种。

本发明能从根本上解决地轮打滑造成的漏播，提高播种质量；简化排种传动系统，降低玉米播种机的生产成本；提高玉米播种机的智能化和自动化程度，提高作业效率，降低劳动强度。

附图说明

图1是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第一实施例的示意图；

图2是图1中的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的右视图；

图3是图2中沿A-A的剖视图；

图4是图1中的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的爆炸图；

图5是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第二实施例的爆炸图；

图6是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第三实施例的爆炸图；

图7是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的电控系统示意图。

【主要组件符号说明】

1电机

2齿轮

3排种器下壳体

32排种器下壳体凸台

4外齿圈

5排种盘

52螺栓

53内孔

6排种盘驱动轴

61轴承

62止动垫片

7编码器

71编码器法兰

8排种器上壳体

9内齿圈

10定位盘

11被动齿轮

具体实施方式

下面，结合附图与实施例，进一步地详细地解释本发明。

如图1～4所示，为本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第一实施例的示意图，图2是图1中的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的右视图，图3是图2中沿A-A的剖视图，图4是图1中的爆炸图。

所述气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置包括电机1、排种器下壳体3、排种盘驱动轴6、齿轮2、外齿圈4、排种盘5、编码器7和排种器上壳体8。

其中，所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，齿轮2与外齿圈4啮合，排种盘5上为固定外齿圈4而设有排种盘凸台，这样，外齿圈4的内缘就能与排种盘凸台紧密配合，二者之间通过螺栓52连接。

其中，外齿圈4的齿顶圆直径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离，外齿圈4不会对排种盘的排种过程造成影响。

排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，使用销钉对排种盘5进行轴向定位，排种盘驱动轴6的另一端通过两个轴承61以及夹在两轴承61之间的止动垫片62嵌入排种器下壳体3的内孔。编码器7通过螺栓与编码器法兰71连接，编码器法兰71通过螺栓与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32连接。最后，排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。这样，就能实现排种盘5的周向直驱。

由于外齿圈4的直径与排种盘5的外径接近，因此该装置驱动排种盘5工作时，相当于在排种盘5的边缘受力，其力臂较大，只需较小功率的电机就能驱动排种盘5，在相同力的作用下，周向驱动产生比轴向驱动更大的扭矩，使排种盘5响应迅速，启停平稳。

如图5所示，是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第二实施例，传动形式是齿轮-内齿圈啮合。该装置包括电机1、排种器下壳体3、排种盘驱动轴6、齿轮2、内齿圈9、排种盘5、编码器7和排种器上壳体8。

其中，所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，齿轮2与内齿圈9啮合。在排种盘5的背面通过螺钉固定一个定位盘10，定位盘10的外径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离，内齿圈9嵌入定位盘10，并用螺钉将二者固定。排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，使用销钉对排种盘5进行轴向定位，排种盘驱动轴6的另一端嵌入排种器下壳体3的内孔。编码器7通过螺栓与编码器法兰71连接，编码器法兰71通过螺栓与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32连接。最后，排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。这样，就能实现排种盘5的周向直驱。

如图6所示，是本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的第三实施例，传动形式是一对齿轮啮合。该装置包括电机1、排种器下壳体3、排种盘驱动轴6、齿轮2、被动齿轮11、排种盘5、编码器7和排种器上壳体8。

其中，所述电机1固定在排种器下壳体3上，电机1的输出轴与齿轮2通过顶丝连接，齿轮2与被动齿轮11啮合。被动齿轮11通过键安装在排种盘驱动轴6的一端，被动齿轮11的齿顶圆直径小于排种盘5型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离。排种盘5通过其内孔53与排种盘驱动轴6配合，使用销钉对排种盘5进行轴向定位，排种盘驱动轴6的另一端嵌入排种器下壳体3的内孔。编码器7通过螺栓与编码器法兰71连接，编码器法兰71通过螺栓与排种器下壳体3的排种器下壳体凸台32连接。最后，排种器上壳体8与排种器下壳体3通过螺钉连接。这样，就能实现排种盘5的周向直驱。

以上是本发明型的三种实施方式，是优选的三种实施方式。本发明请求保护的范围并不仅限于所述实施方式。凡与本实施例等效的技术方案均属于本发明型的保护范围。

如图7所示，为本发明的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的电控系统示意图。

其中，电源为带有稳压装置的车载12V直流电源；在准备进地作业时，先按下系统测试按钮，观察系统能否正常工作。确认系统处于正常工作状态后，通过排种器的进种口加入适量的种子，启动风机，当风道压力达到排种器正常工作风压时，按下充种按钮，电机1转动3/4圈，排种盘5提前充种，避免地头漏播情况的发生。

打开人机界面，通过人机界面设置株距，单片机经过处理能够计算出与输入株距对应的电机1的转速，从而按要求控制电机1的转速，实现株距的调节。

在正常作业过程中，测速装置检测机具的前进速度并将速度信号以数字量的形式发送至单片机ATMega32，根据程序中设定的机具前进速度与排种盘5转速的对应关系向电机驱动器适时发送脉冲信号，电机驱动器通过信号输出端驱动电机1转动，电机1进而带动排种盘5按规定株距对应的转速转动，实现排种。编码器7用来检测排种盘5的转速，然后反馈给单片机并在人机界面上显示出来，以便驾驶员实时获取排种器的工作状态。

当播种过程中出现卡种或排种装置故障时，排种盘5的转速会出现迅速下降，当速度下降到程序里面设定的转速下限值时，单片机向电机驱动器信号输入端发送相应的电平，电机1停止转动，这样就能避免电机1因排种故障而损坏，同时，单片机向LED和蜂鸣器端口发送相应的电平，LED闪烁，蜂鸣器响，提醒驾驶员停车检修。

复位电路的启动端为复位按钮，可以对电控系统进行重设。

在所述测速装置中，采用霍尔传感器作为速度信号的采集器，直径为20cm四周焊接有防滑齿的圆形测速轮连接到播种机机架上，测速轮的上方安装有预紧弹簧以防止测速轮打滑，测速轮四周开八个20mm×10mm×5mm的四方形槽，槽内放置八个对应尺寸的磁钢，在传感器安装板上正对最下方磁钢且距离磁钢8mm的位置安装霍尔传感器，将霍尔传感器的输出端连接至信号调理放大电路，实现速度信号的采集。该型霍尔传感器能准确测量测速轮的前进速度，并将速度信号传送给单片机。

在所述测速装置中，采用多普勒雷达作为拖拉机前进速度的采集器。该雷达安装于拖拉机底盘上，雷达波的发射面与拖拉机的前进方向呈一定夹角，其测速原理是多普勒效应原理。将多普勒雷达的输出端连接至转换接口和信号调理放大电路，实现拖拉机前进速度信号的采集。

在所述测速装置中，或采用GPS接收机，该接收机安装在拖拉机的后侧支撑架上，利用多普勒效应的原理实现对拖拉机前进速度的采集。

Claims (5)

1.一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，其特征在于：

其包括：

电机(1)、排种器下壳体(3)、齿轮(2)、内齿圈(9)、排种盘(5)、排种盘驱动轴(6)、编码器(7)和排种器上壳体(8)，其中，

所述电机(1)固定在排种器下壳体(3)上，电机(1)的输出轴与齿轮(2)通过顶丝连接，齿轮(2)与内齿圈(9)啮合；

所述排种盘(5)的背面固定一个定位盘(10)，内齿圈(9)嵌入定位盘(10)，二者固定连接；

所述排种盘(5)通过其内孔(53)与排种盘驱动轴(6)配合，排种盘驱动轴(6)的另一端通过轴承(61)嵌入排种器下壳体(3)的内孔；

所述编码器(7)与编码器法兰(71)固定连接，编码器法兰(71)与排种器下壳体(3)的排种器下壳体凸台(32)固定连接；

所述排种器上壳体(8)与排种器下壳体(3)通过螺钉连接。

2.根据权利要求1所述的一种气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置，其特征在于：所述定位盘(10)的外径小于排种盘(5)型孔的最靠近盘中心的点到盘中心的距离。

3.一种包括权利要求1所述的气力式玉米精量排种器周向电机直驱装置的气力式玉米精量排种器的控制方法，其特征在于：

在准备进地作业时，先按下系统测试按钮，观察系统能否正常工作；

确认系统处于正常工作状态后，通过排种器的进种口加入种子，启动风机，当风道压力达到排种器正常工作风压时，按下充种按钮，电机(1)转动3/4圈，使排种盘(5)提前充种，通过人机界面设置株距；

在正常作业过程中，测速装置检测机具的前进速度并将速度信号传至单片机，根据程序中设定的机具前进速度与排种盘(5)转速的对应关系向电机驱动器发送脉冲信号，电机驱动器通过信号输出端驱动电机(1)转动，电机(1)进而带动排种盘(5)按规定株距对应的转速转动，实现精确排种；

编码器(7)检测排种盘(5)的转速，然后反馈给单片机；

当播种过程中出现故障时，排种盘(5)的转速下降，单片机向电机驱动器信号输入端发送相应的电平，电机(1)停止转动，同时，单片机向LED和蜂鸣器端口发送相应的电平，LED闪烁，蜂鸣器响；

复位电路对系统进行重设。

4.根据权利要求3所述的一种气力式玉米精量排种器的控制方法，其特征在于：

在所述测速装置中，采用霍尔传感器作为速度信号的采集器，直径为20cm的四周焊接有防滑齿的圆形测速轮连接到播种机机架上，测速轮四周开八个20mm×10mm×5mm的四方形槽，槽内放置八个对应尺寸的磁钢，在传感器安装板上正对最下方磁钢且距离磁钢8mm的位置安装霍尔传感器，测量测速轮的前进速度。

5.根据权利要求3所述的一种气力式玉米精量排种器的控制方法，其特征在于：

在所述测速装置中，采用多普勒雷达对拖拉机前进速度采集，该雷达安装于拖拉机底盘上，雷达波的发射面与拖拉机的前进方向呈一定夹角；和/或

在所述测速装置中，采用GPS接收机对拖拉机前进速度采集，该接收机安装在拖拉机的后侧支撑架上。