CN104396393B - 油菜籽螺管式步进补种系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种油菜籽螺管式步进补种系统。该系统主要由螺管式补种器、步进补种控制模块组成；螺管式补种器主要由排种滚筒、螺旋管道、筒状种箱、环形孔挡板、端盖、排种轴、导种管等构成；步进补种控制模块由直流步进电机、输入电路、脉冲发生控制电路、计数器、信号电路、驱动电路构成。当控制系统接收到漏播信号时，根据漏播信号脉冲数量启动步进电机驱动螺管式补种器转动相应角度实现补种。本发明与油菜精量排种器的漏播实时检测方法配套使用，能够及时、准确补种，解决了油菜精量播种机产生的漏播问题以及机械式补种器型孔易堵塞、种子破碎率高等难题，降低后期补苗劳动成本，提高生产效率与播种质量。

Description

油菜籽螺管式步进补种系统

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种油菜籽螺管式步进补种系统。

背景技术

气力式油菜精量联合直播机具有节省种肥，作业效率高，出苗效果好等优点，精量排种器是直播机的核心部件。一方面，由于田间复杂的作业环境，以及精量播种机工作过程出现如种箱缺种、输种管堵塞、排种器出现故障等缺陷均会造成一行或数行产生“断条”漏播现象，严重影响农作物产量；另一方面，目前对精量排种器性能进行优化改善还处于研究阶段，在实际应用播种过程难以做到完全避免漏播。目前，油菜精量联合直播机在播种作业过程中检测到漏播便报警提醒，驾驶员频繁地进行停车检查，将直接降低作业效率。此外，因油菜籽粒径小，在排种过程中不易察觉，待作物出苗后才发现漏播，后期进行人工补种不仅降低劳动效率还贻误农时。

如今，对于玉米、小麦、马铃薯等农作物关于漏播发生后进行自动补种的技术方案，已有相关研究者对补种装置进行深入研究。因机械式排种器结构简单，间歇性工作时稳定性好，可靠性高，故大多数均采用机械式补种器。但油菜籽属于小粒径种子，质量轻、易破损、出油率高，易造成型孔堵塞，若采用气力式油菜补种器进行补种，则加大结构构件复杂性，增加成本。

针对以上问题，本发明提出一种油菜籽螺管式步进补种系统，配合已研制的油菜精量排种器漏播实时检测方法使用，该螺管式补种器充分利用油菜籽的流动性并借助重力自动充种、螺管护种、输种乃至投种，解决了机械式补种器易造成型孔堵塞、种子破损率高等难题，同时应用步进补种驱动系统，能够对补种量进行控制，并能及时、准确进行补种，具有结构简单、成本低等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种油菜籽螺管式步进补种系统，以解决油菜直播机工作过程中排种器产生的漏播问题，及时、准确进行补种，降低劳动力成本，提高农作物产量。

为实现上述目的，本发明提供的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：由螺管式补种器和步进补种控制模块组成；

所述步进补种控制模块包括直流步进电机、用以响应漏播检测信号的输入电路、用以产生、调整基准脉冲的脉冲发生控制电路、用以漏播信号为指令对基准脉冲信号计数的计数器、用以输出适用于电机的控制信号的信号电路和用以驱动直流步进电机的驱动电路；所述输入电路和脉冲发生控制电路分别与计数器联接，所述计数器还与信号电路联接，所述信号电路、驱动电路和直流步进电机的输入轴依次联接；

所述螺管式补种器包括排种滚筒和设有排种轴的支架，所述排种滚筒穿套在排种轴上，排种轴一端通过联轴器与电机输出轴连接，排种轴的另一端连接有滑动轴承，所述滑动轴承固定安装在支架上；其特征在于：所述排种滚筒外壁上设有多个螺旋管道，所述螺旋管道的两端分别设有充种口和投种口；所述排种滚筒的一端设有筒底板；所述筒底板上设有投种孔；

所述排种滚筒内设有筒状种箱；所述筒状种箱的一端与筒底板固定连接，筒状种箱的另一端固设有箱盖，所述筒状种箱的侧壁设有排种孔；还设有与投种孔相配合的孔盖；

还包括设有多个充种孔的环形孔挡板，所述环形孔挡板与排种滚筒的一端固定连接，所述多个充种孔分别与每个螺旋管道的充种口相贯通；

还包括端盖，所述端盖由盖板和端盖壁围构而成，所述端盖壁与环形孔挡板固定连接；

所述支架上还固设有导种管，所述导种管位于投种口的下方。

作为优选方案，所述排种滚筒内壁为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板一侧的锥台截面较大；所述环形孔挡板表面也呈锥台状的倾斜设置且靠近端盖一侧的锥台截面较大；所述端盖内壁也为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板一侧的锥台截面较大。

进一步地，所述排种滚筒内壁的倾斜度为5°；所述环形孔挡板表面的倾斜度为10°，环形孔挡板的厚度为5mm；所述端盖内壁的倾斜度为10°，端盖的深度为10mm。

更进一步地，所述盖板与环形孔挡板之间的距离为10mm。

更进一步地，所述螺旋管道设有10～20根，螺旋管道为右旋式，螺旋管道的截面为圆形，螺旋管道的直径为5～9mm。

更进一步地，所述直流步进电机的型号为SYNTRON28BYG250CK；所述脉冲发生控制电路由NE555振荡器、跳线帽组成；所述计数器由74HC40103组成；所述驱动电路由L298N芯片构成。

本发明的具体优点如下：

1、本发明的螺管式补种器充分利用油菜籽的流动性并借助重力自动充种、螺管护种、输种乃至投种，整个过程中不存在挤压、碾磨种子，不会造成管道堵塞、种子破损等现象。

2、本发明的螺管式补种器集种箱与排种器于一体，结构简单，安装方便，成本低，操作可靠。

3、本发明通过合理控制种箱、储种区的种面高度，补种量能够调节控制，实现精量补种。

4、本发明的补种驱动控制系统通过改变跳线帽的接线组合能够实现控制信号的宽度或脉冲个数的可变调节，调节范围广，精确控制电机转动角度。

5、本发明应用油菜籽螺管式补种器和步进驱动系统共同完成油菜籽补种作业过程，工作稳定可靠，能够及时、准确地进行补种。

附图说明

图1是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的结构示意图。

图2是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的螺管式补种器左侧结构示意图。

图3是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的螺管式补种器右侧结构示意图。

图4是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的排种滚筒1与种箱3之间关系的剖面视图。

图5是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的螺管式补种器端盖5的剖视图。

图6是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的螺管式补种器孔盖结构示意图。

图7是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的驱动系统工作原理结构框图。

图8是本发明油菜籽螺管式步进补种系统的控制电路原理图。

图中：1、排种滚筒，2、螺旋管道，3、筒状种箱，4、环形孔挡板，4.1、充种孔，5、端盖，5.1、盖板，5.2、端盖壁，6、排种轴，7、导种管，8、直流步进电机，9、支架，10、充种口，11、投种口，12、联轴器，13、滑动轴承，14、排种孔，15、箱盖，16、孔盖，17、螺钉，18、螺钉，19、投种孔，20、筒底板，A、螺管式补种器，B、步进补种控制模块、输入电路100、脉冲发生控制电路200、计数器300、信号电路400、驱动电路500。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图所示的油菜籽螺管式步进补种系统，该系统包括螺管式补种器A和步进补种控制模块B。

如图所示的螺管式补种器A，包括排种滚筒1和设有排种轴6的支架9，排种滚筒1穿套在排种轴6上，排种轴6一端通过联轴器12与直流步进电机8输出轴连接，排种轴6的另一端连接有滑动轴承13，滑动轴承13固定安装在支架9上；排种滚筒1外壁上设有多个螺旋管道2，螺旋管道2的两端分别设有充种口10和投种口11；排种滚筒1的一端设有筒底板20；筒底板20上设有投种孔19；

排种滚筒1内设有筒状种箱3；筒状种箱3的一端与筒底板20固定连接，筒状种箱3的另一端固设有箱盖15，筒状种箱3的侧壁设有排种孔14；还设有与投种孔19相配合的孔盖16；

还包括设有多个充种孔4.1的环形孔挡板4，环形孔挡板4与排种滚筒1的一端固定连接，多个充种孔4.1分别与每个螺旋管道2的充种口10相贯通；还包括端盖5，端盖5由盖板5.1和端盖壁5.2围构而成，端盖壁5.2与环形孔挡板4固定连接；支架9上还固设有导种管7，导种管7位于投种口11的下方。

排种滚筒1内壁为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板4一侧的锥台截面较大；环形孔挡板4表面也呈锥台状的倾斜设置且靠近端盖5一侧的锥台截面较大；端盖5内壁也为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板4一侧的锥台截面较大。

排种滚筒1内壁的倾斜度为5°；环形孔挡板4表面的倾斜度为10°，环形孔挡板4的厚度为5mm；端盖5内壁的倾斜度为10°，端盖5的深度为10mm。盖板5.1与环形孔挡板4之间的距离为10mm。螺旋管道2设有10～20根，螺旋管道2为左旋式或右旋式，螺旋管道2的截面为圆形，螺旋管道2的直径为5～9mm。

箱盖15与筒状种箱3一端的端面平齐固定连接，防止筒状种箱3中种子大量流入端盖5中，孔盖16直接旋进筒底板20上的投种孔19中，便于给筒状种箱3内充种，同时防止筒状种箱3内种子在转动过程中流出来。

排种滚筒1的内壁设有5°锥台状倾斜度，靠近环形孔挡板4的截面较大，便于储种区的种子随着排种滚筒1转动容易进入环形孔挡板4而进入端盖5中；环形孔挡板4设有10°锥台状倾斜度，靠近端盖5的截面较大，环形孔挡板4的厚度为5mm；端盖5设有10°的锥台状倾斜度，靠近环形孔挡板4的截面较大，利于端盖5内种子充入螺旋管道2中，端盖5的深度为10mm。

一种优选的实施方式是，排种滚筒1外圆周围设有右旋式螺旋管道2，均匀分布15根螺旋管道，螺距为120mm，管道截面为圆形，管道的充种口10与投种口11间距离为半个螺距。筒状种箱3内置在排种滚筒1内，且筒状种箱3与排种滚筒1是一体连接，排种滚筒1内侧壁与筒状种箱3壁之间区域为储种区，筒状种箱3侧壁开一排种孔14，油菜籽随着排种器转动进入储种区保持一定高度的种面。筒状种箱3两端有箱盖15和孔盖16，箱盖15用螺钉18与筒状种箱3壁固定安装，防止种子大量流出来，孔盖16直接旋进筒底板20上的投种孔19，方便给筒状种箱3充种。环形孔挡板4紧固在排种滚筒1圆端面上，端盖5与环形孔挡板4用螺钉17齐平固定，两者之间距离为10mm，环形孔挡板4与螺旋管道2截面孔对孔配合，防止充种过程中种子进入管道间的缝隙里，环形孔挡板4带有10°倾斜度利于种子从储种区进入充种端盖5，端盖5带有10°倾斜度利于管道充种。螺旋管道2的投种口11下方是导种管7，导种管7、电机8固定在支架9上。排种轴6一端与电机8输出轴用联轴器12联接，排种轴6另一端用滑动轴承13固定，滑动轴承13固定安装在支架9上。

步进补种控制模块B由直流步进电机8、输入电路100、脉冲发生控制电路200、计数器300、信号电路400、驱动电路500构成。直流步进电机8型号为SYNTRON28BYG250CK，直流步进电机8固定安装在支架9上；输入电路100用于接收漏播检测信号；脉冲发生控制电路200主要由NE555振荡器、8个与计数器置位端相连的跳线帽组成，用于产生基准脉冲，通过改变跳线帽的接线组合调整基准脉冲信号的计数个数，范围为1～255；计数器300主要由74HC40103组成，以漏播信号为指令对基准脉冲信号计数；信号电路400用于输出适用于电机的控制信号；驱动电路500由L298N芯片构成，用于驱动直流步进电机8。

本发明中排种滚筒1直径为60mm，长60mm，其外圆周围设有右旋式螺旋管道2，管道截面为圆形，根据补种量和补种粒距设计管道直径为5～9mm，管道数量为10～20根，管道螺距设为120mm，管道充种口10与投种口11之间的距离至少为半个螺距，保证足够距离避免种子自流，实现种子补种均匀性。

排种滚筒1内壁带有5°倾斜度，环形孔挡板4带有10°倾斜度，其厚度为5mm，端盖5带有10°倾斜度，其深度为10mm，设定倾斜度利于油菜籽进入端盖5，不易产生油菜籽堆积，保持种面一定水平高度。

筒状种箱3外壁与排种滚筒1内壁之间的区域为环形储种区，储种区宽度最大为10mm，最小为5mm，筒状种箱3直径为28mm，长度为58mm，其侧壁开有一排种孔14，孔径为6mm，长15mm，有利于筒状种箱3内的种子随着排种滚筒1转动进入储种区，转动一周约有15～30粒种子进入储种区，保证储种区一定的种面高度；筒状种箱3两端为箱盖15和孔盖16，箱盖15用螺钉18与筒状种箱3壁固定安装，箱盖15与筒状种箱3端壁平齐固定，与端盖5端面之间的距离为15mm，防止筒状种箱3里面的种子大量进入储种区，在排种滚筒1的筒底板20上开一直径为15mm的投种孔19，方便往种箱3内充种，孔盖16与该投种孔19配合连接。

步进补种控制模块B驱动系统由车载电源12V供电，直流步进电机8型号为SYNTRON28BYG250CK，直流步进电机8用螺钉固定在支架9上；输入电路100用于响应漏播检测信号；脉冲发生控制电路200主要由NE555振荡器、8个与计数器置位端相连的跳线帽组成，用于产生基准脉冲，通过改变跳线帽的接线组合调整基准脉冲信号的计数个数，范围为1～255；计数器300主要由74HC40103组成，以漏播信号为指令对基准脉冲信号计数；信号电路400用于输出适用于电机的控制信号；驱动电路500由L298N芯片构成，用于驱动直流步进电机8；若设定步进电机步距角为0.9°，可实现补种器在0.9°～360°范围内补种，若脉冲频率定为200Hz，一个管道完成补种所需时间为0.1s～0.2s，响应时间较短，满足精量排种器补种要求。

步进补种控制模块接收到漏播信号后，直流步进电机驱动螺管式补种器转动相应角度完成补种。

本发明工作原理如下：

本发明与油菜精量排种器漏播实时检测方法配合使用，根据油菜播种粒距要求和螺旋管道在排种滚筒上均匀分布的数量，预先设置直流步进电机转速，当补种控制系统接收到漏播信号时，经补种控制系统产生脉冲信号驱动直流步进电机，直流步进电机带动螺管式补种器转动工作，螺管式补种器根据漏播信号脉冲个数转动相应角度。补种器工作前，将筒状种箱和储种区充满一定量种子，筒状种箱留有空隙利于油菜籽流动。螺管式补种器转动时，当筒状种箱侧壁的排种孔转动到下方时，筒状种箱内的种子从排种孔中进入储种区，储种区内的种子经环形孔挡板进入端盖，利用油菜籽流动性滚动自动往螺管口充种，油菜籽随着排种滚筒转动在螺旋管道中滚动，自动完成螺管护种、输种，运动到螺管投种口时靠重力及流动性完成投种，及时、准确地完成补种作业。螺管式补种器根据补种量控制储种区种面高度，保证每次进入螺旋管道的油菜籽为2～3粒，实现精量补种。

Claims (7)

1.一种油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：由螺管式补种器(A)和步进补种控制模块(B)组成；

所述步进补种控制模块(B)包括直流步进电机(8)、用以响应漏播检测信号的输入电路(100)、用以产生、调整基准脉冲的脉冲发生控制电路(200)、用以漏播信号为指令对基准脉冲信号计数的计数器(300)、用以输出适用于电机的控制信号的信号电路(400)和用以驱动直流步进电机(8)的驱动电路(500)；所述输入电路(100)和脉冲发生控制电路(200)分别与计数器(300)联接，所述计数器(300)还与信号电路(400)联接，所述信号电路(400)、驱动电路(500)和直流步进电机(8)的输入轴依次联接；

所述螺管式补种器(A)包括排种滚筒(1)和设有排种轴(6)的支架(9)，所述排种滚筒(1)穿套在排种轴(6)上，排种轴(6)一端通过联轴器(12)与电机(8)输出轴连接，排种轴(6)的另一端连接有滑动轴承(13)，所述滑动轴承(13)固定安装在支架(9)上；其特征在于：所述排种滚筒(1)外壁上设有多个螺旋管道(2)，所述螺旋管道(2)的两端分别设有充种口(10)和投种口(11)；所述排种滚筒(1)的一端设有筒底板(20)；所述筒底板(20)上设有投种孔(19)；

所述排种滚筒(1)内设有筒状种箱(3)；所述筒状种箱(3)的一端与筒底板(20)固定连接，筒状种箱(3)的另一端固设有箱盖(15)，所述筒状种箱(3)的侧壁设有排种孔(14)；还设有与投种孔(19)相配合的孔盖(16)；

还包括设有多个充种孔(4.1)的环形孔挡板(4)，所述环形孔挡板(4)与排种滚筒(1)的一端固定连接，所述多个充种孔(4.1)分别与每个螺旋管道(2)的充种口(10)相贯通；

还包括端盖(5)，所述端盖(5)由盖板(5.1)和端盖壁(5.2)围构而成，所述端盖壁(5.2)与环形孔挡板(4)固定连接；

所述支架(9)上还固设有导种管(7)，所述导种管(7)位于投种口(11)的下方。

2.根据权利要求1所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述排种滚筒(1)内壁为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板(4)一侧的锥台截面较大；所述环形孔挡板(4)表面也呈锥台状的倾斜设置且靠近端盖(5)一侧的锥台截面较大；所述端盖(5)内壁也为呈锥台状的倾斜设置且靠近环形孔挡板(4)一侧的锥台截面较大。

3.根据权利要求2所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述排种滚筒(1)内壁的倾斜度为5°；所述环形孔挡板(4)表面的倾斜度为10°，环形孔挡板(4)的厚度为5mm；所述端盖(5)内壁的倾斜度为10°，端盖(5)的深度为10mm。

4.根据权利要求1至3中任一所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述盖板(5.1)与环形孔挡板(4)之间的距离为10mm。

5.根据权利要求1至3中任一所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述螺旋管道(2)设有10～20根，螺旋管道(2)为右旋式，螺旋管道(2)的截面为圆形，螺旋管道(2)的直径为5～9mm。

6.根据权利要求4所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述螺旋管道(2)设有10～20根，螺旋管道(2)为右旋式，螺旋管道(2)的截面为圆形，螺旋管道(2)的直径为5～9mm。

7.根据权利要求6所述的油菜籽螺管式步进补种系统，其特征在于：所述直流步进电机(8)的型号为SYNTRON28BYG250CK；所述脉冲发生控制电路(200)由NE555振荡器、跳线帽组成；所述计数器(300)由74HC40103组成；所述驱动电路(500)由L298N芯片构成。