CN105474810B - 一种作畦机配套用智能仿形清沟装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种作畦机配套用智能仿形清沟装置，包括设置在作畦机后横梁下方的破土机构、支撑在架体最前端且置于破土机构右侧的收运机构；还包括与PLC控制器线路连接的仿形传感控制机构和碎土机构。本发明不仅可配合作畦机作业实现畦沟内高低不平路面及大土块的清理，而且根据仿形控制电路和装置实现畦任一横截面上畦面与畦沟底面高度差一致，从而切实为移栽机械和收获机械的行走提供较好的畦沟质量，从而提高幼苗的成活率和产量。

Description

一种作畦机配套用智能仿形清沟装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种整地机械，尤其是一种智能仿形畦沟清理装置，属于农业机械技术领域。

背景技术

与粮食作物相比，经济作物对土地整理的要求更高，一般采用畦作（或垄作），需满足表土细碎、畦面平整、畦沟平直的要求，传统的微耕起垄机和旋耕起垄复式作业机都不能满足上述作业要求。

目前仅有申请号为ZL201420813108.8的专利文件公开的作畦机可实现不同幅宽的畦面，同时能保证畦面整齐一致，具有良好的畦作效果。但是，在试验的过程中，发现该机具作业后相邻两畦之间的畦沟内仍有大量碎土积压，在畦沟内形成高低不平、颗粒大小不一的碎土块，加之如若在粘土条件下，后期土块将变的干硬无比，对作物后期的移栽和收获影响很大，一方面不能保证所有作物幼苗栽植深度不一致，从而导致后期收获时切割茎秆高度不一；另一方面不能保证收获机具割台作业深度一致，对割台控制提出极大挑战，降低作业效率，提升制造成本。

据申请人了解，针对沟渠清沟方面，申请号为ZL201320793287.9的专利文件中提出了一种开沟宽度可调的开沟机清沟板，在开沟机工作中通过清沟板将泥挡落至沟内，结构虽然简单，作业后仍存在大量碎土于畦沟内，不能保证沟底平整；专利文件ZL201310386050.3中在原有清沟机的基础上加梯形梁，同时实现清沟埋土，用于平地高架葡萄种植场合，上述两种皆不适合畦作场合。因而专门用于畦沟（或垄沟）内清理装置目前仍为空白。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种智能仿形清沟装置，不仅可配合作畦机作业实现畦沟内高低不平路面及大土块的清理，而且根据仿形控制电路和装置实现畦任一横截面上畦面与畦沟底面高度差一致，从而切实为移栽机械和收获机械的行走提供较好的畦沟质量，从而提高幼苗的成活率和产量。

为了达到以上目的，本发明的一种作畦机配套用智能仿形清沟装置，包括设置在作畦机后横梁下方的破土机构、支撑在架体最前端且置于破土机构右侧的收运机构；其特征在于：还包括与PLC控制器线路连接的仿形传感控制机构和碎土机构；

所述仿形传感控制机构包括均匀分布安装在架体上的三组超声波传感器；所述三组超声波传感器的信号输出端连接PLC控制器的信号输入端；所述PLC控制器的信号输出端连接电磁阀；所述电磁阀通过油管与安装于下支撑板上的液压缸相连，

所述碎土机构包括安装在上转轴端部的角度传感器；所述角度传感器信号输出端连接PLC控制器的信号输入端；所述PLC控制器的信号输出端连接比例阀；所述比例阀通过油管与液压马达连接；

所述PLC控制器含有：

设置模块，用于设置超声波传感器至畦面距离的预置参数以及上转轴的转角角度预置参数；

接收模块，用于接收超声波传感器、角度传感器的传感信号；并确定超声波传感器与畦面的实际距离、上转轴的实际转角角度；

比较模块，用于比较超声波传感器与畦面实际距离与预置参数，并记录两者差值H；用于比较上转轴的实际转角角度与转角角度预置参数；

指示模块，用于启动控制电磁阀和比例阀工作，若H＞0，启动电磁阀左端工作，控制液压缸向上运动；若H＜0，启动电磁阀右端工作，控制液压缸向下运动；若实际转角角度大于转角角度预置参数，则启动比例阀工作。

进一步的，所述液压缸的内缸上置有位移传感器；所述位移传感器的信号输出端连接至PLC控制器。

进一步的，所述破土机构包括刀盘和均匀安装在刀盘上的弯刀片，所述弯刀片的前后两侧都安装有支撑在后横梁上的扶垄板（3），所述刀盘被安装于作畦机的镇压辊动力输出轴上，所述动力输出轴通过链传动机构与收运机构的皮带轴Ⅰ连接。

进一步的，所述收运机构的最左端为支撑在架体下方的尖角铲，所述尖角铲的右端与皮带的最左端无缝贴合，所述皮带为封闭循环双层带，其中间和最右端的滚轴分别为皮带轴Ⅱ和皮带轴Ⅲ，所述皮带轴Ⅰ安装于前后两个斜连接架Ⅰ之间，所述皮带轴Ⅱ和皮带轴Ⅲ分别安装于罩壳前后两侧面之间。

进一步的，所述碎土机构还包括与液压马达动力连接的碎土轴，所述碎土轴的外圆周表面按螺旋线方式排布有三角刀片；所述三角刀片外径的最低点与皮带（15）表面之间的间隙为10~20mm。

进一步的，所述仿形传感控制机构还包括左侧面与液压缸的内缸体上端固定连接的活动板；所述活动板的右侧面通过连接架Ⅲ与镇压轮连接。

进一步的，所述支架的后下方安装有尾轮，所述尾轮通过连接架Ⅳ与架体连接。

进一步的，所述上转轴上套设有挡板；所述挡板自然垂落的最低点与皮带表面的间隙为20mm。

本发明还涉及一种作畦机配套用智能仿形清沟装置的控制方法，其特征在于：

设置步骤，用于设置超声波传感器至畦面距离的预置参数以及上转轴的转角角度预置参数；

接收步骤，用于接收超声波传感器、角度传感器的传感信号；并确定超声波传感器与畦面的实际距离、上转轴的实际转角角度；

比较步骤，用于比较超声波传感器与畦面实际距离与预置参数，并记录两者差值H；用于比较上转轴的实际转角角度与转角角度预置参数；

指示步骤，用于启动控制电磁阀和比例阀工作，若H＞0，启动电磁阀左端工作，控制液压缸向上运动，与液压缸内缸连接的活动板也向上运动，进而活动板与皮带表面的垂直距离增大，从而使落入与超声波传感器检测的畦面平行的畦沟处的碎土增加；反之，若H＜0，启动电磁阀右端工作，控制液压缸向下运动；进而活动板与皮带表面的垂直距离减小，从而使落入与超声波传感器检测的畦面平行的畦沟处的碎土减少；

与此同时，若上转轴实际转角角度大于转角角度预置参数，则启动比例阀工作；与比例阀连接的液压马达开始运转从而带动碎土轴旋转，从而带动三角刀片旋转，进一步的对颗粒大的土块进行碎化。

进一步的，在指示步骤中，液压缸的内缸上下运动时，安装在内缸上的位移传感器实时检测其移动的距离，并将信号反馈至PLC控制器；PLC控制器对该位移信号进行判断是否等于H；若相等，则发送指示至电磁阀，使其保持中位，从而控制液压缸的内缸停止运动。

本发明的有益效果：本发明的仿形传感控制机构可实时检测作畦机作业后的畦面平整度状况，实现畦任一横截面上畦面与畦沟底面高度差一致，对后期作物移栽、收获等提供好的整地质量。另外智能碎土控制机构可实时监测畦沟内运输至皮带上的大土块，并可智能调整碎土轴的转速，进一步细化大土块，使其变成20mm以下的碎土粒，提高排出土粒的均匀性，便于镇压，保持沟内平整。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1实施例的A-A剖面图。

图3为图1实施例中碎土粒排出空间位置时刻图。

图4为图1实施例中传感控制电路原理图。

图5为图1实施例智能仿形清沟控制流程图。

图中，1-作畦机，2-后横梁，3-扶垄板，4-刀盘，5-弯刀片，6-动力输出轴，7-链传动机构，8-尖角铲，9-PLC，10-连接架Ⅰ，11-皮带轴Ⅰ，12-皮带轴Ⅱ，13-上转轴，14-角度传感器，15-皮带，16-罩壳，17-碎土轴，18-三角刀片，19-下支撑板，20-液压缸，21-连接架Ⅲ，22-镇压轮，23-活动板，24-电磁阀，25-液压马达，26-比例阀，27-架体，28-超声波传感器，29-尾轮，30-皮带轴Ⅲ，31-连接架Ⅱ，32-挡板，33-连接架Ⅳ。

具体实施方式

实施例一

本实施例的一种作畦机配套用智能仿形清沟装置，结构如图1和图2所示，包括作畦机1的后横梁2下方的破土机构、支撑在架体27最前端且置于破土机构右侧的收运机构、仿形传感控制机构和碎土机构。

仿形传感控制机构的信号输入端接位于架体27中端的三组超声波传感器28，输出端接电磁阀24。电磁阀24通过控制液压油的输入方向来实现液压缸20的上下位置。液压缸20的内缸体上端与活动板23的左侧面固定于一体。

碎土控制机构的信号输入端接与上转轴13端部固连的角度传感器14，输出端接固定在架体27上的比例阀26，比例阀26的液压油输出端接位于碎土轴17端部的液压马达25，液压马达25固定于罩壳16后侧面。

仿形传感控制机构与碎土控制机构的信号接收、处理及输出控制均由PLC 9实现。

破土机构包含刀盘4和均匀安装在刀盘4上的弯刀片5，弯刀片5的前后两侧都安装有支撑在后横梁2上的扶垄板3。刀盘4被安装于作畦机1的镇压辊动力输出轴6上，动力输出轴6通过链传动机构7与收运机构的皮带轴Ⅰ11连接。收运机构的最左端为支撑在架体27下方的尖角铲8，尖角铲8的右端与皮带15的最左端无缝贴合。皮带15为封闭循环双层带，其中间和最右端的滚轴分别为皮带轴Ⅱ12和皮带轴Ⅲ30。皮带轴Ⅰ11安装于前后两个斜连接架Ⅰ10之间，皮带轴Ⅱ12和皮带轴Ⅲ30分别安装于罩壳16前后两侧面之间。

此外，活动板23内嵌在罩壳16的右侧面，活动板23的右侧面通过连接架Ⅲ21与镇压轮22连接。上转轴13上套有挡板32，宽度为5mm，挡板32自然垂落的最低点与皮带15表面之间的间隙为20mm。碎土轴17的外圆周表面按螺旋线方式排布着三角刀片18，三角刀片18外径的最低点与皮带15表面之间的间隙为10～20mm。

电磁阀24和比例阀26的输入端和最终输出皆与液压泵相连，电磁阀24通过油管与安装于下支撑板19上的液压缸20相连，比例阀26通过油管与液压马达25连接。超声波传感器28被垂直安装于架体27的侧边，且三者间的安装间距相等，安装离地高度为300mm。

尖角铲8通过连接架Ⅱ31固定安装于架体27的下方，其形状为三角楔形，与水平面夹角为15°～20°，其斜面为尖角结构，以利于铲起碎土。支架27的后角落处安装有尾轮29，尾轮29通过连接架Ⅳ33与架体27连接，用于支撑整个架体27，使其上部件受力均匀。

本装置的控制过程如图5所示，具体包含如下步骤：

a) 连接好所有液压油路和电气元器件的电路，如图4所示，安装好超声波传感器28和角度传感器14，启动四轮拖拉机，启动液压油泵，通过油管将液压油传递至电磁阀24和比例阀26。

b) 作畦机1开始工作，整理出规则的畦，随着作畦机镇压辊动力输出轴6的旋转运动，一方面带动其上的刀盘4旋转运动，进而带动弯刀片5切削畦沟内被压实的硬土；另一方面通过链传动机构7将动力传递至皮带轴Ⅰ11上，由于皮带15为封闭循环双层带，且套在皮带轴Ⅰ11和皮带轴Ⅲ30之间，相应带动皮带15循环转动。

c) 在弯刀片5切削畦沟内被压实的硬土时，飞出的碎土被两侧的扶垄板3挡着，以防飞至整理好的畦面，破坏畦面平整度。在架体27的下方安装有三角楔形尖角铲8，可及时铲起被弯刀片5破碎后放置在畦沟内的碎土块，随着土量的堆积，斜面上方的土块逐渐被挤到皮带15上，通过皮带15的运动，中间皮带轴Ⅱ12把土块由斜面运输变成水平运输。

d) 在土块被水平输送的过程中，土块体积过大时，将会触碰到垂直放置的挡板32，由于挡板重量轻，厚度薄，大土块将推动挡板32摆动。在挡板32摆动时，在其上转轴13的端部安装有角度传感器14，会实时监测挡板32的转角，而后将检测到的角度信号传递至PLC9，并与预置参数30°相比较，若转角大于30°，PLC 9的程序将启动电信号给比例阀26，使其处于打开状态，从而使得液压油输入至液压马达25内，进而通过液压马达25的运动带动碎土轴17和安装其上的三角刀片18产生旋转运动，进一步破碎刚检测到的大土块，使其细化成粒径小于20mm的碎土粒；反之，比例阀26处于关闭状态。

e) 在上述过程执行的同时，仿形传感控制过程也同步进行。安装在架体27上均匀分布的三组超声波传感器28检测整理后的畦面，并将检测到的电信号传递至PLC 9，PLC 9处理三组电信号的均值，并与预置参数300mm进行比较，同时记录下与预置参数的差值，记为H。

若大于预置参数300mm，PLC 9将启动程序控制电磁阀24，使其左位工作，此时液压油将流入至液压缸20，并促使其内缸产生上移运动，由于内缸与活动板23、连接架Ⅲ21、镇压轮22连接为一个整体，它们会产生同时上下运动，从而液压缸20的内缸向上运动时，活动板23也会上移，进而活动板23与皮带15表面的垂直距离将增大，而皮带15的运动速度恒定，如图3所示，由于作畦机1在前进中，将使得落入与超声波传感器28刚检测的畦面平行的畦沟处碎土粒增加，保证有足够的土粒被镇压。

与此同时，液压缸20的内缸向上运动时，其内置的位移传感器会实时检测移动距离，并将信号反馈给PLC 9，PLC 9程序将判断是否等于H，若相等，则发出指令给电磁阀24，使其保持中位，即使得液压缸20的内缸停止向上运动，使内缸上移距离与超声波传感器28检测的高度差相等。

若小于预置参数300mm，同理可知，活动板23与皮带15表面的垂直距离将减小，以致落入畦沟处碎土粒减少，通过液压缸20内置的位移传感器保证内缸下降的高度等于H。最后采用镇压轮22将排到畦沟内的碎土粒镇压，保持整个畦任一横截面上畦面与畦沟底面高度差一致，实现高度仿形。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种作畦机配套用智能仿形清沟装置，包括设置在作畦机后横梁（2）下方的破土机构、支撑在架体（27）最前端且置于破土机构右侧的收运机构；其特征在于：还包括与PLC控制器线路连接的仿形传感控制机构和碎土机构；

所述仿形传感控制机构包括均匀分布安装在架体（27）上的三组超声波传感器（28）；所述三组超声波传感器（28）的信号输出端连接PLC控制器的信号输入端；所述PLC控制器的信号输出端连接电磁阀（24）；所述电磁阀（24）通过油管与安装于下支撑板（19）上的液压缸（20）相连，

所述碎土机构包括安装在上转轴（13）端部的角度传感器（14）；所述角度传感器（14）信号输出端连接PLC控制器的信号输入端；所述PLC控制器的信号输出端连接比例阀（26）；所述比例阀（26）通过油管与液压马达（25）连接；

所述PLC控制器含有：

设置模块，用于设置超声波传感器（28）至畦面距离的预置参数以及上转轴（13）的转角角度预置参数；

接收模块，用于接收超声波传感器、角度传感器的传感信号；并确定超声波传感器与畦面的实际距离、上转轴（13）的实际转角角度；

比较模块，用于比较超声波传感器至畦面实际距离与预置参数，并记录两者差值H；用于比较上转轴（13）的实际转角角度与转角角度预置参数；

指示模块，用于启动控制电磁阀和比例阀工作，若H＞0，启动电磁阀左端工作，控制液压缸向上运动；若H＜0，启动电磁阀右端工作，控制液压缸向下运动；若实际转角角度大于转角角度预置参数，则启动比例阀工作。

2.根据权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述液压缸（20）的内缸上置有位移传感器；所述位移传感器的信号输出端连接至PLC控制器。

3.根据权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述破土机构包括刀盘（4）和均匀安装在刀盘（4）上的弯刀片（5），所述弯刀片（5）的前后两侧都安装有支撑在后横梁（2）上的扶垄板（3），所述刀盘（4）被安装于作畦机（1）的镇压辊动力输出轴（6）上，所述动力输出轴（6）通过链传动机构（7）与收运机构的皮带轴Ⅰ（11）连接。

4.根据权利要求3所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述收运机构的最左端为支撑在架体（27）下方的尖角铲（8），所述尖角铲（8）的右端与皮带（15）的最左端无缝贴合，所述皮带（15）为封闭循环双层带，其中间和最右端的滚轴分别为皮带轴Ⅱ（12）和皮带轴Ⅲ（30），所述皮带轴Ⅰ（11）安装于前后两个斜连接架Ⅰ（10）之间，所述皮带轴Ⅱ（12）和皮带轴Ⅲ（30）分别安装于罩壳（16）前后两侧面之间。

5.根据权利要求4所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述碎土机构还包括与液压马达（25）动力连接的碎土轴（17），所述碎土轴（17）的外圆周表面按螺旋线方式排布有三角刀片（18）；所述三角刀片（18）外径的最低点与皮带（15）表面之间的间隙为10~20mm。

6.根据权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述仿形传感控制机构还包括左侧面与液压缸（20）的内缸体上端固定连接的活动板（23）；所述活动板（23）的右侧面通过连接架Ⅲ（21）与镇压轮（22）连接。

7.根据权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述架体（27）的后下方安装有尾轮（29），所述尾轮（29）通过连接架Ⅳ（33）与架体（27）连接。

8.根据权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置，其特征在于：所述上转轴（13）上套设有挡板（32）；所述挡板（32）自然垂落的最低点与皮带（15）表面的间隙为20mm。

9.一种权利要求1所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置的控制方法，其特征在于：所述PLC控制器在被设置超声波传感器（28）至畦面距离的预置参数以及上转轴（13）的转角角度预置参数后；按如下步骤运行：

接收步骤，接收超声波传感器、角度传感器的传感信号；并确定超声波传感器与畦面的实际距离、上转轴（13）的实际转角角度；

比较步骤，比较超声波传感器与畦面实际距离与预置参数，并记录两者差值H；用于比较上转轴（13）的实际转角角度与转角角度预置参数；

指示步骤，启动控制电磁阀和比例阀工作，若H＞0，启动电磁阀左端工作，控制液压缸（20）向上运动；若H＜0，启动电磁阀右端工作，控制液压缸（20）向下运动；若上转轴（13）实际转角角度大于转角角度预置参数，则启动比例阀工作。

10.根据权利要求9所述的作畦机配套用智能仿形清沟装置的控制方法，其特征在于：在指示步骤中，液压缸（20）的内缸上下运动时，安装在内缸上的位移传感器实时检测其移动的距离，并将信号反馈至PLC控制器；PLC控制器对该位移信号进行判断是否等于H；若相等，则发送指示至电磁阀（24），使其保持中位，从而控制液压缸（20）的内缸停止运动。