CN108990485A - 播种机播种均匀性控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了播种机播种均匀性控制系统及方法，它解决了现有技术中受各种因素影响播种均匀性较差的问题，具有提高播种均匀性的有益效果，其方案如下：播种机播种均匀性控制系统，包括挂接于播种机地轮的转速传感器；工控机构，包括用于输入播种参数、地面参数和地轮参数的输入件和控制器；排种电机，与转速传感器分别同控制器连接，所述播种参数包括播种量、播种行数和播种行距。

Description

播种机播种均匀性控制系统及方法

技术领域

本发明涉及播种机领域，特别是涉及播种机播种均匀性控制系统及方法。

背景技术

近些年来，我国耕地面积呈现不断减小的趋势，人均耕地面积愈发严重不足，虽然目前我国农业生产的机械自动化率逐年提高，但耕地面积使用效应最大化的问题仍然很突出。

其中播种作业是农业生产非常关键的一个环节，它对粮食作物的生长、产量具有重大影响，播种均匀性的高低与作物产量、作物等级、作物收获率等有直接关联，直接影响耕地面积的使用效应。当前排种器无论是机械式播种、气吸式播种、气压式播种，均采用依靠拖拉机带动播种机地轮转动前行，地轮通过链条或齿轮传递动能给排种器，排种器依据链轮传动比或齿轮传动比控制播种，该控制方式理论上能够保障播种均匀性，但由于播种机的工作场合是野外耕地，地面情况复杂，无法充分保障播种均匀性。

影响播种机均匀性的主要因素有两方面，其一是受排种器充种能力限制，排种器中的型穴出现空穴现象，该因素大约占影响播种机均匀性概率的6％左右；其二是地轮转速与整个播种机前进速度的不匹配，该因素大约占影响播种机均匀性概率的94％左右。造成速度不匹配的原因有两个：

①地面凹凸不平，播种机的两个同轴地轮同时出现腾空停转的现象(该现象大约占影响播种机均匀性概率的4％)；

②受地面含水率、地轮动力输出等因素的影响，出现地轮低速转动+地轮滑移的现象(该现象大约占影响播种机均匀性概率的90％，是影响播种机均匀性的主要因素)。

现有技术对这些因素的不考虑，导致播种均匀性较差，从而影响到播种效果。

因此，需要对播种机播种均匀性控制系统进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了播种机播种均匀性控制系统，减少了机械结构的设置，降低了生产制造成本，在保障额定播种量的基础上实现播种均匀性的智能控制。

播种机播种均匀性控制系统的具体方案如下：

播种机播种均匀性控制系统，包括：

挂接于播种机地轮的转速传感器；

工控机构，包括用于输入播种参数、地面参数和地轮参数的输入件和控制器；

排种电机，与转速传感器分别同控制器连接，控制器根据输入件中输入的参数和转速传感器传送的信号，确定额定排种转速，并通过地轮滑移补偿系数调节排种电机的排种转速。

该控制系统中输入件为键盘或人机界面，人机界面内包含“播种”、“停止”“输入参数”等按钮，控制器为可编程的PLC控制器，整个系统弃用播种机的动力传动系统，不仅能大幅简化播种机的机械结构，降低制造成本和使用维护成本，而且还能大幅提高播种的均匀性，从而有效提高农作物的产量及作物等级和作物收获率，提高耕地的使用效能。

进一步地，所述播种参数包括播种量、播种行数和播种行距。

进一步地，所述排种电机为设于播种机的数控电机，该数控电机与播种机的排种机构连接，控制器根据参数计算排种电机的转速，地轮不再作为排种动力来源，结构得到有效简化。

进一步地，所述地轮参数包括地轮直径。

进一步地，所述地面参数包括地面含水率，通过这些参数的考虑，有效保证合理的排种电机转速，避免地面含水率等因素对排种均匀性的影响。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了播种机播种均匀性控制方法，采用所述的播种机播种均匀性控制系统。

进一步地，包括如下步骤：

1)通过工控机构的输入件输入播种参数、地面参数和地轮参数；

2)工控机构的控制器根据所输入的参数信息和播种机地轮转速计算排种电机的额定排种转速；

3)控制器根据地轮滑移补偿系数和步骤2)确定的额定排种转速实时调节排种电机的排种转速。

因为将排种由地轮通过链传动提供动力源改为由排种电机提供，地轮的动力消耗减少，减少了地轮的滑移现象，此时导致地轮出现滑移主要与土壤的较高含水率有关，所以引入了地轮滑移补偿系数。此时的地轮转速只作为控制排种电机是否暂停的数据信息，即当地轮转速≈0r/min或地轮转速＝0r/min时，即拖拉机主动轮发生了滑动或其它实际现场的原因暂时停止行进导致播种机停止前行时，控制器控制排种电机停转，暂停播种。

进一步地，所述步骤2)中控制器计算排种电机的额定排种转速的方法如下：

播种机行进速度：

V_播种机＝π*D*V_地轮(米/分钟)

其中：D：播种机地轮直径(米)

V_地轮：播种机地轮转速。

转速补偿前排种电机的额定排种转速V¹ _电机：

其中：Q：额定排种量(粒/公顷)

H：播种机播种行数(行)

L：播种机行距(米)

Q_pz：排种器每转排种量(粒/转)。

进一步地，所述步骤3)中对排种电机排种转速补偿后的转速V² _电机：

V² _电机＝V¹ _电机*(1+K)(转/分钟)

其中：K：地轮转速补偿系数(％)。

而且，所述地轮转速补偿系数K的取值根据地面含水率和地轮滑移率的增大而增大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过整个系统的设置，不需要使用现有播种机的动力传动系统，地轮不再作为排种动力来源，有效减少了播种机机械结构的设置，能根据具体情况得到合理的排种转速，保证播种的均匀性，从而有效提高农作物的产量及作物等级和作物收获率，提高耕地的使用效能。

2)本发明通过控制器和转速传感器的设置，能实现对排种电机排种转速进行有效修正，得出合适的排种转速。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

表1是本发明的经过大量测试得出的地面含水率-地轮滑移补偿系数。

表2是本发明的针对实际播种时遇到的各种播种现象及分类控制方法。

图1是本发明的均匀播种控制流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了播种机播种均匀性控制系统。

本申请的一种典型的实施方式中，播种机播种均匀性控制系统，包括挂接于播种机地轮的转速传感器；工控机构，包括用于输入播种参数、地面参数和地轮参数的输入件和控制器；排种电机，与转速传感器分别同控制器连接，控制器根据输入件中输入的参数，确定额定排种转速，并通过转速传感器传送的信号与地轮滑移补偿系数调节排种电机的排种转速。

该控制系统中输入件为键盘或人机界面，人机界面内包含“播种”、“停止”“输入参数”等按钮，控制器为可编程的PLC控制器，整个系统弃用播种机的动力传动系统，不仅能大幅简化播种机的机械结构，降低制造成本和使用维护成本，而且还能大幅提高播种的均匀性，从而有效提高农作物的产量及作物等级和作物收获率，提高耕地的使用效能。

其中，播种参数包括播种量、播种行数和播种行距。地轮参数包括地轮直径。地面参数包括地面含水率，通过这些参数的考虑，有效保证合理的排种电机转速，避免地面含水率等因素对排种均匀性的影响。

排种电机为设于播种机的数控电机，该数控电机与播种机的排种机构连接，控制器根据参数计算排种电机的转速，地轮不再作为排种动力来源，结构得到有效简化。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了播种机播种均匀性控制方法，采用所述的播种机播种均匀性控制系统。

进一步地，如图1所示，包括如下步骤：

1)通过工控机构的输入件输入播种参数、地面参数和地轮参数；

2)工控机构的控制器根据所输入的参数信息和播种机地轮转速计算排种电机的额定排种转速；

3)控制器根据地轮滑移补偿系数和步骤2)确定的额定排种转速实时调节排种电机的排种转速。

而且，当转速传感器检测到地轮转速≈0r/min或地轮转速＝0r/min时，控制器控制排种电机停转，暂停播种，控制器为PLC可编程控制器，具体型号是西门子S7-200。

所述步骤2)中控制器计算排种电机的额定排种转速的方法如下：

播种机行进速度：

V_播种机＝π*D*V_地轮(米/分钟)

其中：D：播种机地轮直径(米)

V_地轮：播种机地轮转速。

转速补偿前排种电机的额定排种转速V¹ _电机：

其中：Q：额定排种量(粒/公顷)

H：播种机播种行数(行)

L：播种机行距(米)

Q_pz：排种器每转排种量(粒/转)。

所述步骤3)中对排种电机排种转速补偿后的转速V² _电机：

V² _电机＝V¹ _电机*(1+K)(转/分钟)

其中：K：地轮转速补偿系数(％)。

而且，所述地轮转速补偿系数K的取值根据地面含水率和地轮滑移率的增大而增大。

具体操作中，操作者打开工控机构的信息录入界面，输入地轮直径、播种量(粒/公顷)、播种机行数、播种机行距、地面含水率基本信息，将播种机驾驶到需要播种的耕地，触碰人机界面中的“播种”按钮，控制系统自动进入到播种模式，操作者只须驾驶播种机前行，控制系统会根据播种过程中的各类实际情况自行控制播种的均匀性及自动暂停播种和自动启动播种。若在播种过程中因为其它原因需要停止播种(如转换耕地区域等)，操作者触碰“停止”按钮，控制系统会自动退出播种模式，如需再次播种，只需触碰“播种”按钮自动返回到播种模式。

表1

地面含水率/％	地轮滑移率/％	地轮转速补偿系数/％
			15～17	1.2	+1.01
17～19	2.4	+1.02
			19～21	3.1	+1.03
21～23	4.6	+1.05
			23～25	5.5	+1.06

注：(根据农艺要求，旱耕地播种时的含水率须在15％～25％之间)

表2

表1是地面含水率-地轮滑移补偿系数对应关系值，本发明将播种机地轮在工作中的滑移现象大幅度的消除，但由于土壤含水率的影响，滑移现象是无法完全消除的，本发明经过大量试验得出地面含水率与地轮滑移的对应关系，所以在控制方法中须对额定转速进行相应的补偿。表2是实际播种时遇到的各种播种现象及分类控制方法，因为在实际播种的过程中，由于野外环境的复杂性，会遇到多种情况，必须对控制方法进一步优化。图1是基本信息输入界面，在播种前输入相关基本信息，作为控制播种均匀性的基础依据。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.播种机播种均匀性控制系统，其特征在于，包括：

挂接于播种机地轮的转速传感器；

工控机构，包括用于输入播种参数、地面参数和地轮参数的输入件和控制器；

排种电机，与转速传感器分别同控制器连接，控制器根据输入件中输入的参数和转速传感器传送的信号，确定额定排种转速，并通过地轮滑移补偿系数调节排种电机的排种转速。

2.根据权利要求1所述的播种机播种均匀性控制系统，其特征在于，所述播种参数包括播种量、播种行数和播种行距。

3.根据权利要求1所述的播种机播种均匀性控制系统，其特征在于，所述排种电机为设于播种机的数控电机，该数控电机与播种机的排种机构连接。

4.根据权利要求1所述的播种机播种均匀性控制系统，其特征在于，所述地轮参数包括地轮直径。

5.根据权利要求1所述的播种机播种均匀性控制系统，其特征在于，所述地面参数包括地面含水率。

6.播种机播种均匀性控制方法，其特征在于，采用根据权利要求1-5中任一项所述的播种机播种均匀性控制系统。

7.根据权利要求6所述的播种机播种均匀性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过工控机构的输入件输入播种参数、地面参数和地轮参数；

2)工控机构的控制器根据所输入的参数信息和播种机地轮转速计算排种电机的额定排种转速；

3)控制器根据地轮滑移补偿系数和步骤2)确定的额定排种转速实时调节排种电机的排种转速。

8.根据权利要求7所述的播种机播种均匀性控制方法，其特征在于，所述步骤2)中控制器计算排种电机的额定排种转速的方法如下：

播种机行进速度：

V_播种机＝π*D*V_地轮 (米/分钟)

其中：D：播种机地轮直径 (米)

V_地轮：播种机地轮转速。

转速补偿前排种电机的额定排种转速V¹ _电机：

其中：Q：额定排种量 (粒/公顷)

H：播种机播种行数 (行)

L：播种机行距 (米)

Q_pz：排种器每转排种量 (粒/转)。

9.根据权利要求8所述的播种机播种均匀性控制方法，其特征在于，所述步骤3)中对排种电机排种转速补偿后的转速V² _电机：

V² _电机＝V¹ _电机*(1+K) (转/分钟)

其中：K：地轮转速补偿系数 (％)。

10.根据权利要求9所述的播种机播种均匀性控制方法，其特征在于，所述地轮转速补偿系数K的取值根据地面含水率和地轮滑移率的增大而增大。