CN112655297B - 一种具有自动标定功能的施肥播种机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自动标定功能的施肥播种机，可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承与作业行排种排肥部件连接，另一侧通过第二传动单向轴承与标定用排种排肥部件连接；第一传动单向轴承与第二传动单向轴承的锁止方向相反、自由转动方向相反；比较器将目标播种量或施肥量与承重传感器测得值进行比较，控制系统对驱动电机的相对工作转速按对应的比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；接种接肥盒及承重传感器的整体由卸料轴支撑，卸料轴由卸料动力部件驱动转动，带动接种接肥盒翻转，将里面的种子或肥料倒出清空，以便于下次标定正常进行；称重采集模块下方设有一可翻转的锥盘装置。

Description

一种具有自动标定功能的施肥播种机

技术领域

本发明涉及一种播种机，具体来说，是一种具有自动标定功能的施肥播种机。

背景技术

现有技术中的施肥播种机没有播种量和施肥量在线自动标定功能。用户根据当地农艺要求确定每亩播种量和施肥量后，根据播种机厂家给定的参考设置对播种机的播种量和施肥量进行设置。为了达到较精确的量，需要对播种机的实际排种、排肥量进行标定。目前通常按以下方法进行标定：将播种机停在场地上，通过拖拉机提升或使用支撑物使播种机处于悬空状态，工作部件不接触地面，使排种轴或排肥轴按一定的速度均匀转动一定圈数，同时在排种部件或排肥部件下方将排种器或排肥器转动这一固定圈数所排出的种子和肥料接住，称量种子或肥料的重量，计算出排种器或排肥器每转的排种量或排肥量，从而计算出该播种机的每亩实际排种量或排肥量。将每亩实际排种量或排肥量与目标排种量或排肥量对比，根据对比情况再对播种机的播种量或施肥量进行调节。通常，播种量和施肥量调节机构不易控制调节量，那么还需要再次接料称量，验证调节的准确性。可以看出，以上标定过程工作繁琐、效率低下，并且由于采用人工调整，误差较大。

因此，现有标定方式，机具下地作业前需要花费较长的时间在标定工作上，操作复杂，费时费力。由于人工完成称重、计算、调节等工作，存在较大误差，而现在农业生产对每亩播种量和施肥量的精度要求较高，所以通常需要反复几次标定才能达到较精确的目标值。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种具有自动标定功能的施肥播种机，可用在由电机驱动排种排肥的播种机上，与标定控制系统配合，可以实现在线自动快速标定。

本发明采取以下技术方案：

一种具有自动标定功能的施肥播种机，可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承2与作业行排种排肥部件1连接，另一侧通过第二传动单向轴承4与标定用排种排肥部件10连接；所述第一传动单向轴承2与第二传动单向轴承4的锁止方向相反、自由转动方向相反；标定用排种排肥部件10下方设有接种接肥盒9，接种接肥盒9下部设有承重传感器8；配套的控制系统与所述承重传感器8及所述动力部件连接；比较器将目标播种量或施肥量与承重传感器8测得值进行比较，所述控制系统对驱动电机的相对工作转速按对应的比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；所述接种接肥盒9及承重传感器8的整体由卸料轴5支撑，卸料轴由卸料动力部件驱动转动，带动接种接肥盒9翻转，将里面的种子或肥料倒出清空，以便于下次标定正常进行；所述称重采集模块下方设有一可翻转的锥盘装置。

优选的，所述锥盘装置包括一对吊杆12，所述吊杆上方与播种机的机架连接，下端与锥盘13转动连接。

优选的，所述施肥播种机自前向后依次设有旋耕机15、施肥开沟器16、输肥管17、肥料覆土器18、肥料镇压器19、播种开沟器21、种子覆土器22。

优选的，所述配套的控制系统还与所述卸料动力部件连接。

进一步的，所述卸料动力部件包括卸料电机7、卸料变速箱6。

优选的，所述可正反转动的动力部件包括驱动电机3、驱动变速箱11。

优选的，一组作业行排种排肥部件1共轴设置，由一根传动轴带动，一起工作。

一种上述的具有自动标定功能的施肥播种机，正式标定启动前，配套的控制系统自动记录称重传感器上的初始值，标定行的排种排肥部件的驱动轴转动一定圈数时，配套的控制系统再次读取称重传感器的数值，减去初始值即可得出种子或肥料质量，配套的控制系统自动计算出该状态下的每亩播种量或施肥量值，与输入的目标亩播种量或施肥量值进行比较，并对驱动电机的相对工作转速按比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；当标定称重完成后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按一个方向转动180°，接种接肥盒开口朝下，将里面的种子或肥料倒出清空；接种接肥盒保持开口向下的状态达到设定时间后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按反方向转动180°使接种接肥盒恢复到正常接种接肥状态。

优选的，当所述锥盘装置的锥盘13尖端朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘13的锥面上并沿着锥盘表面向四周落下，种子或肥料被分散开，这种情况应用于施肥播种机在田间进行标定工作时；当所述锥盘装置的锥盘13开口朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘13之内，这种情况应用于施肥播种机在道路上道路上进行标定工作时。

本发明的有益效果在于：

1)标定操作简单，省时省力。

2)自动完成称重、计算、调节等工作，精准度高；

3)只需标定一次，无需反复标定验证。

4)在现有播种施肥机基础上进行改造，通过增设单向轴承、标定用排种排肥部件、称重传感器、接种卸料部件等装置，实现发明功能，未明显增加设备成本，设备改动小，实施方便，推广方便。

5)锥盘装置针对用于标定的种子和肥料，通过翻转，可分别实现使种子肥料分散撒开或将种子肥料收集起来的功能，一举两得。具体地说：当播种机在田里地头标定的时候，使锥盘尖端朝上，可使翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘的锥面上并沿着锥盘表面向四周落下，种子或肥料被分散开，防止种子成堆或者肥料成堆造成烧苗；当机具停在马路上进行标定时，为防止种子肥料浪费，使锥盘开口朝上安装，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘之内，种子肥料接住以后可以再次使用。

附图说明

图1是本发明具有自动标定功能的施肥播种机的主视图。

图2是本发明自动标定功能的施肥播种机中，播种量、施肥量自动标定装置的主视图。

图3是锥盘装置的示意图。

图4是播种量、施肥量自动标定的流程示意图。

图5是控制系统的硬件结构图。

图中，1.作业行耕种排种排肥部件，2.第一传动单向轴承，3.驱动电机，4.第二传动单向轴承，5.卸料轴，6.卸料变速箱，7.卸料电机，8.称重传感器，9.接种接肥盒，10.标定用排种排肥部件，11.驱动变速箱，12.吊杆，13.锥盘，14.肥箱，15.旋耕机，16.施肥开沟器，17.输肥管，18.肥料覆土器，19.肥料镇压器，20.输种管，21.播种开沟器，22.种子覆土器，23.种箱，24.标定模块，25.机架，26.排种器，27.排肥器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

对比实施例：

现有技术中，纯机械传动式播种机的人工标定是：使播种机在工作状态下前进一定距离，把排下的种子或肥料称重，计算每亩播种量或施肥量，再通过更改传动比尝试调整。对于采用电机驱动排种排肥的精量播种机则采用测量排种排肥部件转动一定圈数、用电子秤称量重量、人工输入系统的方式。相对来说这些方式都存在需要人工称重、输入等步骤，这样的标定方式费时费力，更换每种肥料或种子时，都要在地头进行标定。机械传动式播种机还存在需要反复尝试的问题。采用电机驱动排种排肥的精量播种机的标定流程如下：1、首先在系统中设定标定时间和排种器转速，2、在一个播种或施肥通道中放入种子或肥料。3、在设定的标定时间内，排种器按设定的转速，排种。4、用口袋接住这个通道排出的种子或肥料。5、用电子秤称出，种子和肥料的质量。6、将这个数字输入人机界面，7、系统通过计算得到排种器每转一圈，排种的质量，并将每转一圈的排种量代入控制模型公式。

实施例一：

参见图1-5，一种具有自动标定功能的施肥播种机，可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承2与作业行排种排肥部件1连接，另一侧通过第二传动单向轴承4与标定用排种排肥部件10连接；所述第一传动单向轴承2与第二传动单向轴承4的锁止方向相反、自由转动方向相反；标定用排种排肥部件10下方设有接种接肥盒9，接种接肥盒9下部设有承重传感器8；配套的控制系统与所述承重传感器8及所述动力部件连接；比较器将目标播种量或施肥量与承重传感器8测得值进行比较，所述控制系统对驱动电机的相对工作转速按对应的比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；所述接种接肥盒9及承重传感器8的整体由卸料轴5支撑，卸料轴由卸料动力部件驱动转动，带动接种接肥盒9翻转，将里面的种子或肥料倒出清空，以便于下次标定正常进行；所述称重采集模块下方设有一可翻转的锥盘装置。

参见图2-3，所述锥盘装置包括一对吊杆12，所述吊杆上方与播种机的机架转动连接，下端与锥盘13连接。

锥盘13是圆锥形的空心、开口的，开口朝上就像一只碗。通过两根吊杆与机架固联，锥盘通过螺丝固定在吊杆12上，可以拆卸。其作用如下：之前的标定装置，在标定完成以后接种接肥盒里的种子或肥料是直接倾倒下来的。虽然容量不太多，但都是集中在地面上的。如果机具是停在地里标定的，倾倒下来的又是肥料，那么集中在一起的肥料可能造成那地方的苗被烧死。如果是种子，集中在一起又会长出很密集的苗，无法正常长大。锥盘位于接种接肥盒正下方的位置，当锥形面朝上时，接种接肥盒倾倒下来的种子或肥料落在锥面上，自然的向四周分散开。锥盘还可以拆卸调整方向。如果机具是停在路面上进行标定的，可以调整使锥盘的开口朝上，这时锥盘就像一只碗，把接种接肥盒倾倒下来的种子或肥料接住，防止种子和肥料倾倒在路面造成浪费。

参见图1，所述施肥播种机自前向后依次设有旋耕机15、施肥开沟器16、输肥管17、肥料覆土器18、肥料镇压器19、播种开沟器21、种子覆土器22。种子镇压器都位于机具前进方向的同一条线上，由于施肥开沟器开的比播种开沟器开的沟深，这样肥料就位于种子正下方，并且，采用了两个覆土器和两个镇压器分别覆土和镇压。这样的好处是：肥料施下去以后覆土镇压在开沟播种，使种子和肥料的间距比较容易控制，不易烧种。如果肥料施下去以后不主动覆土，而是依靠土壤自然回流覆土的话，因为土壤流动不均匀，人无法控制，就会形成有的地方回流的多，有点地方回流的少，回流少的地方，种子播下去跟肥料的距离就特别近，高浓度肥料就会烧苗。

参见图2，所述配套的控制系统还与所述卸料动力部件连接。

参见图2，所述卸料动力部件包括卸料电机7、卸料变速箱6。

参见图2，所述可正反转动的动力部件包括驱动电机3、驱动变速箱11。

参见图2，一组作业行排种排肥部件1共轴设置，由一根传动轴带动，一起工作。

上述的具有自动标定功能的施肥播种机，正式标定启动前，配套的控制系统自动记录称重传感器上的初始值，标定行的排种排肥部件的驱动轴转动一定圈数时，配套的控制系统再次读取称重传感器的数值，减去初始值即可得出种子或肥料质量，配套的控制系统自动计算出该状态下的每亩播种量或施肥量值，与输入的目标亩播种量或施肥量值进行比较，并对驱动电机的相对工作转速按比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；当标定称重完成后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按一个方向转动180°，接种接肥盒开口朝下，将里面的种子或肥料倒出清空；接种接肥盒保持开口向下的状态达到设定时间后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按反方向转动180°使接种接肥盒恢复到正常接种接肥状态。

当所述锥盘装置的锥盘13尖端朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘13的锥面上并沿着锥盘表面向四周落下，种子或肥料被分散开；当所述锥盘装置的锥盘13开口朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘13之内。

下面分别针对机械部分和软件部分对于本发明进一步说明。

机械部分：

如图1。现有施肥播种机上的排种排肥系统，通常具有种箱、肥箱、排种部件、排肥部件、驱动电机、变速箱等部件。本系统增加的部件包括：单向轴承1、单向轴承2、接种接肥盒、称重传感器、卸料轴、卸料变速箱、卸料电机等。主视图中，驱动电机左侧的几组排种排肥部件为作业行排种排肥部件，即工作时正常播种施肥的作业部件。驱动电机右侧的一组排种排肥部件用于标定，不参与播种施肥作业。其工作过程及原理是：驱动电机可以由控制器控制实现正反两个方向的转动，驱动电机两侧通过两个安装方向相反的单向轴承分别与作业行排种排肥部件的驱动轴和标定行排种排肥部件的驱动轴相连。当驱动电机按一个固定方向转动时，其中一个单向轴承处于内外圈锁止状态，另一个单向轴承处于内外圈自由转动状态。假设驱动电机按正向转动时，单向轴承1处于内外圈锁止状态，则单向轴承2处于内外圈自由转动状态。此时，作业行排种排肥部件的驱动轴被驱动电机带动转动，排种排肥部件工作，此时施肥播种机处于正常的施肥播种工作状态。同时，由于单向轴承2的安装方向与单向轴承1相反，此时单向轴承2的内外圈自由转动，标定行排种排肥部件的驱动轴不转动，标定行排种排肥部件不工作。当驱动电机反转时，与上述情况相反，作业行的排种排肥部件不工作，标定行的排种排肥部件工作，此时施肥播种机处于标定状态。当施肥播种机处于标定状态时，种子或肥料通过标定行的排种排肥部件落下，进入下方的接种接肥盒，接种接肥盒的下方设置有称重传感器，称重传感器固接在卸料轴上，称重传感器可实时测量其上的接种接肥盒及种子或肥料的总重量。正式标定启动前，配套的控制系统自动记录称重传感器上的初始值，标定行的排种排肥部件的驱动轴转动一定圈数时，配套的控制系统再次读取称重传感器的数值，减去初始值即可得出种子或肥料质量，配套的控制系统自动计算出该状态下的每亩播种量或施肥量值，与输入的目标亩播种量或施肥量值进行比较，并对驱动电机的相对工作转速按比例调整，使排种量和施肥量达到目标值。

接种接肥盒通过称重传感器固联在卸料轴上，卸料电机通过卸料变速箱可驱动卸料轴转动。这几个部件的作用是：当标定称重完成后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按一个方向转动180°，接种接肥盒开口朝下，将里面的种子或肥料倒出清空，以便于下次标定正常进行。接种接肥盒保持开口向下的状态5秒后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按反方向转动180°使接种接肥盒恢复到正常接种接肥状态。

一个完整的标定流程是：配套的控制系统中具有一键控制按键，当按下标定按键时，驱动电机反转，驱动用于标定的排种排肥部件的轴转动固定的圈数(比如20圈)；用于标定的排种排肥部件排出的种子或肥料进入接种接肥盒，称重传感器称重，计算出种子或肥料的质量，配套的控制系统读取数值；与设置量对比并相应的调节驱动电机的转速。同时，配套的控制系统控制卸料电机按一定圈数转动，卸料电机驱动卸料轴完成卸料，然后复位。完成一个标定流程，并准备好下一次标定。

软件部分：

控制系统具体功能：

1、输入参数：播种机正式开始工作前需要进行标定，标定时播种机处于停止、非工作状态。在标定控制终端输入目标播种量和施肥量。

2、启动：启动一键标定按钮，标定系统开始工作。(标定的原理是使排种排肥部件转动固定的圈数，比如30圈，称量排下的种子或肥料质量，计算出排种排肥部件平均每圈排下的种子或肥料质量，进而调整播种机前进速度与排种或排肥电机转速的相互匹配关系，使种子在地面的分布达到预期的量，即达到预设的每亩播种量或施肥量)。

3、接种接肥称重：控制系统首先驱动“驱动电机”，使电机按“反向”旋转，此时，作业行的排种排肥部件不工作，标定行的排种排肥部件工作。种子或肥料通过标定行的排种排肥部件落下，进入下方的接种接肥盒。称量排种排肥部件转动固定圈数(比如30圈)时接种接肥盒内接到的种子或肥料质量，即可标定出每转排种量或每转排肥量。

此处存在这个问题。现有的标定方法是这样来实施：排种排肥部件转动前，先把接种接肥的容器放在下面放好，然后使排种排肥部件转动固定圈数(比如30圈)，使排种排肥部件停止，种子或肥料全部掉下来后，取下接种接肥的容器，称量其中的种子或肥料质量。其实，排种排肥部件在启动或停止的阶段，排种排肥的速度不稳定，比如启动时，部件的速度是从零加速到稳定速度，有一个加速过程(虽然时间比较短)，这一过程中排种排肥量与稳定转动时每转排量是不同的。停止时与此类似。由于存在启动和停止两个阶段，所以标定过程中的接种量存在一定的误差。本控制系统的设计，读取重量时有意避开启动和停止两个阶段，只计算速度稳定时30圈的质量。本控制系统的设计，读取重量时有意避开启动和停止两个不稳定阶段，只计算速度稳定时30圈的质量。实现方式是：先让标定的排种排肥部件转动5圈(这5圈包括了从启动开始、经过一段速度稳定时间、再到完全停止)称重传感器记录容器及种子质量，并记入缓存。然后控制排种排肥部件自动停止一段时间(比如3秒)后，标定排种排肥部件再次启动以默认转速转动35圈，称重传感器称出时容器及种子质量，存入缓存，并以此质量减去前次5圈时的质量，则得出正常转速30圈排出的种子净质量。此质量已扣除容器质量，并已排除了电机起步及停止时转速不稳定形成的精度误差。系统自动将排种器30圈的种子净质量除以30，得到排种器1圈排种量，将1圈排种量记入缓存，并自动代入控制模型公式。这是本系统的一个重要创新点。

具体实现方式是：“驱动电机”驱动排种排肥部件转动5圈后停止，系统记录称重传感器在排种排肥部件转过5圈时的称重数值Q1，停止一段时间后，排种排肥部件再启动转过35圈时停止，系统再次记录称重传感器的称重数值Q2。排种排肥部件稳定转过30圈所排出的种子或肥料质量Q＝Q2-Q1。

4、计算调整：控制系统计算出Q的值，得出排种排肥部件每转排种量或每转排肥量，计算出要达到目标播种量和施肥量所需要的驱动电机的转速与机具前进速度的比例关系，对排种排肥驱动电机的工作时的转速控制参数进行调整，使播种量和施肥量达到预期目标。

5、接种接肥盒清空：为了下次继续标定工作正常进行，需要将接种接肥盒清空。驱动电机停止后，控制系统向卸料电机发出指令，卸料电机转动一定的圈数，通过卸料变速箱以后使卸料轴转动180圈，称重传感器和接种接肥盒跟随卸料轴一起转动，接种接肥盒口朝下，种子或肥料被排出。一段时间后(比如3秒钟)，种子或肥料已全部排出，控制系统向卸料电机发出指令，使卸料电机反向转动同样的圈数，系统恢复到初始状态。完成一个工作流程，等待下一次标定。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：

可正反转动的动力部件具有双侧动力输出端；一侧通过第一传动单向轴承(2)与作业行排种排肥部件(1)连接，另一侧通过第二传动单向轴承(4)与标定用排种排肥部件(10)连接；所述第一传动单向轴承(2)与第二传动单向轴承(4)的锁止方向相反、自由转动方向相反；

标定用排种排肥部件(10)下方设有接种接肥盒(9)，接种接肥盒(9)下部设有承重传感器(8)；

配套的控制系统与所述承重传感器(8)及所述动力部件连接；

比较器将目标播种量或施肥量与承重传感器(8)测得值进行比较，所述控制系统对驱动电机的相对工作转速按对应的比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；

所述接种接肥盒(9)及承重传感器(8)的整体由卸料轴(5)支撑，卸料轴由卸料动力部件驱动转动，带动接种接肥盒(9)翻转，将里面的种子或肥料倒出清空，以便于下次标定正常进行；

所述承重传感器(8)下方设有一可翻转的锥盘装置；

所述锥盘装置包括一对吊杆(12)，所述吊杆上方与播种机的机架转动连接，下端与锥盘(13)连接。

2.如权利要求1所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：所述施肥播种机自前向后依次设有旋耕机(15)、施肥开沟器(16)、输肥管(17)、肥料覆土器(18)、肥料镇压器(19)、播种开沟器(21)、种子覆土器(22)。

3.如权利要求1所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：所述配套的控制系统还与所述卸料动力部件连接。

4.如权利要求3所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：所述卸料动力部件包括卸料电机(7)、卸料变速箱(6)。

5.如权利要求1所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：所述可正反转动的动力部件包括驱动电机(3)、驱动变速箱(11)。

6.如权利要求1所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：一组作业行排种排肥部件(1)共轴设置，由一根传动轴带动，一起工作。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：

正式标定启动前，配套的控制系统自动记录称重传感器上的初始值，标定行的排种排肥部件的驱动轴转动一定圈数时，配套的控制系统再次读取称重传感器的数值，减去初始值即可得出种子或肥料质量，配套的控制系统自动计算出该状态下的每亩播种量或施肥量值，与输入的目标亩播种量或施肥量值进行比较，并对驱动电机的相对工作转速按比例调整，使排种量和施肥量达到目标值；

当标定称重完成后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按一个方向转动180°，接种接肥盒开口朝下，将里面的种子或肥料倒出清空；

接种接肥盒保持开口向下的状态达到设定时间后，卸料电机通过卸料变速箱驱动卸料轴按反方向转动180°使接种接肥盒恢复到正常接种接肥状态。

8.如权利要求7所述的具有自动标定功能的施肥播种机，其特征在于：

当所述锥盘装置的锥盘(13)尖端朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘(13)的锥面上并沿着锥盘表面向四周落下，种子或肥料被分散开；当所述锥盘装置的锥盘(13)开口朝上时，翻转后的接种接肥盒中的种子或肥料落在锥盘(13)之内。

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