CN112715095A - 一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置 - Google Patents

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蔡国华
田晓峰
周博
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Abstract

本发明提出一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，播种机地轮行驶在固定道上，在一次采样、调整周期的前进过程中机架水平高度可视为定值；第一位移传感器安装在开沟器前方，采样机架距离播种地表的高度；第二位移传感器检测油缸活塞位置，即开沟器与机架之间的相对位置，根据期望开沟深度得出油缸活塞当前位置与目标位置的偏差；比例阀根据偏差信号调整油缸伸缩，使得当开沟器前行至第一位移传感器采样地表处时开沟深度合适；进一步地，排种电机根据机具前进速度、第一位移传感器与开沟器之间的距离以及排种响应时间、落种时间确定动作时刻，驱动排种器分种盘旋转，使种子落在第一位移传感器采样地表处开沟深度准确的种沟内。

Description

一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置
技术领域
本发明涉及农业机械领域的播种装置，尤其涉及一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置。
背景技术
播种机开沟深度调节主要有被动仿形与主动控制两种方式。采用被动仿形调节方式时，尖角型开沟器一般通过平行四连杆与仿形轮组合的方式，仿形轮安装在开沟器的前方或后方，会造成仿形超前或仿形滞后，进而引起开沟深度变化；而圆盘式开沟器则通过平行四连杆与限深轮组合的方式，限深轮安装在开沟器的两侧，可实现同步仿形，但要保证足够的下压力，否则在土壤比阻较大时会造成开沟深度变浅。
鉴于此，国内外许多学者对播种机开沟深度主动控制方式进行了尝试，主要依据检测开沟深度和下压力两种方式。检测开沟深度方式可用于尖角型开沟器和圆盘式开沟器，位移传感器可安装在播种机机架上检测机架离地高度(需另加一位移传感器检测开沟器与机架之间的位置关系)，或安装在开沟器铲柄上检测位移传感器离地距离，通过关系换算可知当前开沟深度，若开沟深度实际值与期望值之间的误差超出误差限，则通过调节机构调节开沟深度；下压力控制方式多用于圆盘式开沟器，压力传感器检测限深轮与地表之间的相互作用力，若超出预设阈值，则通过调节机构调节开沟深度。
在播种机开沟深度主动控制方法中，研究目标旨在追求整个开沟过程开沟深度的一致性和准确性。当圆盘式开沟器采用下压力控制方式时，限深轮的对地压力得到保证，整个开沟过程的开沟深度一致性好。当依据检测开沟深度方式主动控制开沟深度时，由于采样频率的限制以及动作响应需要时间，难以保证整个开沟过程中开沟深度的一致性和准确性。
发明内容
发明目的：本发明提出一种与排种时刻协同的开沟深度控制系统，不再追求整个开沟过程开沟深度的一致性和准确性，而是确保种子下落处开沟深度的准确性，适于大株距作物种子的播种。
技术方案：为实现以上目的，发明一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，包括地轮、第一位移传感器、机架、副机架、油缸、第二位移传感器、播种单体机架、种箱、种管、排种器、排种电机、开沟器。
所述第一位移传感器安装在机架上，位于开沟器的正前方，检测机架离地高度；所述第二位移传感器与油缸相连，检测油缸的活塞位置，可换算出开沟器与机架之间的相互位置关系；根据预设期望开沟深度、第一位移传感器和第二位移传感器检测值，得到油缸活塞当前位置与目标位置之间的偏差；根据偏差信号控制油缸伸缩，并在开沟器前行到达第一位移传感器采样地表处之前调整到位；所述地轮和拖拉机轮胎均行驶在固定道上，由于固定道相对播种地表较为平坦，忽略一次采样、调整周期中机架水平高度的变化，则调节后所述开沟器在第一位移传感器采样地表处的开沟深度准确；所述排种电机根据机具前进速度、第一位移传感器与开沟器之间的距离以及排种动作响应时间、落种时间确定驱动排种器分种盘旋转的时刻，使种子落在第一位移传感器采样地表处开沟深度准确的种沟内。
所述机架与拖拉机之间采用三点悬挂连接，作业时拖拉机液压悬挂系统处于浮动状态。
所述副机架包括第一横梁、第一竖梁、导轨；其中，第一竖梁安装在所述机架上；第一横梁与油缸缸筒相连；导轨与播种单体机架的滑轨之间可相对滑动。
播种单体由播种单体机架、种箱、种管、排种器、排种电机与开沟器构成；其中，所述播种单体机架包括滑轨、第二竖梁、第二横梁，第二横梁与油缸活塞杆相连，油缸伸缩时滑轨可沿副机架的导轨上下滑动；所述种箱安装在第二横梁上；所述排种器和开沟器均固定在第二竖梁上，在油缸伸缩调整时两者之间不发生相对运动，使得落种时间恒定；所述种管连接种箱和排种器；所述排种电机安装在排种器上，驱动排种器分种盘旋转。
所述第一位移传感器的采样频率与油缸的调整频率以及排种电机的动作频率一致，即第一位移传感器采样一次，比例阀控制油缸调整一次(如有需要)，排种电机驱动排种器排种一次。
所述装置适宜于大株距作物固定道播种作业；所述第一位移传感器与开沟器之间的距离以等于株距为宜。显然第一位移传感器与开沟器之间的距离越大，则可用于开沟深度调节的时间越长；但若该距离大于株距时，则当第一位移传感器采样时，开沟器仍未前行至第一位移传感器上一次采样地表处，即上一调节周期种子尚未落地，需要延时一段时间之后再作调整。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本装置播种作业时将排种器排种与开沟深度调节联系起来，两者协同作业，保证种子下落处的开沟深度准确性，为作物稳产高产提供保障；此外，不再追求播种作业时整个开沟过程开沟深度的一致性和准确性，因此对开沟深度采样频率、调节频率以及响应时间没有过高要求，便于开沟深度调节控制器的开发。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明的一次开沟深度采样、调节与排种动作过程；
图3为本发明的控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
播种机机架5与拖拉机之间通过三点悬挂连接，播种作业时拖拉机液压悬挂系统处于浮动状态，即拖拉机液压悬挂系统力位调节关闭。拖拉机轮胎和播种机地轮3行走在固定道1上，由于固定道1相对播种地表2较平坦，在一次采样、调整周期中，播种机机架5水平高度可视为不变。拖拉机上配备速度传感器，检测播种作业速度；机架5上安装第一位移传感器4，检测机架5离地高度；油缸7上安装第二位移传感器71，检测油缸7活塞位置。如图2(a)所示，当第一位移传感器4在播种地表2的A点正上方时完成一次采样，采样数据包括当前拖拉机行驶速度v和播种机机架5距离A点的高度h1。如图2(a)、2(b)所示，若不调节油缸7伸缩，即油缸7活塞保持当前位置h2，则开沟器前行至A点采样处的实际开沟深度为h′。因此需根据播种机机架5距离A点的高度h1、期望开沟深度h换算出油缸7活塞的目标位置h2_target，与油缸7活塞当前位置h2比较，若|h2-h2_target|大于预设误差限，则通过比例阀控制油缸7活塞向目标位置移动，并在开沟器到达A点采样处之前调整完毕，使得A点采样处的实际开沟深度等于期望开沟深度h。排种电机12动作响应时间指驱动排种器11分种盘旋转相邻吸种孔角度所需的时间，即将一粒种子从持种区旋转至排种区所需的时间，该时间是较为固定的；落种时间是指种子从排种器11排种区落至开沟器13底部所需的时间，由于开沟深度调整过程中，排种器11与开沟器13之间的相对位置没有发生改变，使得落种时间固定，可通过实验确定排种信号发出后排种电机12动作响应时间和落种时间。如图2(c)、2(d)所示，在一次采样、调整周期中，拖拉机前进速度可视为不变，排种电机12根据第一位移传感器4与开沟器13之间的距离值、排种动作响应时间和落种时间确定动作时刻，驱动排种器11分种盘旋转，使种子下落在A点采样处，即种子下落在开沟深度准确的种沟内。
控制程序流程如图3所示。将株距s、期望开沟深度h、排种动作响应时间t1、落种时间t2、误差限e_limit、第一位移传感器4与开沟器13之间的距离l数据输入程序，采集的拖拉机行驶速度v、机架5离地高度h1后启动定时器，确定下一次采样时间间隔s/v、排种时间间隔l/v-t1-t2、油缸7活塞目标位置h2_target，其中，排种时间间隔应比下一次采样时间间隔短。检测油缸7活塞当前位置h2，若|h2-h2_target|大于预设误差限e_limit，则通过比例阀控制油缸7活塞向目标位置h2_target移动，直至|h2-h2_target|小于等于误差限e_limit，然后延时等待，到达排种时刻执行排种动作；排种后继续延时等待，到达下一次采样时刻执行下一次开沟深度调节的数据采样。如在开沟深度调节过程中到达排种时刻，则排种电机12动作，驱动排种器11分种盘旋转，排种电机12动作后继续执行开沟深度调节；如在开沟深度调节过程中到达下一次采样时刻，则跳出本次开沟深度调节，执行拖拉机行驶速度v、机架5离地高度h1采样，开始下一次开沟深度调节，如此循环反复。

Claims (6)

1.一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述装置包括地轮(3)、第一位移传感器(4)、机架(5)、副机架(6)、油缸(7)、第二位移传感器(71)、播种单体机架(8)、种箱(9)、种管(10)、排种器(11)、排种电机(12)、开沟器(13)；
所述第一位移传感器(4)安装在机架(5)上，位于开沟器(13)的正前方，检测机架(5)离地高度；
所述第二位移传感器(71)与油缸(7)相连，检测油缸(7)的活塞位置；
根据期望开沟深度、第一位移传感器(4)检测值、第二位移传感器(71)检测值，得到油缸(7)活塞当前位置与目标位置的偏差，据此调节油缸(7)伸缩；
所述地轮(3)和拖拉机轮胎均行驶在固定道(1)上，忽略一次采样、调整周期中机架(5)水平高度的变化；
则调节后，所述开沟器(13)前行到达第一位移传感器(4)采样地表处时实际开沟深度等于期望开沟深度；
所述排种电机(12)根据机具前进速度、第一位移传感器(4)与开沟器(13)之间的距离以及排种动作响应时间、落种时间确定驱动排种器(11)分种盘旋转的时刻，使种子落在第一位移传感器(4)采样地表处开沟深度准确的种沟内。
2.根据权利要求1所述的一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述机架(5)与拖拉机之间采用三点悬挂连接，作业时拖拉机液压悬挂系统处于浮动状态。
3.根据权利要求1所述的一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述副机架(6)包括第一横梁(61)、第一竖梁(62)、导轨(63)；其中，第一竖梁(62)安装在所述机架(5)上；第一横梁(61)与油缸(7)缸筒相连；导轨(63)与滑轨(81)之间可相对滑动。
4.根据权利要求1所述的一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述播种单体机架(8)、种箱(9)、种管(10)、排种器(11)、排种电机(12)与开沟器(13)构成播种单体；其中，所述播种单体机架(8)包括滑轨(81)、第二竖梁(82)、第二横梁(83)，第二横梁(83)与油缸(7)活塞杆相连，油缸(7)伸缩时滑轨(81)可沿导轨(63)上下滑动；所述种箱(9)安装在第二横梁(83)上；所述排种器(11)和开沟器(13)均固定在第二竖梁(82)上，在油缸(7)伸缩调整时两者之间不发生相对运动，使得落种时间恒定；所述种管(10)连接种箱(9)和排种器(11)；所述排种电机(12)安装在排种器(11)上，驱动排种器(11)分种盘旋转。
5.根据权利要求1所述的一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述第一位移传感器(4)的采样频率与油缸(7)的调整频率以及排种电机(12)的动作频率一致。
6.根据权利要求1所述的一种与排种时刻协同的开沟深度调节装置，其特征在于：所述第一位移传感器(4)与开沟器(13)之间的距离等于株距。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113607079A (zh) * 2021-08-03 2021-11-05 中国农业大学 一种通用式开沟深度检测装置
CN115176573A (zh) * 2022-08-22 2022-10-14 华中农业大学 一种丘陵山区茶园侧位深施肥机

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