CN113068481B - 基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置。包括机架(1)，其特征在于：所述装置还包括中央控制器(2)、蓄电池(3)、水射流压力调节装置(4)、播种开沟器(6)、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置(7)、水射流喷头(8)、电机(9)、液压油缸(10)、角度传感器(11)和压板(12)；使用秸秆覆盖量与平均含水率检测装置(7)检测播种开沟器(6)前方的秸秆覆盖量与平均含水率，中央控制器(2)计算出有效切断秸秆的超高压水射流压力及压板(12)压实秸秆的最小压力，然后分别调节超高压水射流压力及液压油缸(10)的伸缩长度，在保证切割效果的同时，实现最优化动力配备。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，属于农业机械技术领域。
背景技术
免耕播种作为保护性耕作的关键技术之一，具有减少土壤扰动、蓄水保墒等作用。对中国华北地区小麦-玉米轮作一年两熟的种植制度来说，玉米收获后，地面上有大量的秸秆和残茬，会影响到下一季冬小麦的免耕播种。目前小麦播种多采用锄铲式开沟器、圆盘开沟器等，使用锄铲式开沟器时可能存在秸秆缠绕开沟器立柱造成堵塞的问题，所以需要添加拨草机构实现疏流防堵；圆盘开沟器则是利用重力将机具前方秸秆压断实现防堵作用，但在秸秆覆盖量较大时，开沟防堵效果并不明显，所以需要添加秸秆粉碎抛洒装置，但动力消耗大。同时，目前大部分投入实际应用的防堵开沟装置并没有实现智能调节，造成一定程度的动力浪费和防堵开沟效果不稳定性。
使用超高压水射流切秆防堵是一种新型防堵技术，可以通过调节超高压水射流的压力、流量、靶距等参数切断秸秆，减少土壤扰动。目前多数小麦开沟器容易在立柱处被玉米秸秆缠绕造成堵塞，不同的秸秆覆盖量和秸秆含水率会造成不同程度的堵塞，在秸秆覆盖量大的地方不易切断所有秸秆。针对中国华北地区一年两熟地区小麦免耕播种情况，需要设计一种开沟器装置，在开沟器前方放置超高压水射流智能切秆防堵装置，可以根据机具前方玉米秸秆覆盖量和平均含水率实时调节射流压力，实现智能化调控切秆防堵，以减少动力消耗，在保证有效切割秸秆的同时实现最优化动力配备，保护环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，该装置能够通过中央控制器2调节超高压水射流压力及液压油缸10的伸缩长度，实现最优化动力配备；通过中央控制器2控制电机9带动水射流喷头8旋转，保证超高压水射流所喷出的水流与压板12之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距，实现有效切割；主动调节液压油缸10的伸缩长度，控制压板12对秸秆的压力，实现有支撑切割；中央控制器2设置液压油缸10的伸缩范围，保证压板12在0～20°范围内旋转，即保持压板12与水射流喷头8之间具有一定的安全距离；在机具运行前，初始化调节压板12的高度保证压板12在秸秆上方水平放置，同时调节水射流喷头8的高度以保证与压板12之间的垂直距离；在压板12上设置压板间隙12-4，保证水射流直接切割到秸秆，并避免旋转时与播种开沟器立柱6-1相接触。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
1、基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，包括机架1，所述装置还包括中央控制器2、蓄电池3、水射流压力调节装置4、播种开沟器6、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7、水射流喷头8、电机9、液压油缸10、角度传感器11和压板12；其中，
机架1水平布置；
中央控制器2固定在机架1上，分别与水射流压力调节装置4、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7、电机9、液压油缸10和角度传感器11电连接；
蓄电池3和水射流压力调节装置4固定在机架1上表面；
秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7固定在机架1下表面，并位于播种开沟器6的正前方；
播种开沟器6包括立柱6-1、导种管6-4和开沟铲6-6，其中，
立柱6-1的上端通过“U”形螺栓连接件5固定于机架1上；
立柱6-1上设有凸台连接结构6-2和圆柱连接结构6-3；
导种管6-4固定在播种开沟器6的后部；
开沟铲6-6上设有孔状高度调节结构6-5；
水射流喷头8包括水射流管道8-1、夹持结构8-2、板面连接件8-3、柱状连接件8-4、凸台连接配件8-5和射流喷头主体8-6；其中，
射流喷头主体8-6由夹持结构8-2夹持固定，水射流管道8-1与射流喷头主体8-6密封连接；
板面连接件8-3的一端与夹持结构8-2固定连接，板面连接件8-3的另一端与柱状连接件8-4固定连接；凸台连接配件8-5与凸台连接结构6-2固定连接，并将柱状连接件8-4可转动地夹持在两个凸台连接配件8-5的中间；柱状连接件8-4水平布置，柱状连接件8-4的一端与电机9的动力输出轴固定连接；
压板12包括压板板面12-2和连接杆件12-3，所述压板板面12-2和连接杆件12-3固定连接；连接杆件12-3通过孔状高度调节结构6-5与播种开沟器6相连；压板板面12-2的前部上表面设有连接圆柱体12-1；
在压板板面12-2的中间位置设有压板间隙12-4；水射流喷头8喷出的射流通过所述压板间隙12-4，直接作用在被压板12压实的秸秆上；
液压油缸10的上方固定端与播种开沟器6的圆柱连接结构6-3连接，液压油缸10的下方伸缩端与压板12的连接圆柱体12-1连接；
角度传感器11与连接杆件12-3固定连接。
调节夹持结构8-2的夹持位置能够调节，调节夹持结构8-2的上下位置，能够调节射流靶距。
所述压板间隙12-4包括位于后部的半圆形结构和位于前部的长方形结构；水射流喷头8喷出的射流能够通过压板间隙12-4上的长方形结构，直接作用在被压板12压实的秸秆上；压板间隙12-4上的半圆形结构能够避免旋转时压板12与播种开沟器6的立柱6-1相接触。
在中央控制器2中设置液压油缸10的伸缩范围，保证压板12在0～20°范围内旋转，即保持压板12与水射流喷头8之间具有一定的安全距离。
角度传感器11采集压板12的旋转角度，并反馈给中央控制器2；中央控制器2发出控制信号，控制电机9带动射流喷头8旋转，保证超高压水射流所喷出的水流与压板12之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、使用秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7检测播种开沟器6前方的秸秆覆盖量与平均含水率，中央控制器2计算出有效切断秸秆的超高压水射流压力及压板12压实秸秆的最小压力，然后分别调节超高压水射流压力及液压油缸10的伸缩长度，在保证切割效果的同时，实现最优化动力配备；
2、压板12处的角度传感器11在检测到旋转角度后将信号反馈给中央控制器2，中央控制器2发出控制信号，控制电机9带动水射流喷头8旋转，保证超高压水射流所喷出的水流与压板12之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距，实现有效切割；
3、中央控制器2主动调节液压油缸10的伸缩长度，控制压板12对秸秆的压力，实现有支撑切割；
4、中央控制器2设置液压油缸10的伸缩范围，保证压板12在0～20°范围内旋转，即保持压板12与水射流喷头8之间具有一定的安全距离；并避免旋转时与播种开沟器立柱6-1相接触；
5、在机具运行前，初始化调节压板12的高度保证压板12在秸秆上方水平放置，同时调节水射流喷头8的高度以保证与压板12之间的垂直距离；
6、在压板12上设置压板间隙12-4，保证水射流直接切割到秸秆并避免旋转时与播种开沟器立柱6-1相接触。
附图说明
图1为基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置的轴测图；
图2为播种开沟器6的示意图；
图3为水射流喷头8与电机9的示意图；
图4为压板12与角度传感器11的示意图。
其中的附图标记为：
1、机架 2、中央控制器
3、蓄电池 4、水射流压力调节装置
5、“U”形螺栓连接件 6、播种开沟器
6-1、立柱 6-2、凸台连接结构
6-3、圆柱连接结构 6-4、导种管
6-5、孔状高度调节结构 6-6、开沟铲
7、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置
8、水射流喷头
8-1、水射流管道 8-2、夹持结构
8-3、板面连接件 8-4、柱状连接件
8-5、凸台连接配件 8-6、射流喷头主体
9、电机 10、液压油缸
11、角度传感器 12、压板
12-1、连接圆柱体 12-2、压板板面
12-3、连接杆件 12-4、压板间隙
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，包括机架1、中央控制器2、蓄电池3、水射流压力调节装置4、“U”形螺栓连接件5、播种开沟器6、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7、水射流喷头8、电机9、液压油缸10、角度传感器11和压板12。其中，
机架1水平布置。
中央控制器2固定在机架1上，分别与水射流压力调节装置4、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7、电机9、液压油缸10和角度传感器11电连接，分别接收秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7和角度传感器11的检测信号，控制水射流压力调节装置4调节射流压力、液压油缸10的伸缩长度和电机9的转动角度。
蓄电池3和水射流压力调节装置4固定在机架1上表面。蓄电池3与中央控制器2、水射流压力调节装置4、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7、电机9和角度传感器11连接并提供电源。
秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7固定在机架1下表面，并位于播种开沟器6的正前方。
如图2所示，播种开沟器6包括立柱6-1、导种管6-4和开沟铲6-6，其中，
立柱6-1的上端通过“U”形螺栓连接件5固定于机架1上。
立柱6-1上设有凸台连接结构6-2和圆柱连接结构6-3。
导种管6-4固定在播种开沟器6的后部。种子通过导种管6-4落入土壤中。
开沟铲6-6上设有孔状高度调节结构6-5。
如图3所示，水射流喷头8包括水射流管道8-1、夹持结构8-2、板面连接件8-3、柱状连接件8-4、凸台连接配件8-5和射流喷头主体8-6；其中，
射流喷头主体8-6由夹持结构8-2夹持固定，水射流管道8-1与射流喷头主体8-6密封连接。超高压水射流通过水射流管道8-1的运输，进入射流喷头主体8-6内部。优选地，调节夹持结构8-2的夹持位置能够调节，调节夹持结构8-2的上下位置，能够调节射流靶距。
板面连接件8-3的一端与夹持结构8-2固定连接，板面连接件8-3的另一端与柱状连接件8-4固定连接。凸台连接配件8-5通过螺丝与凸台连接结构6-2固定连接，并将柱状连接件8-4可转动地夹持在两个凸台连接配件8-5的中间。柱状连接件8-4水平布置，柱状连接件8-4的一端与电机9的动力输出轴固定连接。在电机9的转动驱动下，带动柱状连接件8-4旋转，柱状连接件8-4通过板面连接件8-3带动水射流喷头8转动，从而调节水射流喷头8的射流角度。因水射流喷头8的射流角度的不同，水射流喷头8的下部到压板12的垂直距离发生了变化，从而改变了射流靶距。
如图4所示，压板12包括压板板面12-2和连接杆件12-3，所述压板板面12-2和连接杆件12-3通过螺母固定连接。连接杆件12-3通过孔状高度调节结构6-5与播种开沟器6相连。可以手动选择孔状高度调节结构6-5的位置来预设压板12的高度。压板板面12-2的前部上表面设有连接圆柱体12-1。
在压板板面12-2的中间位置设有压板间隙12-4，压板间隙12-4包括位于后部的半圆形结构和位于前部的长方形结构。水射流喷头8喷出的射流能够通过压板间隙12-4上的长方形结构，直接作用在被压板12压实的秸秆上。压板间隙12-4上的半圆形结构能够避免旋转时压板12与播种开沟器6的立柱6-1相接触。
液压油缸10的上方固定端与播种开沟器6的圆柱连接结构6-3连接，液压油缸10的下方伸缩端与压板12的连接圆柱体12-1连接。通过液压油缸10的伸缩控制压板12与地表秸秆之间的压力。在中央控制器2中设置液压油缸10的伸缩范围，保证压板12在0～20°范围内旋转，即保持压板12与水射流喷头8之间具有一定的安全距离。
角度传感器11与连接杆件12-3固定连接。角度传感器11采集压板12的旋转角度，并反馈给中央控制器2。中央控制器2发出控制信号，控制电机9带动射流喷头8旋转，保证超高压水射流所喷出的水流与压板12之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距。
本发明的工作过程为：
在机具运行前，初始化调节压板12的高度保证压板12在秸秆上方水平放置，同时调节水射流喷头8的高度以保证与压板12之间的垂直距离。
在机具运行时，秸秆覆盖量与平均含水率检测装置7检测机具前方的秸秆覆盖量和平均含水率，并将检测结果反馈给中央控制器2。中央控制器2计算出有效切断秸秆的超高压水射流压力及压板压实秸秆的最小压力，然后通过水射流压力调节装置4调节超高压水射流压力，中央控制器2调节液压油缸10的伸缩长度，设置液压油缸10的伸缩范围，保证压板12在0～20°范围内旋转，即保持压板12与水射流喷头8之间具有一定的安全距离。压板12处的角度传感器11在检测到旋转角度后将信号反馈给中央控制器2。中央控制器2发出控制信号，控制电机9带动水射流喷头8旋转，保证超高压水射流喷头8所喷出的水流与压板12之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距，即在保证切割效果的条件下，实现最优化动力配备。
随着机具的前进，超高压水射流将播种开沟器前方的秸秆切断，播种开沟器6可以顺利完成开沟播种作业。
Claims (5)
1.基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，包括机架(1)，其特征在于：所述装置还包括中央控制器(2)、蓄电池(3)、水射流压力调节装置(4)、播种开沟器(6)、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置(7)、水射流喷头(8)、电机(9)、液压油缸(10)、角度传感器(11)和压板(12)；其中，
机架(1)水平布置；
中央控制器(2)固定在机架(1)上，分别与水射流压力调节装置(4)、秸秆覆盖量与平均含水率检测装置(7)、电机(9)、液压油缸(10)和角度传感器(11)电连接；
蓄电池(3)和水射流压力调节装置(4)固定在机架(1)上表面；
秸秆覆盖量与平均含水率检测装置(7)固定在机架(1)下表面，并位于播种开沟器(6)的正前方；
播种开沟器(6)包括立柱(6-1)、导种管(6-4)和开沟铲(6-6)，其中，
立柱(6-1)的上端通过“U”形螺栓连接件(5)固定于机架(1)上；
立柱(6-1)上设有凸台连接结构(6-2)和圆柱连接结构(6-3)；
导种管(6-4)固定在播种开沟器(6)的后部；
开沟铲(6-6)上设有孔状高度调节结构(6-5)；
水射流喷头(8)包括水射流管道(8-1)、夹持结构(8-2)、板面连接件(8-3)、柱状连接件(8-4)、凸台连接配件(8-5)和射流喷头主体(8-6)；其中，
射流喷头主体(8-6)由夹持结构(8-2)夹持固定，水射流管道(8-1)与射流喷头主体(8-6)密封连接；
板面连接件(8-3)的一端与夹持结构(8-2)固定连接，板面连接件(8-3)的另一端与柱状连接件(8-4)固定连接；凸台连接配件(8-5)与凸台连接结构(6-2)固定连接，并将柱状连接件(8-4)可转动地夹持在两个凸台连接配件(8-5)的中间；柱状连接件(8-4)水平布置，柱状连接件(8-4)的一端与电机(9)的动力输出轴固定连接；
压板(12)包括压板板面(12-2)和连接杆件(12-3)，所述压板板面(12-2)和连接杆件(12-3)固定连接；连接杆件(12-3)通过孔状高度调节结构(6-5)与播种开沟器(6)相连；压板板面(12-2)的前部上表面设有连接圆柱体(12-1)；
在压板板面(12-2)的中间位置设有压板间隙(12-4)；水射流喷头(8)喷出的射流通过所述压板间隙(12-4)，直接作用在被压板(12)压实的秸秆上；
液压油缸(10)的上方固定端与播种开沟器(6)的圆柱连接结构(6-3)连接，液压油缸(10)的下方伸缩端与压板(12)的连接圆柱体(12-1)连接；
角度传感器(11)与连接杆件(12-3)固定连接。
2.如权利要求1所述的基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，其特征在于：调节夹持结构(8-2)的夹持位置能够调节，调节夹持结构(8-2)的上下位置，能够调节射流靶距。
3.如权利要求1所述的基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，其特征在于：所述压板间隙(12-4)包括位于后部的半圆形结构和位于前部的长方形结构；水射流喷头(8)喷出的射流能够通过压板间隙(12-4)上的长方形结构，直接作用在被压板(12)压实的秸秆上；压板间隙(12-4)上的半圆形结构能够避免旋转时压板(12)与播种开沟器(6)的立柱(6-1)相接触。
4.如权利要求1所述的基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，其特征在于：在中央控制器(2)中设置液压油缸(10)的伸缩范围，保证压板(12)在0～20°范围内旋转，即保持压板(12)与水射流喷头(8)之间具有一定的安全距离。
5.如权利要求1所述的基于超高压水射流的智能切秆防堵开沟装置，其特征在于：角度传感器(11)采集压板(12)的旋转角度，并反馈给中央控制器(2)；中央控制器(2)发出控制信号，控制电机(9)带动射流喷头(8)旋转，保证超高压水射流所喷出的水流与压板(12)之间呈90°夹角，以维持当前条件下的最小射流靶距。
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| CN112369209A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-19 | 中国农业大学 | 免耕条件下辅助高压水射流切秆防堵的压秆装置 |
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2021
- 2021-03-30 CN CN202110338106.2A patent/CN113068481B/zh active Active
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| Title |
|---|
| 超高压水射流切秆装置免耕防堵效果研究;胡宏男等，;《农业工程技术》;20200725(第07期);全文 * |
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