CN113179715A - 免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统，包括监测系统和控制系统，监测系统包括播种深度检测机构、播种深度预测模型、压力预测模型以及镇压力检测机构；控制系统包括播种深度控制模型、下压力控制模型、镇压力控制模型、下压力调节机构、限深轮高度调节机构和镇压力调节机构；监测系统将播种深度监测机构采集的数据进行计算处理，通过播种深度预测模型获取播种作业时播种作业深度，通过压力预测模型获取播种单体下压力及镇压轮镇压力，通过镇压力调节机构实现镇压力的调节；下压力调节机构、限深轮高度调节机构与镇压力调节机构协同作用，保证免耕播种机播种深度与镇压力压力稳定的同时调节播种单体下压力。

Description

免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统
技术领域
本发明属于农业智能机械领域，尤其涉及免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统。
背景技术
播种深度简称播深，指的是种子上面所覆盖的土层的厚度，其作为评价播种质量的一个重要参考指标，播种精确与否决定出苗率、出苗齐整度及幼苗生长状况。播种机通过四连杆仿形机构对播种单体施加的下压力及播种后镇压轮对种沟的镇压力均会压实种子上面所覆盖的土壤，而适当的土壤压实有助于保证种子与土壤的良好接触，过度的土壤压实则会影响作物根系的延伸及水分的渗透，最终影响作物生长及产量。
免耕播种作业相较于传统播种作业，其播种作业地表未经旋耕整平处理，种沟土壤紧实度差异大，地表起伏大，地表结构复杂，对免耕播种机作业过程中播种深度与压力稳定性具有显著影响，容易造成播深与压力的波动比较大，导致种子出苗一致性差，作物产量降低等问题。
现有的免耕播种机多采用被动机械式弹簧进行仿形，播种作业前通过手动调节限深轮位置与弹簧伸长量对播种机播种深度及压力进行调节，但是却难以满足复杂多变的免耕作业环境。当遇到较硬地表时，被动机械式弹簧所提供的下压力不足，开沟器无法开沟入土，造成播深过浅甚至是晾种现象；当遇到较松软土壤时被动机械式弹簧反而容易造成播深过深、种沟土壤的过度压实。同时现有的主动式播种深度及下压力控制系统只是单一通过调节四连杆处的下压力来达到播深调节的目的，无法实现对播种深度及镇压力的直接调节与检测。
综上所述，如何对免耕播种机播种深度、镇压力以及下压力进行实时检测，并能够根据不同播种作业地表及工况实现播种深度与镇压力的自动调节，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统，包括监测系统和控制系统，其特征在于，
监测系统包括播种深度检测机构、播种深度预测模型、压力预测模型以及镇压力检测机构；
控制系统包括播种深度控制模型、下压力控制模型、镇压力控制模型、下压力调节机构1、限深轮高度调节机构4和镇压力调节机构7；
其中，播种深度监测机构采集播种作业过程中限深轮高度、压种轮高度、镇压轮高度信息以及限深轮3压力信息，镇压力检测机构采集镇压轮压力信息，将数据发送至监测系统进行计算处理，通过播种深度预测模型获取播种作业时播种作业深度，通过压力预测模型获取播种单体下压力及镇压轮镇压力，以此对免耕播种机实时作业状态进行监测；获取免耕播种机实时作业状态后，对播种机设定播种深度与实际播种深度进行对比，通过播种深度控制模型获取限深轮3的高度和调节量并将执行信号传递给限深轮高度调节机构4，通过下压力控制模型获取播种单体的下压力和调节量并将执行信号传递给下压力调节机构1，限深轮高度调节机构4与下压力调节机构1配合共同实现播种深度的自动调节；通过镇压力控制模型获取镇压轮508实时镇压力和调节量并将执行信号传递给镇压力调节机构7，通过镇压力调节机构7实现镇压力的调节；下压力调节机构1、限深轮高度调节机构4与镇压力调节机构7协同作用，保证免耕播种机播种深度与镇压力压力稳定的同时调节播种单体下压力。
优选的，所述调节系统还包括播种单体支架5和双圆盘开沟器2，下压力调节机构1安装于免耕播种机四连杆处，其中，下压力调节机构1一侧与免耕播种机主梁固连，另一侧与播种单体四连杆铰接；限深轮高度调节机构4与播种单体支架5固连；压种轮6安装于双圆盘开沟器2两开沟圆盘中心；镇压力调节机构7与播种单体支架5固连。
优选的，限深轮高度调节机构4包括播深调节推杆驱动电机301，播深调节推杆安装支架302，播深调节推杆303，压种轮角度传感器304，限深轮压力传感器305，播深调节手柄306，限深轮角度传感器307，限深轮支臂308，压种轮支臂309，其中，
播深调节推杆驱动电机301与播深调节推杆303固连，播深调节推杆驱动电机301旋转驱动播深调节推杆303伸缩；播深调节推杆安装支架302与播深调节推杆303及播种单体支架5固连，将播深调节推杆303与播种单体支架5相对位置固定；播深调节手柄306上开设有长槽孔，播深调节推杆303的头部插入播深调节手柄306上的长槽孔，播深调节推杆303伸出长度的变化带动播深调节推杆303头部在播深调节手柄306的长槽孔内滑动，从而引起播深调节手柄306前后位置变化以达到调节播种作业过程中限深轮3的高度的目的，以此实现双圆盘开沟器2开沟深度的调节，进而实现播种深度的直接调节。
压种轮角度传感器304用于检测压种轮支臂309的摆动角度，压种轮角度传感器304的安装座与播种单体支架5通过螺栓固定，压种轮角度传感器304的内轴心通过联轴器与压种轮支臂309的安装轴连接，压种轮6的上下摆动带动压种轮支臂309以其安装轴为中心摆动，从而带动压种轮角度传感器304的摆动，以此实现压种轮高度的检测；
限深轮压力传感器305用于检测限深轮3所承受的下压力，其为销轴式压力传感器，限深轮压力传感器305用于连接播深调节手柄306与播种单体支架5，限深轮压力传感器305与播种单体支架5固连，两者相对位置固定；播深调节手柄306以限深轮压力传感器305为回转轴相对转动，播深调节手柄306上端通过长槽孔部分与播深调节推杆303接触，播深调节手柄306下端与限深轮支臂308接触，播种作业过程中，检测播深调节推杆303的伸出长度及限深轮压力传感器305压力，并通过杠杆原理对限深轮3所承受的下压力进行计算；
限深轮角度传感器307设置有两个，分别用于检测播种单体两侧的两个限深轮3的摆动角度，限深轮角度传感器307的安装座与限深轮支臂308固连，限深轮角度传感器307的内轴心通过联轴器与限深轮支臂308的安装轴固定，限深轮3的摆动带动限深轮支臂308以其安装轴为中心转动，从而带动限深轮角度传感器307的安装座与轴心相互摆动，以此实现左右限深轮高度的检测。
优选的，播深调节推杆303行程120mm，播深调节推杆303推力≥1000N，推杆速度6～15mm/s；压种轮角度传感器304量程0～30°，限深轮角度传感器307量程0～45°；限深轮压力传感器305量程4000N。
优选的，下压力调节机构1包括四连杆角度传感器401，下压力空气弹簧上安装支架402，下压力调节空气弹簧403，下压力空气弹簧下安装座404，空气弹簧下安装支架405和播种单体安装支架406，其中，
四连杆角度传感器401的安装座与上四连杆固连，四连杆角度传感器401的内轴心通过联轴器与上四连杆安装螺栓固定，下压力空气弹簧上安装支架402与播种机主梁固连，下压力调节空气弹簧403的充气伸展推动下压力空气弹簧下安装座404向下运动，进而推动四连杆向下运动，随着四连杆的摆动带动四连杆角度传感器401的安装座与轴心相互摆动，以此实现四连杆摆动角度、下压力调节空气弹簧403伸长量及播种单体支架5相对位置的检测；
下压力空气弹簧下安装座404与四连杆的上连杆铰接，下压力空气弹簧下安装座404与空气弹簧下安装支架405通过螺栓及轴套铰接；空气弹簧下安装支架405与四连杆下连杆固定；播种单体安装支架406与播种单体支架5固连。
优选的，下压力空气弹簧5气囊直径60～80mm，工作行程≥120mm，输出力FN1满足3000N≥FN1≥0N；四连杆角度传感器401量程0～30°。
优选的，镇压力自动调节机构包括镇压轮连接座501，镇压轮角度传感器502，镇压轮角度传感器安装支架503，镇压轮压力传感器504，镇压力调节空气弹簧505，镇压力调节空气弹簧下安装轴506，镇压轮安装支架507以及镇压轮508，其中，
镇压轮连接座501与播种单体支架5固连，镇压轮角度传感器502轴心通过联轴器与镇压轮连接座501连接，镇压轮角度传感器502与镇压轮安装支架507通过镇压轮角度传感器安装支架503固定连接，镇压轮安装支架507上下摆动带动镇压轮角度传感器安装支架503进而带动镇压轮角度传感器502的轴心与安装座摆动，以此实现镇压轮摆动角度的检测；
镇压轮压力传感器504为膜盒式压力传感器，镇压轮压力传感器504的上端与镇压轮连接座501固连，镇压轮压力传感器504的下端与镇压力调节空气弹簧505固连，镇压轮压力传感器504通过测量镇压力调节空气弹簧505与镇压轮连接座501之间的压力实现镇压轮镇压力的测量；镇压力调节空气弹簧505下端通过镇压力调节空气弹簧下安装轴506与镇压轮安装支架507铰接；镇压轮508与镇压轮安装支架507铰接。
优选的，镇压轮角度传感器502量程0～45°；镇压轮压力传感器504量程3000N；镇压力调节空气弹簧505气囊直径60～80mm，工作行程≥150mm，输出力FN2满足3000N≥FN2≥0N。
优选的，作业时，通过压种轮角度传感器304检测压种轮6中心位置，确定双圆盘开沟器2沟底高度；通过限深轮角度传感器307检测限深轮3中心位置；通过镇压轮角度传感器502确定镇压轮508中心位置；通过限深轮压力传感器305检测限深轮3所承受的压力，确定限深轮3在下压力作用下的弹性变形量，进而确定播种时开沟器两侧地表高度；通过镇压轮压力传感器504检测镇压轮508所承受的压力，确定镇压轮508在镇压力作用下的弹性变形量，进而确定播种作业后种沟高度；通过对压种轮6、限深轮3及镇压轮508的位置检测及压种轮6、镇压轮508的压力检测确定播种作业后的播种深度。
优选的，播种作业过程中，当播种深度与镇压力调节系统检测到的播种深度过浅，播种单体下压力过小时，通过播种深度控制模型对目标播种深度与检测播种深度进行比对，通过驱动播深调节推杆驱动电机301，将播深调节推杆303推出，推动播深调节手柄306将限深轮3提升以此增大双圆盘开沟器2开沟深度，同时通过下压力控制模型对目标下压力与检测下压力进行比对，对下压力调节机构1中的下压力调节空气弹簧403进行充气，使播种单体下压力保持在合理范围内；与此同时，播种深度及播种单体下压力调节过程中，镇压力控制系统根据检测到的镇压轮508上的限深轮3变化高度、下压力调节空气弹簧403压力变化及镇压轮压力传感器504检测到的镇压力通过镇压力控制模型对镇压力调节空气弹簧505进行相应的放气。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明提供免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统，实现了播种机的播种深度、镇压力与下压力的综合控制，采用压力传感器与角度传感器对免耕播种机播种深度、镇压力、下压力进行实时检测，通过播深调节推杆推动播深调节手柄进行播种深度调节，通过对空气弹簧进行充放气调节播种机镇压力及下压力，能够根据不同播种作业地表及工况实现播种深度与镇压力的自动调节。
附图说明
图1为本发明的控制方法流程图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的限深轮高度调节机构的结构示意图；
图4为本发明的下压力调节机构的结构示意图；
图5为本发明的镇压力调节机构的结构示意图。
图中附图标记为：
1-下压力调节机构、2-双圆盘开沟器、3-限深轮、4-限深轮高度调节机构、5-播种单体支架、6-压种轮、7-镇压力调节机构，301-播深调节推杆驱动电机，302-播深调节推杆安装支架，303-播深调节推杆，304-压种轮角度传感器，305-限深轮压力传感器，306-播深调节手柄，307-限深轮角度传感器，308-限深轮支臂，309-压种轮支臂，401-四连杆角度传感器，402-下压力空气弹簧上安装支架，403-下压力调节空气弹簧，404-下压力空气弹簧下安装座，405-空气弹簧下安装支架，406-播种单体安装支架，501-镇压轮连接座，502-镇压轮角度传感器，503-镇压轮角度传感器安装支架，504-镇压轮压力传感器，505-镇压力调节空气弹簧，506-镇压力调节空气弹簧下安装轴，507-镇压轮安装支架。508-镇压轮。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个宽泛实施例中，免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统，包括监测系统和控制系统，其特征在于，
监测系统包括播种深度检测机构、播种深度预测模型、压力预测模型以及镇压力检测机构；
控制系统包括播种深度控制模型、下压力控制模型、镇压力控制模型、下压力调节机构1、限深轮高度调节机构4和镇压力调节机构7；
其中，播种深度监测机构采集播种作业过程中限深轮高度、压种轮高度、镇压轮高度信息以及限深轮3压力信息，镇压力检测机构采集镇压轮压力信息，将数据发送至监测系统进行计算处理，通过播种深度预测模型获取播种作业时播种作业深度，通过压力预测模型获取播种单体下压力及镇压轮镇压力，以此对免耕播种机实时作业状态进行监测；获取免耕播种机实时作业状态后，对播种机设定播种深度与实际播种深度进行对比，通过播种深度控制模型获取限深轮3的高度和调节量并将执行信号传递给限深轮高度调节机构4，通过下压力控制模型获取播种单体的下压力和调节量并将执行信号传递给下压力调节机构1，限深轮高度调节机构4与下压力调节机构1配合共同实现播种深度的自动调节；通过镇压力控制模型获取镇压轮508实时镇压力和调节量并将执行信号传递给镇压力调节机构7，通过镇压力调节机构7实现镇压力的调节；下压力调节机构1、限深轮高度调节机构4与镇压力调节机构7协同作用，保证免耕播种机播种深度与镇压力压力稳定的同时调节播种单体下压力。
优选的，所述调节系统还包括播种单体支架5和双圆盘开沟器2，下压力调节机构1安装于免耕播种机四连杆处，其中，下压力调节机构1一侧与免耕播种机主梁固连，另一侧与播种单体四连杆铰接；限深轮高度调节机构4与播种单体支架5固连；压种轮6安装于双圆盘开沟器2两开沟圆盘中心；镇压力调节机构7与播种单体支架5固连。
优选的，限深轮高度调节机构4包括播深调节推杆驱动电机301，播深调节推杆安装支架302，播深调节推杆303，压种轮角度传感器304，限深轮压力传感器305，播深调节手柄306，限深轮角度传感器307，限深轮支臂308，压种轮支臂309，其中，
播深调节推杆驱动电机301与播深调节推杆303固连，播深调节推杆驱动电机301旋转驱动播深调节推杆303伸缩；播深调节推杆安装支架302与播深调节推杆303及播种单体支架5固连，将播深调节推杆303与播种单体支架5相对位置固定；播深调节手柄306上开设有长槽孔，播深调节推杆303的头部插入播深调节手柄306上的长槽孔，播深调节推杆303伸出长度的变化带动播深调节推杆303头部在播深调节手柄306的长槽孔内滑动，从而引起播深调节手柄306前后位置变化以达到调节播种作业过程中限深轮3的高度的目的，以此实现双圆盘开沟器2开沟深度的调节，进而实现播种深度的直接调节。
压种轮角度传感器304用于检测压种轮支臂309的摆动角度，压种轮角度传感器304的安装座与播种单体支架5通过螺栓固定，压种轮角度传感器304的内轴心通过联轴器与压种轮支臂309的安装轴连接，压种轮6的上下摆动带动压种轮支臂309以其安装轴为中心摆动，从而带动压种轮角度传感器304的摆动，以此实现压种轮高度的检测；
限深轮压力传感器305用于检测限深轮3所承受的下压力，其为销轴式压力传感器，限深轮压力传感器305用于连接播深调节手柄306与播种单体支架5，限深轮压力传感器305与播种单体支架5固连，两者相对位置固定；播深调节手柄306以限深轮压力传感器305为回转轴相对转动，播深调节手柄306上端通过长槽孔部分与播深调节推杆303接触，播深调节手柄306下端与限深轮支臂308接触，播种作业过程中，检测播深调节推杆303的伸出长度及限深轮压力传感器305压力，并通过杠杆原理对限深轮3所承受的下压力进行计算；
限深轮角度传感器307设置有两个，分别用于检测播种单体两侧的两个限深轮3的摆动角度，限深轮角度传感器307的安装座与限深轮支臂308固连，限深轮角度传感器307的内轴心通过联轴器与限深轮支臂308的安装轴固定，限深轮3的摆动带动限深轮支臂308以其安装轴为中心转动，从而带动限深轮角度传感器307的安装座与轴心相互摆动，以此实现左右限深轮高度的检测。
优选的，播深调节推杆303行程120mm，播深调节推杆303推力≥1000N，推杆速度6～15mm/s；压种轮角度传感器304量程0～30°，限深轮角度传感器307量程0～45°；限深轮压力传感器305量程4000N。
优选的，下压力调节机构1包括四连杆角度传感器401，下压力空气弹簧上安装支架402，下压力调节空气弹簧403，下压力空气弹簧下安装座404，空气弹簧下安装支架405和播种单体安装支架406，其中，
四连杆角度传感器401的安装座与上四连杆固连，四连杆角度传感器401的内轴心通过联轴器与上四连杆安装螺栓固定，下压力空气弹簧上安装支架402与播种机主梁固连，下压力调节空气弹簧403的充气伸展推动下压力空气弹簧下安装座404向下运动，进而推动四连杆向下运动，随着四连杆的摆动带动四连杆角度传感器401的安装座与轴心相互摆动，以此实现四连杆摆动角度、下压力调节空气弹簧403伸长量及播种单体支架5相对位置的检测；
下压力空气弹簧下安装座404与四连杆的上连杆铰接，下压力空气弹簧下安装座404与空气弹簧下安装支架405通过螺栓及轴套铰接；空气弹簧下安装支架405与四连杆下连杆固定；播种单体安装支架406与播种单体支架5固连。
优选的，下压力空气弹簧5气囊直径60～80mm，工作行程≥120mm，输出力FN1满足3000N≥FN1≥0N；四连杆角度传感器401量程0～30°。
优选的，镇压力自动调节机构包括镇压轮连接座501，镇压轮角度传感器502，镇压轮角度传感器安装支架503，镇压轮压力传感器504，镇压力调节空气弹簧505，镇压力调节空气弹簧下安装轴506，镇压轮安装支架507以及镇压轮508，其中，
镇压轮连接座501与播种单体支架5固连，镇压轮角度传感器502轴心通过联轴器与镇压轮连接座501连接，镇压轮角度传感器502与镇压轮安装支架507通过镇压轮角度传感器安装支架503固定连接，镇压轮安装支架507上下摆动带动镇压轮角度传感器安装支架503进而带动镇压轮角度传感器502的轴心与安装座摆动，以此实现镇压轮摆动角度的检测；
镇压轮压力传感器504为膜盒式压力传感器，镇压轮压力传感器504的上端与镇压轮连接座501固连，镇压轮压力传感器504的下端与镇压力调节空气弹簧505固连，镇压轮压力传感器504通过测量镇压力调节空气弹簧505与镇压轮连接座501之间的压力实现镇压轮镇压力的测量；镇压力调节空气弹簧505下端通过镇压力调节空气弹簧下安装轴506与镇压轮安装支架507铰接；镇压轮508与镇压轮安装支架507铰接。
优选的，镇压轮角度传感器502量程0～45°；镇压轮压力传感器504量程3000N；镇压力调节空气弹簧505气囊直径60～80mm，工作行程≥150mm，输出力FN2满足3000N≥FN2≥0N。
优选的，作业时，通过压种轮角度传感器304检测压种轮6中心位置，确定双圆盘开沟器2沟底高度；通过限深轮角度传感器307检测限深轮3中心位置；通过镇压轮角度传感器502确定镇压轮508中心位置；通过限深轮压力传感器305检测限深轮3所承受的压力，确定限深轮3在下压力作用下的弹性变形量，进而确定播种时开沟器两侧地表高度；通过镇压轮压力传感器504检测镇压轮508所承受的压力，确定镇压轮508在镇压力作用下的弹性变形量，进而确定播种作业后种沟高度；通过对压种轮6、限深轮3及镇压轮508的位置检测及压种轮6、镇压轮508的压力检测确定播种作业后的播种深度。
优选的，播种作业过程中，当播种深度与镇压力调节系统检测到的播种深度过浅，播种单体下压力过小时，通过播种深度控制模型对目标播种深度与检测播种深度进行比对，通过驱动播深调节推杆驱动电机301，将播深调节推杆303推出，推动播深调节手柄306将限深轮3提升以此增大双圆盘开沟器2开沟深度，同时通过下压力控制模型对目标下压力与检测下压力进行比对，对下压力调节机构1中的下压力调节空气弹簧403进行充气，使播种单体下压力保持在合理范围内；与此同时，播种深度及播种单体下压力调节过程中，镇压力控制系统根据检测到的镇压轮508上的限深轮3变化高度、下压力调节空气弹簧403压力变化及镇压轮压力传感器504检测到的镇压力通过镇压力控制模型对镇压力调节空气弹簧505进行相应的放气。
下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了免耕播种机播种深度与镇压力调节系统控制方法流程图，如图1所示，播种深度监测系统通过角度传感器采集播种作业过程中限深轮高度、压种轮高度及镇压轮高度信息同时通过压力传感器采集限深轮压力信息及镇压轮压力信息，将数据发送至监测系统进行计算处理，通过播种深度预测模型获取播种作业时播种作业深度，通过压力预测模型获取播种单体下压力及镇压轮镇压力，以此对免耕播种机实时作业状态进行监测。获取免耕播种机实时作业状态后，对播种机设定播种深度与实际播种深度进行对比，通过播种深度控制模型确定播种深度调节推杆位移量，通过下压力控制模型获取下压力调节空气弹簧403充放气体积，通过镇压力控制模型确定镇压力调节空气弹簧505充放气量，三者协同作用，保证免耕播种机播种深度与镇压力压力稳定的同时调节播种单体下压力。
图2示出了免耕播种机播种深度与镇压力调节系统的结构示意图，如图所示控制系统包括：下压力调节机构1、双圆盘开沟器2、限深轮3、限深轮高度调节机构4、播种单体支架5、压种轮6、镇压力调节机构7。下压力调节机构1安装于免耕播种机四连杆处，下压力调节机构1一侧与免耕播种机主梁固连，另一侧与播种单体四连杆铰接；限深轮高度调节机构4与播种单体支架5通过螺栓固连；压种轮6安装于双圆盘开沟器2两开沟圆盘中心；镇压力调节机构7通过螺栓与播种单体支架5固连。
图3示出了免耕播种机播种深度直接检测机构及调节机构结构示意图，如图所示机构包括：播深调节推杆驱动电机301，播深调节推杆安装支架302，播深调节推杆303，压种轮角度传感器304，限深轮压力传感器305，播深调节手柄306，限深轮角度传感器307，限深轮支臂308，压种轮支臂309。
其中播深调节推杆驱动电机301通过螺栓与播深调节推杆303固连，通过驱动电机旋转驱动播深调节推杆303伸缩；播深调节推杆安装支架302通过螺栓与播深调节推杆303及播种单体支架5固连，将播深调节推杆303与播种单体支架5相对位置固定；播深调节手柄306上设计有长槽孔，播深调节推杆303头部插入播深调节手柄306上的长槽孔，随着播深调节推杆驱动电机301的旋转，随着播深调节推杆303伸出长度的变化，播深调节推杆303头部在播深调节手柄306的长槽孔内滑动，播深调节手柄306前后位置变化，从而调节播种作业过程中限深轮3的高度，以此实现双圆盘开沟器2开沟深度的调节，进而实现播种深度的直接调节。
其中压种轮角度传感器304用于检测压种轮支臂309的摆动角度，其安装座与播种单体支架5通过螺栓固定，其内轴心通过联轴器与压种轮支臂309的安装轴连接，随着压种轮6的上下摆动，带动压种轮支臂309以其安装轴为中心摆动，从而带动压种轮角度传感器304的摆动，以此实现压种轮高度的检测。
其中限深轮压力传感器305用于限深轮3所承受的下压力，其为销轴式压力传感器，用于连接播深调节手柄306与播种单体支架5，其与播种单体支架5通过螺栓固连，两者相对位置固定；播深调节手柄306可以限深轮压力传感器305为回转轴相对转动，其上端长槽孔部分与播深调节推杆303接触，下端与限深轮支臂308接触，播种作业过程中通过检测播深调节推杆303的伸出长度及限深轮压力传感器305压力可通过杠杆原理对限深轮3所承受的下压力进行计算。
其中限深轮角度传感器307共2个，分别用于检测播种单体两侧两限深轮3的摆动角度，其安装座与限深轮支臂308通过螺栓固连，其内轴心通过联轴器与限深轮支臂308的安装轴固定，随着限深轮3的摆动，带动限深轮支臂308以其安装轴为中心转动，从而带动限深轮角度传感器307安装座与轴心的相互摆动，以此实现左右限深轮高度的检测。
本实施例中播深调节推杆303行程120mm，推力≥1000N，推杆速度6～15mm/s；压种轮角度传感器304量程0～30°，限深轮角度传感器307量程0～45°；限深轮压力传感器305量程4000N。
图4示出了免耕播种机播种单体下压力调节机构1结构示意图，如图所示机构包括：四连杆角度传感器401，下压力空气弹簧上安装支架402，下压力调节空气弹簧403，下压力空气弹簧下安装座404，空气弹簧下安装支架405，播种单体安装支架406。
其中四连杆角度传感器401安装座通过螺栓与上四连杆固连，其内轴心通过联轴器与上四连杆安装螺栓固定，下压力空气弹簧上安装支架402通过焊接与播种机主梁固连，随着下压力调节空气弹簧403的充气伸展，空气弹簧推动下压力空气弹簧下安装座404向下运动，进而推动四连杆向下运动，随着四连杆的摆动带动四连杆角度传感器401安装座与轴心相互摆动，以此实现四连杆摆动角度、下压力调节空气弹簧403伸长量及播种单体支架5相对位置的检测。
其中下压力空气弹簧下安装座404通过螺栓及轴套与四连杆上连杆铰接，下压力空气弹簧下安装座404与空气弹簧下安装支架405通过螺栓及轴套铰接；空气弹簧下安装支架405通过焊接的方式与四连杆下连杆固定；播种单体安装支架406通过螺栓与播种单体支架5固连。
本实施例中下压力空气弹簧5气囊直径60～80mm，工作行程≥120mm，输出力FN1满足3000N≥FN1≥0N；四连杆角度传感器401量程0～30°。
图5示出了免耕播种机镇压力自动调节机构结构示意图，如图所示装置结构包括：镇压轮连接座501，镇压轮角度传感器502，镇压轮角度传感器安装支架503，镇压轮压力传感器504，镇压力调节空气弹簧505，镇压力调节空气弹簧下安装轴506，镇压轮安装支架507，镇压轮508。
其中镇压轮连接座501通过螺栓与播种单体支架5固连，镇压轮角度传感器502轴心通过联轴器与镇压轮连接座501连接，通过镇压轮角度传感器安装支架503将镇压轮角度传感器502与镇压轮安装支架507固定，当镇压轮安装支架507上下摆动时带动镇压轮角度传感器安装支架503进而带动镇压轮角度传感器502的轴心与安装座摆动，以此实现镇压轮摆动角度的检测。
其中镇压轮压力传感器504为膜盒式压力传感器，其上端通过螺纹孔与镇压轮连接座501固连，下端通过螺纹与镇压力调节空气弹簧505固连，压力传感器通过测量镇压力调节空气弹簧505与镇压轮连接座501之间的压力实现镇压轮镇压力的测量；镇压力调节空气弹簧505下端通过镇压力调节空气弹簧下安装轴506与镇压轮安装支架507铰接；镇压轮508通过螺栓与镇压轮安装支架507铰接。
本实施例中镇压轮角度传感器502量程0～45°；压力传感器量程3000N；镇压力调节空气弹簧505气囊直径60～80mm，工作行程≥150mm，输出力FN2满足3000N≥FN2≥0N
作业时，通过压种轮角度传感器304检测压种轮6中心位置，确定双圆盘开沟器2沟底高度；通过限深轮角度传感器307检测限深轮3中心位置；通过镇压轮角度传感器502确定镇压轮508中心位置；通过限深轮压力传感器305检测限深轮3所承受的压力，确定限深轮3在下压力作用下的弹性变形量，进而确定播种时开沟器两侧地表高度；通过镇压轮压力传感器504检测镇压轮508所承受的压力，确定镇压轮508在镇压力作用下的弹性变形量，进而确定播种作业后种沟高度，通过对压种轮6、限深轮3及镇压轮508的位置检测及压种轮6、镇压轮508的压力检测确定播种作业后的播种深度。
进一步地，播种作业过程中当播种深度与镇压力调节系统检测到的播种深度过浅，播种单体下压力过小时，通过播种深度控制模型对目标播种深度与检测播种深度进行比对，通过驱动播深调节推杆驱动电机301，将播深调节推杆303推出，推动播深调节手柄306将限深轮3提升以此增大双圆盘开沟器2开沟深度，同时通过下压力控制模型对目标下压力与检测下压力进行比对，对下压力调节机构1中的下压力调节空气弹簧403进行充气，使播种单体下压力保持在合理范围内。
与此同时，播种深度及播种单体下压力调节过程中，镇压力控制系统根据检测到的镇压轮508上的限深轮3变化高度、下压力调节空气弹簧403压力变化及镇压轮压力传感器504检测到的镇压力通过镇压力控制模型对镇压力调节空气弹簧505进行相应的放气。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.免耕播种机主动式播种深度与镇压力调节系统，包括监测系统和控制系统，其特征在于，
监测系统包括播种深度检测机构、播种深度预测模型、压力预测模型以及镇压力检测机构；
控制系统包括播种深度控制模型、下压力控制模型、镇压力控制模型、下压力调节机构(1)、限深轮高度调节机构(4)和镇压力调节机构(7)；
其中，播种深度监测机构采集播种作业过程中限深轮高度、压种轮高度、镇压轮高度信息以及限深轮(3)压力信息，镇压力检测机构采集镇压轮压力信息，将数据发送至监测系统进行计算处理，通过播种深度预测模型获取播种作业时播种作业深度，通过压力预测模型获取播种单体下压力及镇压轮镇压力，以此对免耕播种机实时作业状态进行监测；获取免耕播种机实时作业状态后，对播种机设定播种深度与实际播种深度进行对比，通过播种深度控制模型获取限深轮(3)的高度和调节量并将执行信号传递给限深轮高度调节机构(4)，通过下压力控制模型获取播种单体的下压力和调节量并将执行信号传递给下压力调节机构(1)，限深轮高度调节机构(4)与下压力调节机构(1)配合共同实现播种深度的自动调节；通过镇压力控制模型获取镇压轮(508)实时镇压力和调节量并将执行信号传递给镇压力调节机构(7)，通过镇压力调节机构(7)实现镇压力的调节；下压力调节机构(1)、限深轮高度调节机构(4)与镇压力调节机构(7)协同作用，保证免耕播种机播种深度与镇压力压力稳定的同时调节播种单体下压力。
2.根据权利要求1所述的调节系统，其特征在于，所述调节系统还包括播种单体支架(5)和双圆盘开沟器(2)，下压力调节机构(1)安装于免耕播种机四连杆处，其中，下压力调节机构(1)一侧与免耕播种机主梁固连，另一侧与播种单体四连杆铰接；限深轮高度调节机构(4)与播种单体支架(5)固连；压种轮(6)安装于双圆盘开沟器(2)两开沟圆盘中心；镇压力调节机构(7)与播种单体支架(5)固连。
3.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，限深轮高度调节机构(4)包括播深调节推杆驱动电机(301)，播深调节推杆安装支架(302)，播深调节推杆(303)，压种轮角度传感器(304)，限深轮压力传感器(305)，播深调节手柄(306)，限深轮角度传感器(307)，限深轮支臂(308)，压种轮支臂(309)，其中，
播深调节推杆驱动电机(301)与播深调节推杆(303)固连，播深调节推杆驱动电机(301)旋转驱动播深调节推杆(303)伸缩；播深调节推杆安装支架(302)与播深调节推杆(303)及播种单体支架(5)固连，将播深调节推杆(303)与播种单体支架(5)相对位置固定；播深调节手柄(306)上开设有长槽孔，播深调节推杆(303)的头部插入播深调节手柄(306)上的长槽孔，播深调节推杆(303)伸出长度的变化带动播深调节推杆(303)头部在播深调节手柄(306)的长槽孔内滑动，从而引起播深调节手柄(306)前后位置变化以达到调节播种作业过程中限深轮(3)的高度的目的，以此实现双圆盘开沟器(2)开沟深度的调节，进而实现播种深度的直接调节；
压种轮角度传感器(304)用于检测压种轮支臂(309)的摆动角度，压种轮角度传感器(304)的安装座与播种单体支架(5)通过螺栓固定，压种轮角度传感器(304)的内轴心通过联轴器与压种轮支臂(309)的安装轴连接，压种轮(6)的上下摆动带动压种轮支臂(309)以其安装轴为中心摆动，从而带动压种轮角度传感器(304)的摆动，以此实现压种轮高度的检测；
限深轮压力传感器(305)用于检测限深轮(3)所承受的下压力，其为销轴式压力传感器，限深轮压力传感器(305)用于连接播深调节手柄(306)与播种单体支架(5)，限深轮压力传感器(305)与播种单体支架(5)固连，两者相对位置固定；播深调节手柄(306)以限深轮压力传感器(305)为回转轴相对转动，播深调节手柄(306)上端通过长槽孔部分与播深调节推杆(303)接触，播深调节手柄(306)下端与限深轮支臂(308)接触，播种作业过程中，检测播深调节推杆(303)的伸出长度及限深轮压力传感器(305)压力，并通过杠杆原理对限深轮(3)所承受的下压力进行计算；
限深轮角度传感器(307)设置有两个，分别用于检测播种单体两侧的两个限深轮(3)的摆动角度，限深轮角度传感器(307)的安装座与限深轮支臂(308)固连，限深轮角度传感器(307)的内轴心通过联轴器与限深轮支臂(308)的安装轴固定，限深轮(3)的摆动带动限深轮支臂(308)以其安装轴为中心转动，从而带动限深轮角度传感器(307)的安装座与轴心相互摆动，以此实现左右限深轮高度的检测。
4.根据权利要求3所述的调节系统，其特征在于，播深调节推杆(303)行程120mm，播深调节推杆(303)推力≥1000N，推杆速度6～15mm/s；压种轮角度传感器(304)量程0～30°，限深轮角度传感器(307)量程0～45°；限深轮压力传感器(305)量程4000N。
5.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，下压力调节机构(1)包括四连杆角度传感器(401)，下压力空气弹簧上安装支架(402)，下压力调节空气弹簧(403)，下压力空气弹簧下安装座(404)，空气弹簧下安装支架(405)和播种单体安装支架(406)，其中，
四连杆角度传感器(401)的安装座与上四连杆固连，四连杆角度传感器(401)的内轴心通过联轴器与上四连杆安装螺栓固定，下压力空气弹簧上安装支架(402)与播种机主梁固连，下压力调节空气弹簧(403)的充气伸展推动下压力空气弹簧下安装座(404)向下运动，进而推动四连杆向下运动，随着四连杆的摆动带动四连杆角度传感器(401)的安装座与轴心相互摆动，以此实现四连杆摆动角度、下压力调节空气弹簧(403)伸长量及播种单体支架(5)相对位置的检测；
下压力空气弹簧下安装座(404)与四连杆的上连杆铰接，下压力空气弹簧下安装座(404)与空气弹簧下安装支架(405)通过螺栓及轴套铰接；空气弹簧下安装支架(405)与四连杆下连杆固定；播种单体安装支架(406)与播种单体支架(5)固连。
6.根据权利要求5所述的调节系统，其特征在于，下压力空气弹簧(5)气囊直径60～80mm，工作行程≥(120)mm，输出力FN(1)满足3000N≥FN(1)≥0)N；四连杆角度传感器(401)量程0～30°。
7.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，镇压力自动调节机构包括镇压轮连接座(501)，镇压轮角度传感器(502)，镇压轮角度传感器安装支架(503)，镇压轮压力传感器(504)，镇压力调节空气弹簧(505)，镇压力调节空气弹簧下安装轴(506)，镇压轮安装支架(507)以及镇压轮(508)，其中，
镇压轮连接座(501)与播种单体支架(5)固连，镇压轮角度传感器(502)轴心通过联轴器与镇压轮连接座(501)连接，镇压轮角度传感器(502)与镇压轮安装支架(507)通过镇压轮角度传感器安装支架(503)固定连接，镇压轮安装支架(507)上下摆动带动镇压轮角度传感器安装支架(503)进而带动镇压轮角度传感器(502)的轴心与安装座摆动，以此实现镇压轮摆动角度的检测；
镇压轮压力传感器(504)为膜盒式压力传感器，镇压轮压力传感器(504)的上端与镇压轮连接座(501)固连，镇压轮压力传感器(504)的下端与镇压力调节空气弹簧(505)固连，镇压轮压力传感器(504)通过测量镇压力调节空气弹簧(505)与镇压轮连接座(501)之间的压力实现镇压轮镇压力的测量；镇压力调节空气弹簧(505)下端通过镇压力调节空气弹簧下安装轴(506)与镇压轮安装支架(507)铰接；镇压轮(508)与镇压轮安装支架(507)铰接。
8.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，镇压轮角度传感器(502)量程0～45°；镇压轮压力传感器(504)量程3000N；镇压力调节空气弹簧(505)气囊直径60～80mm，工作行程≥150mm，输出力FN(2)满足3000N≥FN(2)≥0N。
9.根据权利要求1-8任一所述的调节系统，其特征在于，作业时，通过压种轮角度传感器(304)检测压种轮(6)中心位置，确定双圆盘开沟器(2)沟底高度；通过限深轮角度传感器(307)检测限深轮(3)中心位置；通过镇压轮角度传感器(502)确定镇压轮(508)中心位置；通过限深轮压力传感器(305)检测限深轮(3)所承受的压力，确定限深轮(3)在下压力作用下的弹性变形量，进而确定播种时开沟器两侧地表高度；通过镇压轮压力传感器(504)检测镇压轮(508)所承受的压力，确定镇压轮(508)在镇压力作用下的弹性变形量，进而确定播种作业后种沟高度；通过对压种轮(6)、限深轮(3)及镇压轮(508)的位置检测及压种轮(6)、镇压轮(508)的压力检测确定播种作业后的播种深度。
10.根据权利要求9所述的调节系统，其特征在于，播种作业过程中，当播种深度与镇压力调节系统检测到的播种深度过浅，播种单体下压力过小时，通过播种深度控制模型对目标播种深度与检测播种深度进行比对，通过驱动播深调节推杆驱动电机(301)，将播深调节推杆(303)推出，推动播深调节手柄(306)将限深轮(3)提升以此增大双圆盘开沟器(2)开沟深度，同时通过下压力控制模型对目标下压力与检测下压力进行比对，对下压力调节机构(1)中的下压力调节空气弹簧(403)进行充气，使播种单体下压力保持在合理范围内；与此同时，播种深度及播种单体下压力调节过程中，镇压力控制系统根据检测到的镇压轮(508)上的限深轮(3)变化高度、下压力调节空气弹簧(403)压力变化及镇压轮压力传感器(504)检测到的镇压力通过镇压力控制模型对镇压力调节空气弹簧(505)进行相应的放气。
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