CN114503801B - 一种入土深度自动调控的高速拨茬单体 - Google Patents
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Abstract
一种入土深度自动调控的高速拨茬单体属农业机械技术领域，本发明由连杆仿形机构、限深轮组件、拨茬轮组件、气动系统、电控系统和机架组成，本发明采用压力传感器、加速度传感器与双空气弹簧、限深轮协同配合作用，能解决现有技术中在少、免耕田地中作业时，拨茬轮入土深度稳定性和仿形灵敏度易受作业环境、速度影响的技术难题，同时能避免拨茬轮入土深度不稳定，导致的清秸拨茬效果不一致的现象，拨茬单体与播种单体分离，减少对播种作业不良影响，能为作物播种、施肥作业提供优质的种床条件；本发明结构简单、易于调控，适用于秸秆覆盖地及不平整地块的清秸拨茬作业，且清秸效果好。
Description
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种入土深度自动调控的高速拨茬单体。
背景技术
种床清理是少、免耕播种的主要技术难点，拨茬机构可以捡拾并翻抛秸秆及杂草，清理种床，提高地温，增加免耕播种机的通过性，降低机具堵塞，提高播种质量。作物收获后留存在地表上作物秸秆、根茬和杂草，种床清秸拨茬作业前后的秸秆覆盖率差值即为种床清秸率，拨茬机构的种床清秸率直接影响免耕播种机的作业质量及种子发芽一致性。在拨茬轮实际作业中，保证拨茬轮轮齿入土深度稳定一致可保证种床清秸率的一致性。
现有的拨茬装置多采用被动机械式仿形，通过单铰链的方式与播种单体连接，拨茬装置在上下仿形的时绕铰链点摆动，不断改变拨茬轮设定的作业参数，影响拨茬轮作业性能的稳定性。作业时，拨茬深度由土壤阻力、单体自身重力平衡决定。少、免耕作业条件下，由于田间地表平整度差，土壤坚实度不一，秸秆残留物覆盖不均匀等诸多问题，使得拨茬轮入土深度稳定性差，高速作业时仿形灵敏度低，造成种床清秸率低，清秸一致性差。此外，与播种单体铰接的拨茬装置会对播种单体产生不良反作用力，增大播种单体振动，降低播种机开沟稳定性及后续播种、施肥作业效果。
国内对拨茬轮主动仿形装置的研究较少，尚处于起步阶段。现有的主动式拨茬控制装置通过S型压力传感器监测拨茬轮对地压力变化，实时将监测到的压力信号转换为拨茬轮作业幅宽信号，根据该信号驱动电动推杆控制平行四连杆机构动作，平行四连杆机构带动拨茬轮实现其作业幅宽的控制。该主动仿形拨茬装置虽然能够在起伏地面实时调整作业幅宽，但在田间土壤坚实度变化大时，压力传感器并不能准确反映拨茬轮实际作业幅宽。此外，在进行田间高速拨茬作业时，采用电动推杆的主动仿形机构的响应速度较慢，仿形灵敏度不足，装置易受冲击，无法保证拨茬效果一致性。
膜式空气弹簧具有良好的工作特性，在其内部气压一定时，静刚度近乎不变，空气弹簧在一定工作高度范围内承受的载荷变化趋于平稳；动刚度具有非线性，空气弹簧振动过程中被拉伸或压缩时，其刚度迅速下降或上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境适应能力强、作业适应速度高的拨茬轮入土深度自动控制装置，该装置能够使拨茬轮在地表平整度差，土壤坚实度变化大，秸秆残留物覆盖不均匀地块高速作业时自动调控拨茬轮处于设定的入土深度及合适的仿形灵敏度，从而保证清秸率的一致性、稳定性。
本发明选择以种床带清秸率只与拨茬轮入土深度有关设计基础，拨茬轮底部与限深轮14底部的高度差为其入土深度，拨茬单体作业时，拨茬深度由拨茬轮受到的阻力、双空气弹簧作用力、拨茬单体自身重力平衡决定，要求限深轮对地表始终保持适当压力才能保证拨茬轮入土深度一致性，双空气弹簧作用力使得拨茬单体产生对地表的额外压力，此时，拨茬单体对地表的压力是单体重力、拨茬轮阻力和可控的双空气弹簧下压力综合作用的结果。
本发明的入土深度自动调控的高速拨茬单体，由连杆仿形机构A、限深轮组件B、拨茬轮组件C、气动系统D、电控系统E和机架1组成，其中所述的连杆仿形机构A由连杆架A1、上杆组件A2、下杆组件A3、左轮架A4、右轮架A5和中轮架A6组成，左轮架A4上设有左下孔a20、左后孔a21，右轮架A5上设有右下孔a25、右后孔a26；限深轮组件B由限深轮臂B1、调节手柄12、压力传感器13、限深轮14组成，限深轮臂B1上设有后孔对a29；所述的拨茬轮组件C由左拨茬轮组件C1和右拨茬轮组件C2组成，左拨茬轮组件C1中有左安装轴16，右拨茬轮组件C2中有右安装轴19；所述的气动系统D由电源21、继电器22、空气压缩机23、储气罐24、泄气阀25、过滤器26、电气比例阀27、后空气弹簧5、前空气弹簧7组成，其中电源21、继电器22、空气压缩机23、储气罐24、泄气阀25、过滤器26、电气比例阀27依次连接；两电气比例阀27通过气管分别与后空气弹簧5、前空气弹簧7连接，电气比例阀27、继电器22通过导线与微控制器29连接，接收微控制器29输出控制信号，实现对空气弹簧、空气压缩机23的控制；所述的电控系统E由信息采集单元E1、信号调理单元E2、微控制器29、触摸显示屏30组成，其中所述的信息采集系统E1由压力传感器13、加速度传感器2、气压传感器28组成，压力传感器13监测单体作业时的对地下压力，加速度传感器2监测单体对地仿形作业时的加速度，气压传感器28监测储气罐24内气压；压力传感器13为轴销式压力传感器，加速度传感器2为压电式加速度传感器，气压传感器28为气压用数字气压传感器；加速度传感器2固装于连杆仿形机构A中右轮架A5的安装孔a23；气压传感器28气压监测端通过气管与储气罐24内部连接；信息采集单元E1通过到导线与信号调理单元E2连接；所述信号调理单元E2由电压放大电路31、A/D转换电路32、双积分电荷放大电路33组成；压力传感器13与电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接，加速度传感器2与双积分电荷放大电路33、电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接，气压传感器28与电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接；信号处理单元E2与微控制器29通过导线连接，将调理好的信号传递给微控制器29；微控制器29内包括下压力模型34、气压模型35、空气弹簧刚度模型36；所述触摸显示屏30外接于微控制器29，操作者通过触摸显示屏29设置单体对地压力值，查看单体作业信息。
所述的连杆仿形机构A中左轮架A4的左下孔a20和右轮架A5的右下孔a25经螺栓与限深轮组件B中限深轮臂B1的后孔对a29活动连接；拨茬轮组件C的左拨茬轮组件C1的左安装轴16前端与连杆仿形机构A的左轮架A4的左后孔a21固接；拨茬轮组件C的右拨茬轮组件C2的右安装轴19前端与连杆仿形机构A的右轮架A5的右后孔a26固接。
所述的连杆仿形机构A中连杆架A1为U形框，其左右板上设有孔对Ⅰa1、孔对Ⅱa2、孔对Ⅲa3和孔对Ⅳa4；机架1固接于连杆仿形机构A中连杆架A1的上端，实现拨茬单体与播种单体分离，减少单体振动对播种作业产生的不良影响。
上杆组件A2由上左板4和上右板3组成，上左板4和上右板3左右平行排列,上左板4上设有后孔Ⅰa5、中孔Ⅰa8和前孔Ⅰa9，上右板3上设有后孔Ⅱa6、中孔Ⅱa7和前孔Ⅱa10；下杆组件A3由后盖8、后空气弹簧5、连接件6、前空气弹簧7和前盖9、下左板11、下右板10组成，其中下左板11和下右板10左右平行排列；后盖8、后空气弹簧5、连接件6、前空气弹簧7和前盖9自后至前顺序排列，下左板11和下右板10后部经后盖8固接，下左板11和下右板10前部经前盖9固接；后盖8上设有中孔Ⅳa14，前盖9上设有中孔Ⅴa15；后空气弹簧5后端与后盖中孔Ⅳa14固接，前空气弹簧7前端与前盖中孔Ⅴa15固接，后空气弹簧5前端与连接件6后端固接，前空气弹簧7后端与连接件6前端固接；螺栓左端与上杆组件A2中上左板4的中孔Ⅰa8固接，螺栓右端与上杆组件A2中上右板3的中孔Ⅱa7固接，螺栓中部与下杆组件A3中连接件6的上孔Ⅰa11活动连接；下左板11和下右板10后部为圆弧形横截面形成的滑道，连接件6与其滑动连接；连接件6在后盖8与前盖9之间随后空气弹簧5和前空气弹簧7伸缩而前后滑动，带动上左板4和上右板3以孔对Ⅰa1为圆心转动；下左板11上设有后孔Ⅳa12和前孔Ⅳa16，下右板10上设有后孔Ⅴa13和前孔Ⅴa17；左轮架A4为板条形，其上设有左上孔a18、左中孔a19、左下孔a20、左后孔a21；右轮架A5为板条形，其上设有右上孔a22、安装孔a23、右中孔a24、右下孔a25和右后孔a26；中轮架A6为板条形，其上设有入土深度调节孔a27,入土深度调节孔a27分为四段，由上而下分别对应拨茬轮入土深度为3cm、5cm、7cm、9cm，根据田间秸秆残茬量通过拨茬深度调节手柄12和中轮架A6上设计的入土深度调节孔a27调节拨茬轮与限深轮14之间距离，进而调节拨茬轮入土深度；上左板4的前孔Ⅰa9经螺栓与左轮架A4的左上孔a18活动连接；上右板3的前孔Ⅱa10经螺栓与右轮架A5的右上孔a22活动连接；上左板4的后孔Ⅰa5和上右板3的后孔Ⅱa6经螺栓与连杆架A1的孔对Ⅰa1活动连接；下左板11的前孔Ⅳa16经螺栓与左轮架A4的左中孔a19活动连接；下右板10的前孔Ⅴa17经螺栓与右轮架A5的右中孔a24活动连接；下左板11的后孔Ⅳa12和下右板10的后孔Ⅴa13经螺栓与连杆架A1的孔对Ⅱa2活动连接。
所述的限深轮组件B中限深轮臂B1为框形结构，其上设有中孔对a28、后孔对a29、前孔Ⅵa30；压力传感器13左右两端与限深轮臂B1的中孔对a28固接，压力传感器13中部经轴承与限深轮14转动连接。
所述的拨茬轮组件C中左拨茬轮组件C1由左拨茬轮15、左安装轴16和左轴承17组成，左轴承17外圈与左拨茬轮15中心固接，左轴承17内圈与左安装轴16后端固接；右拨茬轮组件C2由右拨茬轮18、右安装轴19和右轴承20组成，右轴承20外圈与右拨茬轮18中心固接，右轴承20内圈与右安装轴19后端固接；左拨茬轮15和右拨茬轮18均为弯曲凹口齿拨茬轮；左拨茬轮15和右拨茬轮18前后错位安装，与前进方向偏角α为30°，与竖直方向倾角β为15°。
压力传感器13监测限深轮14对地下压力，限深轮14对地下压力越大，其输出电压值越高，压力传感器13将拨茬单体对地压力转换为模拟信号，该信号经电压放大电路31予以放大，A/D转换电路32将此电压信号转换为数字信号传给微控制器29，微控制器29将接收到的下压力信号与设置单体对地压力值比较，通过下压力模型34识别分析处理后，获取后空气弹簧5、前空气弹簧7的气压预测值并形成控制信号，控制信号传送给电气比例阀27，电气比例阀27根据控制信号调节后空气弹簧5、前空气弹簧7内气压，从而控制后空气弹簧5、前空气弹簧7产生相应大小的力，推动拨茬单体对地面产生精确下压力，直到使压力传感器13监测到与设定值相同的下压力。当压力传感器13输出值等于预设值时，没有控制信号产生，此时后空气弹簧5、前空气弹簧7不产生额外下压力，当压力传感器13输出值大于或小于预设值时，产生控制信号，微控制29器根据下压力模型34产生控制信号，通过控制电气比例阀27调节后空气弹簧5、前空气弹簧7内部气压改变弹簧的产生的作用力，保证限深轮14充分接触地面同时避免播种单体过分压实地面。
加速度传感器2将拨茬单体垂直加速度转换为电荷信号，该信号经双积分电荷放大电路30积分放大后转为位移电压信号，电压信号再由电压放大电路31予以放大，A/D转换电路32将此直流电压值转换为数字信号传给微控制器29，微控制器29将接收到的位移信号经FFT变化得到单体作业过程的随地表仿形时产生振频与振幅信息，空气弹簧刚度模型36对振频与振幅信息进行识别分析处理，获取后空气弹簧5、前空气弹簧7的刚度预测值并形成控制信号，控制信号传送给电气比例阀27，电气比例阀27通过调节后空气弹簧5、前空气弹簧7内部气压改变弹簧的动刚度，从而控制后空气弹簧5、前空气弹簧7产生相应动刚度，当加速度传感器2监测到单体作业过程中随地表仿形时产生振频与振幅信息处于预设范围内时，没有控制信号产生，当加速度传感器2监测到的振频与振幅信息偏离预设值范围时，微控制器29根据空气弹簧刚度模型36产生控制信号，通过控制电气比例阀27调节空气弹簧内部气压改变弹簧的动刚度，直到使加速度传感器2监测到的振频与振幅信息处于设定范围内。
气压传感器28将储气罐24内的气压转为模拟信号，监测储气罐24内气压，该信号经电压放大电路31予以放大，A/D转换电路32将此电压信号转换为数字信号传给微控制器29，微控制器29将接收到的气压信号通过气压模型35识别分析处理后形成控制信号，控制信号传送给继电器22，继电器22接收微控制器29输出控制信号，实现对空气压缩机23的开关控制，当气压传感器28监测到储气罐24内气体压力低于或高于设定范围时，微控制器29根据气压模型35产生控制信号，通过控制继电器22实现对空气压缩机23的开启或关闭，从而保证储气罐24内气体压力维持在一定范围。
拨茬轮在拖拉机的牵引下与土壤产生相互作用力，使得拨茬轮转动，弯曲凹口齿拨茬轮在保证对秸秆、残茬等地表覆盖物具有捡拾及切断效果的同时不会过分打乱土层，达到清理种床、增加机具通过性、提高播种质量的目的；拨茬轮前后错位安装使得两拨茬轮有重合工作区域，作业中间区域先后经历两个拨茬轮的秸秆残茬捡拾，种床带清拨茬效果增强，同时避免两拨茬轮在进行秸秆捡拾作业时相互影响，降低拨茬轮堵塞可能性；与前进方向偏角为30°，使得拨茬轮对秸秆、残茬等地表覆盖物具有侧推、抛翻及分流等作用；竖直方向倾角为15°，残茬在拨茬轮表面上升、翻转后被抛向种床两侧，增强拨茬轮对秸秆残茬的抛洒效果。
限深轮14安装于两拨茬轮中间偏后位置，单体作业时，限深轮14作业区域先由拨茬轮清理，其仿形过程可以不受秸秆残茬、田间土块影响，有效保证单体对地仿形效果。此外，限深轮14在提高拨茬单体田间通过性同时也对经过的种带起到一定压实效果，有利于后续开沟器开沟作业。
本发明具有两种作业模式，包括运输模式与工作模式，作业模式可通过触摸显示屏30设置和修改。
运输模式下，微控制器29驱动电气比例阀27增加后空气弹簧5内气压，减少前空气弹簧7内气压，后空气弹簧5伸长，前空气弹簧7压缩，连接件滑动至前盖9位置，带动单体上升并与地面分离便于运输；工作模式下，微控制器29驱动电气比例阀27减少后空气弹簧5内气压，增加前空气弹簧7内气压，后空气弹簧5压缩，前空气弹簧7伸长，连接件向后盖8方向滑动，带动单体下降，拨茬轮入土到设定深度，空气弹簧产生的力推动拨茬单体产生对地表的额外压力；
本发明采用压力传感器、加速度传感与双空气弹簧、限深轮协同配合作用，解决了现有技术中在秸秆覆盖还田地中作业时拨茬轮入土深度及仿形灵敏度易受作业环境及速度影响的技术难题，保证了拨茬轮清秸效果稳定一致，拨茬单体与播种单体分离，减少对播种作业不良影响，为作物播种、施肥作业提供了高质量的种床条件，具有结构简单、合理、调控自动化程度高、适应能力强、清秸效果好的特点。
附图说明
图1为入土深度自动调控的高速拨茬单体的结构示意图；
图2为入土深度自动调控的高速拨茬单体的结构轴测图；
图3为连杆架的结构示意图；
图4为上杆组件的结构示意图；
图5为下杆组件的结构示意图；
图6为下杆组件的部分结构示意图；
图7为左轮架的结构示意图；
图8为右轮架的结构示意图；
图9为中轮架的结构示意图；
图10为限深轮组件的结构示意图；
图11为限深轮臂的结构示意图；
图12为轴销式压力传感器安装的剖视图；
图13为左拨茬轮组件的结构示意图；
图14为右拨茬轮组件的结构示意图；
图15为限深轮安装偏角示意图；
图16为限深轮安装倾角示意图；
图17为单体运输模式姿态示意图；
图18为单体工作模式姿态示意图；
图19为气动系统示意图；
图20为电控系统示意图；
其中：A.连杆仿形机构B.限深轮组件C.拨茬轮组件D.气动系统E.电控系统A1.连杆架A2.下杆组件A3.上杆组件A4.左轮架A5.右轮架A6.中轮架B1.限深轮臂C1.左拨茬轮组件C2.右拨茬轮组件1.机架2.加速度传感器3.上右板4.上左板5.后空气弹簧6.连接件7.前空气弹簧8.后盖9.前盖10.下右板11.下左板12.调节手柄13.压力传感器14.限深轮15.左拨茬轮16.左安装轴17.左轴承18.右拨茬轮19.右安装轴20.右轴承21.电源22.继电器23.空气压缩机24.储气罐25.泄气阀26.过滤器27.电气比例阀28.气压传感器29.微控制器30.触摸显示屏31.电压放大电路32.A/D转换电路33.双积分电荷放大电路34.下压力模型35.气压模型36.空气弹簧刚度模型a1.孔对Ⅰa2.孔对Ⅱa3.孔对Ⅲa4.孔对Ⅳa5.后孔Ⅰa6.后孔Ⅱa7.中孔Ⅱa8.中孔Ⅰa9.前孔Ⅰa10.前孔Ⅱa11.上孔Ⅰa12.后孔Ⅳa13.后孔Ⅴa14.中孔Ⅳa15.中孔Ⅴa16前孔Ⅳa17.前孔Ⅴa18.左上孔a19.左中孔a20.左下孔a21.左后孔a22.右上孔a23.安装孔a24.右中孔a25.右下孔a26.右后孔a27.入土深度调节孔a28.中孔对a29.后孔对a30.前孔Ⅵ。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1和图2所示，本发明的入土深度自动调控的高速拨茬单体，由连杆仿形机构A、限深轮组件B、拨茬轮组件C、气动系统D、电控系统E和机架1组成，其中所述的连杆仿形机构A由连杆架A1、上杆组件A2、下杆组件A3、左轮架A4、右轮架A5和中轮架A6组成，左轮架A4上设有左下孔a20、左后孔a21，右轮架A5上设有右下孔a25、右后孔a26；限深轮组件B由限深轮臂B1、调节手柄12、压力传感器13、限深轮14组成，限深轮臂B1上设有后孔对a29；所述的拨茬轮组件C由左拨茬轮组件C1和右拨茬轮组件C2组成，左拨茬轮组件C1中有左安装轴16，右拨茬轮组件C2中有右安装轴19。
连杆仿形机构A中左轮架A4的左下孔a20和右轮架A5的右下孔a25经螺栓与限深轮组件B中限深轮臂B1的后孔对a29活动连接；拨茬轮组件C的左拨茬轮组件C1的左安装轴16前端与连杆仿形机构A的左轮架A4的左后孔a21固接；拨茬轮组件C的右拨茬轮组件C2的右安装轴19前端与连杆仿形机构A的右轮架A5的右后孔a26固接。
如图3至图9所示，所述的连杆仿形机构A中连杆架A1为U形框，其左右板上设有孔对Ⅰa1、孔对Ⅱa2、孔对Ⅲa3和孔对Ⅳa4；机架1固接于连杆仿形机构A中连杆架A1的上端；上杆组件A2由上左板4和上右板3组成，上左板4和上右板3左右平行排列,上左板4上设有后孔Ⅰa5、中孔Ⅰa8和前孔Ⅰa9，上右板3上设有后孔Ⅱa6、中孔Ⅱa7和前孔Ⅱa10；下杆组件A3由后盖8、后空气弹簧5、连接件6、前空气弹簧7和前盖9、下左板11、下右板10组成，其中下左板11和下右板10左右平行排列；后盖8、后空气弹簧5、连接件6、前空气弹簧7和前盖9自后至前顺序排列，下左板11和下右板10后部经后盖8固接，下左板11和下右板10前部经前盖9固接；后盖8上设有中孔Ⅳa14，前盖9上设有中孔Ⅴa15；后空气弹簧5后端与后盖中孔Ⅳa14固接，前空气弹簧7前端与前盖中孔Ⅴa15固接，后空气弹簧5前端与连接件6后端固接，前空气弹簧7后端与连接件6前端固接；螺栓左端与上杆组件A2中上左板4的中孔Ⅰa8固接，螺栓右端与上杆组件A2中上右板3的中孔Ⅱa7固接，螺栓中部与下杆组件A3中连接件6的上孔Ⅰa11活动连接；下左板11和下右板10后部为圆弧形横截面形成的滑道，连接件6与其滑动连接；连接件6在后盖8与前盖9之间随后空气弹簧5和前空气弹簧7伸缩而前后滑动，带动上左板4和上右板3以孔对Ⅰa1为圆心转动；下左板11上设有后孔Ⅳa12和前孔Ⅳa16，下右板10上设有后孔Ⅴa13和前孔Ⅴa17；左轮架A4为板条形，其上设有左上孔a18、左中孔a19、左下孔a20、左后孔a21；右轮架A5为板条形，其上设有右上孔a22、安装孔a23、右中孔a24、右下孔a25和右后孔a26；中轮架A6为板条形，其上设有入土深度调节孔a27,入土深度调节孔a27分为四段，由上而下分别对应拨茬轮入土深度为3cm、5cm、7cm、9cm；上左板4的前孔Ⅰa9经螺栓与左轮架A4的左上孔a18活动连接；上右板3的前孔Ⅱa10经螺栓与右轮架A5的右上孔a22活动连接；上左板4的后孔Ⅰa5和上右板3的后孔Ⅱa6经螺栓与连杆架A1的孔对Ⅰa1活动连接；下左板11的前孔Ⅳa16经螺栓与左轮架A4的左中孔a19活动连接；下右板10的前孔Ⅴa17经螺栓与右轮架A5的右中孔a24活动连接；下左板11的后孔Ⅳa12和下右板10的后孔Ⅴa13经螺栓与连杆架A1的孔对Ⅱa2活动连接。
如图10至图12所示，所述的限深轮组件B中限深轮臂B1为框形结构，其上设有中孔对a28、后孔对a29、前孔Ⅵa30；压力传感器13左右两端与限深轮臂B1的中孔对a28固接，压力传感器13中部经轴承与限深轮14转动连接。
如图13至图16所示，所述的拨茬轮组件C中左拨茬轮组件C1由左拨茬轮15、左安装轴16和左轴承17组成，左轴承17外圈与左拨茬轮15中心固接，左轴承17内圈与左安装轴16后端固接；右拨茬轮组件C2由右拨茬轮18、右安装轴19和右轴承20组成，右轴承20外圈与右拨茬轮18中心固接，右轴承20内圈与右安装轴19后端固接；左拨茬轮15和右拨茬轮18均为弯曲凹口齿拨茬轮；左拨茬轮15和右拨茬轮18前后错位安装，与前进方向偏角α为30°，与竖直方向倾角β为15°。
如图19所示，所述的气动系统D由电源21、继电器22、空气压缩机23、储气罐24、泄气阀25、过滤器26、电气比例阀27、后空气弹簧5、前空气弹簧7组成，其中电源21、继电器22、空气压缩机23、储气罐24、泄气阀25、过滤器26、电气比例阀27依次连接；两电气比例阀27通过气管分别与后空气弹簧5、前空气弹簧7连接，电气比例阀27、继电器22通过导线与微控制器29连接，接收微控制器29输出控制信号，实现对空气弹簧、空气压缩机23的控制。
如图20所示，所述的电控系统E由信息采集单元E1、信号调理单元E2、微控制器29、触摸显示屏30组成，其中所述的信息采集系统E1由压力传感器13、加速度传感器2、气压传感器28组成，压力传感器13监测单体作业时的对地下压力，加速度传感器2监测单体对地仿形作业时的加速度，气压传感器28监测储气罐24内气压；压力传感器13为轴销式压力传感器，加速度传感器2为压电式加速度传感器，气压传感器28为气压用数字气压传感器；加速度传感器2固装于连杆仿形机构A中右轮架A5的安装孔a23；气压传感器28气压监测端通过气管与储气罐24内部连接；信息采集单元E1通过到导线与信号调理单元E2连接；所述信号调理单元E2由电压放大电路31、A/D转换电路32、双积分电荷放大电路33组成；压力传感器13与电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接，加速度传感器2与双积分电荷放大电路33、电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接，气压传感器28与电压放大电路31、A/D转换电路32依次连接；信号处理单元E2与微控制器29通过导线连接，将调理好的信号传递给微控制器29；微控制器29内包括下压力模型34、气压模型35、空气弹簧刚度模型36；所述触摸显示屏30外接于微控制器29。
Claims (4)
1.一种入土深度自动调控的高速拨茬单体，其特征在于：由连杆仿形机构(A)、限深轮组件(B)、拨茬轮组件(C)、气动系统(D)、电控系统(E)和机架(1)组成，其中所述的连杆仿形机构(A)由连杆架(A1)、上杆组件(A2)、下杆组件(A3)、左轮架(A4)、右轮架(A5)和中轮架(A6)组成，左轮架(A4)上设有左下孔(a20)、左后孔(a21)，右轮架(A5)上设有右下孔(a25)、右后孔(a26)；限深轮组件(B)由限深轮臂(B1)、调节手柄(12)、压力传感器(13)、限深轮(14)组成，限深轮臂(B1)上设有后孔对(a29)；所述的拨茬轮组件(C)由左拨茬轮组件(C1)和右拨茬轮组件(C2)组成，左拨茬轮组件(C1)中有左安装轴(16)，右拨茬轮组件(C2)中有右安装轴(19)；所述的气动系统(D)由电源(21)、继电器(22)、空气压缩机(23)、储气罐(24)、泄气阀(25)、过滤器(26)、电气比例阀(27)、后空气弹簧(5)、前空气弹簧(7)组成，其中电源(21)、继电器(22)、空气压缩机(23)、储气罐(24)、泄气阀(25)、过滤器(26)、电气比例阀(27)依次连接；两电气比例阀(27)通过气管分别与后空气弹簧(5)、前空气弹簧(7)连接，电气比例阀(27)、继电器(22)通过导线与微控制器(29)连接，接收微控制器(29)输出控制信号，实现对空气弹簧、空气压缩机(23)的控制；所述的电控系统(E)由信息采集单元(E1)、信号调理单元(E2)、微控制器(29)、触摸显示屏(30)组成，其中所述的信息采集单元(E1)由压力传感器(13)、加速度传感器(2)、气压传感器(28)组成，压力传感器(13)监测单体作业时的对地下压力，加速度传感器(2)监测单体对地仿形作业时的加速度，气压传感器(28)监测储气罐(24)内气压；压力传感器(13)为轴销式压力传感器，加速度传感器(2)为压电式加速度传感器，气压传感器(28)为气压用数字气压传感器；加速度传感器(2)固装于连杆仿形机构(A)中右轮架(A5)的安装孔(a23)；气压传感器(28)气压监测端通过气管与储气罐(24)内部连接；信息采集单元(E1)通过到导线与信号调理单元(E2)连接；所述信号调理单元(E2)由电压放大电路(31)、A/D转换电路(32)、双积分电荷放大电路(33)组成；压力传感器(13)与电压放大电路(31)、A/D转换电路(32)依次连接，加速度传感器(2)与双积分电荷放大电路(33)、电压放大电路(31)、A/D转换电路(32)依次连接，气压传感器(28)与电压放大电路(31)、A/D转换电路(32)依次连接；信号调理单元(E2)与微控制器(29)通过导线连接，将调理好的信号传递给微控制器(29)；微控制器(29)内包括下压力模型(34)、气压模型(35)、空气弹簧刚度模型(36)；所述触摸显示屏(30)外接于微控制器(29)；连杆仿形机构(A)中左轮架(A4)的左下孔(a20)和右轮架(A5)的右下孔(a25)经螺栓与限深轮组件(B)中限深轮臂(B1)的后孔对(a29)活动连接；拨茬轮组件(C)的左拨茬轮组件(C1)的左安装轴(16)前端与连杆仿形机构(A)中左轮架(A4)的左后孔(a21)固接；拨茬轮组件(C)的右拨茬轮组件(C2)的右安装轴(19)前端与连杆仿形机构(A)的右轮架(A5)的右后孔(a26)固接。
2.根据权利要求1所述的入土深度自动调控的高速拨茬单体，其特征在于：所述的连杆仿形机构(A)中连杆架(A1)为U形框，其左右板上设有孔对Ⅰ(a1)、孔对Ⅱ(a2)、孔对Ⅲ(a3)和孔对Ⅳ(a4)；机架(1)固接于连杆仿形机构(A)中连杆架(A1)的上端；上杆组件(A2)由上左板(4)和上右板(3)组成，上左板(4)和上右板(3)左右平行排列,上左板(4)上设有后孔Ⅰ(a5)、中孔Ⅰ(a8)和前孔Ⅰ(a9)，上右板(3)上设有后孔Ⅱ(a6)、中孔Ⅱ(a7)和前孔Ⅱ(a10)；下杆组件(A3)由后盖(8)、后空气弹簧(5)、连接件(6)、前空气弹簧(7)和前盖(9)、下左板(11)、下右板(10)组成，其中下左板(11)和下右板(10)左右平行排列；后盖(8)、后空气弹簧(5)、连接件(6)、前空气弹簧(7)和前盖(9)自后至前顺序排列，下左板(11)和下右板(10)后部经后盖(8)固接，下左板(11)和下右板(10)前部经前盖(9)固接；后盖(8)上设有中孔Ⅳ(a14)，前盖(9)上设有中孔Ⅴ(a15)；后空气弹簧(5)后端与后盖中孔Ⅳ(a14)固接，前空气弹簧(7)前端与前盖中孔Ⅴ(a15)固接，后空气弹簧(5)前端与连接件(6)后端固接，前空气弹簧(7)后端与连接件(6)前端固接；螺栓左端与上杆组件(A2)中上左板(4)的中孔Ⅰ(a8)固接，螺栓右端与上杆组件(A2)中上右板(3)的中孔Ⅱ(a7)固接，螺栓中部与下杆组件(A3)中连接件(6)的上孔Ⅰ(a11)活动连接；下左板(11)和下右板(10)后部为圆弧形横截面形成的滑道，连接件(6)与其滑动连接；连接件(6)在后盖(8)与前盖(9)之间随后空气弹簧(5)和前空气弹簧(7)伸缩而前后滑动，带动上左板(4)和上右板(3)以孔对Ⅰ(a1)为圆心转动；下左板(11)上设有后孔Ⅳ(a12)和前孔Ⅳ(a16)，下右板(10)上设有后孔Ⅴ(a13)和前孔Ⅴ(a17)；左轮架(A4)为板条形，其上设有左上孔(a18)、左中孔(a19)、左下孔(a20)、左后孔(a21)；右轮架(A5)为板条形，其上设有右上孔(a22)、安装孔(a23)、右中孔(a24)、右下孔(a25)和右后孔(a26)；中轮架(A6)为板条形，其上设有入土深度调节孔(a27),入土深度调节孔(a27)分为四段，由上而下分别对应拨茬轮入土深度为3cm、5cm、7cm、9cm；上左板(4)的前孔Ⅰ(a9)经螺栓与左轮架(A4)的左上孔(a18)活动连接；上右板(3)的前孔Ⅱ(a10)经螺栓与右轮架(A5)的右上孔(a22)活动连接；上左板(4)的后孔Ⅰ(a5)和上右板(3)的后孔Ⅱ(a6)经螺栓与连杆架(A1)的孔对Ⅰ(a1)活动连接；下左板(11)的前孔Ⅳ(a16)经螺栓与左轮架(A4)的左中孔(a19)活动连接；下右板(10)的前孔Ⅴ(a17)经螺栓与右轮架(A5)的右中孔(a24)活动连接；下左板(11)的后孔Ⅳ(a12)和下右板(10)的后孔Ⅴ(a13)经螺栓与连杆架(A1)的孔对Ⅱ(a2)活动连接。
3.根据权利要求1所述的入土深度自动调控的高速拨茬单体，其特征在于：所述的限深轮组件(B)中限深轮臂(B1)为框形结构，其上设有中孔对(a28)、后孔对(a29)、前孔Ⅵ(a30)；压力传感器(13)左右两端与限深轮臂(B1)的中孔对(a28)固接，压力传感器(13)中部经轴承与限深轮(14)转动连接。
4.根据权利要求1所述的入土深度自动调控的高速拨茬单体，其特征在于：所述的拨茬轮组件(C)中左拨茬轮组件(C1)由左拨茬轮(15)、左安装轴(16)和左轴承(17)组成，左轴承(17)外圈与左拨茬轮(15)中心固接，左轴承(17)内圈与左安装轴(16)后端固接；右拨茬轮组件(C2)由右拨茬轮(18)、右安装轴(19)和右轴承(20)组成，右轴承(20)外圈与右拨茬轮(18)中心固接，右轴承(20)内圈与右安装轴(19)后端固接；左拨茬轮(15)和右拨茬轮(18)均为弯曲凹口齿拨茬轮；左拨茬轮(15)和右拨茬轮(18)前后错位安装，与前进方向偏角α为30°，与竖直方向倾角β为15°。
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