CN115176542A - 垄面仿形定深播种装置及播深控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垄面仿形定深播种装置及播深控制方法，属于播种技术领域。该装置包括电动行走机构、排种器和开沟器，电动行走机构包括机架，机架底部设有落在垄面两侧垄沟的前后轮子，机架上设有用于驱动轮子的第一电机、电池组和控制器；机架的前进端设有在垄沟移动的地轮，机架上设有电动推杆和第二电机，电动推杆的动力输出端联接开沟器，地轮上设有仿形测量件，仿形测量件包括地轮连接架、仿形压板和上下两个测距传感器；地轮连接架的一端固定在地轮上，其另一端与仿形压板的一端铰接并形成铰接点；仿形压板呈弧形，在播种时仿形压板的另一端接触垄面并沿铰接点形成摆动。该装置及方法在进行垄面播种时，可以提高种子播种深度的一致性。

Description

垄面仿形定深播种装置及播深控制方法

技术领域

本发明涉及一种垄面仿形定深播种装置及对播种时深度的控制方法，属于播种技术领域。

背景技术

播种是农作物种植的主要措施之一，将种子按一定的数量均匀播于土壤表层，播种质量的好坏直接影响农作物的发芽与产量。以蔬菜、瓜果等为主的作物多为小粒径种子，超过40％的品种采用起垄播种种植。目前该类作物的播种作业已基本实现机械化，利用手推式或拖拉机悬挂式播种机实现了垄上条播作业，有效替代了人工，效率虽高，但播种质量仍不理想，尤其存在播深不一致、株距均匀性差等问题，对农作物产量影响显著。

申请号201610338150.2的中国专利公开了一种开沟仿形气力式蔬菜精量播种机，采用四连杆机构通过限位螺柱与弹簧来调节播种深度；其播深时与耕整地表起伏关联度差，深度一致性保证较难控制。申请号201810207643.1的中国专利公开了一种播种开沟仿形装置，通过设置的仿形轮上、下运动，将运动传递给移动伺服滑阀滑杆以调节变量泵的出油口液压流量，来控制活塞的上下移动，从而带动圆盘开沟器的上下移动；其仿形轮随地表起伏大，只适合播种大粒径农作物种子，加之其随拖拉机运动时的本体振动较大，播深控制精度难以保证，而且液压控制复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：改进用于垄面的播种装置，以提高种子尤其是小粒径种子播种深度的一致性。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案一是：一种垄面仿形定深播种装置，包括电动行走机构、设置在电动行走机构上的排种器和开沟器，所述电动行走机构包括机架，机架底部设有落在所述垄面两侧垄沟的前后轮子，所述机架上设有用于驱动所述轮子的第一电机、为第一电机提供电源的电池组和控制器；开沟器设于机架底部朝向地面，所述排种器设于机架上并通过输送种子的管路连通开沟器；所述机架的前进端设有在所述垄沟移动的地轮，所述机架上设有电动推杆和驱动电动推杆的第二电机，所述电动推杆的动力输出端联接所述开沟器，所述电池组为第二电机提供电源；所述地轮上设有仿形测量件，所述仿形测量件包括地轮连接架、仿形压板和两个测距传感器；所述地轮连接架的一端固定联接在所述地轮的芯轴上，其另一端与仿形压板的一端铰接并形成铰接点；所述仿形压板呈弧形，在播种时所述仿形压板的另一端接触所述垄面并沿所述铰接点形成摆动；两个测距传感器分别是固定在地轮连接架上并呈上下间隔布置的上测距传感器和下测距传感器。

进一步，两个测距传感器分别测量自身到仿形压板表面的距离，并计算所述垄面的高度变化值Δh；当Δh小于-1cm时，所述电动推杆伸长并带动所述开沟器下降；当Δh大于1cm时，所述电动推杆缩短并带动所述开沟器上升；当∣Δh∣≤1cm时，所述电动推杆维持原状不动。

进一步，两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离分别是S1和S2，设定两个测距传感器测量自身到仿形压板的初始距离分别是S01和S02，则两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离变化值分别是ΔS₁和ΔS₂，并由下式(1)计算表达，

ΔS₁＝S1-S01，ΔS₂＝S2-S02 (1)

Δh由下式(2)计算表达，

式(2)中，

l₃是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的距离，

α是所述仿形压板与所述垄面接触一端边长与水平面的初始夹角的弧度值，是定值；

β是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的连线与仿形压板接触所述垄面一端边长之间的夹角的弧度值，是定值；

π是180°角度的弧度值；

θ是所述仿形压板摆动的弧度值，并由下式(3)计算表达，

式(3)中，

l₁是从所述铰接点到所述上测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离，

l₂是从所述铰接点到所述下测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离。

进一步，所述仿形压板的一端制成与地轮连接杆另一端铰接的双耳销板。

进一步，所述开沟器上设有可接触所述垄面的压轮。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案二是：利用技术方案一的播种装置进行播种时的播深控制方法，执行如下步骤：

1)通过上测距传感器和下测距传感器测量自身到仿形压板表面的距离S1和S2，设定两个测距传感器测量到仿形压板的初始距离分别是S01和S02，按照下式(1)分别计算两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离变化值ΔS₁和ΔS₂，

ΔS₁＝S1-S01，ΔS₂＝S2-S02 (1)

2)根据下式(2)计算垄面的高度变化值Δh，

式(2)中，

l₃是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的距离，

α是所述仿形压板与所述垄面接触一端边长与水平面的初始夹角的弧度值，是定值；

β是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的连线与仿形压板接触所述垄面一端边长之间的夹角的弧度值，是定值；

π是180°角度的弧度值；

θ是所述仿形压板摆动的弧度，并由下式(3)计算表达，

式(3)中，

l₁是从所述铰接点到所述上测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离，

l₂是从所述铰接点到所述下测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离；

3)如果Δh小于-1cm，使电动推杆伸长并带动开沟器下降；如果Δh大于1cm，使电动推杆3缩短并带动开沟器上升；如果∣Δh∣≤1cm，使电动推杆维持原状不动。

本发明的有益效果是：由于设计了专门的仿形压板以及上下两个测距传感器，当播种时，仿形压板接触垄面并随着垄面的凸洼起伏而沿铰接点摆动，接触到垄面凸处，则仿形压板逆时针转动，接触到垄面洼处，则仿形压板顺时针转动，在仿形压板的摆动中，上下两个测距传感器实时测量自身到仿形压板表面的距离发生变化，通过与初始距离值比较即可得到实时测量距离的变化值(实测距离与初始距离的差值)，从而根据三角函数计算得出垄面因凸洼形成的高度变化值，根据该高度变化值通过控制电动推杆伸缩而带动开沟器升降，从而使开沟器与垄面的高度始终保持。

附图说明

下面结合附图对本发明的垄面仿形定深播种装置作进一步说明。

图1是播种的垄面示意图。

图2是实施例的垄面仿形定深播种装置的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2中分解的仿形测量件的结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是仿形测量件在播种时接触垄面凸处发生转动的状态简化原理图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，本实施例的垄面仿形定深播种装置用于在两侧有地沟的垄面进行播种，如图2和3所示，包括电动行走机构、设置在电动行走机构上的排种器2和开沟器12，电动行走机构包括机架1，机架1底部设有落在垄面两侧地沟的前后轮子11和16，在机架1上设有用于驱动轮子11和16的第一电机5、为第一电机5提供电源的电池组6和控制器4；开沟器12设于机架1底部朝向地面，排种器2设于机架1上并通过输送种子的管路连通开沟器12；机架1的前进端设有在垄沟移动的地轮9，机架1上设有电动推杆3和驱动电动推杆3的第二电机，电动推杆3的动力输出端联接开沟器12，同时电池组6也为第二电机提供电源；在地轮9上设有仿形测量件10。

如图2所示，作为已知的是，开沟器12上设有可接触垄面的压轮14，压轮14通过连接杆13固定在开沟器12上，连接杆13上设有弹性滑块嵌入竖杆槽15内，竖杆槽15设置在机架1底部。

如图4和5所示，仿形测量件10包括地轮连接架10-1、仿形压板10-3和两个测距传感器10-5、10-6；地轮连接架10-1的一端固定联接在地轮9的转动芯轴上，地轮连接架10-1的另一端与仿形压板10-3的一端铰接并形成铰接点O；仿形压板10-3的一端制成与地轮连接架10-1的另一端铰接的双耳销板10-2。仿形压板10-3整体呈弧形，形成有三折边，在播种时仿形压板10-3的另一端(最下边的一端)接触垄面并随着垄面起伏沿铰接点0形成摆动；两个测距传感器分别是固定在地轮连接架10-1上并呈上下间隔布置的上测距传感器10-6和下测距传感器10-5；两个测距传感器10-5、10-6分别测量自身到仿形压板10-3表面的距离。

如图6所示，使用本实施例的垄面仿形定深播种装置，通过两个测距传感器10-5、10-6测量自身到仿形压板10-3表面的距离的变化值，来计算垄面的高度变化值Δh，然后根据Δh控制电动推杆3的动力输出(伸缩)给开沟器12，以控制播种时的深度一致，具体方法如下：

1)如图6所示，给出了仿形压板10-3接触到垄面凸处产生围绕铰接点O逆时针转动的一种情况，此时上测距传感器10-6到仿形压板10-3测量点从初始的A0点移动到A点，下测距传感器10-5到仿形压板10-3测量点从初始的B0点移动到B点，仿形压板10-3与垄面接触一端点从初始的C0点移动到C点；

此时，通过上测距传感器10-6和下测距传感器10-5测量自身到仿形压板10-3表面的距离是S1和S2，设定两个测距传感器测量到仿形压板10-3的初始距离分别是S01和S02，按照下式(1)分别计算两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离变化值ΔS₁和ΔS₂，ΔS₁＝S1-S01，ΔS₂＝S2-S02(1)

2)根据下式(2)计算垄面的高度变化值Δh，

式(2)中，

l₃是铰接点O到仿形压板10-3与垄面接触一端点的距离，如图6所示，α是仿形压板10-3与垄面接触一端边长与水平面的初始夹角的弧度值，是定值，如图6所示，

β是铰接点O到仿形压板10-3与垄面接触一端点的连线与仿形压板10-3接触垄面一端边长之间的夹角的弧度值，是定值，如图6所示，π是180°角度的弧度值，取3.14，如图6所示，

θ是仿形压板10-3摆动的弧度值，如图6所示，并由下式(3)计算表达，

式(3)中，

l₁是从铰接点O到上测距传感器10-6测量仿形压板10-3的测量点的距离，如图6所示，

l₂是从铰接点O到下测距传感器10-5测量仿形压板10-3的测量点的距离，如图6所示，

3)如果Δh小于-1cm，使电动推杆3伸长并带动开沟器下降；如果Δh大于1cm，使电动推杆3缩短并带动开沟器上升；如果∣Δh∣≤1cm，使电动推杆维持原状不动。

本实施例中，属于现有技术的部分省略描述。本实施例仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明并不局限于此，比如图6只给出了仿形压板10-3接触到垄面凸处产生逆时针转动的一种情况，仿形压板10-3接触到垄面洼处产生顺时针转动的情况与逆时针转动是类同的，所有根据本发明的构思及其技术方案加以等同替换或等同改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种垄面仿形定深播种装置，包括电动行走机构、设置在电动行走机构上的排种器和开沟器，所述电动行走机构包括机架，机架底部设有落在所述垄面两侧垄沟的前后轮子，所述机架上设有用于驱动所述轮子的第一电机、为第一电机提供电源的电池组和控制器；开沟器设于机架底部朝向地面，所述排种器设于机架上并通过输送种子的管路连通开沟器；其特征在于:所述机架的前进端设有在所述垄沟移动的地轮，所述机架上设有电动推杆和驱动电动推杆的第二电机，所述电动推杆的动力输出端联接所述开沟器，所述电池组为第二电机提供电源；所述地轮上设有仿形测量件，所述仿形测量件包括地轮连接架、仿形压板和两个测距传感器；所述地轮连接架的一端固定联接在所述地轮的芯轴上，其另一端与仿形压板的一端铰接并形成铰接点；所述仿形压板呈弧形，在播种时所述仿形压板的另一端接触所述垄面并沿所述铰接点形成摆动；两个测距传感器分别是固定在地轮连接架上并呈上下间隔布置的上测距传感器和下测距传感器。

2.根据权利要求1所述垄面仿形定深播种装置，其特征在于：两个测距传感器分别测量自身到仿形压板表面的距离，并计算所述垄面的高度变化值Δh；当Δh小于-1cm时，所述电动推杆伸长并带动所述开沟器下降；当Δh大于1cm时，所述电动推杆3缩短并带动所述开沟器上升；当∣Δh∣≤1cm时，所述电动推杆维持原状不动。

3.根据权利要求2所述垄面仿形定深播种装置，其特征在于：两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离分别是S1和S2，设定两个测距传感器测量自身到仿形压板的初始距离分别是S01和S02，则两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离变化值分别是ΔS₁和ΔS₂，并由下式(1)计算表达，

ΔS₁＝S1-S01，ΔS₂＝S2-S02 (1)

Δh由下式(2)计算表达，

式(2)中，

l₃是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的距离，

α是所述仿形压板与所述垄面接触一端边长与水平面的初始夹角的弧度值，是定值；

β是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的连线与仿形压板接触所述垄面一端边长之间的夹角的弧度值，是定值；

π是180°角度的弧度值；

θ是所述仿形压板摆动的弧度值，并由下式(3)计算表达，

式(3)中，

l₁是从所述铰接点到所述上测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离，

l₂是从所述铰接点到所述下测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离。

4.根据权利要求1、2或3所述垄面仿形定深播种装置，其特征在于：所述仿形压板的一端制成与地轮连接杆另一端铰接的双耳销板。

5.根据权利要求1、2或3所述垄面仿形定深播种装置，其特征在于：所述开沟器上设有可接触所述垄面的压轮。

6.一种利用如权利要求1所述垄面仿形定深播种装置的播深控制方法，执行如下步骤：

1)通过上测距传感器和下测距传感器测量自身到仿形压板表面的距离S1和S2，设定两个测距传感器测量到仿形压板的初始距离分别是S01和S02，按照下式(1)分别计算两个测距传感器测量自身到仿形压板的距离变化值ΔS₁和ΔS₂，

ΔS₁＝S1-S01，ΔS₂＝S2-S02 (1)

2)根据下式(2)计算垄面的高度变化值Δh，

式(2)中，

l₃是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的距离，

α是所述仿形压板与所述垄面接触一端边长与水平面的初始夹角的弧度值，是定值；

β是所述铰接点到所述仿形压板与所述垄面接触一端点的连线与仿形压板接触所述垄面一端边长之间的夹角的弧度值，是定值；

π是180°角度的弧度值；

θ是所述仿形压板摆动的弧度，并由下式(3)计算表达，

式(3)中，

l₁是从所述铰接点到所述上测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离，

l₂是从所述铰接点到所述下测距传感器测量所述仿形压板的测量点的距离；

3)如果Δh小于-1cm，使电动推杆伸长并带动开沟器下降；如果Δh大于1cm，使电动推杆缩短并带动开沟器上升；如果∣Δh∣≤1cm，使电动推杆维持原状不动。

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