CN115868271B - 一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具及方法。机具包括承载机架，以及布置在承载机架上的垂直耕整机构、平地机构、一维激光模块和控制器；垂直耕整机构包括间隔一定距离的前排耕整机构和后排耕整机构；前排耕整机构和后排耕整机构均包括三个并列布置的仿形耕整单体，且前排耕整机构的仿形耕整单体与后排耕整机构的仿形耕整单体交错布置；仿形耕整单体包括两个仿形弹齿圆盘单体；每个仿形弹齿圆盘单体与一行小麦种植行相对应；六个仿形耕整单体能够实现分别测量，独立控制位移变化，保证耕深均匀且一致；当耕深调节液压缸带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构调整平地铲的水平高度。

Description

一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具及方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，涉及一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具及方法。

背景技术

提升播种质量是小麦生产的关键核心，耕整作为播种前的重要环节，其作业效果的好坏在一定程度上决定了播种质量的高低，同时良好平整的种床更是高质量播种作业必不可少的基础。现有的耕整机器以耕整深度作为反映作业效果质量的关键因素，研究重点为实现深度一致均匀性，如中国实用新型专利申请“一种耕整深度自动调节装置以及圆盘”(申请号：202121629099.3)在耕整件安装杆和限深轮支撑臂上装备角度传感器，实时检测耕整深度，运用第一、二调整组件通过电连接调整限深轮及镇压轮位置，实现对耕整深度的自动调节。但其调节方式只能在整体上进行，无法对单一或部分耕整机构进行灵活控制，在复杂地况中难以做到耕深均匀一致，存在作业效果不佳等问题。而在播前种床整平作业上，中国发明专利申请“小麦宽苗带播前镇压种植模式及其专用的小麦播种机”(申请号：202010057876.5)在肥箱与分土器之间设置了一种播前镇压装置，在耕整作业后的区域中进行平整压实，提高小麦播种质量及后续产量。但该镇压装置的作业深度不能根据整地作业情况进行实时调整，难以为后续播种提供可靠优质种床。在实际耕整作业过程中，由于田间土壤环境复杂多变，结构设计欠缺合理性等，即使在装配有仿形机构的条件下，依然会出现耕整不均匀，深度不一致的问题，影响耕整作业效果，同时也无法获得平整优良种床，影响小麦播种质量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具及方法，在耕整作业过程中，通过仿形弹齿与液压减震器的共同作用，圆盘在稳定耕整深度的同时，随地表起伏而上下浮动。圆盘组被悬挂固定至装载有滑移装置及耕深调节液压缸的独立横杆上，利用一维激光模块计算测量出弹齿竖直方向上压缩距离及圆盘入土深度，当未达或超过设置阀值时，通过耕深调节液压缸配合滑移装置上下运动横杆，实现耕深均匀一致。并在后方挂接多组配备液压升落装置的平地铲，通过变换平地铲之间的相对距离及倾角，在保证所需整地范围、防止秸秆残茬堵塞的前提下，实现耕整后的区域地表整平，保证后续种床的平整度。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，包括承载机架3，以及布置在承载机架3上的垂直耕整机构、平地机构、一维激光模块14和控制器10。

所述垂直耕整机构包括间隔一定距离的前排耕整机构和后排耕整机构；所述前排耕整机构和后排耕整机构均包括三个并列布置的仿形耕整单体，且前排耕整机构的仿形耕整单体与后排耕整机构的仿形耕整单体交错布置。

所述承载机架3包括前顶横梁3-1、后顶横梁3-2、前底盘横梁3-14、中底盘横梁3-3、后底盘横梁3-4、前支撑横梁3-13、后支撑横梁3-5、滑轨安装立柱3-8、底盘纵梁3-10和支撑立柱3-11。

所述前底盘横梁3-14、中底盘横梁3-3、后底盘横梁3-4以及左、右两个底盘纵梁3-10构成机具底盘架；所述前顶横梁3-1和后顶横梁3-2分别通过支撑立柱3-11固接在所述机具底盘架上；所述前顶横梁3-1的底端面和后顶横梁3-2的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个上耳环座3-6；所述中底盘横梁3-3的底端面和后底盘横梁3-4的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个下耳环座3-7；所述前支撑横梁3-13设置在前顶横梁3-1的前方，所述后支撑横梁3-5设置在后顶横梁3-2的前方；所述前支撑横梁3-13和后支撑横梁3-5的底端面均沿其长度方向等间距地固接有四个滑轨安装立柱3-8；所述滑轨安装立柱3-8的底端固接在底盘纵梁3-10和与机具底盘架的固接的底盘支撑梁上。

所述仿形耕整单体包括仿形弹齿圆盘单体1、滑移横杆2、耕深调节液压缸4、滑移装置7、限位杆12和液压减震器13。

所述滑移横杆2包括中心横杆2-1、装配固定帽2-2和横杆耳环座2-3；两个装配固定帽2-2可拆卸地固定在中心横杆2-1的左右两端；所述横杆耳环座2-3固接在中心横杆2-1的后端面中部。

所述滑移装置7包括沿竖直方向相互配合滑动的线性滑移板7-1和滑轨7-2；所述滑移横杆2的两个装配固定帽2-2上各固接一个线性滑移板7-1，与线性滑移板7-1相对应的滑轨7-2固接在滑轨安装立柱3-8上。

所述滑移横杆2的中心横杆2-1上设置有两个间隔一定距离的仿形弹齿圆盘单体1；所述仿形弹齿圆盘单体1包括圆盘1-1、仿形弹齿1-2、下装载板1-3、上装载板1-4、固定法兰座1-5、端盖1-6和转动轴1-7；所述仿形弹齿圆盘单体1通过上装载板1-4与下装载板1-3的相互配合挂接在滑移横杆2的中心横杆2-1上；所述仿形弹齿1-2包括并列且间隔一定距离的左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2；所述左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2均呈“C”字形；左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2的上端固接在下装载板1-3底部；两个仿形弹齿圆盘单体1的仿形弹齿1-2的左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2的下端均通过固定法兰座1-5和双头螺柱固接在同一个平行于中心横杆2-1的限位杆12上；所述圆盘1-1配合转动轴1-7和左右两个端盖1-6可拆卸地固定在左翼弹齿1-2-1与右翼弹齿1-2-2之间。

竖直设置的耕深调节液压缸4的顶端与前顶横梁3-1或后顶横梁3-2上的上耳环座3-6铰接，底端与中心横杆2-1的横杆耳环座2-3铰接；竖直设置的液压减震器13的顶端与中底盘横梁3-3或后底盘横梁3-4上的下耳环座3-7铰接，底端与限位杆12的中部固接。

前后排的仿形弹齿圆盘单体1交错布置，使得每个仿形弹齿圆盘单体1与一行小麦种植行相对应。

四组并列设置的平地机构以机具纵轴线为对称轴呈轴对称布置；位于最左侧和最右侧的两个平地机构分别与左右两侧的仿形耕整单体相对应，位于中部左侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及左侧的仿形耕整单体相对应，位于中部右侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及右侧的仿形耕整单体相对应；所述平地机构包括液压升落装置6、平地铲8和角度调节装置11。

所述液压升落装置6包括前升落液压缸6-1、固定基座6-2和后升落液压缸6-3；所述前升落液压缸6-1的缸体端固接在固定基座6-2的前部上；所述后升落液压缸6-3的缸体端铰接在固定基座6-2的后部上，前升落液压缸6-1的伸缩杆端与后升落液压缸6-3的缸体中部铰接；所述固定基座6-2固接在后支撑横梁3-5上。

所述角度调节装置11包括水平夹角可调的角度连接节11-1和连接基座11-2；所述连接基座11-2安装位置可调地与平地铲8的顶部横杆固接；所述角度连接节11-1的前端与后升落液压缸6-3的伸缩杆端铰接固定。

所述垂直耕整机构的每个仿形耕整单体上均设有一个一维激光模块14；所述一维激光模块14固定在仿形耕整单体的任意一个仿形弹齿圆盘单体1的仿形弹齿1-2的上端的下表面上，且一维激光模块14的发射端和接收端均垂直朝下正对仿形弹齿1-2的下端的上表面。

所述控制器10分别与一维激光模块14、耕深调节液压缸4、前升落液压缸6-1和后升落液压缸6-3连接；当耕深调节液压缸4带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构通过液压升落装置6中的前升落液压缸6-1与后升落液压缸6-3相互配合，调整平地铲8的水平高度。

所述前支撑横梁3-13和后支撑横梁3-5的水平高度与前顶横梁3-1和后顶横梁3-2的水平高度之间的高度差，与耕深调节液压缸4在竖直方向上的可调最大位移距离之和，大于滑移装置7的最大滑移距离40～60mm。

所述前底横梁3-14上设有用于与牵引架5连接的牵引座3-12；左、右两个底盘纵梁3-10上分别设有一用于安装限深行走轮9的行走轮安装杆3-9。

所述连接基座11-2上设有基座销轴孔和基座定位销孔，所述角度连接节11-1的后端设有与基座销轴孔相对应的连接节销轴孔，以及多个以连接节销轴孔为圆心呈弧形分布的并与基座定位销孔相对应的连接节定位销孔；所述角度连接节11-1通过一竖直销轴依次穿过连接节销轴孔和基座销轴孔与连接基座11-2铰接，并通过一定位销与基座定位销孔和不同的连接节定位销孔相互配合固定角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角，从而固定平地铲8的倾角。

当秸秆覆盖率为30％～50％时，角度调节装置11的角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为15°～45°，当秸秆覆盖率大于50％时，角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为45°～75°。

一种利用所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的垂直耕整平地方法，包括如下步骤：

S1、在田间作业前，首先依据土壤实际情况及农艺要求，结合限深行走轮9相较圆盘1-1最低点的距离，对耕深调节液压缸4的初始伸缩量、滑移装置7的初始位置及液压减震器13的回弹阻尼与下压阻力进行调节，完成对滑移横杆2纵向位置设定，实现仿形弹齿圆盘单体1初始耕深位置的限定；以仿形弹齿圆盘单体1初始耕深位置为基准，调节液压升落装置6中前升落液压缸6-1及后升落液压缸6-3的初始伸缩量，完成平地铲8相对位置的设定，即平地铲8底端的水平高度位于圆盘1-1的最低点上方的15～20cm处；根据地表秸秆残茬覆盖情况，调节角度调节装置11中角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角，实现平地铲8的初始角度的设定；

S2、田间作业开始后，耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具由拖拉机牵引前进，装载于仿形弹齿1-2上的圆盘1-1在装置自重压力及土壤反作用力的共同作用下，圆盘1-1刃口平面被压入土壤中，圆盘1-1滚动前进，进行碎土、切茬、定量翻土覆盖整地作业；在地表发生变化起伏时，与圆盘1-1配合的仿形弹齿1-2快速进行弹性形变，仿形弹齿1-2上下端在竖直方向进行压紧，并配合液压减震器13的作用，实现高效仿形并紧贴变化地表，稳定耕整深度，同时在仿形弹齿1-2的弹性形变及液压减震器13的反作用力，实现圆盘1-1的自动复位；

装配在仿形弹齿1-2上端底面的一维激光模块14实时检测弹齿上端下表面与下端上表面间的竖直距离及圆盘入土深度；通过公式1获得仿形弹齿1-2上下端在竖直方向上的位移量y_t，单位为mm；通过公式2获得圆盘1-1在田间土壤的入土深度，即耕整深度l_t，单位为mm；信号输送至控制器10，依据设置的位移量范围及耕整深度限定值，当检测到位移量或耕整深度任意一项超过规定值，即对耕深调节液压缸4进行控制调节，实现精准抬升或者下降，当调节后一维激光模块14检测到位移量或耕整深度未达到设定值，则将反馈至控制器10，继续对耕深调节液压缸4进行控制调节，辅助仿形弹齿1-2达到作业最佳效果，六个仿形耕整单体能够实现分别测量，独立控制位移变化，保证耕深均匀且一致；

式中，α为仿形弹齿1-2在发生形变弹齿下端产生位移时，入射光线射向弹齿下端基准面上定点产生进入接收端的反射光线之间的夹角，单位为°；β为仿形弹齿1-2未发生形变时，入射光线射向弹齿下端基准面上该定点产生进入接收端的反射光线与基准面之间的夹角，单位为°；a为物距，即仿形弹齿1-2未发生形变时，定点反射的光线到接收端镜头表面中心距离，单位为mm；b为像距，即仿形弹齿1-2未发生形变时，定点反射的光线穿过镜头到达接收端中接收器距离，单位为mm；x为仿形弹齿1-2未发生形变和发生形变产生位移后，从定点反射光线到接收器两点之间的水平距离，单位为mm；l₀为仿形弹齿1-2在未发生形变时，发射端表面至圆盘1-1最低点的竖直距离，单位为mm；h为仿形弹齿1-2在未发生形变时，发射端至弹齿下端上表面定点的竖直距离，单位为mm；

S3、当耕深调节液压缸4带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构通过液压升落装置6中的前升落液压缸6-1与后升落液压缸6-3相互配合，调整平地铲8的水平高度，实现与仿形耕整单体相对位置的恒定，进而保证平地效果。

所述步骤S1中，当秸秆覆盖率为30％～50％时，角度调节装置11的角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为15°～45°，当秸秆覆盖率大于50％时，角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为45°～75°。

当拖拉机挂接牵引架5带动垂直耕整平地装置在公路行驶或田间作业转向掉头时，耕深调节液压缸4将滑移横杆2进行抬升，液压升落装置6抬起平地铲8，使限深行走轮9接触地面。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、设计左右翼双弹齿仿形结构，保证在地形变化较快的情况下实现快速仿形，并配合液压减震器实现圆盘作业紧贴变化地表，稳定耕整深度。

2、通过一维激光模块的实时检测计算得出圆盘入土深度，液压缸调节实现闭环控制，实现耕深可控。

3、耕整机构的前后两排采用交错排布，其平地机构则是对称斜置式排布形式。可实现独立控制，具有较高的适应性同时提高作业效果。

4、通过同步液压装置搭配滑移装置，精准实现垂直耕整机构和平地机构的同位控制，保持相对位置的恒定，并针对可能发生的秸秆堵塞，铲刀壅土等情况，通过角度连接节调整作业前平地铲相对倾角，提升机具防堵性。

附图说明

图1为本发明的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的立体结构示意图；

图2为本发明的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的俯视结构示意图；

图3为本发明的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的侧视结构示意图；

图4为承载机架3的结构示意图；

图5为仿形耕整单体的结构示意图；

图6为滑移横杆2及滑移装置7的线性滑移板7-1的结构示意图；

图7为仿形弹齿圆盘单体1的结构示意图；

图8为仿形弹齿1-2的结构示意图；

图9为液压升落装置6的结构示意图；

图10为平地铲8和角度调节装置11的结构示意图；

图11为角度连接节11-1和连接基座11-2的分解视图；

图12为本发明的控制流程图；

图13为一维激光模块14的检测原理示意图。

其中的附图标记为：

1仿形弹齿圆盘单体

1-1圆盘 1-2仿形弹齿

1-2-1左翼弹齿 1-2-2右翼弹齿

1-3下装载板 1-4上装载板

1-5固定法兰座 1-6端盖

1-7转动轴

2滑移横杆

2-1中心横杆 2-2装配固定帽

2-3横杆耳环座

3承载机架

3-1前顶横梁 3-2后顶横梁

3-3中底盘横梁 3-4后底盘横梁

3-5后支撑横梁 3-6上耳环座

3-7下耳环座 3-8滑轨安装立柱

3-9行走轮安装杆 3-10底盘纵梁

3-11支撑立柱 3-12牵引座

3-13前支撑横梁 3-14前底盘横梁

4耕深调节液压缸

5牵引架

6液压升落装置

6-1前升落液压缸 6-2固定基座

6-3后升落液压缸

7滑移装置

7-1线性滑移板 7-2滑轨

8平地铲

9限深行走轮

10控制器

11角度调节装置

11-1角度连接节 11-2连接基座

12限位杆

13液压减震器

14一维激光模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1、图2和图3所示，一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，包括承载机架3，以及布置在承载机架3上的垂直耕整机构、平地机构、一维激光模块14和控制器10。

所述垂直耕整机构包括间隔一定距离的前排耕整机构和后排耕整机构；所述前排耕整机构和后排耕整机构均包括三个并列布置的仿形耕整单体，且前排耕整机构的仿形耕整单体与后排耕整机构的仿形耕整单体交错布置。

如图4所示，所述承载机架3包括前顶横梁3-1、后顶横梁3-2、前底盘横梁3-14、中底盘横梁3-3、后底盘横梁3-4、前支撑横梁3-13、后支撑横梁3-5、滑轨安装立柱3-8、底盘纵梁3-10和支撑立柱3-11。

所述前底盘横梁3-14、中底盘横梁3-3、后底盘横梁3-4以及左、右两个底盘纵梁3-10构成机具底盘架；所述前顶横梁3-1和后顶横梁3-2分别通过支撑立柱3-11固接在所述机具底盘架上；所述前顶横梁3-1的底端面和后顶横梁3-2的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个上耳环座3-6；所述中底盘横梁3-3的底端面和后底盘横梁3-4的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个下耳环座3-7。所述前支撑横梁3-13设置在前顶横梁3-1的前方，所述后支撑横梁3-5设置在后顶横梁3-2的前方；所述前支撑横梁3-13和后支撑横梁3-5的底端面均沿其长度方向等间距地固接有四个滑轨安装立柱3-8；所述滑轨安装立柱3-8的底端固接在底盘纵梁3-10和与机具底盘架的固接的底盘支撑梁上。

为保证滑移横杆2在竖直方向上有一定的滑移距离余量，前支撑横梁3-13和后支撑横梁3-5的水平高度与前顶横梁3-1和后顶横梁3-2的水平高度之间的高度差，与耕深调节液压缸4在竖直方向上的可调最大位移距离之和，大于滑移装置7的最大滑移距离40～60mm。

进一步地，所述前底横梁3-14上设有用于与牵引架5连接的牵引座3-12；左、右两个底盘纵梁3-10上分别设有一用于安装限深行走轮9的行走轮安装杆3-9。

如图5所示，所述仿形耕整单体包括仿形弹齿圆盘单体1、滑移横杆2、耕深调节液压缸4、滑移装置7、限位杆12和液压减震器13。

如图6所示，所述滑移横杆2包括中心横杆2-1、装配固定帽2-2和横杆耳环座2-3。两个装配固定帽2-2通过双头螺柱可拆卸地固定在中心横杆2-1的左右两端；所述横杆耳环座2-3固接在中心横杆2-1的后端面中部。

所述滑移装置7包括沿竖直方向相互配合滑动的线性滑移板7-1和滑轨7-2；所述滑移横杆2的两个装配固定帽2-2上各固接一个线性滑移板7-1，与线性滑移板7-1相对应的滑轨7-2固接在滑轨安装立柱3-8上。

所述滑移横杆2的中心横杆2-1上设置有两个间隔一定距离的仿形弹齿圆盘单体1。如图7所示，所述仿形弹齿圆盘单体1包括圆盘1-1、仿形弹齿1-2、下装载板1-3、上装载板1-4、固定法兰座1-5、端盖1-6和转动轴1-7；所述仿形弹齿圆盘单体1通过上装载板1-4与下装载板1-3的相互配合挂接在滑移横杆2的中心横杆2-1上。如图8所示，所述仿形弹齿1-2包括并列且间隔一定距离的左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2；所述左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2均呈“C”字形；左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2的上端固接在下装载板1-3底部。两个仿形弹齿圆盘单体1的仿形弹齿1-2的左翼弹齿1-2-1和右翼弹齿1-2-2的下端均通过固定法兰座1-5和双头螺柱固接在同一个平行于中心横杆2-1的限位杆12上。所述圆盘1-1配合转动轴1-7和左右两个端盖1-6，通过双头螺柱可拆卸地固定在左翼弹齿1-2-1与右翼弹齿1-2-2之间。

竖直设置的耕深调节液压缸4的顶端通过销轴与前顶横梁3-1或后顶横梁3-2上的上耳环座3-6铰接，底端通过销轴与中心横杆2-1的横杆耳环座2-3铰接；竖直设置的液压减震器13的顶端通过销轴与中底盘横梁3-3或后底盘横梁3-4上的下耳环座3-7铰接，底端与限位杆12的中部固接。

所述垂直耕整机构的前排耕整机构和后排耕整机构各包括三个仿形耕整单体，共六个仿形耕整单体，每个仿形耕整单体各包括两个仿形弹齿圆盘单体1，且前后排的仿形弹齿圆盘单体1交错布置，使得每个仿形弹齿圆盘单体1与一行小麦种植行相对应。

四组并列设置的平地机构以机具纵轴线为对称轴呈轴对称布置；位于最左侧和最右侧的两个平地机构分别与左右两侧的仿形耕整单体相对应，位于中部左侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及左侧的仿形耕整单体相对应，位于中部右侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及右侧的仿形耕整单体相对应；所述平地机构包括液压升落装置6、平地铲8和角度调节装置11。

如图9所示，所述液压升落装置6包括前升落液压缸6-1、固定基座6-2和后升落液压缸6-3。所述前升落液压缸6-1的缸体端固接在固定基座6-2的前部上；所述后升落液压缸6-3的缸体端通过销轴铰接在固定基座6-2的后部上，前升落液压缸6-1的伸缩杆端通过销轴与后升落液压缸6-3的缸体中部铰接。所述固定基座6-2通过“U”形螺栓固接在后支撑横梁3-5上。

如图10所示，所述角度调节装置11包括水平夹角可调的角度连接节11-1和连接基座11-2。所述连接基座11-2通过“U”形螺栓安装位置可调地与平地铲8的顶部横杆固接；所述角度连接节11-1的前端通过一水平销轴与后升落液压缸6-3的伸缩杆端铰接固定。

如图11所示，所述连接基座11-2上设有基座销轴孔和基座定位销孔，所述角度连接节11-1的后端设有与基座销轴孔相对应的连接节销轴孔，以及多个以连接节销轴孔为圆心呈弧形分布的并与基座定位销孔相对应的连接节定位销孔；所述角度连接节11-1通过一竖直销轴依次穿过连接节销轴孔和基座销轴孔与连接基座11-2铰接，并通过一定位销与基座定位销孔和不同的连接节定位销孔相互配合固定角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角，从而固定平地铲8的倾角。

所述垂直耕整机构的每个仿形耕整单体上均设有一个一维激光模块14；所述一维激光模块14通过螺钉固定在仿形耕整单体的任意一个仿形弹齿圆盘单体1的仿形弹齿1-2的上端的下表面上，且一维激光模块14的发射端和接收端均垂直朝下正对仿形弹齿1-2的下端的上表面。

所述控制器10分别与一维激光模块14、耕深调节液压缸4、前升落液压缸6-1和后升落液压缸6-3连接。

一种利用所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的垂直耕整平地方法，包括如下步骤：

S1、在田间作业前，首先依据土壤实际情况及农艺要求，结合限深行走轮9相较圆盘1-1最低点的距离，对耕深调节液压缸4的初始伸缩量、滑移装置7的初始位置及液压减震器13的回弹阻尼与下压阻力进行调节，完成对滑移横杆2纵向位置设定，实现仿形弹齿圆盘单体1初始耕深位置的限定；以仿形弹齿圆盘单体1初始耕深位置为基准，调节液压升落装置6中前升落液压缸6-1及后升落液压缸6-3的初始伸缩量，完成平地铲8相对位置的设定，即平地铲8底端的水平高度位于圆盘1-1的最低点上方的15～20cm处；根据地表秸秆残茬覆盖情况，调节角度调节装置11中角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角，实现平地铲8的初始角度的设定。当秸秆覆盖率为30％～50％时，角度调节装置11的角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为15°～45°，当秸秆覆盖率大于50％时，角度连接节11-1与连接基座11-2的水平夹角为45°～75°。

S2、田间作业开始后，耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具由拖拉机牵引前进，装载于仿形弹齿1-2上的圆盘1-1在装置自重压力及土壤反作用力的共同作用下，圆盘1-1刃口平面被压入土壤中，圆盘1-1滚动前进，进行碎土、切茬、定量翻土覆盖整地作业；在地表发生变化起伏时，与圆盘1-1配合的仿形弹齿1-2快速进行弹性形变，仿形弹齿1-2上下端在竖直方向进行压紧，并配合液压减震器13的作用，实现高效仿形并紧贴变化地表，稳定耕整深度，同时在仿形弹齿1-2的弹性形变及液压减震器13的反作用力，实现圆盘1-1的自动复位；

整机控制流程图如图12所示，装配在仿形弹齿1-2上端底面的一维激光模块14可实时检测弹齿上端下表面与下端上表面间的竖直距离及圆盘入土深度，检测原理如图13所示，通过公式1获得仿形弹齿1-2上下端在竖直方向上的位移量y_t，单位为mm；通过公式2获得圆盘1-1在田间土壤的入土深度，即耕整深度l_t，单位为mm。信号输送至控制器10，依据设置的位移量范围及耕整深度限定值，当检测到位移量或耕整深度任意一项超过规定值，即对耕深调节液压缸4进行控制调节，实现精准抬升或者下降，当调节后一维激光模块14检测到位移量或耕整深度未达到设定值，则将反馈至控制器10，继续对耕深调节液压缸4进行控制调节，辅助仿形弹齿1-2达到作业最佳效果，六个仿形耕整单体能够实现分别测量，独立控制位移变化，保证耕深均匀且一致。

式中，α为仿形弹齿1-2在发生形变弹齿下端产生位移时，入射光线射向弹齿下端基准面上定点产生进入接收端的反射光线之间的夹角，单位为°；β为仿形弹齿1-2未发生形变时，入射光线射向弹齿下端基准面上该定点产生进入接收端的反射光线与基准面之间的夹角，单位为°；a为物距，即仿形弹齿1-2未发生形变时，定点反射的光线到接收端镜头表面中心距离，单位为mm；b为像距，即仿形弹齿1-2未发生形变时，定点反射的光线穿过镜头到达接收端中接收器距离，单位为mm；x为仿形弹齿1-2未发生形变和发生形变产生位移后，从定点反射光线到接收器两点之间的水平距离，单位为mm；l₀为仿形弹齿1-2在未发生形变时，发射端表面至圆盘1-1最低点的竖直距离，单位为mm；h为仿形弹齿1-2在未发生形变时，发射端至弹齿下端上表面定点的竖直距离，单位为mm。

S3、当耕深调节液压缸4带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构通过液压升落装置6中的前升落液压缸6-1与后升落液压缸6-3相互配合，调整平地铲8的水平高度，实现与仿形耕整单体相对位置的恒定，进而保证平地效果。

当拖拉机挂接牵引架5带动垂直耕整平地装置在公路行驶或田间作业转向掉头时，耕深调节液压缸4将滑移横杆2进行抬升，液压升落装置6抬起平地铲8，使限深行走轮9接触地面，实现对部件的保护并提高作业效率。

Claims (8)

1.一种耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，其特征在于，所述机具包括承载机架(3)，以及布置在承载机架(3)上的垂直耕整机构、平地机构、一维激光模块(14)和控制器(10)；

所述垂直耕整机构包括间隔一定距离的前排耕整机构和后排耕整机构；所述前排耕整机构和后排耕整机构均包括三个并列布置的仿形耕整单体，且前排耕整机构的仿形耕整单体与后排耕整机构的仿形耕整单体交错布置；

所述承载机架(3)包括前顶横梁(3-1)、后顶横梁(3-2)、前底盘横梁(3-14)、中底盘横梁(3-3)、后底盘横梁(3-4)、前支撑横梁(3-13)、后支撑横梁(3-5)、滑轨安装立柱(3-8)、底盘纵梁(3-10)和支撑立柱(3-11)；

所述前底盘横梁(3-14)、中底盘横梁(3-3)、后底盘横梁(3-4)以及左、右两个底盘纵梁(3-10)构成机具底盘架；所述前顶横梁(3-1)和后顶横梁(3-2)分别通过支撑立柱(3-11)固接在所述机具底盘架上；所述前顶横梁(3-1)的底端面和后顶横梁(3-2)的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个上耳环座(3-6)；所述中底盘横梁(3-3)的底端面和后底盘横梁(3-4)的底端面均沿其长度方向等间距地固接有三个下耳环座(3-7)；所述前支撑横梁(3-13)设置在前顶横梁(3-1)的前方，所述后支撑横梁(3-5)设置在后顶横梁(3-2)的前方；所述前支撑横梁(3-13)和后支撑横梁(3-5)的底端面均沿其长度方向等间距地固接有四个滑轨安装立柱(3-8)；所述滑轨安装立柱(3-8)的底端固接在底盘纵梁(3-10)和与机具底盘架的固接的底盘支撑梁上；

所述仿形耕整单体包括仿形弹齿圆盘单体(1)、滑移横杆(2)、耕深调节液压缸(4)、滑移装置(7)、限位杆(12)和液压减震器(13)；

所述滑移横杆(2)包括中心横杆(2-1)、装配固定帽(2-2)和横杆耳环座(2-3)；两个装配固定帽(2-2)可拆卸地固定在中心横杆(2-1)的左右两端；所述横杆耳环座(2-3)固接在中心横杆(2-1)的后端面中部；

所述滑移装置(7)包括沿竖直方向相互配合滑动的线性滑移板(7-1)和滑轨(7-2)；所述滑移横杆(2)的两个装配固定帽(2-2)上各固接一个线性滑移板(7-1)，与线性滑移板(7-1)相对应的滑轨(7-2)固接在滑轨安装立柱(3-8)上；

所述滑移横杆(2)的中心横杆(2-1)上设置有两个间隔一定距离的仿形弹齿圆盘单体(1)；所述仿形弹齿圆盘单体(1)包括圆盘(1-1)、仿形弹齿(1-2)、下装载板(1-3)、上装载板(1-4)、固定法兰座(1-5)、端盖(1-6)和转动轴(1-7)；所述仿形弹齿圆盘单体(1)通过上装载板(1-4)与下装载板(1-3)的相互配合挂接在滑移横杆(2)的中心横杆(2-1)上；所述仿形弹齿(1-2)包括并列且间隔一定距离的左翼弹齿(1-2-1)和右翼弹齿(1-2-2)；所述左翼弹齿(1-2-1)和右翼弹齿(1-2-2)均呈“C”字形；左翼弹齿(1-2-1)和右翼弹齿(1-2-2)的上端固接在下装载板(1-3)底部；两个仿形弹齿圆盘单体(1)的仿形弹齿(1-2)的左翼弹齿(1-2-1)和右翼弹齿(1-2-2)的下端均通过固定法兰座(1-5)和双头螺柱固接在同一个平行于中心横杆(2-1)的限位杆(12)上；所述圆盘(1-1)配合转动轴(1-7)和左右两个端盖(1-6)可拆卸地固定在左翼弹齿(1-2-1)与右翼弹齿(1-2-2)之间；

竖直设置的耕深调节液压缸(4)的顶端与前顶横梁(3-1)或后顶横梁(3-2)上的上耳环座(3-6)铰接，底端与中心横杆(2-1)的横杆耳环座(2-3)铰接；竖直设置的液压减震器(13)的顶端与中底盘横梁(3-3)或后底盘横梁(3-4)上的下耳环座(3-7)铰接，底端与限位杆(12)的中部固接；

前后排的仿形弹齿圆盘单体(1)交错布置，使得每个仿形弹齿圆盘单体(1)与一行小麦种植行相对应；

四组并列设置的平地机构以机具纵轴线为对称轴呈轴对称布置；位于最左侧和最右侧的两个平地机构分别与左右两侧的仿形耕整单体相对应，位于中部左侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及左侧的仿形耕整单体相对应，位于中部右侧的平地机构与中间的仿形耕整单体以及右侧的仿形耕整单体相对应；所述平地机构包括液压升落装置(6)、平地铲(8)和角度调节装置(11)；

所述液压升落装置(6)包括前升落液压缸(6-1)、固定基座(6-2)和后升落液压缸(6-3)；所述前升落液压缸(6-1)的缸体端固接在固定基座(6-2)的前部上；所述后升落液压缸(6-3)的缸体端铰接在固定基座(6-2)的后部上，前升落液压缸(6-1)的伸缩杆端与后升落液压缸(6-3)的缸体中部铰接；所述固定基座(6-2)固接在后支撑横梁(3-5)上；

所述角度调节装置(11)包括水平夹角可调的角度连接节(11-1)和连接基座(11-2)；所述连接基座(11-2)安装位置可调地与平地铲(8)的顶部横杆固接；所述角度连接节(11-1)的前端与后升落液压缸(6-3)的伸缩杆端铰接固定；

所述垂直耕整机构的每个仿形耕整单体上均设有一个一维激光模块(14)；所述一维激光模块(14)固定在仿形耕整单体的任意一个仿形弹齿圆盘单体(1)的仿形弹齿(1-2)的上端的下表面上，且一维激光模块(14)的发射端和接收端均垂直朝下正对仿形弹齿(1-2)的下端的上表面；

所述控制器(10)分别与一维激光模块(14)、耕深调节液压缸(4)、前升落液压缸(6-1)和后升落液压缸(6-3)连接；当耕深调节液压缸(4)带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构通过液压升落装置(6)中的前升落液压缸(6-1)与后升落液压缸(6-3)相互配合，调整平地铲(8)的水平高度。

2.根据权利要求1所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，其特征在于，所述前支撑横梁(3-13)和后支撑横梁(3-5)的水平高度与前顶横梁(3-1)和后顶横梁(3-2)的水平高度之间的高度差，与耕深调节液压缸(4)在竖直方向上的可调最大位移距离之和，大于滑移装置(7)的最大滑移距离40～60mm。

3.根据权利要求1所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，其特征在于，所述前底盘横梁(3-14)上设有用于与牵引架(5)连接的牵引座(3-12)；左、右两个底盘纵梁(3-10)上分别设有一用于安装限深行走轮(9)的行走轮安装杆(3-9)。

4.根据权利要求1所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，其特征在于，所述连接基座(11-2)上设有基座销轴孔和基座定位销孔，所述角度连接节(11-1)的后端设有与基座销轴孔相对应的连接节销轴孔，以及多个以连接节销轴孔为圆心呈弧形分布的并与基座定位销孔相对应的连接节定位销孔；所述角度连接节(11-1)通过一竖直销轴依次穿过连接节销轴孔和基座销轴孔与连接基座(11-2)铰接，并通过一定位销与基座定位销孔和不同的连接节定位销孔相互配合固定角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角，从而固定平地铲(8)的倾角。

5.根据权利要求1所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具，其特征在于，当秸秆覆盖率为30％～50％时，角度调节装置(11)的角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角为15°～45°，当秸秆覆盖率大于50％时，角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角为45°～75°。

6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具的垂直耕整平地方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、在田间作业前，首先依据土壤实际情况及农艺要求，结合限深行走轮(9)相较圆盘(1-1)最低点的距离，对耕深调节液压缸(4)的初始伸缩量、滑移装置(7)的初始位置及液压减震器(13)的回弹阻尼与下压阻力进行调节，完成对滑移横杆(2)纵向位置设定，实现仿形弹齿圆盘单体(1)初始耕深位置的限定；以仿形弹齿圆盘单体(1)初始耕深位置为基准，调节液压升落装置(6)中前升落液压缸(6-1)及后升落液压缸(6-3)的初始伸缩量，完成平地铲(8)相对位置的设定，即平地铲(8)底端的水平高度位于圆盘(1-1)的最低点上方的15～20cm处；根据地表秸秆残茬覆盖情况，调节角度调节装置(11)中角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角，实现平地铲(8)的初始角度的设定；

S2、田间作业开始后，耕深自动检测调控的垂直耕整平地机具由拖拉机牵引前进，装载于仿形弹齿(1-2)上的圆盘(1-1)在装置自重压力及土壤反作用力的共同作用下，圆盘(1-1)刃口平面被压入土壤中，圆盘(1-1)滚动前进，进行碎土、切茬、定量翻土覆盖整地作业；在地表发生变化起伏时，与圆盘(1-1)配合的仿形弹齿(1-2)快速进行弹性形变，仿形弹齿(1-2)上下端在竖直方向进行压紧，并配合液压减震器(13)的作用，实现高效仿形并紧贴变化地表，稳定耕整深度，同时在仿形弹齿(1-2)的弹性形变及液压减震器(13)的反作用力，实现圆盘(1-1)的自动复位；

装配在仿形弹齿(1-2)上端底面的一维激光模块(14)实时检测弹齿上端下表面与下端上表面间的竖直距离及圆盘入土深度；通过公式(1)获得仿形弹齿(1-2)上下端在竖直方向上的位移量y_t，单位为mm；通过公式(2)获得圆盘(1-1)在田间土壤的入土深度，即耕整深度l_t，单位为mm；信号输送至控制器(10)，依据设置的位移量范围及耕整深度限定值，当检测到位移量或耕整深度任意一项超过规定值，即对耕深调节液压缸(4)进行控制调节，实现精准抬升或者下降，当调节后一维激光模块(14)检测到位移量或耕整深度未达到设定值，则将反馈至控制器(10)，继续对耕深调节液压缸(4)进行控制调节，辅助仿形弹齿(1-2)达到作业最佳效果，六个仿形耕整单体能够实现分别测量，独立控制位移变化，保证耕深均匀且一致；

式中，α为仿形弹齿(1-2)在发生形变弹齿下端产生位移时，入射光线射向弹齿下端基准面上定点产生进入接收端的反射光线之间的夹角，单位为°；β为仿形弹齿(1-2)未发生形变时，入射光线射向弹齿下端基准面上该定点产生进入接收端的反射光线与基准面之间的夹角，单位为°；a为物距，即仿形弹齿(1-2)未发生形变时，定点反射的光线到接收端镜头表面中心距离，单位为mm；b为像距，即仿形弹齿(1-2)未发生形变时，定点反射的光线穿过镜头到达接收端中接收器距离，单位为mm；x为仿形弹齿(1-2)未发生形变和发生形变产生位移后，从定点反射光线到接收器两点之间的水平距离，单位为mm；l₀为仿形弹齿(1-2)在未发生形变时，发射端表面至圆盘(1-1)最低点的竖直距离，单位为mm；h为仿形弹齿(1-2)在未发生形变时，发射端至弹齿下端上表面定点的竖直距离，单位为mm；

S3、当耕深调节液压缸(4)带动某一仿形耕整单体在纵向方向上发生位移时，与之对应的平地机构通过液压升落装置(6)中的前升落液压缸(6-1)与后升落液压缸(6-3)相互配合，调整平地铲(8)的水平高度，实现与仿形耕整单体相对位置的恒定，进而保证平地效果。

7.根据权利要求6所述的垂直耕整平地方法，其特征在于，所述步骤S1中，当秸秆覆盖率为30％～50％时，角度调节装置(11)的角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角为15°～45°，当秸秆覆盖率大于50％时，角度连接节(11-1)与连接基座(11-2)的水平夹角为45°～75°。

8.根据权利要求6所述的垂直耕整平地方法，其特征在于，当拖拉机挂接牵引架(5)带动垂直耕整平地装置在公路行驶或田间作业转向掉头时，耕深调节液压缸(4)将滑移横杆(2)进行抬升，液压升落装置(6)抬起平地铲(8)，使限深行走轮(9)接触地面。