一种具有下压力自动控制系统的同位仿形播种机的制作方法

本实用新型属于农业机械领域，具体涉及一种同位仿形机。

背景技术：

播深一致性是精量播种的一个重要指标，播种深度是决定玉米出苗及最终玉米产量的一个重要因素。目前国内多采用被动仿形方式，主要依靠人工调节弹簧和平行四连杆机构的搭配来实现播种单体与地面的仿形，而其中同位仿形与前仿形、后仿形等其他仿形方式相比，具有仿形同步性好，能够实现高速播种的优点。部分高校如中国农业大学、内蒙古农业大学、吉林大学、中国农业机械化科学研究院等近几年也研究发表了采用电液控制技术来自动控制播深的相应论文，提高了播种单体的仿形精度和播深稳定性。

国内对播种单体下压力的研究微乎其微，将控制播深一致性与稳定性的研究重点主要放在开沟器的精确控制上，而对于同位仿形式播种机来说，由于开沟圆盘紧贴同位仿形限深轮的结构形式以及开沟圆盘与同位仿形限深轮的相对高度来决定最终播深的结构特点，实时监测控制限深轮的受力情况，不仅可以有效控制播深稳定性，同时对种墙两侧的下压力有一个合理的把控。因为如果播种单体的下压力过小，随着土壤坚实度变化、秸秆残留程度以及单体自身重量的减小(种箱、肥箱重量的减少)，导致播深不稳定，甚至可能造成在种子下落之前种墙就崩塌了，造成株距播深均不稳，以及出苗后期因种根太浅易受害虫侵蚀；如果播种单体下压力过大，种沟两侧种墙会过分紧实，形成不利于根系发育生长的“斧头根”。因此通过对播种单体进行下压力实时控制，不仅为种子提供一个更佳的生长环境以期获得更高的产量，而且对精量播种的播种一致性及稳定性也具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种同位仿形播种机，能够实现在复杂多变的田间耕作地表以及自重不断变化情况下维持合理的下压力范围，满足所需播种深度下提高播深一致性及稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

本实用新型提供一种具有下压力自动控制系统的同位仿形播种机，包括：

播种单体，包括播种机构、开沟机构、限深机构、仿形调节机构、镇压轮以及机架；

电控系统，包括应变片、电压放大电路、PLC控制器和开关电源，其中PLC控制器内设A/D转换模块、供电模块和PID调节算法模块；所述应变片粘贴在限深机构上，用于实时检测播种单体下压力，其产生的应变电信号经电压放大电路传到PLC控制器的A/D转换模块，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值；

液压系统，包括液压缸和电液比例减压阀，液压缸与仿形调节机构连接，电液比例减压阀接收PID调节算法模块发送的指令，用来调节控制播种单体的下压力；以及

人机界面；与电控系统通讯，用来显示应变片所检测的下压力实际检测值，并可提前输入或修改下压力预设值。

在具体实施例中，所述开沟机构可以为开沟圆盘，所述仿形调节机构可以为平行四连杆机构。所述限深机构包括同位仿形限深轮和播深调节手柄，二者之间通过限深轮力臂连接，所述应变片粘贴在播深调节手柄下方。

优选情况下，所述人机界面与所述电控系统的通讯方式采用CAN通讯。

具体情况下，所述PID调节算法模块根据用户在人机界面所输入下压力期望值r(k)和应变片测力回路实时反馈的实际检测值y(k)的偏差e(k)大小进行相应运算处理，然后将输出值输入到电液比例减压阀来控制液压输出压力速率，最后液压缸执行相应动作，使得播种单体下压力大小发生改变，又通过应变片测力回路进行下压力实际值检测形成闭环回路，以此来调节和维持播种单体下压力在预设值内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)采用液压缸作为执行机构，通过控制液压缸的液压力的输出大小，来间接实现实时调整播种单体下压力的目的，结构简单，反应迅速，性能平稳。

(2)采用PID调节算法，使液压缸迅速达到所需液压力的同时防止液压力的输出延迟对播种单体所造成的过分冲击。

(3)通过人机界面，可以提前键入或修改预设下压力的合理范围，在播种单体工作状态下实时监测和显示下压力的大小，操作方便，便于观察和修改。

(4)能够有效防止下压力过大或过小对种子后期出苗的影响，促进出苗一致性，提高作物产量；能够有效改善播深一致性及稳定性。

附图说明

图1为本实用新型机械结构原理示意图；

图2为本实用新型应变片粘贴位置示意图；

图3为本实用新型电控系统的结构示意图；

图4为本实用新型PID调节算法模块原理示意图；

图5为本实用新型液压系统的结构示意图。

其中的附图标记为：

1播种系统 2平行四连杆机构

3液压缸 4限深轮力臂

5开沟圆盘 6镇压轮

7同位仿形限深轮 8应变片

9播深调节手柄 10机架

11地面 12种子

13种沟 14电压放大电路

15 A/D转换模块 16 5V电源模块

17 PID算法调节模块 18 PLC控制器

19人机界面 20电液比例减压阀

21 24V开关电源 22播种单体

23应变片测力回路 24压力表

25单向阀 26蓄能器

27液压泵 28过滤器

29油箱 30种箱

31排种器 32导种管

r(k)下压力期望值 y(k)下压力实际检测值

e(k)期望值与实际值的偏差 u(k)PID计算输出值

y(t)电液比例阀实际输出值

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进行进一步说明。

如图1、图3、图5所示，根据本实用新型的同位仿形播种机主要包括播种单体22、电控系统、液压系统和人机界面19。

其中，所述播种单体22包括播种系统1、平行四连杆机构2、限深轮力臂4、开沟圆盘5、镇压轮6、同位仿形限深轮7、播深调节手柄9和机架10，前者均固定在机架10上。所述播种系统1包括种箱30、排种器31和导种管32，将种子12每隔一定株距置于种沟13中；所述播深调节手柄9通过限深轮力臂4与限深轮7旋转固定，可以在开沟圆盘5入土后确定开沟圆盘5与限深轮7的相对高度即播深。

所述电控系统包括应变片8、电压放大电路14、PLC控制器18和24V开关电源21，其中PLC控制器18内设A/D转换模块15、5V供电模块16和PID调节算法模块17；所述24V供电模块21同时为PLC控制器18和人机界面19供电；所述5V供电模块16为电压放大电路14供电；所述应变片8产生的应变电信号经电压放大电路14传到PLC控制器的A/D转换模块15，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值，最终传给人机界面19进行显示；所述人机界面19与电控系统的通讯方式采用CAN通讯，可提前输入或修改下压力预设值。

所述液压系统包括液压缸3、电液比例减压阀20、压力表24、单向阀25、蓄能器26、液压泵27、过滤器28和油箱29，并依次连接；所述液压缸3固定连接在平行四连杆机构2上，根据推杆的推力作用大小来调整控制播种单体22下压力。电液比例减压阀20信号输入端与PLC控制器18中的PID调节算法模块17输出端连接，电液比例减压阀20由PLC控制器18的PID调节算法模块17的电压输出控制，进而控制液压缸3动作，最终作用在播种单体22上。

如图2所示，应变片8粘贴在播深调节手柄9下方，用于实时检测播种单体下压力。

如图4所示，PID调节算法模块17根据用户在人机界面19所输入下压力期望值r(k)和应变片测力回路23实时反馈的实际检测值y(k)的偏差e(k)大小进行相应运算处理，然后将输出值输入到电液比例减压阀20来控制液压输出压力速率及大小，最后液压缸3执行相应动作，使得播种单体下压力大小发生改变，又通过应变片测力回路23进行下压力实际值检测形成闭环回路，以此来调节和维持播种单体下压力在预设值内。

本实用新型的工作过程如下：

首先，在人机界面上键入目标下压力范围和液压系统的供油压力参数，在播种单体工作前选择运行开始。因为开沟圆盘开沟时受到很大的破土阻力，而不同的土质且残茬存留情况产生不同的破土阻力，同位仿形限深轮随着破土阻力的不同所受地面的反作用力也不断变化，限深轮力臂在这个反作用力下不断向上顶深度调节手柄，下压力间接反映为限深轮力臂对深度调节手柄的反作用力。

粘贴在深度调节手柄下的应变片作用就是检测深度调节手柄的微应变最终以毫伏级电信号输出，经电压放大器放大为0-5V，随后经PLC控制器的A/D转换模块及相关力学运算转化为下压力的实时数值，最终通过CAN通讯传输到人机界面来进行实时显示。

期间，PLC控制器不断将应变片实时采集的应变信号转化为当前下压力检测数值与下压力预设值进行比较，由PID调节算法模块根据偏差值大小控制电液比例减压阀的液压输出速率，使其迅速调节到所需液压力，这个液压力在液压缸推杆的作用下作用在播种单体上，最终达到调整和维持下压力期望值的目的。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型的说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型保护范围内。