CN111656922B - 一种自适应零速投种装置、投种控制方法及排种器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种自适应零速投种装置、投种控制方法及排种器，涉及播种机领域，包括底壳、驱动机构和投种板，底壳内设有排种盘，投种板安装在底壳的出口处，驱动机构带动投种板调节与底壳出口的夹角，用于改变排种盘从底壳出口输出种子的投种角度，通过在排种器底壳上安装转动的投种板，使投种板在底壳出口处进行转动调节角度，在种子输出时，在投种板作用下对脱离排种盘的种子速度矢量及姿态进行修正，并与播种机前进速度、排种盘作业转速相匹配，解决了不同作业条件下，种子随机进入导种管，造成粒距变异系数大的问题。

Description

一种自适应零速投种装置、投种控制方法及排种器

技术领域

本公开涉及播种机领域，特别涉及一种自适应零速投种装置及、投种控制方法及排种器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

伴随大规模种植作业的推广，高速精量排种器已经普遍应用在玉米、大豆等主要粮食作物的种植中。经排种器排放的籽粒自型孔脱离后，一般以自身切速度为初速度，在重力作用投送到导种管中，然后沿管路落入开沟器开出的沟槽中。在该投送过程中，籽粒下落过程中的水平速度分量与机具前进速度分量不匹配，入射角度随机性大，造成籽粒整个下落过程中与管壁碰撞频繁，导致播种深度和粒距变异系数较大，影响出苗时间及株距的控制。

发明人发现，目前对于高精度的播种，多采用人工投种的方式，避免传统依赖重力落种所造成的籽粒进入导种管方向的随机性，但是，这种投种方式相较于机械操作效率低下，难以满足大面积的作物种植需求；另外，对于控制籽粒的运动过程，实现零速投种的需求，还能够通过对导种管曲线形状的改进来实现，但是，由于同一导种管只能适应一定行进速度下的投种过程，在实际播种过程中，行进速度是发生变化的，因此，对导种管曲线形状进行控制对行进系统的要求较高，难以满足播种行进速度具有较大波动的工况，从而难以获取更高的播种质量。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种自适应零速投种装置、投种控制方法及排种器，通过在排种器底壳上安装转动的投种板，使投种板在底壳出口处进行转动调节角度，在种子输出时，在投种板作用下对脱离排种盘的种子速度矢量及姿态进行修正，并与播种机前进速度、排种盘作业转速相匹配，解决了不同作业条件下，种子随机进入导种管，造成粒距变异系数大的问题。

本公开的第一目的是提供一种自适应零速投种装置，采用以下技术方案：

包括底壳、驱动机构和投种板，底壳内设有排种盘，投种板安装在底壳的出口处，驱动机构带动投种板调节与底壳出口的夹角，用于改变排种盘从底壳出口输出种子的投种角度。

进一步地，还包括数据采集模块和控制器，数据采集模块获取底壳的行进速度和投种板与底壳出口的夹角，驱动机构和数据采集模块分别连接控制器，控制器依据数据采集模块获取的数据控制驱动机构动作。

进一步地，所述投种板与底壳转动连接，驱动机构安装在底壳上，并与投种板配合传动。

进一步地，所述投种板一侧与底壳配合，另一侧为弧形板，弧形板与底壳出口处形成投种通道，排种盘通过投种通道输出种子。

进一步地，所述弧形板朝向投种通道的一侧为平面和圆弧面对接结构，圆弧面用于修正投种通道内种子的下落姿态。

本公开的第二目的是提供一种自适应零速投种控制方法，利用如上所述的自适应零速投种装置，包括以下步骤：

实时获取底壳的行进速度，计算得出种子从底壳出口排出的最佳作业角度，使得输出种子在行进方向上的速度与底壳的行进速度一致；

依据最佳作业角度调整投种板与底壳出口的夹角，直至种子在行进方向上输出的速度相对于底壳为零。

进一步地，计算最佳作业角度包括以下步骤：

实时获取底壳的行进速度，依据株距要求、排种盘型孔数量，计算排种盘转速；

依据排种盘转速和排种盘直径，计算种子脱离排种盘的初速度；

计算获取投种板的最佳投种角度。

进一步地，驱动机构带动投种板转动，调节投种板与底壳出口的夹角至所需值。

进一步地，通过角度传感器获取投种板的角度变化，通过速度传感器获取底壳的行进速度。

本公开的第三目的是提供一种排种器，播种机上安装有如上所述的自适应零速调整装置。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)通过排种器前进速度、排种盘转速及相关参考值从而计算投种板匹配角度，对投种板角度进行实时调整，保证投种板处于最佳角度范围内，避免角度不适当造成播种质量下降；

(2)依据实时前进速度、排种盘转速实时计算投种板的角度，通过驱动机构实时自动调整定种板角度，使投种板始终处于最佳零速投种姿态下，保证了播种机的作业质量；

(3)对脱离排种盘的种子速度矢量及姿态进行修正，并与播种机前进速度、排种盘作业转速相匹配，解决了不同作业条件下，种子随机进入导种管，造成粒距变异系数大的问题，大大提高了播种机的工作质量。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中投种装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2中投种板的结构示意图；

图3为本公开实施例2中各元件连接示意图；

图4为本公开实施例2中投种控制的流程示意图。

图中：1、控制器，2、驱动器，3、驱动电机，4、角度传感器，5、减速器，6、投种板，7、传动轴，8、排种盘，9、底壳。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中投送过程中，籽粒下落过程中的水平速度分量与机具前进速度分量不匹配，入射角度随机性大，造成籽粒整个下落过程中与管壁碰撞频繁，导致播种深度和粒距变异系数较大，影响出苗时间及株距的控制；针对上述问题，本公开提出了一种自适应零速投种装置、投种控制方法及排种器。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提出了一种自适应零速投种装置。

主要包括控制系统、执行机构和数据采集系统，控制机构包括控制器1和电机驱动器2，执行机构包括投种板6、传动轴7、驱动电机3和减速器5，数据采集系统包括数据采集模块，分为速度传感器和角度传感器4；

在本实施例中，控制器安装在驱动整体装置行进的播种机行走系统驾驶舱内，处于靠近驾驶员操作位置；

所述投种板与投种板传动轴一端连接后安装在排种器底壳9上；所述减速器通过4个螺栓固定安装在排种器底壳上；减速器为减速齿轮箱；

所述驱动电机通过螺栓固定安装在减速齿轮箱上；所述投种板传动轴一端与投种板通过螺栓连接，另一端与减速齿轮箱动力输出轴连接；

角度传感器安装在减速器上，减速器通过齿轮传动，使得角度传感器与减速箱动力输出轴实现转速一比一传动，间接采集投种板的角度变化；速度传感器安装在播种机行走系统上，测取整体装置的行进速度。

在运行时，控制器通过机具前进速度、排种盘8转速及相关参考值从而计算投种板匹配角度，对投种板角度进行实时调整，保证投种板处于最佳角度范围内，避免角度不适当造成播种质量下降。

进一步地，数据采集模块获取底壳的行进速度和投种板与底壳出口的夹角，驱动机构和数据采集模块分别连接控制器，控制器依据数据采集模块获取的数据控制驱动机构动作；

排种盘的转动速度通过底壳行进速度结合播种作业要求的株距、排种盘周向型孔数目计算得到。

当然，对于驱动电机，在本实施例中，可以选择为伺服电机，伺服电机配合减速器、传动轴形成驱动机构，伺服电机的动力经过减速器、传动轴后传递到投种盘上。

需要指出的是，对于排种器底壳，选用现有的排种器底壳即可，排种器内部设有对应的排种盘，排种盘接收种子并将种子分散在其周向的型孔内进行输出。

具体的，所述投种板与底壳通过传动轴转动连接，驱动机构固定在底壳上，并与投种板配合传动；

投种板一侧与底壳配合，另一侧为弧形板，弧形板与底壳出口处形成投种通道，排种盘通过投种通道输出种子；

所述弧形板朝向投种通道的一侧为平面和圆弧面对接结构，圆弧面用于修正投种通道内种子的下落姿态。

在本实施例中，所述的投种板为一体式钣金折弯结构，形成一侧带有连接孔、另一侧为弧形板的结构；

带有连接孔的安装平板上有2个圆形孔，上孔为工作过程中投种板的旋转中心，与传动轴配合转动；

下孔与排种器底壳圆弧型长槽配合，用于在投种板转动时约束其转动角度，起到调整范围内限位作用。

弧形板的外侧面为平面过渡到圆弧面结构，借助外侧曲面实现种子定向下落及下落姿态修正。

对于角度传感器，其实时获取投种板的转动角度并反馈至控制器，控制器依据角度传感器反馈的角度和实时计算出的最佳投种角度，实时自动调节投种板角度，使得投种板处于最佳零速投种姿态下，保证了播种机的作业质量。

实施例2

本公开的另一典型实施例中，如图1-图4所示，提供一种自适应零速投种控制方法。

利用如实施例1所述的自适应零速投种方法，包括以下步骤：

利用前进速度传感器采集机具作业速度进行检测，并将数据反馈至控制器；

根据前进速度，控制器计算投种板最佳作业角度；

利用角度传感器采集投种板实时角度，并将数据反馈至控制器，形成闭环控制，直至将投种板调整至最佳作业角度。

具体的，对于计算投种板最佳作业角度的步骤，具体包括：

播种机前进作业v₁，前进速度传感器测量当前速度v₁；

根据当前速度v₁，预设株距要求为L、排种盘型孔数量为N，计算得到排种盘转速

预设排种盘直径为d，种子脱离排种盘初速度v＝πnd/30；

控制器通过上述参数，计算得到最佳投种角度

在获取最佳投种角度后，根据控制器计算得到的最佳投种角度，控制器发送指令至电机驱动器，电机驱动器控制电机进行转动，带动定种板进行转动，在角度传感器反馈下，直至投种板达到预设角度为止。

与现有技术相比，本实施例中所提供的自适应零速投种方法，对脱离排种盘的种子速度矢量及姿态进行修正，并与播种机前进速度、排种盘作业转速相匹配，解决了不同作业条件下，种子随机进入导种管，造成粒距变异系数大的问题，大大提高了播种机的工作质量。

实施例3

本公开的第三种实施例中，提供一种排种器。

所述播种机安装有如实施例1所述的自适应零速投种装置。

将速度传感器安装在播种机的牵引设备上，将排种盘底壳安装在播种机上，并将其他元件对应安装在底壳上；控制器安装在牵引设备的驾驶舱内，便于工作人员对整个投种过程进行控制。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自适应零速投种装置，其特征在于，包括底壳、驱动机构和投种板，底壳内设有排种盘，投种板安装在底壳的出口处，驱动机构带动投种板调节与底壳出口的夹角，用于改变排种盘从底壳出口输出种子的投种角度；

所述投种板与底壳转动连接，驱动机构安装在底壳上，并与投种板配合传动；

所述投种板一侧与底壳配合，另一侧为弧形板，弧形板与底壳出口处形成投种通道，排种盘通过投种通道输出种子；

所述弧形板朝向投种通道的一侧为平面和圆弧面对接结构，圆弧面用于修正投种通道内种子的下落姿态；

还包括数据采集模块和控制器，数据采集模块获取底壳的行进速度和投种板与底壳出口的夹角，驱动机构和数据采集模块分别连接控制器，控制器依据数据采集模块获取的数据控制驱动机构动作。

2.一种自适应零速投种控制方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的自适应零速投种装置，包括以下步骤：

实时获取底壳的行进速度，计算得出种子从底壳出口排出的最佳作业角度，使得输出种子在行进方向上的速度与底壳的行进速度一致；

依据最佳作业角度调整投种板与底壳出口的夹角，直至种子在行进方向上输出的速度相对于底壳为零；

计算最佳作业角度包括以下步骤：

实时获取底壳的行进速度，依据株距要求、排种盘型孔数量，计算排种盘转速；

依据排种盘转速和排种盘直径，计算种子脱离排种盘的初速度；

计算获取投种板的最佳投种角度。

3.如权利要求2所述的自适应零速投种控制方法，其特征在于，驱动机构带动投种板转动，调节投种板与底壳出口的夹角至所需值。

4.如权利要求2所述的自适应零速投种控制方法，其特征在于，通过角度传感器获取投种板的角度变化，通过速度传感器获取底壳的行进速度。

5.一种排种器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的自适应零速投种装置。

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