一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置

本技术涉及农业机械，尤其涉及一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，该装置能使每个开沟器在陡坡、坑洼等复杂地形作业时，独立且稳定地保持预设播种深度。

背景技术：

1、在山地、丘陵等地区进行播种作业时，地块通常存在坡度大、地表起伏不平、坑洼较多的问题。传统播种机的开沟器大多与机架刚性连接或采用简单平行四杆结构。在通过陡坡或坑洼地带时，这种结构难以使开沟器随地形的变化而灵活、及时并精准地调整高度。

2、当播种机上坡时，开沟器容易被抬起，导致播种过浅；下坡时，开沟器又容易陷入土壤过深。同样，遇到凸起时播深变浅，遇到凹陷时播深变深。这种播深不稳定的问题会严重影响种子的出苗率和后期生长，造成作物产量下降，是复杂地形地区农业生产的一大难题。现有技术中虽有一些调节方式，如液压调控，但普遍存在响应慢、结构复杂、可靠性差等问题，难以适应恶劣的作业环境。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，它能为每个开沟器提供独立的仿形能力，使其在复杂地形下都能精准跟随地表起伏，保持稳定的播种深度。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，包括多杆仿形机构、电驱控制系统及播种机机架；

4、所述多杆仿形机构用于安装播种单体的开沟器，并通过连杆铰接关系限定开沟器的运动轨迹；

5、所述多杆仿形机构与播种机机架通过夹持装置可拆卸固定，夹持装置采用高强度合金材质，确保连接刚度且便于拆装维护；

6、所述电驱控制系统集成信息检测、信号处理、扭矩输出功能，与多杆仿形机构传动连接，通过输出实时可变扭矩调节多杆仿形机构的工作参数，维持开沟器开沟深度稳定。

7、优选的，所述四连杆仿形机构为铰链四杆构件，包括：主动连架杆、从动连架杆及连杆；主动连架杆上端通过铰接点a与播种机机架可转动连接，下端通过铰接点d与连杆一端连接；从动连架杆上端通过铰接点b与播种机机架可转动连接，下端通过铰接点c与连杆另一端连接；开沟器为开沟轮，所述开沟轮通过铰接点e安装在连杆的下端，随连杆同步运动；

8、主动连架杆为两个，对称分布在连杆的左右两侧，呈镜像结构，共同承担开沟轮的承载负荷及扭矩传动作用，避免单侧受力导致的机构变形；

9、铰链四杆构件中各部件的长度比例满足cd:bc:ab:ad:de=1:1.17:1.17:1.65:2.5，其中c、b、a、d、e为上述对应铰接点；在此时主动连架杆绕铰接点a转动，且∠bad在30.6°～93.7°范围内时，开沟轮中心的运动轨迹近似为直线，确保开沟深度均匀，∠bad为铰接点a处，ab段与ad段的夹角；

10、初始位置参数：∠bad的预设稳定角度为43°,该角度对应开沟轮中心位于上述近似直线轨迹中心处的初始工作位置，为开沟深度调节的基准角度；

11、开沟轮结构：开沟轮由两片单片开槽轮组成，两片开槽轮体之间呈15°～30°的预设角度，且开沟轮可绕e点处自由转动，从而降低开沟过程中与土壤的摩擦阻力，减少轮体磨损。

12、优选的，所述电驱控制系统包括信息检测单元、控制单元、变扭矩执行单元及信号传输单元，各单元的组成、安装及功能如下：

13、信息检测单元：包括机架倾角传感器和主动连架杆倾角传感器；

14、机架倾角传感器固定在播种机机架上，紧贴ab段，用于采集ab段的实时倾角，ab段为机架与从动连架杆的铰接点连线；

15、主动连架杆倾角传感器固定在主动连架杆上，紧贴ad段，用于采集ad段的实时倾角，ad段为主动连架杆本体；

16、两个传感器的采样频率不低于10hz，角度测量精度不低于±0.1°,确保检测信号的实时性与准确性；

17、控制单元：核心为单片机，所述单片机通过螺栓固定安装在播种机机架的非振动区域，以避免作业振动影响运算稳定性；单片机内置pid控制算法，可接收信息检测单元传输的两路倾角数据，计算ab段与ad段的倾角差值，并通过算法控制该差值稳定在所述的43°预设角度附近，偏差控制在±0.5°以内；

18、变扭矩执行单元：为直流伺服变扭矩电机，所述电机通过电机支架固定在播种机机架上，电机的输出端通过齿轮啮合结构或同步带传动结构与主动连架杆联动；电机的扭矩输出范围为5n・m～50n・m，可根据单片机指令实现连续可调，扭矩响应延迟不超过0.3秒；

19、信号传输单元：采用can总线或rs485通信协议，实现信息检测单元与控制单元、控制单元与变扭矩执行单元之间的信号传输；传输线缆采用屏蔽线，避免田间电磁干扰导致的信号丢失，确保控制指令的可靠传递；

20、控制逻辑：当单片机检测到∠bad的实时值偏离43°预设角度时，立即生成扭矩调节指令；变扭矩电机接收指令后，向主动连架杆施加对应的调节扭矩，驱动主动连架杆绕铰接点a转动，直至∠bad回归至预设角度范围，从而维持铰链四杆构件的角度稳定。

21、优选的，所述变扭矩电机与主动连架杆的联动结构设置有扭矩保护机制：当电机输出扭矩超过50n・m或低于5n・m时，电机自动触发过载保护或欠载提醒，暂停扭矩输出并向单片机发送故障信号，避免因地形障碍如石块导致的机构损坏或扭矩不足导致的开沟深度失控。

22、优选的，所述变扭矩电机施加的扭矩可根据单片机的实时指令动态适配地形变化：

23、当田间地形凸起时，开沟轮受到向上的冲击力，导致∠bad角度大于43°,单片机立即指令变扭矩电机增大输出扭矩，驱动主动连架杆向“减小∠bad”的方向转动，使开沟轮向下复位，维持开沟深度；

24、当田间地形凹陷时，开沟轮因重力作用向下偏移，导致∠bad角度小于43°,单片机指令变扭矩电机减小输出扭矩或反向输出小扭矩，驱动主动连架杆向“增大∠bad”的方向转动，避免开沟轮过度下陷；

25、通过上述动态调节，实现播种作业中开沟深度的自适应稳定控制。

26、本实用新型具有如下有益效果：

27、1、独立性强：每个开沟器都有自己独立的仿形装置，能根据自身位置的地形变化单独调整，互不干扰。

28、2、响应迅速：单片机相比较来说反应更快，减少了仿形滞后带来的播深误差。

29、3、精准度高：倾角传感器将两倾角值时时记录，再通过pid算法让两倾角的差值稳定，使得开沟器能够更加精准地控制开沟深度。

30、4、结构简单可靠：整体采用简单机械结构，制造成本低，故障率低，维护方便，适合恶劣的田间作业环境。

1.一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，包括多杆仿形机构、电驱控制系统、四连杆仿形机构及播种机机架；

2.根据权利要求1所述的一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，所述四连杆仿形机构为铰链四杆构件，包括：主动连架杆、从动连架杆及连杆；主动连架杆上端通过铰接点a与播种机机架可转动连接，下端通过铰接点d与连杆一端连接；从动连架杆上端通过铰接点b与播种机机架可转动连接，下端通过铰接点c与连杆另一端连接；开沟器为开沟轮，所述开沟轮通过铰接点e安装在连杆的下端，随连杆同步运动；

3.根据权利要求1所述的一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，所述电驱控制系统包括信息检测单元、控制单元、变扭矩执行单元及信号传输单元，各单元的组成、安装及功能如下：

4.根据权利要求3所述的一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，所述变扭矩电机与主动连架杆的联动结构设置有扭矩保护机制：当电机输出扭矩超过50n・m或低于5n・m时，电机自动触发过载保护或欠载提醒，暂停扭矩输出并向单片机发送故障信号，避免因地形障碍如石块导致的机构损坏或扭矩不足导致的开沟深度失控。

5.根据权利要求4所述的一种电控可变预紧力的播种单体仿形装置，其特征在于，所述变扭矩电机施加的扭矩可根据单片机的实时指令动态适配地形变化：