一种具有动力仿形镇压功能的播种机及其方法与流程

本发明属于播种机，特别是涉及一种具有动力仿形镇压功能的播种机及其方法。

背景技术：

1、在农田起垄播种的生产流程中，垄体镇压是保障播种质量的重要环节，通过对垄体土壤进行压实处理，能够减少土壤内部空隙，降低水分蒸发速度，使种子与土壤紧密接触，为种子萌发和苗期生长提供稳定的土壤环境。目前广泛使用的起垄播种机均配备镇压机构，其工作性能直接影响保墒效果与作物出苗情况，是播种设备中不可缺少的功能部件。

2、现有起垄播种机所使用的镇压机构大多采用整体式结构，镇压辊为完整的长轴部件，整机仅设置一套变速箱，动力由变速箱统一输出，带动整根镇压辊同步转动。在田间地势平坦的条件下，该结构能够完成基本镇压作业，但农田地面普遍存在高低起伏，一体式镇压辊无法跟随垄体高度变化进行单独调整，会出现部分位置压力过大、部分位置压力不足的现象。经过镇压后的垄体紧实程度分布不均，土壤保水能力下降，水分散失速度加快，种子与土壤不能充分贴合，发芽出苗受到影响，出苗整齐度降低，最终导致作物生长状态不一，种植产量难以提升。

3、为此，我们提供了一种具有动力仿形镇压功能的播种机及其方法，用以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有动力仿形镇压功能的播种机，解决了现有技术中的一体式镇压辊无法跟随垄体高度变化进行单独调整，会出现部分位置压力过大、部分位置压力不足的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

3、本发明为一种具有动力仿形镇压功能的播种机及其方法，包括机架、移动轮、动力输入机构、镇压辊单体和仿形连接机构；

4、所述动力输入机构包含变速箱、链轮及链条传动组件，动力由拖拉机后动力输出轴输入并均匀分配至各组镇压辊单体；

5、所述镇压辊单体为多组独立结构，每组对应一个垄体，包含镇压辊、单体支架及弹性调节组件；

6、所述仿形连接机构通过销轴将单体支架铰接于机架，单体支架上下设置弹簧组件，实现独立浮动仿形，整机主要由机架、移动轮、动力输入机构、镇压辊单体以及仿形连接机构构成，动力输入机构包含变速箱、链轮与链条传动组件，动力来源为拖拉机后动力输出轴，动力经变速箱传递后，由链轮及链条传动组件将动力均匀分配到每一组镇压辊单体，使各组镇压辊保持稳定运转，镇压辊单体相互独立设置，每组镇压辊单体对应一条垄体作业，每组均由镇压辊、单体支架与弹性调节组件组成，仿形连接机构采用销轴将单体支架与机架相互铰接，单体支架的上下位置分别设置弹簧组件，使单体支架能够以销轴为支点进行上下摆动，每组镇压辊单体依据垄体地形高低独立浮动，完成仿形作业。

7、各组镇压辊单体独立浮动，使镇压辊与垄体保持贴合，垄体各处镇压后的瓷实度保持一致，土壤水分散失减少，种子与土壤能够紧密接触，为种子出苗提供稳定条件，动力均匀分配保证各组镇压辊运转状态一致，弹簧组件配合销轴铰接结构，使镇压辊随地形变化调整位置，适应不同高低的垄体表面，满足田间播种镇压的使用要求。

8、本发明进一步设置为，所述机架的前端设置有旋耕组件，所述旋耕组件由动力输入机构驱动，用于对播种前的土壤进行旋耕碎土作业，旋耕组件由动力输入机构提供驱动力，在播种机行进过程中对田间土壤进行旋耕碎土处理，使土壤变得疏松细碎，为后续播种、镇压工序提供良好的土壤基础，保障种植作业顺利进行。

9、本发明进一步设置为，所述机架的顶部设置有施肥组件，所述施肥组件包括肥箱、排肥器、输肥管和施肥开沟器，在播种同时完成深施肥作业，肥箱内的肥料经排肥器、输肥管输送至施肥开沟器，在播种作业的同步完成深施肥操作，省去单独施肥工序，提升农田种植作业的整体效率。

10、本发明进一步设置为，所述施肥组件与移动轮传动连接，排肥量根据播种机行进速度自动匹配调节，施肥组件与移动轮形成传动连接，移动轮随播种机行进产生转动，以此带动排肥器工作，排肥量随播种机行进速度自动匹配，保证单位面积内的施肥量保持均匀。

11、本发明进一步设置为，所述镇压辊单体的前方对应设置有播种器，所述播种器包括种箱、排种机构、导种管和播种开沟器，实现一垄一种同步作业，每组镇压辊单体前方对应设置播种器，种箱内的种子经排种机构、导种管落入播种开沟器开出的种沟内，实现一垄对应一种的同步作业，让播种与镇压工序连续完成。

12、本发明进一步设置为，所述仿形连接机构还设置有限位块，用于限制单体支架的上下浮动行程，避免镇压辊过度升降，限位块对单体支架的上下浮动范围进行约束，避免单体支架带动镇压辊出现超出作业范围的升降动作，使镇压辊始终处于稳定的工作状态。

13、本发明进一步设置为，所述链条传动组件还设置有张紧轮，保证链条传动稳定，防止脱链、跳齿，链条传动组件配备张紧轮，维持链条处于合适的张紧状态，让链轮与链条的配合保持稳定，减少传动过程中出现脱链、跳齿的情况。

14、本发明进一步设置为，所述镇压辊单体沿机架横向等间距布置，镇压宽度与垄距相匹配，镇压辊单体沿机架横向等间距排布，每组镇压辊的作业宽度与田间垄距相互匹配，保证每条垄体都能得到对应镇压辊的压实处理，各垄体作业状态统一。

15、本发明进一步设置为，所述旋耕组件为微旋机结构，旋耕刀轴与机架横向布置，旋耕刀轴沿机架横向布置，作业覆盖范围与垄体宽度适配，同时借助调节机构改变旋耕深度，适应不同土壤条件下的整地要求。

16、一种具有动力仿形镇压功能的播种机的方法，包括以下步骤：

17、步骤一、预先根据目标作业地块的垄距、垄高波动范围、土壤类型、种植作物品种，标定作业参数：单组镇压辊单体的目标对地压力、单位面积目标施肥量、目标播种深度、镇压辊允许的最大浮动位移，同时标定设备固有结构参数，镇压辊有效工作直径、移动轮有效滚动直径、单体支架铰接销轴到镇压辊中心的力臂长度、铰接销轴到弹簧组件安装点的力臂长度、上侧压缩弹簧刚度系数、下侧拉伸弹簧刚度系数、动力输入机构总传动比、移动轮到排肥器的传动比；

18、根据标定参数完成设备调试：调整弹簧组件的初始预紧量、仿形连接机构限位块的安装位置、张紧轮的张紧度、旋耕组件的初始旋耕深度、施肥组件的排肥器初始开度、播种器的排种机构初始参数；

19、其中，弹簧组件初始预紧量通过如下公式标定：

20、

21、式中，为单组镇压辊单体的自重，单位为；

22、本步骤通过预紧量标定公式，为后续仿形镇压作业奠定恒定压力的基础，确保作业初始状态下各组镇压辊对地压力一致，消除初始装配误差带来的镇压不均问题；

23、步骤一、将播种机与拖拉机牵引连接，拖拉机后动力输出轴与动力输入机构的变速箱动力输入端对接，拖拉机牵引播种机以行进速度v田间行进，同时拖拉机后动力输出轴输出动力，经变速箱、链轮及链条传动组件均匀分配至各组镇压辊单体，驱动镇压辊稳定转动；

24、作业过程中，实时采集播种机行进速度与拖拉机动力输出轴转速，通过如下同步匹配公式实时调整动力输出轴转速，保证镇压辊转动线速度与播种机行进速度同步：

25、

26、

27、式中，为镇压辊的驱动转速，单位为r/min，为同步补偿系数，取值范围0.98~1.02，根据土壤含水率实时修正；

28、本步骤通过转速同步匹配算法，解决动力驱动镇压辊易出现的线速度与行进速度不匹配问题，避免镇压辊拖土、壅土、打滑破坏垄体结构，保证镇压作业平顺性，同时通过张紧轮实时维持链条张紧状态，防止脱链、跳齿；

29、步骤三、播种机行进过程中，动力输入机构同步驱动旋耕组件运转，横向布置的旋耕刀轴对播种前的土壤进行旋耕碎土作业，作业过程中，根据步骤一标定的垄高波动范围与实时采集的垄体高度数据，通过旋耕深度调节机构自适应调整旋耕组件的作业深度，使旋耕深度与后续镇压作业的垄体高度相适配，旋耕作业幅宽与垄体宽度匹配，为后续播种、镇压作业提供疏松均匀的土壤条件；

30、步骤四、播种机行进过程中，施肥组件与播种器同步启动作业：施肥开沟器开出施肥沟，肥箱内的肥料经排肥器、输肥管施入施肥沟完成深施肥，播种开沟器同步开出种沟，种箱内的种子经排种机构、导种管落入种沟，实现一垄一种、施肥与播种同步作业；

31、作业过程中，实时采集移动轮的转速，通过行进速度换算公式得到实时行进速度，再通过排肥量自适应匹配公式实时调控排肥器的工作转速，使排肥量与行进速度联动，保证单位面积施肥量恒定：

32、

33、

34、式中，为排肥器的瞬时排肥量，单位为kg/min，为播种机总作业幅宽，单位为m，为排肥器的传动效率，取值0.9~0.98；

35、本步骤通过排肥量联动匹配算法，解决播种机变速行进时施肥不均的问题，避免施肥不均导致的作物生长差异，同时实现播种、施肥工序的无缝衔接，提升田间作业效率；

36、步骤五、播种与施肥作业完成后，对应各组垄体的镇压辊单体同步完成镇压作业，作业过程中，每组镇压辊单体通过仿形连接机构的销轴铰接结构，随垄体表面的高低起伏以销轴为支点独立上下摆动，配合上下弹簧组件实现浮动仿形；

37、作业过程中，实时采集每组镇压辊单体的浮动位移量，通过如下力矩平衡公式实时补偿弹簧弹力变化，保证每组镇压辊单体的对地压力始终稳定在目标值，实现全田垄体镇压紧实度高度一致：

38、

39、式中，为单体支架绕铰接销轴的浮动位移量，单位为m，向上浮动为正，向下浮动为负；

40、同时，通过步骤一标定的最大浮动位移，配合限位块限制单体支架的上下浮动行程，避免镇压辊过度升降，保证作业安全与压力稳定性，通过如下公式标定：

41、

42、式中，为对应对地压力上限的最大向上浮动位移，为对应对地压力下限的最大向下浮动位移，为限位块限定的单体支架最大摆动角；

43、本步骤通过仿形镇压力矩平衡算法，实现每组镇压辊单体的独立自适应仿形，解决传统一体式镇压辊压力不均、紧实度差异大的问题，有效减少土壤水分流失，保证种子与土壤贴合，提升作物出苗整齐度；

44、步骤六、作业全过程中，实时采集各组镇压辊的转速、浮动位移、对地压力，排肥器与排种机构的工作参数，链条传动组件的张紧状态数据，当监测到镇压辊对地压力超出允许波动范围、转速同步误差超出阈值、链条张紧度异常时，立即通过动力输入机构调整对应镇压辊的驱动转速，通过弹簧调节组件修正预紧力，通过张紧轮调整链条张紧度，形成全流程闭环调控，当监测到单体支架浮动行程达到限位阈值时，触发预警并限制浮动幅度，避免设备结构损坏；

45、步骤七、待全田作业完成后，先切断拖拉机后动力输出轴的动力输入，待旋耕组件、镇压辊单体、排肥器、排种机构停止运转后，提升播种机至运输状态，完成设备清洁、复位与保养，结束本次作业。

46、本发明具有以下有益效果。

47、1、本发明通过将传统整体式镇压辊拆分为多组独立的镇压辊单体，每组镇压辊单体对应一条垄体，拖拉机动力经由变速箱、链轮、链条传递至各组镇压辊，为镇压辊提供稳定的转动动力，单体支架通过销轴铰接在机架上，配合上下弹簧组件实现上下浮动，每组镇压辊根据地面高低自主调整位置，保持对地压力均匀，垄体经镇压后紧实程度保持一致，土壤水分流失减少，种子与土壤贴合紧密，为种子出苗提供良好条件。

48、2、本发明通过在现有播种机结构基础上进行改进，整体改动范围小，生产投入成本低，适合批量制造与田间推广使用，仿形连接机构设置限位块，能够控制单体支架的浮动范围，保证镇压辊处于合理工作区间，链条传动组件加装张紧轮，传动状态稳定，降低脱链、跳齿故障概率，移动轮可调整作业高度，旋耕组件、施肥组件、播种器与镇压辊单体配合工作，设备可适应不平整地块，连续完成碎土、施肥、播种、镇压作业，满足农田种植的实际使用需求。

49、3、本发明通过弹簧预紧量标定公式与仿形镇压力矩平衡公式，实现每组镇压辊单体独立浮动、压力恒定，不受地面高低起伏影响，垄体各处压实程度一致，土壤保水能力提升，种子与土壤贴合更紧密，出苗整齐度与成活率提高，采用镇压辊转速与行进速度闭环匹配公式，确保镇压辊线速度与整机行进速度实时同步，避免动力驱动式镇压辊出现拖土、壅土、打滑等现象，垄体成型规整。