一种主动开沟定量覆土装置及方法与流程

1.本发明属于农业机械技术领域，涉及一种主动开沟定量覆土装置及方法。


背景技术：

2.近年来在农业领域中随着科学技术的进步和农业机械化的发展，各种不同功能的机具雨后春笋般的出现，减轻了农民的劳动强度同时提高了生产效率。现有的播种机的功能主要由旋耕、开沟、播种、覆土和镇压组成。开沟覆土作为播种作业过程中的重要环节，给种子的萌发和出苗提供良好的种床环境。如中国发明专利申请“一种带状旋耕播种机主动覆土方法”(申请号：201210330892.2)不仅能够一次实现开沟、施肥和播种，而且通过二次粉碎和筛分作用减小动力消耗，降低了作业成本。实际播种作业中通过开沟器先开出种沟，种子脱离排种器顺着输种管落入种床随后进行覆土镇压；在这个过程中种子落入种床土壤过程中仅受惯性和重力的作用，运动过程中不受任何约束，容易出现种子在覆土前在种床跳动情况。不能确保种子行株距分布均匀，同时影响种子的萌发、植株个体与群体生长发育的环境；同时覆土镇压后的播深及覆土厚度对种子的生长发育也有着一定的影响。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种主动开沟定量覆土装置及方法，通过翼板将部分土壤收拢由回土孔落入种床，实现在播种作业过程中的约束投种，以及土壤螺旋运升器将部分土壤输送至土箱，在激光雷达的处理下计算出预压轮压实后种床所缺少的土量，通过施土器补土布土，保证覆土厚度以及提升覆土均匀度。
4.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
5.一种主动开沟定量覆土装置，作为单体连接在播种机的机架上，所述主动开沟定量覆土装置包括开沟播种铲1、土壤螺旋运升器2、施肥管3、预压轮4、激光雷达5和施土机构6。
6.所述开沟播种铲1包括铲尖1-1、铲柄1-2和输种管1-4。
7.所述铲尖1-1可拆卸地固接在铲柄1-2的底端，用于开出种沟制造种床环境；所述铲柄1-2包括左右两个平行于播种机前进方向的侧板，两个侧板的外表面上部分别设有一固接板1-3，所述固接板1-3通过“u”形螺栓与播种机机架固接；所述输种管1-4固接在铲柄1-2的两个侧板之间，输种管1-4的出种口位于铲尖1-1的后方，输种管1-4的进种口与播种机的排种器连接；所述铲柄1-2的两个侧板的外表面下部分别固接一翼板1-6。
8.所述翼板1-6包括相互固接的水平部1-6-1和竖直部1-6-2，所述水平部1-6-1呈直角三角形，所述竖直部1-6-2呈长方形；所述竖直部1-6-2的长边与水平部1-6-1的斜边固接；所述水平部1-6-1的长直角边和竖直部1-6-2的一短边固接在铲柄1-1的侧板上；位于翼板1-6的水平部下方的铲柄1-2的两个侧板上均开设有一回土孔1-7，所述回土孔1-7位于输种管1-4的出种口的后侧。
9.所述铲柄1-2的两个侧板的后部固接有覆土施肥安装架1-5。
10.两个土壤螺旋运升器2左右对称地固接在覆土施肥安装架1-5的前部左右两侧，位于翼板1-6的上方，用于将开沟播种铲1两侧的土壤输送至后方的施土机构6中。
11.所述施土机构6包括土箱6-2和施土器6-3；所述土箱6-2固接在覆土施肥安装架1-5后部；土箱6-2位于运升器壳体2-2的出土口的下方，且顶部箱口前边缘设有与运升器壳体2-2相对应的圆弧凹槽6-1。所述施土器6-3固接在土箱6-2底部，定量地将土箱6-2中的土壤排出。
12.所述预压轮4设置在覆土施肥安装架1-4中部，位于土壤螺旋运升器2与施土机构6之间。
13.两个施肥管3分别布置在预压轮4的左右两侧，并分别与覆土施肥安装架1-4的中部固接。
14.所述激光雷达5固接在覆土施肥安装架1-5的后部，位于预压轮4与施土机构6之间，对经预压轮4镇压后的种床进行扫描，以获得所需土量体积。
15.所述竖直部1-6-2与铲柄1-1的侧板之间的夹角α为15
°
。
16.所述水平部1-6-1的短直角边的长度d为50mm。
17.所述竖直部1-6-2的短边的长度h为20mm。
18.所述土壤螺旋运升器2包括传动链轮2-1、运升器壳体2-2和绞龙2-3；所述运升器壳体2-2为一圆柱管，其下部前侧开有进土口，上部后侧开有出土口；所述绞龙2-3设置在运升器壳体2-2内；所述传动链轮2-1固接在绞龙2-3的顶端，通过链传动与播种机动力输出机构连接。
19.所述运升器壳体2-2前低后高倾斜布置，其与水平面的夹角β为60
°
。
20.所述运升器壳体2-2的底端面设有隔土板2-4，隔土板2-4位于翼板1-6的上方。
21.所述施土器6-3包括传动轴6-3-1、棘筒6-3-3和封闭壳体6-3-4。所述封闭壳体6-3-4的顶部和底部分别设有入土口6-3-2和出土口6-3-5；所述棘筒6-3-3通过传动轴6-3-1可转动地设置在封闭壳体6-3-4内，棘筒6-3-3的筒体上均匀地设有多个用于储存定量土壤的凹槽；施土器6-3工作时，根据由激光雷达5对种床的扫描结果计算获得的所需土量体积v，确定施土凹槽数m，m＝v/v
l
，v
l
为棘筒6-3-3的凹槽储土量体积；土壤从入土口6-3-2进入棘筒6-3-3的凹槽，棘筒6-3-3转动，将m个凹槽的土壤从出土口6-3-5排出，实现定量施土。
22.所述预压轮4包括仿形弹簧4-3、支撑架4-4和轮体4-5；所述轮体4-5安装在支撑架4-4的下部，支撑架4-4的顶端通过支撑架固定孔4-1与覆土施肥安装架1-5的中部铰接；所述仿形弹簧4-3的前端与支撑架4-4的中部铰接，后端通过仿形弹簧固定孔4-2与开沟播种铲1的仿形弹簧安装孔通过螺栓螺母连接；支撑架固定孔4-1与覆土施肥安装架1-5的后部铰接。
23.一种利用所述的主动开沟定量覆土装置的主动开沟定量覆土方法，包括如下步骤：
24.s1、田间作业前，根据播种深度的农艺要求调节开沟播种铲1的入土深度；播种机在田间作业时，主动开沟定量覆土装置随着机组前进，开沟播种铲1的铲尖1-1侵入土壤并将其向两侧挤压形成种沟，种子通过输种管1-4落入种床；同时，开沟播种铲上1的翼板1-6将部分土壤回拢并经回土孔1-7落入种床，随后预压轮4完成初期镇压；
25.s2、土壤螺旋运升器2在隔土板2-4的作用下收集多余的土壤，并传送至土箱6-2储
备；激光雷达5对经预压轮4镇压后的种床进行扫描，获得n个种床三维点云数据，通过公式1计算得到所需土量体积v；
[0026][0027]
式中，xi为第i个种床三维点云与激光雷达5中心所在平面之间的垂直距离，单位为mm，通过公式2计算获得；xi为标定的第i个种床三维点云与激光雷达5中心所在平面之间的基准距离，单位为mm；si为激光雷达5单次扫描扇形区域内相邻两点云之间的距离，单位为mm，通过公式3计算获得；pi为激光雷达5扫描的相邻扇形区域之间的间距，单位为mm，根据机组前进速度和激光雷达5扫描频率获得；
[0028]
xi＝li·
cosθiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
[0029]
si＝xi·
(tanθ
i-tan(θ
i-λ))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3
[0030]
式中，li为激光雷达5中心与第i个种床三维点云之间的径向距离，单位为mm；θi为第i个种床三维点云与激光雷达5中心的偏移角度，单位为
°
；λ为激光雷达5的角分辨率；
[0031]
s3、根据由激光雷达5对种床的扫描结果计算获得的所需土量体积v，确定施土凹槽数m，m＝v/v
l
，v
l
为棘筒6-3-3的凹槽储土量体积；土壤从入土口6-3-2进入棘筒6-3-3的凹槽，棘筒6-3-3转动，将m个凹槽的土壤从出土口6-3-5排出，实现定量施土；同时肥料在施肥管4的作用下实现侧施肥作业。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0033]
1.凭借开沟覆土器的结构设计，实现开沟后播种和覆土一体化作业流程实现约束投种，保证落入种床的种子间距分布均匀一致；
[0034]
2.通过激光雷达，实现对预压轮处理后的种带进行扫描计算并得出所需覆土厚度的缺土量；
[0035]
3.通过施土器实现施土布土保证二次镇压后覆土厚度和覆土均匀度一致。
附图说明
[0036]
图1为本发明的主动开沟定量覆土装置的立体结构示意图；
[0037]
图2为本发明的主动开沟定量覆土装置的侧视结构示意图；
[0038]
图3为开沟播种铲1的侧视结构示意图；
[0039]
图4为开沟播种铲1的立体结构示意图；
[0040]
图5为开沟播种铲1的仰视结构示意图；
[0041]
图6为开沟播种铲1的局部结构示意图；
[0042]
图7为土壤螺旋运升器2的正视结构示意图；
[0043]
图8为土壤螺旋运升器2的安装结构示意图
[0044]
图9为施土机构6的立体结构示意图；
[0045]
图10a为施土机构6的后视结构示意图；
[0046]
图10b为图10a的a-a向剖视图；
[0047]
图11为预压轮4的立体结构示意图。
[0048]
其中的附图标记为：
[0049]
1开沟播种铲
[0050]
1-1铲尖
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1-2铲柄
[0051]
1-3固接板
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1-4输种管
[0052]
1-5覆土施肥安装架
[0053]
1-6翼板
[0054]
1-6-1水平部
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1-6-2竖直部
[0055]
1-7回土孔
[0056]
2土壤螺旋运升器
[0057]
2-1传动链轮
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2-2运升器壳体
[0058]
2-3绞龙
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2-4隔土板
[0059]
3施肥管
[0060]
4预压轮
[0061]
4-1支撑架固定孔
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4-2仿形弹簧固定孔
[0062]
4-3仿形弹簧
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4-4支撑架
[0063]
4-5轮体
[0064]
5激光雷达
[0065]
6施土机构
[0066]
6-1圆弧凹槽
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6-2土箱
[0067]
6-3施土器
[0068]
6-3-1传动轴
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6-3-2入土口
[0069]
6-3-3棘筒
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6-3-4封闭壳体
[0070]
6-3-5出土口
具体实施方式
[0071]
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0072]
如图1和图2所示，一种主动开沟定量覆土装置，作为单体连接在播种机的机架上，主动开沟定量覆土装置包括开沟播种铲1、土壤螺旋运升器2、施肥管3、预压轮4、激光雷达5和施土机构6。
[0073]
如图3和图4所示，所述开沟播种铲1包括铲尖1-1、铲柄1-2和输种管1-4。
[0074]
所述铲尖1-1可拆卸地固接在铲柄1-2的底端，用于开出种沟制造种床环境。所述铲柄1-2包括左右两个平行于播种机前进方向的侧板，两个侧板的外表面上部分别设有一固接板1-3，所述固接板1-3通过“u”形螺栓与播种机机架固接。所述输种管1-4固接在铲柄1-2的两个侧板之间，输种管1-4的出种口位于铲尖1-1的后方，输种管1-4的进种口与播种机的排种器连接。所述铲柄1-2的两个侧板的外表面下部分别固接一翼板1-6。
[0075]
如图5和图6所示，所述翼板1-6包括相互固接的水平部1-6-1和竖直部1-6-2，所述水平部1-6-1呈直角三角形，所述竖直部1-6-2呈长方形；所述竖直部1-6-2的长边与水平部1-6-1的斜边固接；所述水平部1-6-1的长直角边和竖直部1-6-2的一短边固接在铲柄1-1的侧板上；所述竖直部1-6-2与铲柄1-1的侧板之间的夹角α为15
°
，所述水平部1-6-1的短直角边的长度d为50mm，所述竖直部1-6-2的短边的长度h为20mm；位于翼板1-6的水平部下方的铲柄1-2的两个侧板上均开设有一回土孔1-7，所述回土孔1-7位于输种管1-4的出种口的后
侧。
[0076]
所述铲柄1-2的两个侧板的后部固接有覆土施肥安装架1-5。
[0077]
两个土壤螺旋运升器2左右对称地固接在覆土施肥安装架1-5的前部左右两侧，位于翼板1-6的上方，用于将开沟播种铲1两侧的土壤输送至后方的施土机构6中。
[0078]
如图7所示，所述土壤螺旋运升器2包括传动链轮2-1、运升器壳体2-2和绞龙2-3；所述运升器壳体2-2为一圆柱管，其下部前侧开有进土口，上部后侧开有出土口；所述绞龙2-3设置在运升器壳体2-2内；所述传动链轮2-1固接在绞龙2-3的顶端，通过链传动与播种机动力输出机构连接。
[0079]
如图8所示，所述运升器壳体2-2前低后高倾斜布置，其与水平面的夹角β为60
°
。所述运升器壳体2-2的底端面设有隔土板2-4，隔土板2-4位于翼板1-6的上方。
[0080]
如图9所示，所述施土机构6包括土箱6-2和施土器6-3；所述土箱6-2固接在覆土施肥安装架1-5后部；土箱6-2位于运升器壳体2-2的出土口的下方，且顶部箱口前边缘设有与运升器壳体2-2相对应的圆弧凹槽6-1。所述施土器6-3固接在土箱6-2底部，定量地将土箱6-2中的土壤排出。
[0081]
如图10a和图10b所示，所述施土器6-3包括传动轴6-3-1、棘筒6-3-3和封闭壳体6-3-4。所述封闭壳体6-3-4的顶部和底部分别设有入土口6-3-2和出土口6-3-5；所述棘筒6-3-3通过传动轴6-3-1可转动地设置在封闭壳体6-3-4内，棘筒6-3-3的筒体上均匀地设有多个用于储存定量土壤的凹槽。施土器6-3工作时，根据由激光雷达5对种床的扫描结果计算获得的所需土量体积v，确定施土凹槽数m，m＝v/v
l
，v
l
为棘筒6-3-3的凹槽储土量体积；土壤从入土口6-3-2进入棘筒6-3-3的凹槽，棘筒6-3-3转动，将m个凹槽的土壤从出土口6-3-5排出，实现定量施土。
[0082]
如图11所示，所述预压轮4设置在覆土施肥安装架1-4中部，位于土壤螺旋运升器2与施土机构6之间，用于对由翼板1-6回落种床的土壤进行镇压，并对种子的投种起到约束作用。所述预压轮4包括仿形弹簧4-3、支撑架4-4和轮体4-5；所述轮体4-5安装在支撑架4-4的下部，支撑架4-4的顶端通过支撑架固定孔4-1与覆土施肥安装架1-5的中部铰接；所述仿形弹簧4-3的前端与支撑架4-4的中部铰接，后端通过仿形弹簧固定孔4-2与开沟播种铲1的仿形弹簧安装孔通过螺栓螺母连接；支撑架固定孔4-1与覆土施肥安装架1-5的后部铰接。
[0083]
两个施肥管3分别布置在预压轮4的左右两侧，并分别与覆土施肥安装架1-4的中部固接。
[0084]
所述激光雷达5固接在覆土施肥安装架1-5的后部，位于预压轮4与施土机构6之间，对经预压轮4镇压后的种床进行扫描，以获得所需土量体积。
[0085]
一种主动开沟定量覆土方法，包括如下步骤：
[0086]
s1、田间作业前，根据播种深度的农艺要求调节开沟播种铲1的入土深度；播种机在田间作业时，主动开沟定量覆土装置随着机组前进，开沟播种铲1的铲尖1-1侵入土壤并将其向两侧挤压形成种沟，种子通过输种管1-4落入种床；同时，开沟播种铲上1的翼板1-6将部分土壤回拢并经回土孔1-7落入种床，随后预压轮4完成初期镇压；
[0087]
s2、土壤螺旋运升器2在隔土板2-4的作用下收集多余的土壤，并传送至土箱6-2储备；激光雷达5对经预压轮4镇压后的种床进行扫描，获得n个种床三维点云数据，通过公式1计算得到所需土量体积v；
[0088][0089]
式中，xi为第i个种床三维点云与激光雷达5中心所在平面之间的垂直距离，单位为mm，通过公式2计算获得；xi为标定的第i个种床三维点云与激光雷达5中心所在平面之间的基准距离，单位为mm；si为激光雷达5单次扫描扇形区域内相邻两点云之间的距离，单位为mm，通过公式3计算获得；pi为激光雷达5扫描的相邻扇形区域之间的间距，单位为mm，根据机组前进速度和激光雷达5扫描频率获得；
[0090]
xi＝li·
cosθiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
[0091]
si＝xi·
(tanθ
i-tan(θ
i-λ))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3
[0092]
式中，li为激光雷达5中心与第i个种床三维点云之间的径向距离，单位为mm；θi为第i个种床三维点云与激光雷达5中心的偏移角度，单位为
°
；λ为激光雷达5的角分辨率；
[0093]
s3、根据由激光雷达5对种床的扫描结果计算获得的所需土量体积v，确定施土凹槽数m，m＝v/v
l
，v
l
为棘筒6-3-3的凹槽储土量体积；土壤从入土口6-3-2进入棘筒6-3-3的凹槽，棘筒6-3-3转动，将m个凹槽的土壤从出土口6-3-5排出，实现定量施土；同时肥料在施肥管4的作用下实现侧施肥作业。