一种可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体及种沟镇压方法

1.本发明属于农业机械领域，特别涉及一种可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体及种沟镇压方法。


背景技术：

2.小麦是中国的三大粮食作物之一，基本实现了全程机械化，但在不同区域、不同生产环节还存在一定的短板。提高播种质量是抓好小麦生产的关键环节，能为丰产丰收打下坚实基础。
3.播种作业的核心环节之一是构建适宜的种床土壤结构，形成良好的种床性能，为种子萌发和幼苗生长提供良好的环境和条件。种床构建技术已成为播种技术研究领域的主要方向之一，也是农机与农艺融合和交叉的前沿研究领域。目前，精密播种已成为播种作业的主要趋势。其中精密播种技术是将预定数量的合格种子播种到符合要求的土壤预定部位，由行距、粒距（株距）和播种深度组成三维空间坐标位置，以达到节约良种，保持地力，减少工时和田间出苗均匀的目的。该技术是一项涉及农机、农艺、土肥、种子、植保等多学科的综合性的先进技术，在欧美等发达国家已经形成相当完善的体系，被广泛地用来点播大豆、玉米、棉花、高粱、甜菜等作物。影响精密播种精确性的关键环节包括：排种、投种和种床构建等。通过大量文献研究发现，国内外研究人员对精密播种技术的深入研究多数集中在排种器等部件，而对种床构建的研究相对较少。
4.常见的种床构建需要开沟器开沟和覆土镇压。目前播种机上常用的开沟装置类型主要包括锄铲式、箭铲式、滑刀式、芯铧式、靴鞋式、船形铲式、双圆盘式和单圆盘式等形式，其中双圆盘开沟器的应用范围最广，其优点在于结构简单、工作稳定、阻力小，能适应高速播种作业，且开沟过程中不易产生黏土、壅土和堵塞的现象。但是双圆盘开沟器开出的种沟为“w”形而非“v”形，即沟底有尖状凸起，同时会有部分回土现象，土壤沿沟壁滑落，进一步造成沟深不一致，导致播深一致性差；沟壁不平整，种子下落后挂在沟壁上，造成横向偏移；由于沟底滑落有土块，种子进入种沟会产生滚动直到稳定在某位置，会造成株距不一致。另外，沟底土壤松散和土块较多，不利于种子与土壤的良好接触，同时会降低甚至失去土壤毛细作用，影响种子发芽和出苗。
5.覆土镇压的强度不能有效地使种子带所在耕层的土壤压实，或者当达到所需的压实程度时，表层土壤已被过分镇压。影响降水下渗，使土壤的水分来源减少，甚至影响幼苗破土。因此，提出一种种沟镇压的方法，在小麦种子下落种床后，先进行镇压，使种子带所在耕层的土壤压实，再进行覆土。从而构建优质种床结构，为小麦种子萌发和幼苗生长提供良好的土壤环境和条件。
6.现有的播种镇压方式大多为播种机前部带镇压辊形式的播前镇压或播种机后部带镇压辊形式的播后镇压，播种前镇压就是在进行小麦播种前对即将进行作业的种床进行镇压压实，播种后镇压则是在播种作业之后对整个作业幅宽内种床进行覆土镇压，二者的作业均是对表层土壤进行处理，因造成表层土壤过实，达不到使种子镶嵌在种床中的目的，
上实下虚，均未对种床的构建产生实质性的影响。
7.近年来天气异常情况带来了土壤性质的变化，这对播种机作业提出了更高的要求以适应土地的变化，但传统播种机设定的镇压强度一般为固定值，不能达到不同作业条件，同一作业水平的要求。传统的播种机在种沟的构建、压实等方面鲜有成效。而针对于不同土壤条件，可以达到不同的种沟镇压强度的播种机也暂未问世。
8.为解决播种质量问题，不同的土壤类型和机具性能是种床构建的关键。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体及种沟镇压方法，该单体可以构建优质种沟和种子所处的种床结构，使种子镶嵌在土壤中，种子带所在耕层的土壤压实，对于不同的性状土壤调节镇压强度，增大播深一致性，保证不同作业条件下作业质量的一致性，有利于种子的萌发。
10.为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种双圆盘小麦种沟镇压播种单体，包括机架以及设于机架上的播种开沟装置、种沟镇压装置、弹簧工作拉力调节装置、液压控制装置及播深检测装置，机架上设有机架卡座，播种开沟装置和种沟镇压通过销钉并排与机架卡座铰接，播种开沟装置包括双圆盘开沟器、种管和种沟构建机构，双圆盘开沟器和种沟构建机构均固定于种管下端，种管的中部设有播种弹簧连接板，种沟镇压装置包括镇压轮和镇压轮连接板，镇压轮铰接设于镇压轮连接板的下端，种管和镇压轮连接板的顶端均通过销钉和机架卡座铰接，镇压轮连接板和液压控制装置连接，种管和弹簧工作拉力调节装置连接，播深检测装置包括角度传感器和拉力传感器，角度传感器和液压控制装置相连，拉力传感器和弹簧工作拉力调节装置相连。
11.进一步地，种沟构建机构包括落种直管、落种挡板和斜压板，落种直管和种管通过种管调节螺栓连接，落种直管的左右两侧设有落种挡板，落种挡板之间通过连接板连接，落种挡板的前端设有斜压板，落种直管的出口位于落种挡板、连接板和斜压板围合的区域，斜压板通过螺钉与两侧的落种挡板固定。
12.进一步地，弹簧工作拉力调节装置由弹簧轴、弹簧轴紧固件、调节手柄、弹簧轴拉杆、拉杆固定件和播种拉伸弹簧组成，弹簧轴紧固件和拉杆固定件均固定在机架上，弹簧轴通过弹簧轴紧固件固定在机架上，弹簧轴拉杆的一端设有螺纹，弹簧轴拉杆的另一端通过销钉和弹簧轴连接，拉杆固定件的中部设有长孔，弹簧轴拉杆的螺纹端穿过拉杆固定件和调节手柄螺纹连接，播种拉伸弹簧的一端和弹簧轴连接，另一端和种管上的播种弹簧连接板连接。
13.进一步地，播种弹簧连接板的下方竖直设有开沟器固定杆，双圆盘开沟器上的圆盘拉杆通过开沟深度调节螺栓固定在开沟器固定杆上，种管上端的两侧设有种管连接杆，种管连接杆上设有供销钉穿过的通孔，种管通过种管连接杆和机架卡座铰接，种管的上端设有播种限位板。
14.进一步地，镇压轮连接板由镇压轮长连接板和镇压轮短连接板组成，镇压轮长连接板的上部设有镇压限位板，镇压轮长连接板的上端设有供销钉穿过的通孔，镇压轮长连接板的下端设有多组调节孔，镇压轮短连接板通过镇压调节螺栓和镇压轮长连接板连接。
15.进一步地，所述液压控制装置包括液压缸、液压缸固定架和液压缸连接板，液压缸
连接板的两端固定在镇压轮长连接板上，液压缸固定架固定在机架上，液压缸的上端和下端分别设有穿孔，且上端的穿孔设有内螺纹，液压缸的上端通过螺柱和液压缸固定架铰接，下端通过销钉和液压缸连接板铰接，角度传感器通过螺纹与液压缸上端的螺柱固定连接从而通过液压缸的转动角度确定镇压轮的高度。
16.进一步地，所述拉力传感器位于播种拉伸弹簧内且拉力传感器的两端通过拉力传感器连接线与播种拉伸弹簧的两端连接。
17.进一步地，落种挡板为平行四边形，且落种挡板的斜边和水平面的夹角α为60
°
，斜压板和水平面的夹角β为45
°
。
18.进一步地，机架卡座通过u形螺栓固定在机架上。
19.进一步地，所述弹簧轴由轴以及垂直设于轴上的拉杆连接部和弹簧连接部组成，弹簧连接部与拉杆连接部的夹角γ为42
°
。
20.进一步地，液压缸与竖直面的夹角为45
°
，液压缸的转动角度小于等于20
°
。
21.利用上述的可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体进行种沟镇压的方法，过程如下：（1）将多个播种单体固定在机架上，多个播种单体共用一个弹簧轴；（2）旋转调节手柄，调整播种开沟装置的播种深度；播深检测装置中的拉力传感器感知播种拉伸弹簧的变形量，从而判断双圆盘开沟器开出的沟深及种子的播深；同时根据角度传感器结合液压缸转动角度验证播种深度；在通过播种拉伸弹簧拉力变化取得播深数据变化后，将数据传输给控制器，控制器控制液压缸的伸缩从而使镇压轮根据实际播深和预计播深调节镇压力；（3）播种单体行走后，双圆盘开沟器开出种沟，斜压板对开出的“w”形种沟进行压平，使沟底平整；种子从种管落下，顺着斜压板的斜面滚入种沟，落种挡板在这一过程中防止种子飞溅出种沟，并减少种沟内回土现象；种子下落后，镇压轮再对种沟中的种子进行种沟镇压，使种子镶嵌在土壤中，种子带所在耕层的土壤被压实。
22.本发明解决双圆盘开沟器开出的种沟有突起现象。种子下落后进行种沟镇压，对种沟种床进行镇压，解决土壤表层过分镇压现象，针对不同土壤阻力，不同含水率下的土壤构建优质种子生长环境，实时调节种沟镇压强度，使得不同土壤播深一致，镇压强度相同。
附图说明
23.图1是本发明的正视图；图2是本发明的右视图；图3是播种开沟装置的结构示意图；图4是图3的侧视图；图5是种沟构建机构和种管的连接关系示意图；图6是种沟构建机构的结构示意图；图7是去掉斜压板之后的种沟构建机构的俯视图；图8是斜压板正视图；图9是种管正视图；
图10 是种管连接杆的结构示意图；图11是图10的侧视图；图12 是种沟镇压装置和播深检测装置的结构示意图；图13是液压缸的结构示意图：（a）正视图，（b）侧视图；图14是拉力传感器的结构示意图；图15角度传感器轴测图；图16是液压缸连接板结构示意图；图17是种沟镇压装置和弹簧工作拉力调节装置的连接关系示意图；图18是弹簧轴紧固件轴测图；图19是拉杆固定件侧视图；图20是弹簧轴拉杆的俯视图；图21是弹簧轴拉杆的侧视图；图22是调节手柄的结构示意图；图23是弹簧轴的轴测图；图24是弹簧轴的俯视图；图25是镇压轮长连接板的结构示意图；图26是镇压轮短连接板的侧视图；图27是镇压轮短连接板的正视图；图28是机架卡座的结构示意图；图29是液压缸固定架的结构示意图；图中：1.机架， 2.调节手柄，3.弹簧轴，4.镇压限位板，5.播种拉伸弹簧，6.拉力传感器， 7.种管连接杆，8. 种管，9.双圆盘开沟器，10.种沟构建机构，11.镇压轮，12.u形螺栓，13.角度传感器，14.液压缸，15.镇压轮长连接板，16.镇压轮短连接板，17.液压缸固定架，18.机架卡座，19.销钉，20.弹簧轴紧固件，21. 液压缸连接板，22. 镇压调节螺栓，23.播种弹簧连接板，24.开沟器固定杆，25.开沟深度调节螺栓，26 .圆盘拉杆，27. 落种直管，28 .斜压板，29. 落种挡板，30. 种管调节螺栓，31.连接板，32.拉力传感器连接线，33.播种限位板，34. 弹簧轴拉杆，35. 拉杆固定件，301.轴，302.拉杆连接部，303.弹簧连接部。
具体实施方式
24.以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
25.实施例1一种可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体，如图1至29所示，包括机架1以及设于机架1上的播种开沟装置、种沟镇压装置、弹簧工作拉力调节装置、液压控制装置及播深检测装置，机架1上设有机架卡座18，播种开沟装置和种沟镇压装置均通过销钉19并排与机架卡座18铰接，播种开沟装置包括双圆盘开沟器9、种管8和种沟构建机构10，双圆盘开沟器9和种沟构建机构10均固定于种管8下端，种管8的中部设有播种弹簧连接板23，种沟镇压装置包括镇压轮11和镇压轮连接板，镇压轮11铰接设于镇压轮连接板的下端，种管8和镇压轮连接板的顶端均通过销钉19和机架卡座18铰接，镇压轮连接板和液压控制装置连接，种管8和弹簧工作拉力调节装置连接，播深检测装置包括角度传感器13和拉力传感器6，角度传感
器13和液压控制装置相连，拉力传感器6和弹簧工作拉力调节装置相连。
26.种沟构建机构10包括落种直管27、落种挡板29和斜压板28，落种直管27和种管8通过种管调节螺栓30连接，通过种管调节螺栓30可以改变种沟构建机构10与种管8相对高度，以此适应双圆盘开沟器9的高度。落种直管27的左右两侧设有落种挡板29，落种挡板29之间通过连接板31连接，落种挡板29的前端设有斜压板28，落种直管27的出口位于落种挡板29、连接板31和斜压板28围合的区域，斜压板28通过螺钉与两侧的落种挡板29固定。
27.具体地，弹簧工作拉力调节装置由弹簧轴3、弹簧轴紧固件20、调节手柄2、弹簧轴拉杆34、拉杆固定件35和播种拉伸弹簧5组成。所述弹簧轴3由轴301以及垂直设于轴301上的拉杆连接部302、弹簧连接部303组成，弹簧连接部303与拉杆连接部302的夹角γ为42
°
。
28.弹簧轴紧固件20和拉杆固定件35均固定在机架1上，弹簧轴3的轴301通过弹簧轴紧固件20固定在机架1上。
29.弹簧轴拉杆34的一端设有螺纹，弹簧轴拉杆28的另一端通过销钉和弹簧轴3的拉杆连接部302连接，拉杆固定件35的中部设有长孔，弹簧轴拉杆34的螺纹端穿过拉杆固定件35和调节手柄2螺纹连接，播种拉伸弹簧5一端和弹簧轴3的弹簧连接部303连接，另一端和种管8上的播种弹簧连接板23连接。通过旋转调节手柄2来改变弹簧轴3的工作角度，从而调节播种拉伸弹簧5的工作拉力。所述拉力传感器6位于播种拉伸弹簧5内且拉力传感器6的两端通过拉力传感器连接线32与播种拉伸弹簧5的两端连接。
30.具体地，播种弹簧连接板23的下方竖直设有开沟器固定杆24，双圆盘开沟器9上的圆盘拉杆26通过开沟深度调节螺栓25固定在开沟器固定杆24上从而通过开沟深度调节螺栓25来调节双圆盘开沟器9的工作深度，种管8上端的两侧设有种管连接杆7，种管连接杆7上设有供销钉19穿过的通孔，种管8通过种管连接杆7和机架卡座18铰接，种管8的上端设有播种限位板33。
31.具体地，镇压轮连接板由镇压轮长连接板15和镇压轮短连接板16组成，镇压轮长连接板15的上部设有镇压限位板4，镇压轮长连接板15的上端设有供销钉19穿过的通孔，镇压轮长连接板15的下端设有多组调节孔，镇压轮短连接板16通过镇压调节螺栓22和镇压轮长连接板15连接。
32.所述液压控制装置包括液压缸14、液压缸固定架17和液压缸连接板21，液压缸连接板21的两端固定在镇压轮长连接板15上，液压缸固定架17固定在机架1上，液压缸14的上端和下端分别设有穿孔，且上端的穿孔设有内螺纹，液压缸14的上端通过螺柱和液压缸固定架17铰接（为防止螺柱上的螺母脱落，在螺柱的端部沿直径方向设有圆孔，圆孔处插入圆柱销进行紧固，防止螺母松脱）。下端通过销钉和液压缸连接板21铰接，角度传感器13与液压缸14上端的螺柱固定连接从而通过液压缸14的转动角度确定镇压轮11的高度。液压缸14与竖直面的夹角为45
°
，液压缸14的转动角度小于等于20
°
。
33.落种挡板29为平行四边形，且落种挡板29的斜边和水平面的夹角α为60
°
，斜压板28和水平面的夹角β为45
°
。
34.机架卡座18通过u形螺栓12固定在机架1上。
35.落种直管27上部套在种管8中，通过种管调节螺栓30可以改变与种管8相对高度，以此相适应双圆盘开沟器9的高度调节。落种直管27下部与落种挡板29焊接，斜压板28通过螺钉与落种挡板29固定。斜压板28压平种沟，落种挡板29减少种沟回土。
36.镇压限位板4焊接在镇压轮长连接板15上，种管8不仅起到输送种子的作用，还起到一个梁的作用，与播种弹簧连接板23、种管连接杆7焊接，播种限位板33焊接在种管8上。液压缸固定架17、弹簧轴紧固件20、拉杆紧固件35均焊接在机架1上，液压缸连接板21的两端分别焊接在两个镇压轮长连接板15上。落种直管27下部与落种挡板29焊接，斜压板28压平种沟，落种挡板29减少种沟回土。
37.种沟镇压装置通过液压缸14的行程、力的调节，推动镇压轮11下压或抬升，伸长时推动液压缸连接板21，使镇压轮长连接板15向下移动，增大镇压强度，回程时带动液压缸连接板21提升，使镇压轮长连接板15抬升，减小镇压力。
38.播深检测装置通过拉力传感器6感知播种拉伸弹簧5的形变量，从而判断双圆盘开沟器9的开出的沟深及种子的播深，同时根据角度传感器13结合液压缸14转动角度通过模型计算验证播种深度，达到实时播深检测的作用。同时，在播种拉伸弹簧5拉力变化取得播深数据变化后，镇压轮11根据实际播深和预计播深调节镇压力，当双圆盘开沟器9阻力变大，播种拉伸弹簧5拉伸，拉力传感器6检测到变化，将数据传输给控制器，控制器控制液压缸14的液压杆上移减小镇压力，以此类推，达到根据土地状态，土壤情况实时调节镇压力、调控播深的目的。
39.利用上述的可变力式双圆盘小麦种沟镇压播种单体进行播种的方法，过程如下：（1）将多个播种单体固定在机架1上，多个播种单体共用一个弹簧轴3；（2）旋转调节手柄2，调整播种开沟装置的播种深度；播深检测装置中的拉力传感器6感知播种拉伸弹簧5的变形量，从而判断双圆盘开沟器9开出的沟深及种子的播深；同时根据角度传感器13结合液压缸转动角度通过模型计算验证播种深度；在通过播种拉伸弹簧5拉力变化取得播深数据变化后，将数据传输给控制器，控制器控制液压缸14的伸缩从而使镇压轮11根据实际播深和预计播深调节镇压力；（3）播种单体行走后，双圆盘开沟器9开出种沟，斜压板28对开出的“w”形种沟进行压平，使沟底平整；种子从种管8落下，顺着斜压板28的斜面滚入种沟，落种挡板29在这一过程中防止种子飞溅出种沟，并减少种沟内回土现象；种子下落后，镇压轮11再对种沟中的种子进行种沟镇压，使种子镶嵌在土壤中，种子带所在耕层的土壤被压实，镇压轮11的高度由液压缸14根据播种深度实时调节。
40.该播种单体在田间工作时，双圆盘开沟器9开出种沟，斜压板28对开出的“w”形种沟进行压平，使沟底平整。种子从种管8落下，顺着斜压板28的斜面滚入种沟，落种挡板29在这一过程中防止种子飞溅出种沟，并减少种沟内回土现象，给种子下落营造一个好环境。种子下落后，播深检测装置根据传感器数据得到播种深度，比较预设播深，接着液压,14调控镇压轮11再对种沟中的种子进行种沟镇压，使种子镶嵌在土壤中，种子带所在耕层的土壤压实，构建优质种床结构，达到播深一致，镇压力均匀的效果。
41.最后应当说明的是：上述实施例仅用于说明本发明具体实施的技术方案而非对其进行限制，所属技术领域的普通技术人员应该理解，在不违背本发明宗旨的前提下，未改变其性能或用途对本发明的实施方式进行的任何等同替代或明显变型，均应涵盖在本发明请求保护的范围之内。