一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，包括土壤密实度测量机构、镇压深度自动调节机构和控制器，土壤密实度测量机构包括垂直拉压传感器、水平拉压传感器和监测轮；镇压深度自动调节机构包括横梁、电动缸和镇压辊；控制器采集压力传感器测量的土壤对监测轮的水平和垂直方向作用力，并根据建立的监测轮受力、压入深度与土壤密实度的关系模型，在线获取精整地作业后的土壤密实度；控制器根据镇压深度与土壤密实度的关系，实时反馈调节镇压辊的镇压深度，使土壤密实度在设定的目标值范围内，满足不同作物种植的农艺要求。本发明专利技术有效避免镇压深度不合理导致的土壤密实度差异化，提高了精整地机作业质量和其对不同土壤环境的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统
本专利技术属于精整地机自动控制
，具体涉及一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，主要用于精整地机作业后土壤密实度的连续测量和实时反馈调节。
技术介绍
精整地机是果蔬机械化生产的重要装备，它主要由作畦起垄、旋耕碎土和镇压平整等装置构成，可一次完成旋耕、碎土、平整、起垄和镇压等多道工序，作业后能得到深层松动、中间松塇、表土细平的土壤立体构型。其中，土壤密实度是评价精整地质量的重要指标，合适的土壤密实度不仅有利于根系从土壤中吸收水分和养分，还能使种籽与土壤充分接触，防止透风跑墒，促进发芽和苗期生长。直播、移栽种植不同作物对土壤密实度的要求存在差异，精整地机尾部的镇压辊则是完成土壤压实平整的核心装置。土壤的颗粒形态、力学特性和镇压辊镇压深度是决定土壤密实度的主要因素。目前，镇压深度还主要是依赖人的经验进行手动调节，作业过程中镇压深度保持恒定；土壤密实度则是在完成精整地作业后，采用土壤密实度仪在土壤垄面选点测量，测量结果随机性较大。实际作业过程中，时常出现由于土壤质地、结构特性和含水量的变化导致精整地作业后的土壤密实度不稳定，土壤密实度的波动则会影响土壤透气性、水分渗透性、肥料利用率和生物活性。因此，本专利技术提出一种精整地作业土壤密实度的连续测量方法，并根据测量结果实时反馈调节镇压深度，以满足作物种植的土壤密实度的农艺要求，从而提高精整地机的工作性能和适应性，具有重要的理论研究意义和实用价值，目前未见公开研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，包括土壤密实度测量机构、镇压深度自动调节机构和控制器，通过在精整机机架上安装电动缸，驱动镇压辊垂直运动以改变镇压深度；在镇压辊尾部、左右两侧安装监测轮，监测轮压入精整地作业后土壤一定深度，并通过两组拉压传感器分别测量土壤对左右监测轮的水平、垂直作用力；控制器实时采集拉压传感器输出信号，根据建立的密实度监测模型获取土壤密实度；控制器将实时获取的土壤密实度与设定的土壤密实度目标值进行比较分析，然后根据建立的镇压深度控制模型，输出电动缸运动控制信号，通过改变镇压辊的镇压深度以自动调节精整地后的土壤密实度，使之在设定目标值范围内波动，从而满足不同作物种植的土壤密实度要求。本专利技术的技术方案是：一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，包括土壤密实度测量机构、镇压深度自动调节机构以及控制器；所述土壤密实度测量机构包括右垂直拉压传感器、右水平拉压传感器、左垂直拉压传感器、左水平拉压传感器、右监测轮和左监测轮；所述镇压深度自动调节机构包括横梁、电动缸和镇压辊；所述横梁两端分别垂直固定安装导向轴，所述导向轴分别与安装在机架的尾部两端的导向轴承配合安装，所述横梁中部连接电动缸的活塞杆，所述电动缸的底座安装在机架的尾部；所述镇压辊水平安装、且两端分别通过轴承与导向轴的底端连接，所述导向轴相同高度位置分别水平安装左支架和右支架，所述右支架的末端设有右丝杠升降装置，右丝杠升降装置上安装有右垂直拉压传感器和右水平拉压传感器，右丝杠升降装置的末端与右支撑轴连接，所述右监测轮与右支撑轴通过转动副连接；所述左支架的末端设有左丝杠升降装置，左丝杠升降装置上安装有左垂直拉压传感器和左水平拉压传感器，左丝杠升降装置的末端与左支撑轴连接，左监测轮与左支撑轴通过转动副连接；左监测轮和右监测轮的垂直位移分别通过左丝杠升降装置和右丝杠升降装置调节；所述控制器分别与右垂直拉压传感器、右水平拉压传感器、左垂直拉压传感器、左水平拉压传感器和电动缸电连接；控制器根据右垂直拉压传感器、右水平拉压传感器、左垂直拉压传感器、左水平拉压传感器、右监测轮和左监测轮压入深度计算土壤密实度P，并与目标土壤密实度P0比较，得到密实度偏差，控制器根据密实度偏差和电动缸的位移信号控制电动缸驱动横梁，调节镇压辊与机架的垂直位移Z，改变精整地后的土壤密实度P。上述方案中，所述控制器接收到左垂直拉压传感器、左水平拉压传感器、右垂直拉压传感器、右水平拉压传感器输出的压力信号分别为F1z、F1x、F2z、F2x，以及所述电动缸输出的位移信号H；所述控制器中设定左监测轮的底部与镇压辊底部的垂直位移为h1，所述右监测轮的底部与镇压辊底部的垂直位移为h2；所述控制器根据密实度监测模型f1实时计算得到精整地后左监测轮和右监测轮区域连续的土壤密实度分别为P1和P2，将P1和P2求均值后得到土壤密实度P，然后将P与P0进行比较，计算密实度偏差ΔP＝P-P0。上述方案中，f1是通过在不同土壤环境下进行精整地性能试验建立的，即分别调节镇压辊与机架的垂直位移Z，以改变精整地后的土壤密实度，调节监测轮的底部与镇压辊底部的垂直位移h，改变监测轮压入土壤的深度，水平拉压传感器和垂直拉压传感器测量获得精整地作业后土壤对监测轮的水平作用力、垂直作用力分别为Fx、Fz，并采用土壤密实度仪测量精整地后土壤的密实度值P，采用非线性拟合建立所述土壤密实度P与右监测轮和左监测轮的垂直作用力Fz、右监测轮和左监测轮水平作用力Fx、右监测轮和左监测轮的底部与镇压辊底部的垂直位移即压入深度h的数学函数，即土壤密实度监测模型为：P＝f1(Fz、Fx、h)。上述方案中，当密实度偏差ΔP在允许范围时，则所述控制器不发出信号给电动缸，所述镇压辊的垂直位移保持恒定，当密实度偏差ΔP超出允许范围时，控制器根据镇压深度控制模型f2计算得到调节镇压辊相对机架的垂直位移Z，所述控制器输出信号给电动缸，驱动电动缸活塞杆运动，调节镇压辊与机架的垂直位移Z。上述方案中，它是通过在不同土壤环境下进行精整地性能试验建立的，即分别调节镇压辊与机架的垂直位移Z，以改变精整地后的土壤密实度P，采用非线性拟合建立所述土壤密实度P与镇压辊相对机架的垂直位移Z的数学函数，即镇压深度控制模型：P＝f2(Z)。上述方案中，还包括显示器；所述控制器和显示器电连接；所述显示器用于精整地作业状态显示。上述方案中，所述横梁中部通过销连接电动缸的活塞杆。一种安装所述用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统的精整地机，包括所述用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统、机架、盖板和旋耕碎土部件；所述用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统安装在机架的尾部；所述机架的前部通过轴承水平安装旋耕碎土部件，所述旋耕碎土部件的上方安装盖板。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在分析精整地机结构、作业过程以及土壤与机具的交互作用力学特性的基础上，提出建立土壤密实度监测机构，通过镇压辊的镇压深度自动调节机构和控制器，并在镇压辊后部安装监测轮和压力传感器测量精整地作业后土壤对监测轮的水平、垂直作用力，实现了土壤密实度的连续测量，避免了采用土壤垄面选点测量方法的随机性和滞后性；提出根据土壤镇压力学特性建立镇压辊镇压深度控制机构，实现了精整地土壤密实度的实时反馈调节，使之稳定在设定的目标值范围内，有效解决了由于土壤质地、结构特性和含水量的变化导致精整地作业后的土壤密实度不稳定的问题，从而满足作物种植的土壤密实度的农艺要求，提高精整地机的工作性能和适应性。附图说明图1是专利技术一实施方式的精整地机的三维结构示意图。图2是专利技术一实施方式的精整地机的俯视图。图3是发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，其特征在于，包括土壤密实度测量机构、镇压深度自动调节机构和控制器(21)；所述土壤密实度测量机构包括右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)、右监测轮(13)和左监测轮(15)；所述镇压深度自动调节机构包括横梁(4)、电动缸(5)和镇压辊(14)；所述横梁(4)两端分别垂直固定安装导向轴(6)，所述导向轴(6)分别与安装在机架(1)的尾部两端的导向轴承(7)配合安装，所述横梁(4)中部连接电动缸(5)的活塞杆，所述电动缸(5)的底座安装在机架(1)的尾部；所述镇压辊(14)水平安装、且两端分别通过轴承与导向轴(6)的底端连接，所述导向轴(6)相同高度位置分别水平安装左支架(20)和右支架(8)，所述右支架(8)的末端设有右丝杠升降装置(9)连接，右丝杠升降装置(9)上安装有右垂直拉压传感器(10)和右水平拉压传感器(11)，右丝杠升降装置(9)的末端与右支撑轴(12)，所述右监测轮(13)与右支撑轴(12)通过转动副连接；所述左支架(20)的末端设有左丝杠升降装置(19)，左丝杠升降装置(19)上安装有左垂直拉压传感器(18)和左水平拉压传感器(17)，左丝杠升降装置(19)的末端与左支撑轴(16)连接，左监测轮(15)与左支撑轴(16)通过转动副连接；所述控制器(21)分别与右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)和电动缸(5)电连接；控制器(21)根据右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)、右监测轮(13)和左监测轮(15)压入深度计算土壤密实度P，并与目标土壤密实度P0比较，得到密实度偏差，控制器(21)根据密实度偏差和电动缸(5)的位移信号控制电动缸(5)驱动横梁(4)，调节镇压辊(14)与机架(1)的垂直位移Z，改变精整地后的土壤密实度P。...

【技术特征摘要】
1.一种用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，其特征在于，包括土壤密实度测量机构、镇压深度自动调节机构和控制器(21)；所述土壤密实度测量机构包括右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)、右监测轮(13)和左监测轮(15)；所述镇压深度自动调节机构包括横梁(4)、电动缸(5)和镇压辊(14)；所述横梁(4)两端分别垂直固定安装导向轴(6)，所述导向轴(6)分别与安装在机架(1)的尾部两端的导向轴承(7)配合安装，所述横梁(4)中部连接电动缸(5)的活塞杆，所述电动缸(5)的底座安装在机架(1)的尾部；所述镇压辊(14)水平安装、且两端分别通过轴承与导向轴(6)的底端连接，所述导向轴(6)相同高度位置分别水平安装左支架(20)和右支架(8)，所述右支架(8)的末端设有右丝杠升降装置(9)连接，右丝杠升降装置(9)上安装有右垂直拉压传感器(10)和右水平拉压传感器(11)，右丝杠升降装置(9)的末端与右支撑轴(12)，所述右监测轮(13)与右支撑轴(12)通过转动副连接；所述左支架(20)的末端设有左丝杠升降装置(19)，左丝杠升降装置(19)上安装有左垂直拉压传感器(18)和左水平拉压传感器(17)，左丝杠升降装置(19)的末端与左支撑轴(16)连接，左监测轮(15)与左支撑轴(16)通过转动副连接；所述控制器(21)分别与右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)和电动缸(5)电连接；控制器(21)根据右垂直拉压传感器(10)、右水平拉压传感器(11)、左垂直拉压传感器(18)、左水平拉压传感器(17)、右监测轮(13)和左监测轮(15)压入深度计算土壤密实度P，并与目标土壤密实度P0比较，得到密实度偏差，控制器(21)根据密实度偏差和电动缸(5)的位移信号控制电动缸(5)驱动横梁(4)，调节镇压辊(14)与机架(1)的垂直位移Z，改变精整地后的土壤密实度P。2.根据权利要求1所述的用于精整地土壤密实度测量与自动调节系统，其特征在于，所述控制器(21)接收到左垂直拉压传感器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵湛，刘金凯，田春杰，雷朝鹏，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32