一种镇压力可调的全向主动仿形镇压装置

本发明属于农业机械，尤其涉及一种镇压力可调的全向主动仿形镇压装置。

背景技术：

1、镇压作为播种作业中的关键环节，通过提高土壤紧实度，增加苗带土壤的含水率，同时使种子与周围湿土密接，起到提墒、保墒和供墒作用。

2、镇压装置主要由镇压部件和仿形机构组成。其中直接对土壤产生压实作用的镇压部件对于土壤分形结构和墒温环境的影响最为显著。镇压装置结构的设计开发也一直是围绕着不同作物、农艺和土壤因素的需求进行的。传统镇压装置的被动线性镇压力调节元件难以满足镇压均匀性的农艺要求。

3、仿形机构作为镇压装置的另一个重要组成部分，担负着适应地表起伏，保证镇压力平稳输出的功能。因此，仿形机构的优化设计主要是面向不同耕作方式形成的地表形态因素和作业速度提升需求开展的。如双向平行四杆仿形机构能同时实现上下仿形和左右水平仿形；在平行四杆仿形机构中加入压力弹簧，这样就能提供足够的下压力，保证播种的稳定性；但随着冷凉区机械化播种速度由 6-8km/h 逐步向12-16km/h提升，单纯依靠机械仿形机构已经难以保证镇压力的稳定输出。

4、镇压装置工作状态的实时监测与反馈调节系统一方面可以使播种作业人员及时了解镇压装置的前进速度，另一方面可以及时反馈镇压力和镇压深度等镇压实时状况，并针对上述状况及时进行压力和反馈调节，保证镇压深度与镇压力的均匀一致性，有效地提高镇压作业质量和作业效率。因此，镇压装置工作状态的实时监测与反馈调节系统是实施精准农业作业的关键环节之一，可以为精准农业的实施提供可靠的技术保障。

5、目前，国内外镇压装置监测技术虽然各具特色，但往往缺少其反馈调节系统，没有实现针对不同作物、不同镇压深度和不同镇压力的反馈调节功能。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种镇压力可调的全向主动仿形镇压装置，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种镇压力可调的全向主动仿形镇压装置，包括镇压装置和镇压力实时监测反馈调节系统；

3、所述镇压装置包括气泵、空气弹簧、丝杠拉杆、安装架、镇压轮、旋转接头和机架；所述气泵安装在机架的横梁之上；空气弹簧的上端与上机架进行铰接，其下端内嵌于下机架上；所述丝杠拉杆的上端与下机架进行铰接，下端嵌入弧形杆中，弧形杆铰接于下机架的底部；

4、所述镇压轮通过安装架与下机架连接，所述镇压轮包括弹性轮辋和y型支撑辐条，所述弹性轮辋上套设有橡胶轮胎外套，所述y型支撑辐条环列安装于中心轴上，所述旋转接头设置于中心轴的两端，且y型支撑辐条的两个分支分别通过一个导气管与两个旋转接头连接，y型支撑辐条的两分支内部均设置有内置阀芯，且y型支撑辐条的两个分支端内均安装有压力弹簧，且压力弹簧一端与内置阀芯连接，另一端通过连接挡板与弹性轮辋进行连接；

5、所述镇压力实时监测反馈调节系统包括电源、单片机、实时定位系统、镇压力实时监测系统、镇压力反馈调节系统和荧光编码贴片；

6、其中，所述实时定位系统为北斗卫星定位系统；所述镇压力实时监测系统包括四个监测传感器，即用于监测空气弹簧实时压力的压力传感器、用于监测空气弹簧伸长量的位移传感器、用于监测镇压轮上的各辐条荧光编码的光电传感器以及用于判断气泵是否向y型支撑辐条内部进行充/放气体的距离传感器；上述各传感器均通过信息处理电路与单片机进行连接；所述距离传感器内嵌安装于安装架外侧，且所述镇压轮的两侧均设置有距离传感器，所述压力传感器内嵌于空气弹簧的底部，位移传感器轴向通过柔性胶体粘附于空气弹簧之上，光电传感器内嵌安装于安装架内侧，所述荧光编码贴片位于各y型支撑辐条之上，各y型支撑辐条上均放置三枚荧光贴片，荧光贴片为黑白两种颜色，通过不同的排列组合形成荧光编码，光电传感器通过监测y型支撑辐条上不同的荧光编码感知经过的辐条类别；所述电源为拖拉机+12v直流电源以及经过降压电路转换后的+5v电源，用于为单片机、镇压力实时监测系统、镇压力反馈调节系统以及测速器提供+12v和+5v的直流电源；镇压力实时监测反馈调节系统的显示终端安装在拖拉机的驾驶室内，通过wifi模块与镇压力实时监测系统进行连接，并实时接收四个传感器以及实时定位系统的数值，生成图像。

7、进一步的技术方案，进行横向仿形的方法，具体包括如下步骤：

8、s1：在镇压装置前进时，镇压轮对土壤进行镇压，连接挡板间通过弹性轮辋进行压力传递，y型支撑辐条内部充入压力气体，气体压力取决于不同作物的理想镇压强度范围；

9、s2：在面对平整垄面时，y型支撑辐条上的两个压力弹簧受力相同，y型支撑辐条的左右两内置阀芯同时进行上下往复运动；

10、s3：在面对横向路面不平整情况（如垄面左高右低、左低右高），y型支撑辐条上的两个压力弹簧受力不同，同时，安装在安装架外侧的两个距离传感器产生位移差k，若k值不在垄面位移差m的设定区间内，气泵向垄面较低侧进行充气，进而推动压力弹簧与连接挡板，从而加大另一侧垄面镇压力，使镇压后的垄面平整，实现横向仿形功能；

11、s4：通过气泵在作业前对y型支撑辐条内部的气体压力进行设定，在无需横向仿形的镇压过程中对y型支撑辐条内部气体压力实时监测，始终保持y型支撑辐条内部气体压力维持在设定范围。

12、进一步的技术方案，所述压力传感器型号为dymh-105型压力传感器，位移传感器型号为ktr2自复位式磁敏位移传感器，光电传感器型号为jk-lx101型色标传感器，距离传感器的型号为bgl-235nz型激光位移测距传感器。

13、进一步的技术方案，所述实时定位系统所用传感器为dam-0808t北斗定位模块。

14、进一步的技术方案，采用pid控制算法进行各参数判别，镇压力反馈调节系统根据压力传感器、位移传感器和光电传感器所提供的监测信息判定镇压装置的镇压力d与镇压深度l是否位于设定区间内，并通过距离传感器确定距离差k是否超过垄面位移差m的设定阈值范围；压力传感器与位移传感器位于正常镇压力范围内时，系统输出为信号0，当高于或低于正常镇压力范围内时，系统输出为误差值并进行调节。

15、进一步的技术方案，镇压力实时监测反馈调节系统的调节办法，包括如下步骤：

16、s1：选定镇压作业的作业地块基点0，以该基点0为原点，于单片机中建立二维坐标系，纵轴y为镇压装置前进方向，横轴x为垂直于垄长的方向；

17、s2：将北斗卫星定位系统的基准点与作业地块基点0保持一致，获取基点0的经纬度信息，并反馈给单片机储存；

18、s3：根据压力传感器显示实时压力数值，反馈给单片机，单片机通过气泵调节空气弹簧的压力值，使镇压装置的镇压力d位于设定区间内；

19、s4：根据位移传感器显示实时空气弹簧的伸缩情况，实时反馈给主控制系统，主控制系统通过气泵调节空气弹簧的伸缩量z，使镇压装置的镇压深度l位于合理范围之内；

20、s5：根据距离传感器显示的实时距离差k，反馈给单片机，单片机判别实时距离差k是否位于垄面位移差m的设定阈值范围，若不在m内，则通过气泵对镇压轮中的y型支撑辐条和导气管进行气压调节，使镇压后的垄面平整，实现主动横向仿形。

21、在整个镇压作业过程中，主控制系统根据北斗卫星导航系统确定镇压装置的行进速度和实时经纬度信息，并记录镇压力与镇压深度轨迹图。

22、本发明实施例提供的一种镇压力可调的全向主动仿形镇压装置，其有益效果如下：

23、（1）该装置可实现全向仿形，对复杂的耕整地垄台表面形状进行快速响应，达到垄上纵/横向镇压效果一致的目的；

24、（2）该装置可通过镇压力实时监测反馈调节系统实时监测镇压装置工作状态，实现对耕层土壤镇压强度与镇压深度的快速精准调节，并记录调节位置与实时镇压状态；

25、（3）该装置可通过空气弹簧的降阻特性，降低拖拉机带来的振动扰动，实现镇压深度波动平稳，镇压力更加均匀的效果。