阅读说明：本技术 一种开沟定压电液仿形开沟系统及控制方法 (Ditching constant-pressure electro-hydraulic profiling ditching system and control method ) 是由 梁方 雷淇奥 王双双 李世伟 杨坤 郑思远 刘伟 余佳 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种开沟定压电液仿形开沟系统及控制方法,包括安装在机架上的多组开沟镇压单体、液压工作站、液压-四杆仿形机构和压力传感器,以及控制器、变送器、电磁换向阀VY1、电磁换向阀VY2、溢流阀、先导型电液比例减压阀YV3及节流阀；以压力传感器采集的压力值作为反馈信号,通过与理想开沟压力值比较,在控制器内进行逻辑运算,输出电流信号以控制电磁换向阀与先导型电液比例减压阀,使得液压缸完成升高或降低的响应动作,从而实现开沟压力的恒定,克服了机械仿形中弹簧压力变化导致的开沟深度不一致性的问题,系统响应灵敏,控制精准。(The invention discloses a ditching constant-pressure electro-hydraulic profiling ditching system and a control method, which comprise a plurality of groups of ditching pressing monomers, a hydraulic workstation, a hydraulic-four-rod profiling mechanism and a pressure sensor which are arranged on a rack, as well as a controller, a transmitter, an electromagnetic directional valve VY1, an electromagnetic directional valve VY2, an overflow valve, a pilot-operated electro-hydraulic proportional pressure reducing valve YV3 and a throttle valve; the pressure value collected by the pressure sensor is used as a feedback signal, logical operation is carried out in the controller by comparing with an ideal ditching pressure value, and a current signal is output to control the electromagnetic directional valve and the pilot type electro-hydraulic proportional pressure reducing valve, so that the hydraulic cylinder completes the response action of rising or lowering, the ditching pressure is constant, the problem of inconsistency of ditching depth caused by spring pressure change in mechanical profiling is solved, the system response is sensitive, and the control is accurate.)

一种开沟定压电液仿形开沟系统及控制方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种开沟定压电液仿形开沟系统及控制方法。

背景技术

播深一致性是衡量播种机性能的重要指标之一，播深过浅或者过深不仅会影响种子的发芽率，还会造成株高不一致，进而影响后续植保、收获等机械化作业质量。为实现播深恒定，开沟器仿形系统是关键。

目前主要的仿形机构有机械仿形与电液(气动)仿形。机械仿形通常利用弹簧形变，采用单点单杆铰链式仿形机构、平行四杆仿形机构、多杆双自由度仿形机构实现仿形功能，其中平行四杆仿形机构能够保证仿形过程中开沟器始终垂直于地表，应用最广。但基于弹簧的平行四杆仿形机构亦不能保证开沟深度完全一致。这是因为，理想土壤条件下(土壤物理参数一致)，一定开沟深度对应的开沟竖直压力是恒定的，而仿形过程中，随着地表的凸起凹陷，弹簧会压缩与伸长，弹簧对开沟器的竖直压力亦会改变，导致沟深变化。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种实现开沟压力恒定的开沟定压电液仿形开沟系统及控制方法，克服了机械仿形中弹簧压力变化导致的开沟深度不一致性的问题。

为实现上述目的，本发明所设计的开沟定压电液仿形开沟系统，包括安装在机架上的多组开沟镇压单体，每组开沟镇压单体包括双圆盘开沟器和镇压轮，所述双圆盘开沟器和镇压轮均通过固定座安装在机架上且呈前后正对应布置；还包括液压工作站、液压-四杆仿形机构和安装在所述固定座上的压力传感器，所述液压工作站包括油箱和固定在油箱上的电机，所述液压-四杆仿形机构包括两套呈上下正对应且平行布置的四杆机构和安装在两套四杆机构之间的液压缸，其中，每套所述四杆机构的一侧均与油箱连接，每套所述四杆机构的另一侧均与机架连接；

还包括控制器、变送器、电磁换向阀VY1、电磁换向阀VY2、溢流阀、先导型电液比例减压阀YV3及节流阀；所述液压缸左腔进油口B1与电磁换向阀YV1出油口B2相连接，液压缸右腔进油口A1与电磁换向阀YV2油口A3连接，先导型电液比例减压阀YV3的油口B4与电磁换向阀YV1进油口A2连接，电磁换向阀YV1的回油口C2、电磁换向阀YV2的回油口C3、先导型电液比例减压阀YV3的回油口C4均与油箱连通，第一变量泵经过节流阀与先导型电液比例减压阀YV3的油口A4连接，溢流阀的进油口A5与第一变量泵连接，溢流阀的出油口B5与油箱直接连通；所述压力传感器的输出端与变送器的压力信号输入端连接，变送器的电流信号输出端连接控制器的输入端，控制器的控制信号输出端经过电流放大器与电磁换向阀YV1、电磁换向阀YV2、先导型电液比例减压阀YV3的控制信号输入端连接。

进一步地，所述液压缸的一端与上方四杆机构一侧的侧横连接轴相连，所述液压缸的另一端与固定在下方四杆机构的中横连接轴连接，同时，所述中横连接轴固定在下方四杆机构的中点。

进一步地，所述固定座包括托板、设置在托板表面中部的中空固定套及顶端***中空固定套中空腔内的长柄，所述中空固定套顶面开有固定孔且该固定孔与中空腔连通，所述压力传感器从固定孔中***直至压力传感器下部外螺纹与长柄上部内螺纹连接，所述保护盖***中空固定套顶面的U型槽内直至压力传感器上部外螺纹卡在保护盖的U型缺口处，所述螺栓安装在压力传感器的上部外螺纹处直至螺栓抵在保护盖上，且所述压力传感器、长柄与保护盖在同一轴线上。

进一步地，所述液压缸两端与上方四杆机构一侧的侧横连接轴和中横连接轴为轴孔配合。

还提供一种上述所述开沟定压电液仿形开沟系统的控制方法：

首先确定开沟深度所需的理想开沟压力值F₀，并将该理想开沟压力值F₀和开沟压力误差值E均输入控制器12中，并启动电机；

当开沟地表平整时，实际开沟压力恒定即|F₁-F₀|＝E，控制电磁换向阀VY1、电磁换向阀VY2与先导型电液比例减压阀YV3的左位接入电路，油路不通，第一变量泵泵出的油液经溢流阀从油口B5流回油箱；

当地表凸起，实际开沟压力增大，即|F₁-F₀|＞E且F₁-F₀＞0，控制电磁换向阀VY1、电磁换向阀VY2与先导型电液比例减压阀YV3右位接入电路，油路接通，此时液压缸的压力值大于先导型电液比例减压阀YV3的压力预设值，油液从油口B1流出，先导型电液比例减压阀YV3的先导阀打开，先导型电液比例减压阀YV3出口处的油液通过先导型电液比例减压阀YV3的先导阀从油口C4流回油箱，液压缸收缩，双圆盘开沟器抬起，直至实际开沟压力恢复至理想开沟压力值F₀；

当地表凹陷，实际开沟压力降低，即|F₁-F₀|＞E且F₁-F₀≤0，电磁换向阀VY1、电磁换向阀VY2与先导型电液比例减压阀YV3右位接入电路，油路接通，此时液压缸的压力值小于先导型电液比例减压阀YV3的压力预设值，油液从油口B1流入液压缸，液压缸伸长，双圆盘开沟器下降，直至开沟压力恢复至设定值。

进一步地，当关闭所述电机、第一变量泵停止工作后，电磁换向阀YV2、电磁换向阀YV1右位接通，手动抬起双圆盘开沟器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明中的液压仿形机构代替传统的机械仿形机构，采用基于PLC的控制器，以压力传感器采集的压力值作为反馈信号，通过与理想开沟压力值比较，在控制器内进行逻辑运算，输出电流信号以控制电磁换向阀与先导型电液比例减压阀，使得液压缸完成升高或降低的响应动作，从而实现开沟压力的恒定，克服了机械仿形中弹簧压力变化导致的开沟深度不一致性的问题，系统响应灵敏，控制精准。

附图说明

图1为本发明开沟定压电液仿形开沟系统的原理图；

图2为本发明开沟定压电液仿形开沟系统的结构图；

图3为图2中压力传感器固定结构***图；

图4为图2中压力传感器固定结构剖视图。

图中，1—双圆盘开沟器；2—压力传感器；3—四杆机构；4—液压缸；5—电磁换向阀YV2；6—电磁换向阀YV1；7—先导型电液比例减压阀YV3；8—节流阀；9—第一变量泵；10—溢流阀；11—油箱；12—控制器S7-200；13—变送器；14—电流放大器；15—电机；16—第二变量泵；17—镇压轮；18—机架；19—侧横连接轴；20—中横连接轴；101—长柄；102—保护盖；103—螺栓；104—托盘；105—中空固定套；106—固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示为开沟定压电液仿形开沟系统，整机机械结构如图2所示，包括液压工作站、液压-四杆仿形机构和安装在机架上的多组开沟镇压单体。每组开沟镇压单体包括双圆盘开沟器1和镇压轮17，双圆盘开沟器1和镇压轮均通过固定座安装在机架18上且呈前后正对应布置。

液压工作站包括油箱11、均固定在油箱11上的第二变量泵16和电机15。液压-四杆仿形机构包括液压缸4和两套呈上下正对应且平行布置的四杆机构3，其中，每套四杆机构3的一侧均与油箱11连接，每套四杆机构3的另一侧均与机架18连接；液压缸4的一端与上方四杆机构3一侧的侧横连接轴19相连，液压缸4的另一端与固定在下方四杆机构3的中横连接轴20连接，使得液压缸4控制两套四杆机构3的升降，同时，中横连接轴20固定在下方四杆机构3的中点，以减小液压缸4的工作行程；另外，本实施例中，液压缸4两端与上方四杆机构3一侧的侧横连接轴19和中横连接轴20为轴孔配合以防止液压缸4横向受力发生位移。

结合图3、图4所示，固定座包括托板104、设置在托板104表面中部的中空固定套105、顶端***中空固定套105中空腔内的长柄101及压力传感器2，中空固定套105顶面开有固定孔且该固定孔106与中空腔连通，压力传感器2从固定孔106中***直至压力传感器2下部外螺纹与长柄101上部内螺纹连接，保护盖102***中空固定套105顶面的U型槽内直至压力传感器2上部外螺纹卡在保护盖102的U型缺口处，螺栓103安装在压力传感器2的上部外螺纹处直至螺栓103抵在保护盖102上，且压力传感器2、长柄101与保护盖102在同一轴线上，使得压力传感器2采集的压力为实际开沟压力。

如图1所示，还包括控制器12(控制器的型号为S7-200)、变送器13、电磁换向阀VY16、电磁换向阀VY2 5、溢流阀10、先导型电液比例减压阀YV3 7及节流阀8。液压缸4左腔进油口B1与电磁换向阀YV1 6出油口B2相连接，液压缸4右腔进油口A1与电磁换向阀YV2 5油口A3连接，先导型电液比例减压阀YV3 7的油口B4与电磁换向阀YV1 6进油口A2连接，电磁换向阀YV1 6的回油口C2、电磁换向阀YV2 5的回油口C3、先导型电液比例减压阀YV3 7的回油口C4均与油箱11连通，第一变量泵9经过节流阀8与先导型电液比例减压阀YV3 7的油口A4连接，溢流阀10的进油口A5与第一变量泵9连接，溢流阀10的出油口B5与油箱11直接连通；压力传感器2的输出端与变送器13的压力信号输入端连接，变送器13的电流信号输出端连接控制器S7-200的输入端，控制器S7-200的控制信号输出端经过电流放大器14与电磁换向阀YV1 6、电磁换向阀YV2 5、先导型电液比例减压阀YV3 7的控制信号输入端连接，控制器S7-200通过DC24V电源供电。

压力传感器2对实际开沟压力F₁进行采集，变送器13对实际开沟压力进行处理将得到的电信号传入控制器S7-200中，控制器S7-200根据实际开沟压力F₁、理想开沟压力F₀经过逻辑运算，输出电流信号，并经过电流放大器14进行电流放大后，控制电磁换向阀VY1 6、电磁换向阀VY2 5与先导型电液比例减压阀YV37的阀口开度，调节液压缸4内压力，保证实际开沟压力恒定。

本发明工作流程如图4所示，在系统开始工作前，根据农艺要求与土壤特性，确定开沟深度所需的理想开沟压力值F₀，并将该理想开沟压力值F₀和开沟压力误差值E均输入控制器S7-200中，并启动电机15。

当开沟地表平整时，实际开沟压力恒定即|F₁-F₀|＝E，控制电磁换向阀VY1 6、电磁换向阀VY2 5与先导型电液比例减压阀YV3 7的左位接入电路，油路不通，第一变量泵9泵出的油液经溢流阀10从油口B5流回油箱11。

当地表凸起，实际开沟压力增大，即|F₁-F₀|＞E且F₁-F₀＞0，控制电磁换向阀VY16、电磁换向阀VY2 5与先导型电液比例减压阀YV3 7右位接入电路，油路接通，此时液压缸4的压力值大于先导型电液比例减压阀YV3 7的压力预设值，油液从油口B1流出，先导型电液比例减压阀YV3 7的先导阀打开，先导型电液比例减压阀YV3 7出口处的油液通过先导型电液比例减压阀YV3 7的先导阀从油口C4流回油箱11，液压缸4收缩，双圆盘开沟器1抬起，直至实际开沟压力恢复至理想开沟压力值F₀；

当地表凹陷，实际开沟压力降低，即|F₁-F₀|＞E且F₁-F₀≤0，电磁换向阀VY1 6、电磁换向阀VY2 5与先导型电液比例减压阀YV3 7右位接入电路，油路接通，此时液压缸4的压力值小于先导型电液比例减压阀YV3 7的压力预设值，油液从油口B1流入液压缸4，液压缸4伸长，双圆盘开沟器1下降，直至开沟压力恢复至设定值；

关闭电机15、第一变量泵9停止工作后，电磁换向阀YV2 5、电磁换向阀YV1 6右位接通，手动抬起双圆盘开沟器1，避免室内存放中开沟器触地受压，对机械与液压系统进行保护，完成后再切断系统电源，系统恢复到初始状态。

本发明中的液压仿形机构代替传统的机械仿形机构，采用基于PLC的控制器，以压力传感器采集的压力值作为反馈信号，通过与理想开沟压力值比较，在控制器内进行逻辑运算，输出电流信号以控制电磁换向阀与先导型电液比例减压阀，使得液压缸完成升高或降低的响应动作，从而实现开沟压力的恒定，克服了机械仿形中弹簧压力变化导致的开沟深度不一致性的问题，系统响应灵敏，控制精准。