[發明專利]一種用于精整地土壤密實度測量與自動調節系統

有效

• 申請號: 201710862952.8
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107736088B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 趙湛;劉金凱;田春杰;雷朝鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01B29/04
• 分類號: A01B29/04;A01B49/02;A01B63/30;G01N9/00
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1.一種用于精整地土壤密實度測量與自動調節系統，其特征在于，包括土壤密實度測量機構、鎮壓深度自動調節機構和控制器(21)；

所述土壤密實度測量機構包括右垂直拉壓傳感器(10)、右水平拉壓傳感器(11)、左垂直拉壓傳感器(18)、左水平拉壓傳感器(17)、右監測輪(13)和左監測輪(15)；

所述鎮壓深度自動調節機構包括橫梁(4)、電動缸(5)和鎮壓輥(14)；

所述橫梁(4)兩端分別垂直固定安裝導向軸(6)，所述導向軸(6)分別與安裝在機架(1)的尾部兩端的導向軸承(7)配合安裝，所述橫梁(4)中部連接電動缸(5)的活塞桿，所述電動缸(5)的底座安裝在機架(1)的尾部；所述鎮壓輥(14)水平安裝、且兩端分別通過軸承與導向軸(6)的底端連接，所述導向軸(6)相同高度位置分別水平安裝左支架(20)和右支架(8)，所述右支架(8)的末端設有右絲杠升降裝置(9)，右絲杠升降裝置(9)上安裝有右垂直拉壓傳感器(10)和右水平拉壓傳感器(11)，右絲杠升降裝置(9)的末端與右支撐軸(12)連接，所述右監測輪(13)與右支撐軸(12)通過轉動副連接；所述左支架(20)的末端設有左絲杠升降裝置(19)，左絲杠升降裝置(19)上安裝有左垂直拉壓傳感器(18)和左水平拉壓傳感器(17)，左絲杠升降裝置(19)的末端與左支撐軸(16)連接，左監測輪(15)與左支撐軸(16)通過轉動副連接；

所述控制器(21)分別與右垂直拉壓傳感器(10)、右水平拉壓傳感器(11)、左垂直拉壓傳感器(18)、左水平拉壓傳感器(17)和電動缸(5)電連接；控制器(21)根據右垂直拉壓傳感器(10)、右水平拉壓傳感器(11)、左垂直拉壓傳感器(18)、左水平拉壓傳感器(17)、右監測輪(13)和左監測輪(15)壓入深度計算土壤密實度P，并與目標土壤密實度P₀比較，得到密實度偏差，控制器(21)根據密實度偏差和電動缸(5)的位移信號控制電動缸(5)驅動橫梁(4)，調節鎮壓輥(14)與機架(1)的垂直位移Z，改變精整地后的土壤密實度P；

采用非線性擬合建立所述土壤密實度P與右監測輪(13)和左監測輪(15)的垂直作用力F_z、右監測輪(13)和左監測輪(15)水平作用力F_x、右監測輪(13)和左監測輪(15)的底部與鎮壓輥(14)底部的垂直位移即壓入深度h的數學函數，即土壤密實度監測模型為：

P＝f₁(F_z、F_x、h)；

所述控制器(21)接收到左垂直拉壓傳感器(18)、左水平拉壓傳感器(17)、右垂直拉壓傳感器(10)、右水平拉壓傳感器(11)輸出的壓力信號分別為F_1z、F_1x、F_2z、F_2x，以及所述電動缸(5)輸出的位移信號H；

所述控制器(21)中設定左監測輪(15)的底部與鎮壓輥(14)底部的垂直位移為h₁，所述右監測輪(13)的底部與鎮壓輥(14)底部的垂直位移為h₂；

所述控制器(21)根據密實度監測模型f₁實時計算得到精整地后左監測輪(15)和右監測輪(13)區域連續的土壤密實度分別為P₁和P₂，將P₁和P₂求均值后得到土壤密實度P，然后將P與P₀進行比較，計算密實度偏差ΔP＝P-P₀；

采用非線性擬合建立所述土壤密實度P與鎮壓輥(14)相對機架(1)的垂直位移Z的數學函數，即鎮壓深度控制模型：P＝f₂(Z)；

當密實度偏差ΔP在允許范圍時，則所述控制器(21)不發出信號給電動缸(5)，所述鎮壓輥(14)的垂直位移保持恒定，當密實度偏差ΔP超出允許范圍時，控制器(21)根據鎮壓深度控制模型f₂計算得到調節鎮壓輥(14)相對機架(1)的垂直位移Z，所述控制器(21)輸出信號給電動缸(5)，驅動電動缸(5)活塞桿運動，調節鎮壓輥(14)與機架(1)的垂直位移Z。