CN101569259A - 一种智能自动化的块根茎类作物收获机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能自动化的块根茎类作物收获机，输送分离机构将碎土喂入装置传送来的碎土和收获物分离并把块根茎作物传送至集箱车中或条铺到地面上；在碎土喂入装置前设有振动压实碎土机构和电磁振动挖掘机构，振动压实碎土机构通过连接杆与悬挂框架装置相连并位于收获机前端；电磁振动挖掘机构的挖掘铲铲部与挖掘铲尾部均与中间连接体连接，中间连接体通过凸轮轴与悬挂框架装置相连，电磁吸盘与悬挂框架装置连接，球头调节螺钉下端的球形头部与电磁吸盘内球面相配合。本发明能根据土壤类型、土壤比阻及土壤湿度及不同作物的收获要求，自动调整各工作部件的工作参数，满足块根茎类作物收获的要求。本发明特别适用于粘重土壤中。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业收获机械，具体地说是一种用于粘重土壤种植的智能自动化的块根茎类作物收获机。
背景技术
目前，块根茎类作物(如红薯、大蒜、芋头、马铃薯、花生等)收获机械的类型较多，既有用于分段收获的收获机，即挖掘机，也有大型联合收获机。适用于分段收获的挖掘机结构相对简单，造价比较低，配套动力多为中小型拖拉机，比较适合目前农村的经济条件和生产力发展水平，工作部件配置上，均采用挖掘铲、分离升运链结构组合，在地上集条或放铺(堆)，然后人工或机械捡拾。现有的联合收获机型对砂壤土栽种的块根茎类作物收获效果较好，但对于粘重土壤栽种的作物收获效果较差。
由于粘重土壤塑性好、易板结，作物与土壤的亲和力大，造成果土分离难度加大，机械收获漏果率高、破损率较高。为了解决这一问题，国内外许多研究人员作了相关的研究，如专利CN101138292采用机械式振动筛分机构加大碎土效果，专利CN200710054074.3采用曲轴式摆动输送分离机构，专利CN02206482.6采用凹凸式轮爪分土输送机构，这些专利申请技术方案基本相同，都是在输送分离环节采用一些机械方法加大碎土分离效果，这种方法具有一定的效果，但存在以下的不足之处：
1)输送分离等工作部件的工作驱动动力来源于拖拉机，需要专用设计的变速传动系统传递动力，机械传动链长，结构复杂，效率低，噪音大，节能环保性能较差。
2)采用机械变速，工作部件的可调速度范围有限，适应性差，不能满足不同土壤类型与不同收获物的输送分离要求。
3)单纯在输送分离环节采用机械振动、撞击和摩擦等强制方法碎土，没有同时考虑在挖掘环节进行碎土与分离，对于砂壤土种植的块根茎类作物收获效果较理想，而对于粘重土壤种植的作物，果土分离的效果差，收获物破损率较高。
4)对挖掘、输送分离等基础部件的研究仅限于对机械结构方面的改进，没有综合应用液压驱动、微电子与自动控制等先进技术进行系统集成，导致整机技术水平不高，低端产品多，自动化程度低，适应性差。
因而，目前需要一种具有广泛适应性的块根茎类作物自动收获机械，尤其是一种适合不同粘重程度土壤种植的块根茎类作物的收获机械。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能自动化的块根茎类作物收获机，该收获机能根据土壤类型、土壤比阻及土壤湿度、及不同作物的收获要求，自动调整各工作部件的工作参数，满足块根茎类作物收获中对作业机械的适用性、可靠性、智能自动化的要求。
本发明的目的是通过以下技术解决方案来实现的：
一种智能自动化的块根茎类作物收获机，包括碎土喂入装置、输送分离机构、悬挂框架装置、地轮、机械传动系统和切蔓限深装置，输送分离机构包括凹凸式轮爪辊，输送分离机构将碎土喂入装置传送来的碎土和收获物分离并把块根茎作物传送至集箱车中或条铺到地面上；其特征在于：在碎土喂入装置前设有振动压实碎土机构和电磁振动挖掘机构，所述振动压实碎土机构包括振动压实碎土圆盘、活塞杆、活塞套筒、连接法兰、连接杆，振动压实碎土圆盘设置在活塞杆的底端，活塞杆的顶端与液压驱动装置连接，活塞套筒套装在活塞杆上，连接杆固定在活塞套筒上，振动压实碎土机构通过连接杆与悬挂框架装置相连并位于收获机前端；所述电磁振动挖掘机构包括挖掘铲铲部、挖掘铲尾部、中间连接体、球头调节螺钉和电磁吸盘，挖掘铲铲部与挖掘铲尾部均与中间连接体连接，所述的中间连接体内部设有凸轮轴，中间连接体通过凸轮轴两端与悬挂框架装置连接，电磁吸盘与悬挂框架装置连接，球头调节螺钉与挖掘铲尾部连接，球头调节螺钉下端的球形头部与电磁吸盘内球面相配合；电磁振动挖掘机构位于振动压实碎土机构与碎土喂入装置之间。
本发明中，所述振动压实碎土机构的设置数量与收获物的行距和行数相适应，每组振动压实碎土机构由相应的液压驱动装置控制且相互独立工作。所述振动压实碎土机构的动作频率与压力调整由中央控制器根据土壤类型、比阻与湿度按设定的参数控制液压驱动装置实现。
在机械收获时只有当振动圆盘与压实土壤充分接触且作用力达到一定要求时活塞杆才能缩回，保证振动压实碎土机构的行程和动作，与地势的高低起伏相适应，真正实现液压仿形压实碎土。振动压实碎土机构的动作频率与压力调整由中央控制器根据土壤类型、比阻与湿度按设定的参数控制液压驱动系统实现，从而实现振动压实碎土圆盘按一定频率对土壤实施连续仿形压实与冲击，在挖掘收获物之前实施土壤破碎，进行果土初步分离。
本发明所述电磁振动挖掘机构的挖掘铲铲部与挖掘铲尾部通过一组螺栓与中间连接体连接，凸轮轴的凸耳与中间连接体内档面的空隙之间设有压紧弹簧，凸轮轴的轴颈与中间连接体内径之间设有滑动轴承。所述电磁振动挖掘机构的球头调节螺钉与挖掘铲尾部采用螺纹连接，螺纹孔上端部设有角度刻度值。
收获机收获作业时，中央控制器通过电路系统控制电磁吸盘上电工作，电磁吸盘吸合调节螺钉球头，使挖掘铲绕凸轮轴顺时针转动，电磁吸盘断电后，在压紧弹簧的作用下，挖掘铲绕凸轮轴逆时针转动复位。在电磁吸力和压紧弹簧弹性力的交替作用下，挖掘铲在挖掘收获物的同时，按一定频率和振幅振动，进一步破碎土块并对果土混合物实施二次分离。
挖掘铲铲部根据不同作物的地下收获要求，加工出数组对称铲齿和左右非对称铲齿，且相邻铲齿之间留有合适的等距间隙L，以适应不同作物收获的漏土与果土分离要求。
所述的碎土喂入装置置于电磁振动挖掘机构尾部，对土壤进一步破碎，并将收获物抛送至后面的输送分离机构。
所述的输送分离机构由液压马达驱动，根据块根茎作物收获的不同要求，中央控制器通过液压驱动系统精确控制液压马达的转速大小，实现数组凹凸式轮爪辊的转动，将碎土分离并把块根茎作物传送至集箱车中或条铺到地面上。
整机由悬挂框架装置和地轮支撑，通过悬挂框架装置与牵引拖拉机实现标准三点悬挂，切蔓限深装置置于挖掘机构两侧，用于切断杂草和藤蔓(防止机器缠草)，同时控制挖掘铲的工作深度。
本发明中，所述碎土喂入装置和切蔓限深装置通过机械传动系统与液压马达连接。
整机驱动系统与中央控制器由拖拉机电瓶供电，驱动输送分离机构的液压马达置于靠近碎土喂入装置的凹凸式轮爪辊轴端，其余轮爪辊转动通过齿轮传动实现，碎土喂入装置和切蔓限深装置的转动通过链传动由液压马达驱动实现。
中央控制器可以置于拖拉机驾驶室，包括输入模块、输出显示模块、振动压实碎土机构控制模块、电磁振动挖掘机构控制模块、输送分离机构液压马达驱动控制模块、外设操作面板和软件系统构成。
本发明在大量实验研究的基础上，可以建立针对不同的土壤种植类型，对应的不同土壤比阻和湿度值，收获各种块根茎类作物所要求的振动压实碎土机构、电磁振动挖掘机构及输送分离机构的工作参数数据库，绘制出收获不同块根茎类作物时，不同土壤比阻和湿度值与压实碎土液压系统的工作压力、振动频率值的关系工作图、不同土壤比阻和湿度值与电磁振动驱动系统的振动频率、幅值以及挖掘铲振幅的关系工作图、不同土壤比阻和湿度值与输送分离机构液压马达转速的关系工作图，由此建立块根茎类作物自动收获的智能专家系统，并导入中央控制器，供智能自动收获作业选用。
控制系统的工作过程是：在收获块根茎类作物之前，测定出不同地块的反映土壤粘重性能的比阻、湿度指标，由控制器操作面板输入窗口输入土壤性能参数信息，控制软件系统自动调用数据库中的各工作机构的全部工作参数值，各控制功能模块分别通过RS-232串口控制压实碎土液压系统、挖掘机构电磁振动系统及输送分离机构液压马达的工作，从而分别驱动压实碎土圆盘、挖掘铲及凹凸轮爪辊按预定的工作参数振动或转动。控制器也设有手动功能，可以手动输入各机构工作参数，从而驱动各机构动作。控制器的显示模块设有显示、报警功能，当前的土壤性能参数、各机构工作参数值实时显示在显示窗口上，控制系统工作异常时可以报警显示。
与现有技术相比，本发明显著优点是：
1)采用从振动压实碎土→电磁振动挖掘→碎土喂入→轮爪辊抖土分离的四级碎土分离连续一体化作业方式，对各种土壤的适应性强，尤其适合粘重、易板结土壤种植的作物收获要求，且收获作业时果土分离效果好，块根茎类作物损伤率小(花生≤1.5％)，收净率≥98％。
2)采用液压仿形振动压实碎土技术，振动行程适应土壤地势高低起伏变化，且振动频率与工作压力值适应土壤类型、土壤性能参数自动可调。
3)采用电磁振动挖掘收获技术，在挖掘收获物的同时实施连续振动，进行土块破碎并分离果土，且振幅、频率方便可调。
4)液压马达驱动凹凸式轮爪辊，转速可调，驱动平稳。切蔓限深装置、碎土喂入装置的工作驱动由液压马达通过链传动实现，实现各工作机构协调动作，机械传动链短，效率高，噪音低。
5)整机采用自动控制技术与工作参数选择智能专家系统，机器能根据土壤类型、土壤性能参数自动调节工作参数，适应性强，真正实现智能自动化的块根茎类作物的机械化收获。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视结构图；
图3是本发明中电磁振动挖掘机构的结构示意图；
图4是图3的A向视图；
图5是图4的的B向剖面结构图；
图6是本发明中振动压实碎土机构的结构示意图；
图7是本发明的使用状态图；
图8是本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图以用来收获花生的智能自动化的块根茎类作物收获机为例对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2所示，本发明的智能自动化的块根茎类作物收获机，包括振动压实碎土机构1、电磁振动挖掘机构2、碎土喂入装置3、输送分离机构4、悬挂框架装置5、地轮6、机械传动系统7、切蔓限深装置8、液压驱动装置9和中央控制器。
如图1、图2、图6所示，所述的振动压实碎土机构1，主要设有振动压实碎土圆盘11、活塞杆12、活塞套筒13、连接杆15和连接法兰14。振动压实碎土机构1位于收获机前端，通过连接杆15与收获机悬挂框架装置5固连，振动压实碎土机构1的设置组数与花生种植的行距和行数相适应，每组振动压实碎土机构由相应的液压驱动装置9控制相互独立工作，液压驱动装置9精确控制活塞杆12的动作，振动压实碎土圆盘11与活塞杆12固连，在机械收获时只有当振动压实碎土圆盘11与土壤充分接触且作用力达到一定要求时活塞杆12才能缩回，保证振动压实碎土机构1的行程和动作，与地势的高低起伏相适应，真正实现液压仿形压实碎土。振动压实碎土机构1的动作频率与压力调整由中央控制器根据土壤类型、比阻与湿度按设定的参数控制液压驱动装置9实现，从而实现振动压实碎土圆盘11按一定频率对土壤实施连续仿形压实与冲击，在挖掘花生之前实施土壤破碎，进行果土初步分离。
如图2、图3、图4、图5所示，所述的电磁振动挖掘机构2主要设有挖掘铲铲部21、挖掘铲尾部22、中间连接体23、球头调节螺钉24和电磁吸盘25，挖掘铲铲部21与挖掘铲尾部22通过一组螺栓26与中间连接体23连接，在中间连接体23内部设有凸轮轴231，中间连接体23通过凸轮轴231两端与收获机悬挂框架装置5固连，一组电磁吸盘25与收获机悬挂框架装置5固连。凸轮轴231的凸耳与中间连接体23内档面的空隙之间设有一组压紧弹簧232，凸轮轴231轴颈与中间连接体23内径之间设有滑动轴承233。球头调节螺钉24与挖掘铲尾部22采用螺纹联接，螺纹孔上端部设有角度刻度值，调节螺钉24下端部加工成球形，旋动球头调节螺钉24可以调节螺钉24球头与电磁吸盘25内球面之间的间隙。收获机收获作业时，中央控制器通过电路系统控制电磁吸盘25上电工作，电磁吸盘25吸合调节螺钉24球头，当电磁吸盘25断电后，在压紧弹簧232的作用下，球头调节螺钉24复位，使挖掘铲铲部21、挖掘铲尾部22、中间连接体23在挖掘果土混合物的同时，按一定频率和振幅绕凸轮轴231交替顺、逆时针转动，进一步破碎土块并对果土混合物实施二次分离。挖掘铲铲部21根据花生的收获要求，加工出一组对称铲齿和左右非对称铲齿，且相邻铲齿之间留有合适的等距间隙L(10～15mm)，以适应花生收获的漏土与果土分离要求。间隙L可根据收获物的具体特征来确定。
如图1、图2所示，所述的碎土喂入装置3置于电磁振动挖掘机构2尾部，对土壤进一步破碎，并将花生收获物抛送至后面的输送分离机构4。
所述的输送分离机构4由液压驱动装置9驱动，根据花生的收获要求，中央控制器通过液压驱动装置9精确控制液压马达的转速大小，实现输送分离机构4中凹凸式轮爪辊41的转动，将碎土分离并把花生收获物传送至集箱车中或条铺到地面上。
整机由悬挂框架装置5和地轮6支撑，通过悬挂框架装置5与牵引拖拉机实现标准三点悬挂，切蔓限深装置8置于电磁振动挖掘机构2两侧，用于切断杂草和藤蔓(防止机器缠草)，同时控制挖掘铲的工作深度。
整机驱动系统与中央控制器由拖拉机电瓶供电，驱动输送分离机构4的液压马达置于靠近碎土喂入装置3的凹凸式轮爪辊41轴端，其余轮爪辊转动通过齿轮传动实现，碎土喂入装置3中的轮爪辊和切蔓限深装置7中的切蔓限深圆盘的转动通过链传动由液压马达驱动实现。
如图7、图8所示，中央控制器可以置于拖拉机驾驶室，包括输入模块、输出显示模块、振动压实碎土机构控制模块、电磁振动挖掘机构控制模块、输送分离机构液压马达驱动控制模块、外设操作面板和控制软件系统构成。在收获花生之前，测定出不同地块的反映土壤粘重性能的比阻、湿度指标，由控制器操作面板输入窗口输入土壤性能参数信息，控制软件系统自动调用智能专家系统数据库中的各工作机构的全部工作参数值，各控制功能模块分别通过RS-232串口控制压实碎土液压系统、挖掘机构电磁振动系统及输送分离机构液压马达的工作，从而分别驱动压实碎土圆盘、挖掘铲铲部、挖掘铲尾部、中间连接体及凹凸轮爪辊按预定的工作参数振动或转动。中央控制器也设有手动功能，可以手动输入各机构工作参数，从而驱动各机构动作。控制器的显示模块设有显示、报警功能，当前的土壤性能参数、各机构工作参数值实时显示在显示窗口上，控制系统工作异常时可以报警显示。
本发明对各种土壤的适应性强，尤其适合粘重、易板结土壤种植的作物收获要求，且收获作业时果土分离效果好，块根茎类作物损伤率小。
Claims (6)
1、一种智能自动化的块根茎类作物收获机，包括碎土喂入装置(3)、输送分离机构(4)、悬挂框架装置(5)、地轮(6)、机械传动系统(7)和切蔓限深装置(8)，输送分离机构(4)包括凹凸式轮爪辊(41)，输送分离机构(4)将碎土喂入装置(3)传送来的碎土和收获物分离并把块根茎作物传送至集箱车中或条铺到地面上；其特征在于：在碎土喂入装置(3)前设有振动压实碎土机构(1)和电磁振动挖掘机构(2)，所述振动压实碎土机构(1)包括振动压实碎土圆盘(11)、活塞杆(12)、活塞套筒(13)、连接法兰(14)、连接杆(15)，振动压实碎土圆盘(11)设置在活塞杆(12)的底端，活塞杆(12)的顶端与液压驱动装置连接，活塞套筒(13)套装在活塞杆(12)上，连接杆(15)固定在活塞套筒(13)上，振动压实碎土机构(1)通过连接杆(15)与悬挂框架装置(5)相连并位于收获机前端；所述电磁振动挖掘机构(2)包括挖掘铲铲部(21)、挖掘铲尾部(22)、中间连接体(23)、球头调节螺钉(24)和电磁吸盘(25)，挖掘铲铲部(21)与挖掘铲尾部(22)均与中间连接体(23)连接，在中间连接体(23)内部设有凸轮轴(231)，中间连接体(23)通过凸轮轴(231)两端与悬挂框架装置(5)连接，电磁吸盘(25)与悬挂框架装置(5)连接，球头调节螺钉(24)与挖掘铲尾部(22)连接，球头调节螺钉(24)下端的球形头部与电磁吸盘(25)内球面相配合；电磁振动挖掘机构(2)位于振动压实碎土机构(1)与碎土喂入装置(3)之间。
2、根据权利要求1所述的智能自动化的块根茎类作物收获机，其特征在于：所述振动压实碎土机构(1)的设置数量与收获物的行距和行数相适应，每组振动压实碎土机构(1)由相应的液压驱动装置控制且相互独立工作。
3、根据权利要求1所述的智能自动化的块根茎类作物收获机，其特征在于：所述振动压实碎土机构(1)的动作频率与压力调整由中央控制器根据土壤类型、比阻与湿度按设定的参数控制液压驱动装置实现。
4、根据权利要求1所述的智能自动化的块根茎类作物收获机，其特征在于：所述电磁振动挖掘机构(2)的挖掘铲铲部(21)与挖掘铲尾部(22)通过一组螺栓(26)与中间连接体(23)连接，凸轮轴(231)的凸耳与中间连接体(23)内档面的空隙之间设有压紧弹簧(232)，凸轮轴(231)的轴颈与中间连接体(23)内径之间设有滑动轴承(233)。
5、根据权利要求1所述的智能自动化的块根茎类作物收获机，其特征在于：所述电磁振动挖掘机构(2)的球头调节螺钉(24)与挖掘铲尾部(22)采用螺纹连接，螺纹孔上端部设有角度刻度值。
6、根据权利要求1所述的智能自动化的块根茎类作物收获机，其特征在于：所述碎土喂入装置(3)和切蔓限深装置(8)通过机械传动系统(7)与液压马达连接。
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