CN103988598B - 一种行星刷式株间锄草装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及现代农业装备技术领域，尤其涉及一种智能苗间锄草机的行星刷式株间锄草装置。本发明的目的在于提供一种针对根系发达作物及易板结土壤的工况进行株间锄草的行星刷式株间锄草装置，该装置工作负载低、高效节能。本发明的行星刷式株间锄草装置适用于易板结土壤，采用锄草刷盘作为锄草刀，与传统的株间锄草刀具相比，锄草动作在地表进行，更好的保护植物的根系；由于锄草刷盘工作入土较浅，大大减小了拖拉机的能耗，提高经济效益；采用行星轮系机构，结构简单且达到了对锄草刷盘增速，实现更好的锄草效果。

Description

一种行星刷式株间锄草装置

技术领域

本发明涉及现代农业装备技术领域，尤其涉及一种智能苗间锄草机的行星刷式株间锄草装置。

背景技术

农田杂草是农业生态系统中的一个组成部分，其直接或间接地影响农业生产。农田杂草丛生导致作物产量下降。收获前产量因杂草损失10％左右，全球损失粮食2.9亿吨。而在我国，由于杂草引起的粮食损失约上百亿公斤。传统的锄草方式为人工锄草和除草剂除草，但是由于这些除草方式存在劳动强度大、耗时、作业效率低、化学除草剂残留毒性对环境破坏等弊端，绿色环保的机械锄草价值得以体现。

在机械锄草中，株间除草是机械锄草的难点和重点。识别苗草信息，控制锄草刀护苗锄草，是智能锄草机器的核心技术。采用不同形状的锄草刀盘适合为不同种类和不同生长时期的作物锄草。在国外，智能锄草机已被应用于大田蔬菜类作物的苗间及行间混联锄草，大部分锄草刀采用入土式刀盘(刀盘在地表下运动锄草)，将草连根切断实现锄草。在欧洲，这类苗间智能锄草机在部分蔬菜作物和砂质土壤中得到了广泛的应用。而在国内，苗间智能锄草机还没得到推广，部分高校在相关方面取得进展性研究。

刀盘入土方式锄草，将杂草从根部连根切断实现锄草，这种锄草方式容易损害根系较发达的作物，影响作物产量。针对像玉米一样根系发达且有地生根的植物，采用入土式刀盘进行锄草时会对植物根系造成较大破坏，不利于作物的保根护根，影响植物的生长及最终产量。

此外，在我国北方部分地区，大田土壤粘性较大，浇水后土壤易产生板结的现象，入土式刀盘锄草时容易将土壤成块掀起，导致覆盖或砸伤作物苗。

因此，对于那些根系发达的作物或易板结土壤的工况下，入土刀盘的伤苗率明显提高，影响作物产量，所以发明一种适应根系发达作物和板结土壤工况的锄草方式尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对根系发达作物及易板结土壤的工况进行株间锄草的行星刷式株间锄草装置，该装置工作负载低、高效节能。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种行星刷式株间锄草装置，包括液压马达1、箱体盖2、箱体3，所述液压马达1安装在箱体盖2上，箱体盖2安装在箱体3上，液压马达1的输出轴与旋转主轴20相连；其中：

其还包括行星齿轮5、锄草刀柄6、锄草刷盘8、公转锄草刀杆10、自转锄草刀杆11、太阳齿轮固定套13、旋转主轴20、太阳齿轮23；其中，

所述旋转主轴20下端支撑在第三轴承21上，第三轴承21与轴承座14过度配合，太阳齿轮固定套13抵在第三轴承21的外圈并且与轴承座14一起叠加安装在箱体3底部；太阳齿轮23周向及轴向固定在太阳齿轮固定套13上，锄草刀柄6周向固定在旋转主轴20的末端；

公转锄草刀杆10垂直固定连接在锄草刀柄6上，自转锄草刀杆11通过第二轴承12和第一轴承9同轴安装在公转锄草刀杆10内部；

行星齿轮5安装在自转锄草刀杆11的顶部，并与太阳齿轮23啮合形成行星齿轮机构；锄草刷盘8安装在自转锄草刀杆11的底部。

所述锄草旋转主轴20的旋转中心与锄草刷盘8的旋转中心具有一偏心距S，该偏心距S为60mm到100mm。

所述行星齿轮机构中，行星齿轮5和太阳齿轮23的齿数和模数可调整。

所述锄草刷盘8的直径大小、刷毛材质及刷毛长度可调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的行星刷式株间锄草装置适用于易板结土壤，采用锄草刷盘作为锄草刀，与传统的株间锄草刀具相比，锄草动作在地表进行，更好地保护植物的根系；由于锄草刷盘工作入土较浅，大大减小了拖拉机的能耗，提高经济效益；采用行星轮系机构，结构简单且达到了对锄草刷盘增速，实现更好的锄草效果。

附图说明

图1a为一种行星刷式株间锄草装置的剖面图；

图1b为一种行星刷式株间锄草装置的整体结构图；

图2a为一种行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的机构运动简图；

图2b为一种行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的三维局部图；

图3a为一种行星刷式株间锄草装置的偏心参数示意图；

图3b为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘运动轨迹图；

图4a为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘苗间锄草运动示意图；

图4b为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘避苗运动示意图。

【主要组件符号说明】

1 液压马达

2 箱体盖

3 箱体

4 防水接头

5 行星齿轮

6 锄草刀柄

7 作物苗

8 锄草刷盘

9 第一轴承

10 公转锄草刀杆

11 自转锄草刀杆

12 第二轴承

13 太阳齿轮固定套

14 轴承座

15 旋转编码器

16 小同步带轮

17 大同步带轮

18 接近开关

19 接近开关检测盘

20 旋转主轴

21 第三轴承

22 顶丝

23 太阳齿轮

24 轴端挡圈

25 筋板

具体实施方式

下面，结合附图与实施例，进一步详细地解释本发明。

如图1a和1b所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的剖面图和整体结构图。其中，行星刷式株间锄草装置包括液压马达1、箱体盖2、箱体3、行星齿轮5、锄草刀柄6、锄草刷盘8、公转锄草刀杆10、自转锄草刀杆11、太阳齿轮固定套13、旋转编码器15、小同步带轮16、大同步带轮17、接近开关18、接近开关检测盘19、旋转主轴20、太阳齿轮23，其中，所述液压马达1也可以替换为电机。

所述液压马达1通过螺栓安装在箱体盖2上，箱体盖2安装在箱体3上，防水接头4安装在箱体3上，信号线穿过防水接头4从箱体3中引出，使用防水接头4增加了箱体3引出信号线的位置的密封性，可起到防尘防水的作用。液压马达1的输出轴与旋转主轴20通过花键相连，旋转主轴20下端支撑在第三轴承21上，第三轴承21与轴承座14过度配合，太阳齿轮固定套13抵在第三轴承21的外圈、并且与轴承座14一起通过螺钉叠加安装在箱体3底部。太阳齿轮23通过轴用挡圈和顶丝22周向及轴向固定在太阳齿轮固定套13上。锄草刀柄6通过轴端挡圈24周向固定在旋转主轴20的末端，旋转主轴20通过键连接将扭矩传递给锄草刀柄6，带动锄草刀柄6旋转。

公转锄草刀杆10为中空的杆状，垂直焊接在锄草刀柄6上，筋板25安装在公转锄草刀杆10和锄草刀柄6之间，保证公转锄草刀杆10与锄草刀柄6的垂直关系。

自转锄草刀杆11通过第二轴承12和第一轴承9同轴安装在公转锄草刀杆10内部，使自转锄草刀杆11能在公转锄草刀杆10内同轴旋转。

行星齿轮5通过平键安装在自转锄草刀杆11的顶部，并与太阳齿轮23啮合形成行星齿轮机构。锄草刷盘8通过平键和轴用挡圈安装在自转锄草刀杆11的底部。自转锄草刀杆11旋转时带动锄草刷盘8的旋转。所述行星齿轮机构中，通过改变行星齿轮5和太阳齿轮23的齿数和模数可以改变行星齿轮机构的传动比，进而调节锄草刷盘8的转速，以获得需要的锄草刷盘8转速。

图2a为本发明的行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的机构运动简图；图2b为该行星轮系机构的三维局部图；

如图2a所示，在所述行星轮系机构中，太阳齿轮23的齿数为Z1，太阳齿轮23相对于旋转主轴20是固定不动的；行星齿轮5的齿数为Z2。

旋转主轴20和锄草刀柄6无相互运动地连接在一起；行星齿轮5和锄草刀柄6采用转动副连接，使行星齿轮5可相对锄草刀柄6进行旋转运动；自转锄草刀杆11与行星齿轮5相互固定连接，没有相对运动；太阳齿轮23和行星齿轮5啮合。

通过旋转主轴20带动锄草刀柄6旋转，同时带动太阳齿轮23旋转；使行星齿轮5绕旋转主轴20进行公转，同时由于行星齿轮5与太阳齿轮23啮合，在公转的同时进行自转。行星齿轮5旋转的角速度公式如下：

$w_2=\frac{z_1+z_2}{z_2}{w}_H$

式中，w₂表示行星齿轮5的旋转角速度，同时也是锄草刷盘8的旋转速度；w_H表示旋转主轴20的旋转角速度；z₁表示太阳齿轮23的齿数；z₂表示行星齿轮5的齿数。行星轮系机构实现了当旋转主轴20速度不变时，通过改变太阳齿轮23和行星齿轮5的齿数和模数，来改变锄草刷盘8的旋转速度。

在本发明的行星刷式株间锄草装置中，锄草旋转主轴20的旋转中心与锄草刷盘8的旋转中心有一定偏距为偏心距S，这使得使锄草刷盘8在运动过程中实现了“避苗锄草”的效果。如图3a所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的偏心参数示意图；图3b为锄草刷盘运动轨迹图。

在图3a中，S为偏心距，R为旋转主轴20的中心与作物苗7的苗心距离，该距离可以人为自主控制；R_S为锄草刷盘8的中心轴与作物苗7的苗心距离，该距离是锄草刷盘8运动到行间最大位置时的距离。从图3a中可看出：

R_S＝S+R，

其中，R_S越大，锄草刷盘8在运动过程中对苗的损伤可能性就越小。从图3b中可看出，锄草刷盘8的运动为合成运动，包括绕旋转主轴20中心轴的公转运动、绕自身转轴的自转运动和向前的直线运动。

如图3b所示，通过对不同偏心距S的运动分析，可得到：偏心距S在60mm到100mm的范围，可实现较大的保护区和较大的锄草刷盘8的中心轴与作物苗7的苗心距离R_S。本发明针对常规玉米播种机播种苗距，合理采用60mm的偏心距S，实现更优锄草刷盘8的运动轨迹和更好锄草效果。

本发明的行星刷式株间锄草装置采用锄草刷盘8作为锄草刀，锄草刷盘8为圆形刷子，针对不同种类作物，不同苗间距、不同生长时期及不同土质要求可以更换不同型号的锄草刷盘8；不同型号的锄草刷盘8在直径大小、刷毛材质及刷毛长度等方面有所不同。刷毛材质主要有软尼龙、硬尼龙、不锈钢等。

在实际应用中，可根据大田种植行数的要求相应的增加行星刷式株间锄草装置的个数，每个锄草装置负责一行作物的株间锄草工作，将若干安装在仿形机构上的行星刷式株间锄草装置按作物行间距的要求安装在前悬挂或后悬挂机架上，通过拖拉机或是农用平台车牵引运动。

如图4a所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘苗间锄草运动示意图；图4b为锄草刷盘避苗运动示意图。本发明的行星刷式株间锄草装置具体工作过程如下：

智能锄草机被牵引沿作物行运动，每个刷式苗间锄草单元对应一行作物。智能锄草机通过作物位置信息实时控制液压马达1旋转，实现避苗锄草。其中视觉苗距信息和前进速度信息为智能锄草机其他部件检测的信息并提供给控制器。

液压马达1带动旋转主轴20旋转，从而带动安装在旋转主轴20上的锄草刀柄6和公转锄草刀杆10绕旋转主轴20中心轴旋转，同时带动太阳齿轮23旋转；自转锄草刀杆11、行星齿轮5和锄草刷盘8被公转锄草刀杆10带动一起绕旋转主轴20中心轴旋转；同时行星齿轮5与太阳齿轮23相互啮合，使行星齿轮机构中的行星齿轮5绕旋转主轴20中心轴旋转的同时还发生自转，从而带动自转锄草刀杆5和锄草刷盘8也进行自转。

同时，液压马达1带动旋转主轴20上的大同步带轮17和接近开关检测盘19旋转，通过同步带将大同步带轮17的转速信息传递给与小同步带轮16连接的旋转编码器15，从而通过旋转编码器15可实时检测旋转主轴20的转速信息。通过接近开关18和旋转编码器15的配合使用，可检测旋转主轴20的旋转角度信息。通过旋转角度信息和视觉苗距信息及前进速度信息计算出液压马达所需转速，控制器控制液压马达1精确旋转。

Claims (4)

1.一种行星刷式株间锄草装置，包括液压马达(1)、箱体盖(2)、箱体(3)，所述液压马达(1)安装在箱体盖(2)上，箱体盖(2)安装在箱体(3)上，液压马达(1)的输出轴与旋转主轴(20)相连；其特征在于：

其还包括行星齿轮(5)、锄草刀柄(6)、锄草刷盘(8)、公转锄草刀杆(10)、自转锄草刀杆(11)、太阳齿轮固定套(13)、旋转主轴(20)、太阳齿轮(23)；其中，

所述旋转主轴(20)下端支撑在第三轴承(21)上，第三轴承(21)与轴承座(14)过度配合，太阳齿轮固定套(13)抵在第三轴承(21)的外圈并且与轴承座(14)一起叠加安装在箱体(3)底部；太阳齿轮(23)周向及轴向固定在太阳齿轮固定套(13)上，锄草刀柄(6)周向固定在旋转主轴(20)的末端；

公转锄草刀杆(10)垂直固定连接在锄草刀柄(6)上，自转锄草刀杆(11)通过第二轴承(12)和第一轴承(9)同轴安装在公转锄草刀杆(10)内部；

行星齿轮(5)安装在自转锄草刀杆(11)的顶部，并与太阳齿轮(23)啮合形成行星齿轮机构；锄草刷盘(8)安装在自转锄草刀杆(11)的底部；

所述锄草旋转主轴(20)的旋转中心与锄草刷盘(8)的旋转中心具有一偏心距S。

2.如权利要求1所述的一种行星刷式株间锄草装置，其特征在于：

所述偏心距S为60mm到100mm。

3.如权利要求1或2所述的一种行星刷式株间锄草装置，其特征在于：

所述行星齿轮机构中，行星齿轮(5)和太阳齿轮(23)的齿数和模数可调整。

4.如权利要求1或2所述的一种行星刷式株间锄草装置，其特征在于：

所述锄草刷盘(8)的直径大小、刷毛材质及刷毛长度可调整。