CN104429189A - 一种智能精细整地装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能精细整地装置，属于农业机械技术领域。该装置包括传感控制电路、支撑在机架（1）前侧的深耕刀辊总成（4）、支撑在机架（1）后侧液压马达（16）驱动的精整刀辊总成（17）和镇压轮（19），所述传感控制电路的信号输入端接位于深耕刀辊总成（4）和精整刀辊总成（17）之间的力传感器（26），所述传感控制电路的控制输出端接步进电机（13），所述步进电机（13）的运动输出端通过传动机构接位于所述液压马达（16）输油油路中的调节油缸（10），所述传感控制电路含有根据力传感器(26)信号输出相应调节油缸开启位置控制信号的智能控制器件。本发明可以实现通过智能化决定二次细耕作业策略，切实满足蔬菜地精细整地规范要求。

Description

一种智能精细整地装置

技术领域

本发明涉及一种耕整地机械，尤其是一种智能精细整地装置，属于农业机械技术领域。

背景技术

蔬菜生产全程机械化过程中，整地作业是最基础、也是最重要的环节之一。蔬菜生产对整地作业要求最高，表层土壤需细碎疏松、地表需平整、垄平沟直，从而为种子发芽或菜苗生长提供良好条件；同时整地作业质量（如平整度、细碎度以及构建合适耕层等）的好坏已逐渐成为蔬菜精量直播技术和高速移栽技术应用发展的关键，是后续机械化作业的基础。

据申请人了解，现有的露地蔬菜整地作业装备大多借用大田用的大马力拖拉机配套旋耕机，拖拉机动力一般为50马力以上，作业机具功能单一，以浅旋为主，也有部分采用拖拉机配带旋耕起垄机，但垄形表面细碎度、平整度及垄形尺寸达不到要求；而日光温室和钢架大棚内大多采用微耕机（9马力以下）和手扶拖拉机（12-15马力），动力偏小，配套机具较少，作业效率低且质量差。

针对蔬菜地整地的特殊要求，申请号为ZL201420187667.2的中国专利文件公开了一种蔬菜栽培精细化整地机具，其通过中央变速箱传动带动两侧齿轮箱传动，两侧齿轮箱分别连接旋耕轴和碎土轴，从而带动两者同时运动。其两轴传动比是固定不变的，针对作业中的大土垡块，碎土轴转速不能及时调整，因而影响垄形表面的碎土质量；其次运动过程中齿轮箱内部结构紧凑，导致发热量很大，齿轮箱外形体积大影响垄形侧边质量；同时其后置的镇压辊为被动旋转，作业后的垄形表面土壤平整度不佳。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种不仅能一次性完成初次耕作、二次细耕、垄形整理等作业；并可根据初次耕作后土垡块体状况决定二次细耕作业策略的智能精细整地装置，从而切实满足蔬菜地整地规范要求，并节能降本。

为了达到以上目的，本发明智能精细整地装置的基本技术方案为：包括传感控制电路、支撑在机架（1）前侧的深耕刀辊总成（4）、支撑在机架（1）后侧液压马达（16）驱动的精整刀辊总成（17）和镇压轮（19），所述传感控制电路的信号输入端接位于深耕刀辊总成（4）和精整刀辊总成（17）之间的力传感器（26），所述传感控制电路的控制输出端接步进电机（13），所述步进电机（13）的运动输出端通过传动机构接位于所述液压马达（16）输油油路中的调节油缸（10），所述传感控制电路含有根据力传感器(26)信号输出相应调节油缸开启位置控制信号的智能控制器件。

本发明的装置前行时，深耕刀辊总成（4）旋转切削土壤，使得地面的土壤被抛起，向后方作抛物线运动撞击力传感器，使力传感信号传递给智能控制器件，当土垡体积较大、压力信号值较大时，传感控制电路输出步进电机顺时针旋转的信号，步进电机通过传动机构使调节油缸的排油量增加，达到加大液压马达进油量、提高精整刀辊总成（17）转速的目的，从而相应提高其碎土刀片切削碎土的次数，实现通过智能化决定二次细耕作业策略，切实满足蔬菜地整地规范要求。

进一步，所述深耕传动轴（4-2）与精整传动轴（17-2）的运动方向相反。

进一步，所述机架（1）的前侧具有用于挂接到行走动力装置上的三点悬挂支撑架（5），所述三点悬挂支撑架（5）的上端铰接与长螺杆（6）形成螺旋副的长螺母，所述长螺杆（6）的下端铰接与短螺杆（7）形成螺旋副的短螺母，所述短螺杆（7）的下端与叉口状的双侧支撑架（8）连接且与机架1铰接。

进一步，所述深耕刀辊总成（4）的深耕传动轴（4-2）上间隔固定有方形支撑块（4-3），所述方形支撑块（4-3）的一对对角分别固定深耕刀（4-1），所述深耕刀（4-1）的径向投影呈径向延伸的圆弧形、轴向投影的外端形成弯钩。

进一步，所述精整刀辊总成（17）两端的精整传动轴（17-2）支撑中部的空心辊（17-3），所述空心辊（17-3）的外圆轴向间隔分布周向均布的碎土刀片（17-1）。

进一步，所述碎土刀片（17-1）的截面是拱门形、长方形、梭子形或梯形之一。

进一步，所述镇压轮（19）为两头大中间细的内凹形辊，与磁力齿轮部件（18）中的从动轮（18-2）同轴，所述磁力齿轮部件（18）中的主动轮（18-1）与相邻镇压轮（19）的精整传动轴（17-2）固连。

进一步，所述主动轮（18-1）沿圆周方向上交错安装有两对磁极，所述从动轮（18-2）沿圆周方向上交错安装有四对磁极，所述主动轮和从动轮的安装间隙小于5厘米。

进一步，所述步进电机（13）的运动输出端通过齿轮齿条传动机构接位于液压马达（16）输油油路中的调节油缸（10）的插销片（11）。

进一步，还包括扶土器（23）、左盖板（25）、右盖板（21）和上盖板（22），所述扶土器（23）安装于机架（1）的前端，所述左盖板（25）和右盖板（21）分别固定安装于机架（1）的两侧，所述上盖板（22）安装于机架（1）的上表面；所述左盖板（25）和右盖板（21）的后端分别焊接有多边形的起垄板（24）。

附图说明

    下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1实施例的侧视旋转图。

图3为图1中精整刀辊总成的立体结构示意图。

图4为图1中深耕刀辊总成的结构示意图。

图5为图4的侧视图。

图6为图1中磁力齿轮部件结构示意图。

图7为图1实施例中传感控制电路原理图。

图8为图1实施例智能精细整地控制流程图。

图中，1-机架，2-变速箱，3-链传动部件，4-深耕刀辊总成，5-三点悬挂支撑架，6-长螺杆，7-短螺杆，8-双侧支撑架，9-进油管，10-调节油缸，11-插销片，12-齿轮齿条传动机构，13-步进电机，14-PLC，15-中路油管，16-液压马达，17-精整刀辊总成，18-磁力齿轮部件，19-镇压轮，20-回油管，21-右盖板，22-上盖板，23-扶土器，24-起垄板，25-左盖板，26-力传感器。

具体实施方式

本实施例的智能精细整地装置如图1和图2所示，机架1的前侧具有常规的三点悬挂支撑架5，用于挂接到拖拉机之类行走动力装置上，三点悬挂支撑架5的上端铰接与长螺杆6形成螺旋副的长螺母，该长螺杆6的下端铰接与短螺杆7形成螺旋副的短螺母。短螺杆7的下端与叉口状的双侧支撑架8连接且与机架1铰接。因此可以分别通过操纵长螺杆和短螺杆，按需调节双侧支撑架8的高度与倾斜角度。机架1前侧支撑深耕刀辊总成4、后侧支撑液压马达16驱动的精整刀辊总成17和镇压轮19。

深耕刀辊总成4的结构如图4、图5所示，链传动部件3带动旋转的深耕传动轴4-2上间隔固定有方形支撑块4-3，各方形支撑块的一对对角分别固定深耕刀4-1，深耕刀4-1的径向投影呈径向延伸的圆弧形、轴向投影的外端形成弯钩。

精整刀辊总成17的结构如图3所示，两端的精整传动轴17-2支撑中部的空心辊17-3，该空心辊17-3的外圆轴向间隔分布周向均布的碎土刀片17-1，碎土刀片17-1的截面可以是拱门形、长方形、梭子形或梯形。深耕传动轴4-2与精整传动轴17-2的运动方向相反，。

镇压轮19为两头大中间细的内凹形辊，与图6所示的磁力齿轮部件18中的从动轮18-2同轴，该磁力齿轮部件18中的主动轮18-1与相邻镇压轮19的精整传动轴17-2固连。主动轮18-1沿圆周方向上交错安装有两对磁极，从动轮18-2沿圆周方向上交错安装有四对磁极，两者的安装间隙小于5厘米。镇压轮19和精整传动轴17-2的两端分别支撑在叉口状的双侧支撑架8两侧。

本实施例的智能精细整地装置含有传感控制电路，如图7所示，其中的智能控制器件PLC的信号输入端接位于深耕刀辊总成4和精整刀辊总成17之间轴向间隔分布的一组六个力传感器26（图7中以行程开关表示），该传感控制电路的控制输出端通过电机驱动电路接步进电机13。

步进电机13的运动输出端通过齿轮齿条传动机构接位于液压马达16输油油路中的调节油缸10的插销片11，工作时，PLC可以根据力传感器的信号控制步进电机，使之通过齿轮齿条传动机构带动插销片运动，改变调节油缸输出的油量，从而调控液压马达油量、相应改变精整刀辊总成17碎土刀片切削碎土的次数，实现通过智能化决定二次细耕作业策略，切实满足蔬菜地整地规范要求。

从部件分解角度更具体说，本实施例的智能精细整地装置主要包括机架1、深耕装置、油量控制系统、精整装置及镇压装置。

深耕装置包括固定安装在机架1上的变速箱2、链传动部件3和深耕刀辊总成4。变速箱2通过传动轴将动力传递至链传动部件3的主动链轮上，经过链传动后动力最终输出给深耕刀辊总成4。

油量控制系统包括进油管9、调节油缸10、插销片11、齿轮齿条传动机构12、步进电机13、PLC（传感控制电路）14、中路油管15。进油管9一端与液压泵连接，另一端连接于调节油缸10的前端面；调节油缸10的左端面开有细长孔，插销片11内嵌于调节油缸10内，且插销片11与齿轮齿条传动机构12中的齿条固连在一起；齿条下方有滑轨，滑轨固定于机架上；齿条上方置有与之啮合的齿轮，齿轮的动力由与之同水平高度放置的步进电机13提供；步进电机13与PLC14通过导线连接；PLC14的另一端通过导线分别与六组力传感器相连，六组力传感器均固定于机架1的下方，且均匀安装，方向垂直于地面；调节油缸的后端面连接有中路油管15。

精整装置包括液压马达16、精整刀辊总成17、回油管20。液压马达16固定安装于机架1的左侧面；液压马达16控制精整刀辊总成17的旋转方向及转速调整；回油管20的一端与液压马达16连接，其另一端与液压泵连接。

镇压装置包括磁力齿轮部件18、双侧支撑架8、镇压轮19。磁力齿轮部件18一端与精整刀辊总成17中的精整传动轴17-2相连，另一端与镇压轮19的中心传动轴相连；双侧支撑架8铰连接于机架上，并且安装于精整传动轴17-2和镇压轮19的中心传动轴的最外端；镇压轮19为两头大中间细的内凹形空心圆柱结构。

镇压轮19的工作高度位置由短螺杆7进行调节。短螺杆7下方固定安装于双侧支撑架8上，安装位置与双侧支撑架8垂直；中间部位铰连接于长螺杆6；长螺杆6的另一端也铰连接于三点悬挂支撑架5。

此外，本实施例的智能精细整地装置还包括扶土器23、左盖板25、右盖板21和上盖板22。扶土器23安装于机架1的前端部位，左盖板25和右盖板21分别固定安装于机架1的两侧，上盖板22安装于机架1的上表面，三面盖板形成相对封闭环境，以防止耕作的土壤逸出，从而影响垄形的紧实度。左盖板25和右盖板21的后端尾部分别焊接有起垄板24。起垄板24为多边形板，左右两个起垄板24正好可将耕作后的碎土移送至镇压轮19内侧，以方便垄形整理压实。三点悬挂支撑架5与四轮拖拉机的三点悬挂机构相连接，由四轮拖拉机牵引前行。

主要由传感控制电路实现的控制过程如图8所示，具体包含如下步骤：

a) 启动四轮拖拉机，通过万向节将动力输送给变速箱2工作，而后变速箱2将动力传递至链传动部件3，最终使得深耕刀辊总成4工作，多组深耕刀4-1随着深耕传动轴4-2的旋转运动同时切削土壤，使得地面的土壤被抛起，并向后方作抛物线运动；

b) 启动液压油泵，液压油将通过进油管9进入到调节油缸10内，此时插销片11右端位于调节油缸10的中间，使得液压油只能从调节油缸10右半部分流出，而后通过中路油管15将液压油传递至液压马达16，从而带动精整刀辊总成17运动，精整刀辊总成17运动时将带动磁力齿轮部件18的主动轮18-1运动，通过磁场作用同时将带动从动轮18-2作反向的旋转运动，从而带动镇压轮19一起运动；

c) 深耕传动轴4-2上的多组深耕刀4-1切削的土壤被抛掷后方时，被切碎的土垡将会撞击布置在机架1下的六组力传感器26，而后将检测到的其六组压力信号传递至PLC14，并与预置参数相比较， 当土垡体积较大时，压力信号值超过了预值，PLC14将启动程序控制步进电机13顺时针旋转，此时将带动齿轮齿条传动机构12运动，相应的齿条将会向左运动，从而带动插销片11左移，此时调节油缸10内的排油量将会增加，也就控制了液压马达16的进油量，从而提高了精整传动轴17-2的转速，相应的提高了碎土刀片17-1切削碎土的次数；

d) 当精整传动轴17-2连续增速旋转20秒后，PLC14的程序将会控制步进电机13逆时针旋转，通过齿轮齿条传动机构12的动力传递，使得插销片11在调节油缸10内归位，等待下一次压力信号的检测与判断，如此反复循环控制，最终完成精细整地过程。

归纳起来，本实施例主要由如下优点：

1）六组力传感器和PLC可实时监测初次耕作后的土垡块大小，并可智能调整精整传动轴的转速，增加大土垡切碎的次数，使得表层土壤真正达到细碎的要求；

2）精整传动轴的转速可通过液压部件实时调整，检测到大土垡时加速旋转，高速旋转20秒后又恢复原先转速，不但达到精确控制、智能精细耕作的目标，而且起到节能降本的效果；

3）镇压轮采用了主动旋转方式，由磁力齿轮部件提供动力，其镇压效果要明显强于镇压轮采用被动旋转的方式，整理后的垄形表面更加光整；另外其高度可通过短螺杆调整，可满足多尺寸垄形的要求，一机多用，适应性强；

4）链传动部件空间占位小，且散热性好，增强了整机的使用效率和寿命；

5）深耕刀比一般旋耕刀刀刃长，能切削出更多的土垡，为二次碎土作业提供基础，提供更多的堆土量，同时能满足蔬菜地深层土壤需通透性强的农艺要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能精细整地装置，其特征在于：包括传感控制电路、支撑在机架（1）前侧的深耕刀辊总成（4）、支撑在机架（1）后侧液压马达（16）驱动的精整刀辊总成（17）和镇压轮（19），所述传感控制电路的信号输入端接位于深耕刀辊总成（4）和精整刀辊总成（17）之间的力传感器（26），所述传感控制电路的控制输出端接步进电机（13），所述步进电机（13）的运动输出端通过传动机构接位于所述液压马达（16）输油油路中的调节油缸（10），所述传感控制电路含有根据力传感器(26)信号输出相应调节油缸开启位置控制信号的智能控制器件。

2.根据权利要求1所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述深耕传动轴（4-2）与精整传动轴（17-2）的运动方向相反。

3.   根据权利要求1或2所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述机架（1）的前侧具有用于挂接到行走动力装置上的三点悬挂支撑架（5），所述三点悬挂支撑架（5）的上端铰接与长螺杆（6）形成螺旋副的长螺母，所述长螺杆（6）的下端铰接与短螺杆（7）形成螺旋副的短螺母，所述短螺杆（7）的下端与叉口状的双侧支撑架（8）连接且与机架1铰接。

4.根据权利要求3所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述深耕刀辊总成（4）的深耕传动轴（4-2）上间隔固定有方形支撑块（4-3），所述方形支撑块（4-3）的一对对角分别固定深耕刀（4-1），所述深耕刀（4-1）的径向投影呈径向延伸的圆弧形、轴向投影的外端形成弯钩。

5.根据权利要求4所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述精整刀辊总成（17）两端的精整传动轴（17-2）支撑中部的空心辊（17-3），所述空心辊（17-3）的外圆轴向间隔分布周向均布的碎土刀片（17-1）。

6.根据权利要求5所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述碎土刀片（17-1）的截面是拱门形、长方形、梭子形或梯形之一。

7.根据权利要求5所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述镇压轮（19）为两头大中间细的内凹形辊，与磁力齿轮部件（18）中的从动轮（18-2）同轴，所述磁力齿轮部件（18）中的主动轮（18-1）与相邻镇压轮（19）的精整传动轴（17-2）固连。

8.根据权利要求7所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述主动轮（18-1）沿圆周方向上交错安装有两对磁极，所述从动轮（18-2）沿圆周方向上交错安装有四对磁极，所述主动轮和从动轮的安装间隙小于5厘米。

9.根据权利要求8所述的智能精细整地装置，其特征在于：所述步进电机（13）的运动输出端通过齿轮齿条传动机构接位于液压马达（16）输油油路中的调节油缸（10）的插销片（11）。

10.根据权利要求9所述的智能精细整地装置，其特征在于：还包括扶土器（23）、左盖板（25）、右盖板（21）和上盖板（22），所述扶土器（23）安装于机架（1）的前端，所述左盖板（25）和右盖板（21）分别固定安装于机架（1）的两侧，所述上盖板（22）安装于机架（1）的上表面；所述左盖板（25）和右盖板（21）的后端分别焊接有多边形的起垄板（24）。