CN104782250A - 一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，所述装置可实现刮刀四个自由度的运动，即刮刀升降、刮刀摆动、刮刀平摆以及刮刀角度变换，完成刮刀平地的多种任务。包括连接板、机架、摆架、Y型座、刮刀左、右提升液压缸、摆动液压缸、牵引架、角变液压缸和球铰机构。牵引架前端为球铰，与连接板上的球面轴承座构成球铰机构，形成牵引架的球铰式连接。机架与连接板、摆架焊接，Y型座与摆架铰接。刮刀左、右提升液压缸和摆动液压缸的耳轴与Y型座铰接，活塞杆耳环与牵引架上的球铰连接，与牵引架组成空间连杆机构。外接液压动力源驱动和控制液压缸运动。刮刀角变液压缸尾部耳环与牵引架上两侧翼板铰接，另一端耳环与角位器铰接。刮刀背后焊接支撑板，刮刀角位器固定在支撑板上。

Description

一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置

技术领域

本发明涉及一种农业水田平整机具，尤其涉及一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置。

背景技术

农田表面平整状况对灌溉质量和效率有着重要影响，土地被平整后可提高作物产量20%~30%，可节约水30%~50%，水田土地利用率大大提高，并可减少农药、化肥和除草剂的使用量。水田平地机的工作效率、精度很大程度上影响了农作物的产量。

水稻生产对水田平整要求很高。为保证水稻种植时水田湿润而基本无水层，必须进行水田平整，以有利于插播后灌水均匀不造成淹苗。抛秧的稻田更需要保证一定的平整程度，地不平，水层深浅不一致，将导致抛秧后水层深处漂苗，没水处秧苗根扎不进泥浆中。

水稻田面平整有利于机器在田间进行各项工作。如果田面不平整，种植管理期和收获期排水后，低洼的地方排水不好，影响作业机械的行走和作业质量。

因此，需要一种控制精准、性能可靠、作业效率高的水田平地装置。本发明设计的一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，正是实现这一目标的一种水田平整机具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水田平地作业范围广、结构紧凑且稳定可靠的具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置。本发明应用对象为农业水田，而农业水田的特点是耕种面积大，土壤上方有一定深度的水层，土壤由于长时间浸泡在水中比较松软。根据水田的特点，需利用较长的刮刀4m，5m，6m或者根据需要设定的长度，以提高水田平整效率且刮刀具有应一定强度和耐磨性，可以在刀背上用螺栓等方式安装可拆卸的耐磨刀片，延长刮刀的使用寿命。长刮刀平整水田需要大牵引力，本水田平地装置通过拖拉机或有类似功能及可自带标准三点式悬挂装置的牵引车辆的标准后悬挂装置连接，利用拖拉机上的液压动力输出控制装置，通过控制液压缸动作实现刮刀的水平位置，达到水田平整的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，所述水田平地装置通过三点式悬挂装置2连接拖拉机1，所述装置可实现刮刀四个自由度的运动，即刮刀升降、刮刀摆动、刮刀平摆以及刮刀角度变换；所述装置由连接板3、机架4、摆架5、Y型座8、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12、刮刀角变液压缸11、角位器9、刮刀10、牵引架13和球铰机构14组成，其中：机架4一端与连接板3固接，另一端与摆架5固接，3个Y型座8分别与摆架5铰接，其中2个Y型座8分别位于摆架5左右两侧铰接，第3个Y型座8位于摆架5一侧下部铰接；刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的耳轴分别与相应的位于摆动架5左右两侧的Y型座8铰接，刮刀摆动液压缸12的耳轴与位于摆架5一侧下部的Y型座8铰接；刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的耳环相对应的分别与位于牵引架13上的三个球铰连接；所述刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12分别能绕着相应的Y型座8相对转动，3个Y型座8通过其铰接轴能分别相对于摆架5转动，实现刮刀升降、刮刀摆动和刮刀侧移平摆；牵引架13前端为第一球铰15，与安装在连接板3上的球面轴承座组成球铰机构14，形成球铰式连接，使牵引架13形成绕球铰机构中心的运动；所述球铰机构14的球头在关节轴承座内可实现三个自由度运动，分别为绕着球铰中心的x轴即拖拉机直行方向旋转、绕着y轴即平地装置侧向旋转和绕着z轴即垂直于水平面方向旋转；实现以球头为旋转中心，牵引架13及刮刀10通过刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的驱动与机架4形成相对运动；两刮刀角变液压缸11对称布置于牵引架13两侧，刮刀角变液压缸11一端耳环与牵引架13上两侧翼板铰接，另一端耳环与固定在刮刀10上的角位器9连接，角变液压缸11，可根据刮刀长度，缩减为一根液压缸位于牵引架12的中央的前方或后方，形成推或拉的连接形式。所述刮刀10与角位器9通过螺栓连接，使之能一体运动。

本发明中，刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的初始安装位置为：刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压6为竖直方向，刮刀摆动液压缸12为倾斜，使刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12与摆架5和牵引架13构成空间连杆机构形式。

本发明中，刮刀摆动液压缸12倾斜安装在平行于刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的平面内的前方或后方，向左或向右倾斜。

本发明中，位于牵引架13上两侧翼板上的两根刮刀角变液压缸11，可根据刮刀长度，缩减为一根液压缸位于牵引架12的中央的前方或后方，形成推或拉的连接形式。

本发明中的连接板3向前与标准三点式悬挂装置2铰接，向后与机架4刚性连接或焊接。连接板3应具有一定高度，使机架4与牵引架13的相对位置能够实现复杂的运动要求。连接板3具有足够的强度，在作业过程中，所受x轴方向的力，通过牵引架13及球铰机构14、角位器9、刮刀10组成的整体传递到连接板3所受y轴方向的力，通过机架4传递至连接板3。

本发明中，机架4与摆架5组成整体，摆架5刚性连接或焊接在机架4一端的端面上。机架4应具有足够强度与刚度，以承受z轴方向的力。由于机架4为悬臂状态，其长度在满足要求的情况下尽可能缩短，为进一步加强机架4的刚度，在机架4与连接板3之间可增加加强板。为避免刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12之间的运动干涉，摆架5具有一定的宽度和高度，满足三个Y型座8安装位置的要求。

本发明中，球铰机构14、牵引架13、角位器9和刮刀10组成一个整体。一个较大球铰焊接于牵引架13前端，成为球铰机构14的第一球铰15，焊接在牵引架上。其余三个分别为刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12与牵引架13相连的第三球铰17、第四球铰18、第二球铰16。为避免刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12之间的运动干涉，牵引架13具有一定宽度，满足与液压缸相连的球铰位置具有一定距离的要求，且牵引架13的长度与机架4相适应。角位器9具有一定长度且翼板具有一定高度，使刮刀角变液压缸11离水面有一定距离，角位器9和刮刀角变液压缸11共同实现刮刀切削角度变换，实现一个改变刮刀角度的辅助功能。刮刀10应具有较大宽度，以提高作业效率。刮刀表面可通过螺栓连接耐磨钢板，以延长提高刮刀使用寿命，且方便更换。

在水田平整作业过程中，水田土壤可能高低不平，因此需要根据平整土壤的深度要求水平调节刮刀的上下位置；水田需要挖沟或者在倾斜刮坡作业中，需要刮刀绕着x轴旋转一个角度，实现刮刀倾斜；平整田埂附件的土壤，拖拉机很难精确地驾驶到所需位置，刮刀可从拖拉机侧向伸出，刮平未平整过的土壤；不同水田土壤状况不一样，为了适应不同的土壤，刮刀切削角度需根据实际情况进行调整，更好地实现平整效果。

根据水田平整的需要，本发明能实现刮刀多自由度运动，其原理为：

水田平地装置作业过程中，为实现水田平整，刮刀的四个自由度运动，即刮刀升降运动、刮刀摆动、刮刀平摆及刮刀角度变换。实现铲刀多个自由度运动的关键是由牵引架及前段的球铰机构以及连杆机构。球铰机构可实现三个自由度的转动，即能使牵引架及刮刀以球心为运动中心，绕着x轴、y轴、z轴旋转；与液压缸连接的Y型座实现两个自由度的转动即胡克副，即Y型座本身绕着y’轴相对于摆架的转动和液压缸绕着x’轴相对于Y型座的转动。刮刀摆动液压缸12、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和牵引架组成连杆机构。铰点位置分别为与三个液压缸相连的三个胡克副和三个球铰副处，三个液压缸驱动，实现牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体在空间中多自由度的运动。球铰机构三个自由度的转动及Y型座两个自由度的转动均能够配合四连杆机构的运动，使得刮刀实现多自由度运动。正是这种刮刀可实现的多自由度运动，可以使得刮刀实现各种繁杂的水田平整作用，包括倾斜刮平作用。

在水田平地装置中，共有七个活动构件，分别为刮刀左提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀右提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀摆动液压缸的缸体和活塞以及牵引架。液压缸通过Y型座与摆架之间连接形成的胡克副可以等效为球销副19，共有三个，液压缸的缸体和活塞杆之间的连接为移动副20共有三个，三个液压缸活塞杆与牵引架之间的连接为球面副21共有三个，牵引架与连接板之间的连接为球面副21共有一个。每个活动构件在空间中具有六个自由度，每个球销副19具有两个自由度和四个约束，每个球面副21具有三个自由度和三个约束，每个移动副20具有一个自由度和五个约束。在水田平地装置中刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸为原动件为三个，牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体为从动件，根据机构具有确定运动条件：原动件数目等于机构的自由度数目，水田平地装置在刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸的驱动下，牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体具有确定的运动。

刮刀升降：牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体以球铰机构的球心为运动中心，绕着y轴旋转。此自由度运动由刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸驱动，实现以牵引架上球铰作为端点的连杆在空间中运动。  

刮刀摆动：牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体以球铰机构的球心为运动中心，绕着x轴旋转。此自由度运动由刮刀摆动液压缸驱动，实现以牵引架上球铰作为端点的连杆在空间中运动。刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸与牵引架之间的球铰副为实现液压缸拉伸或收缩时牵引架与液压缸之间的转动，其中这两个球铰副作用为配合牵引架的运动及支持重量。

刮刀平摆：牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕z轴转动。此自由度运动由刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸驱动，实现以牵引架上球铰作为端点的连杆在空间中运动。当刮刀向左平摆时，刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸活塞杆同时运动，拉伸不同长度，保持牵引架及铲刀在水平位置；当刮刀向右平摆时，刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸活塞杆同时运动，刮刀摆动液压缸收缩，刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸伸出不同长度，保持牵引架及铲刀在水平位置。运动过程中，液压缸产生两个方向的转动，一个是绕着x’轴相对转动，另一个是随着Y型座绕着y’轴相对转动。球铰机构14球铰机构14此实现自由度的运动对刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸的要求是：三个液压缸活塞杆伸出的长度保证牵引架位置水平。

刮刀角度变换：刮刀绕着其长轴做旋转运动。刮刀角变液压缸尾部耳环与牵引架铰接，活塞杆端部耳环与角位器铰接。刮刀角变液压缸拉伸或收缩时，刮刀绕着长轴旋转，实现刮刀角度变换。

液压缸的运动由动力源液压泵通过液压阀分别控制液压缸的进回油，实现液压缸的伸缩运动及停止。这种运动可以通过司机的操作实现，也可以外部输入信号，按照信号要求分别控制实现上述的液压缸动作。

在上述基础上，本专利可实现以下拓展：

刮刀回转功能：设置回转圈，利用驱动装置驱动回转圈回转，从而带动刮刀回转。驱动装置与回转圈之间可设有减速机构，实现减速增扭。

刮刀引伸功能：设置刮刀引伸液压缸，通过刮刀引伸液压缸控制刮刀引伸长度。在刮刀平摆基础上进一步扩大侧向作业范围。

刮刀折叠功能：可利用刮刀折叠液压缸对刮刀进行折叠，减小刮刀长度。在作业转弯过程中可减小转弯半径，安装、拆卸及搬运较为方便。

本发明中，刮刀摆动液压缸12、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6的初始安装位置：刮刀摆动液压缸12从拖拉机尾部向至头部的方向看，当刮刀摆动液压缸12安装在刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸的6前方，刮刀摆动液压缸12的倾斜方向为左。其它等效安装位置：刮刀摆动液压缸12安装方向不变，在刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的后方；刮刀摆动液压缸12倾斜方向为右，刮刀摆动液压缸12安装在刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸的6前方或后方。

本发明的有益效果：

1、刮刀摆动液压缸，控制刮刀摆动液压缸可使整个刮刀侧向运动。调整左右提升液压缸伸出不同长度，可控制刮刀水平摆动。牵引架与拖拉机的球铰连接，能使刮刀侧移的距离大大增加，达到扩大作业范围的目的。

2、刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸同时向下运动，下压刮刀，进行平地作业，调节下压距离即可改变平地深度。刮刀的反支撑力通过液压缸作用于机架，机架能够承受的载荷较大，平地深度也较大。作业过程中碰到硬物，液压缸起到缓冲作用，保护整个工作装置。

3、刮刀左右提升液压缸左右分布且与牵引架铰接，双液压缸便于控制刮刀重心。左右提升液压缸伸出不同长度，可使刮刀摆动，进行挖沟等作业功能。

根据上述有益效果，本发明结构简单且强度大，且平地动作齐全，能够提高平地作业生产效率；本发明使用拖拉机等作为牵引动力，标准化悬挂装置等安装快捷，制造、使用成本低。

附图说明

图1为水田平地装置与拖拉机连接外形图；其中：(a)主视图，(b)为俯视图；

图2为球铰机构结构图及相应坐标系；其中：(a)结构图，(b)为建立相应坐标系图，(c)为牵引架与各球铰连接图；

图3为Y型座结构图及相应坐标系；其中：(a)结构图，(b)为建立相应坐标系图示；

图4为水田平地装置结构图；其中：(a)主视图，(b)为俯视图；

图5为水田平地装置运动简图；

图6为刮刀升降运动示意图；其中：(a)为刮刀初始位置，(b)为刮刀提升运动， (c)为刮刀下降运动；

图7为刮刀摆动示意图；其中：(a)为刮刀初始位置，(b)为刮刀左摆运动，(c)为刮刀右摆；

图8为刮刀平摆示意图；其中：(a)为刮刀初始位置，(b)为刮刀左移运动，(c)为刮刀右移运动；

图9为刮刀角度变换示意图；其中：(a)为刮刀正向角度变换，(b)为刮刀负向角度变换；

图10为液压缸等效安装示意图；其中：(a)为摆动油缸前置向右倾斜图，(b)为摆动油缸后置向右倾斜图，(c)为摆动油缸后置向左倾斜图 (d)为摆动油缸前置向左倾斜图；

图中标号：1拖拉机，2三点式悬挂装置，3连接板，4机架，5摆架，6刮刀右提升液压缸，7刮刀左提升液压缸，8 Y型座，9角位器，10刮刀，11刮刀角变液压缸，12刮刀摆动液压缸，13牵引架，14球铰机构，15为第一球铰，16为第二球铰，17为第三球铰，18为第四球铰，19为球销副，20为移动副，21为球面副。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：图1为具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置外形图。拖拉机的三点式悬挂装置2，由一根上拉杆和两根下拉杆组成。水田平地装置主要结构件：连接板3，机架4、摆架5以及球铰机构14、牵引架13、角位器9和铲刀10等组成的装置。具体包括连接板3、机架4、摆架5、Y型座8、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12、刮刀角变液压缸11、角位器9、刮刀10、牵引架13和球铰机构14组成，其中：机架4一端与连接板3刚性连接或焊接，另一端与摆架5刚性连接或焊接， 3个Y型座8分别与摆架5铰接；刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的耳轴分别与相应的Y型座8铰接，另一端的耳环分别与牵引架13相对应的三个球铰连接；所述刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12分别能绕着Y型座8相对转动， 3个Y型座8通过其铰接轴分别相对于摆架5转动；两个刮刀角变液压缸11对称布置于牵引架13两侧，刮刀角变液压缸11尾部耳环与牵引架13铰接，另一端耳环与固定在刮刀10上的角位器9连接；刮刀10可与角位器9通过螺栓连接，使之一体运动；牵引架13尾部可固定连接两块翼板，用于刮刀角变液压缸11连接刮刀10；牵引架13前段为球头，与安装在连接板3上的球面轴承座组成球铰机构14，形成球铰式连接。

图2为球铰机构结构图及相应坐标系。球铰机构14由球面轴承座和球头组成。建立空间直角坐标系，以球心为原点，拖拉机直行方向为x轴、垂直于水平面的方向为z轴、侧向为y轴。球头在关节轴承内可实现三个自由度运动，分别为绕着x轴旋转、绕着y轴旋转和绕着z轴旋转。图(c)中15是球铰机构的球铰，16是与刮刀摆动液压缸活塞杆连接的球铰，17是与刮刀左提升液压缸活塞杆连接的球铰，18是与刮刀右提升液压缸活塞杆连接的球铰。

图3为Y型座结构图及相应坐标系。建立直角坐标系，沿着Y型座方向为y’轴，沿着耳轴空方向为x’轴。Y型座8能实现两个旋转副的运动，一个旋转副是Y型座8绕着其y’轴相对旋转，另一个旋转副是刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12绕着x’轴相对旋转，且两旋转轴线相互垂直。

图4为具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置结构图。具体包括连接板3、机架4、摆架5、Y型座8、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12、刮刀角变液压缸11、角位器9、刮刀10、牵引架13和球铰机构14组成，其中：机架4一端与连接板3刚性连接或焊接，另一端与摆架5刚性连接或焊接， 3个Y型座8分别与摆架5铰接；刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的耳轴分别与相应的Y型座8铰接，另一端的耳环分别与牵引架13相对应的三个球铰连接；所述刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12分别能绕着Y型座8相对转动， 3个Y型座8通过其铰接轴分别相对于摆架5转动；两个刮刀角变液压缸11对称布置于牵引架13两侧，刮刀角变液压缸11尾部耳环与牵引架13铰接，另一端耳环与固定在刮刀10上的角位器9连接；刮刀10可与角位器9通过螺栓连接，使之一体运动；牵引架13尾部可固定连接两块翼板，用于刮刀角变液压缸11连接刮刀10；牵引架13前段为球头，与安装在连接板3上的球面轴承座组成球铰机构14，形成球铰式连接。

图5为水田平地装置的运动简图。在水田平地装置中，共有七个活动构件，分别为刮刀左提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀右提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀摆动液压缸的缸体和活塞以及牵引架。液压缸通过Y型座与摆架之间连接形成的胡克副可以等效为球销副19共有三个，液压缸的缸体和活塞杆之间的连接为移动副20共有三个，三个液压缸活塞杆与牵引架之间的连接为球面副21共有三个，牵引架与连接板之间的连接为球面副21共有一个。每个活动构件在空间中具有六个自由度，每个球销副19具有两个自由度和四个约束，每个球面副21具有三个自由度和三个约束，每个移动副20具有一个自由度和五个约束。在水田平地装置中刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸为原动件，牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体为从动件。根据机构具有确定运动条件：原动件数目等于机构的自由度数目，水田平地装置在刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸的驱动下，牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体具有确定的运动。

图6为刮刀升降运动示意图。牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕着y轴旋转。此自由度运动由刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸驱动。刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸耳轴与Y型座铰接，其活塞杆的耳环与牵引架球铰连接。刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸活塞杆拉同时且等量拉伸或收缩，液压缸绕着x’轴相对于Y型座转动，牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕着y轴旋转。

图7为刮刀摆动示意图。牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕着x轴旋转。此自由度运动由刮刀摆动液压缸驱动。刮刀摆动液压缸耳轴与Y型座铰接，其活塞杆的耳环与牵引球铰连接。刮刀摆动液压缸活塞杆拉伸或收缩时，刮刀摆动液压缸产生两个方向的转动，一个是绕着x’轴相对于Y型座转动，另一个是随着Y型座绕着y’轴相对于摆架转动。

图8为刮刀平摆示意图。牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕z轴转动。此自由度运动由刮刀左提升液压缸、刮刀右提升液压缸和刮刀摆动液压缸驱动。刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸耳轴与Y型座铰接，其活塞杆的耳环与牵引架球铰连接。当刮刀向左平摆时，刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸活塞杆同时运动，拉伸不同长度，保持牵引架及铲刀在水平位置；当刮刀向右平摆时，刮刀摆动液压缸、刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸活塞杆同时运动，刮刀摆动液压缸收缩，刮刀左提升液压缸和刮刀右提升液压缸伸出不同长度，保持牵引架及铲刀在水平位置。运动过程中，液压缸产生两个方向的转动，一个是绕着x’轴相对于Y型座转动，另一个是随着Y型座绕着y’轴相对于摆架转动。牵引架及刮刀以球铰机构的球心为运动中心，绕z轴转动。

图9为刮刀角度变换示意图。刮刀绕着其支撑长轴做旋转运动。刮刀角变液压缸尾部耳环与牵引架铰接，活塞杆端部耳环与角位器铰接。刮刀角变液压缸拉伸或收缩时，刮刀绕着长轴旋转，实现刮刀角度变换。

图10为液压缸等效安装示意图。刮刀摆动液压缸12、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6的初始安装位置：刮刀摆动液压缸12从拖拉机尾部向至头部的方向看，当刮刀摆动液压缸12安装在刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸的6前方，刮刀摆动液压缸12的倾斜方向为左。其它等效安装位置：刮刀摆动液压缸12安装方向不变，在刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的后方；刮刀摆动液压缸12倾斜方向为右，刮刀摆动液压缸12安装在刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸的6前方或后方。

Claims (4)

1.一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，其特征在于：

所述水田平地装置通过三点式悬挂装置(2)连接拖拉机(1)，所述装置可实现刮刀四个自由度的运动，即刮刀升降、刮刀摆动、刮刀平摆以及刮刀角度变换；所述装置由连接板(3)、机架(4)、摆架(5)、Y型座(8)、刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)、刮刀摆动液压缸(12)、刮刀角变液压缸(11)、角位器(9)、刮刀(10)、牵引架(13)和球铰机构(14)组成，其中：机架(4)一端与连接板(3)固接，另一端与摆架(5)固接，3个Y型座(8)分别与摆架(5)铰接，其中2个Y型座(8)分别位于摆架(5)左右两侧铰接，第3个Y型座(8)位于摆架(5)一侧下部铰接；刮刀左提升液压缸(7)和刮刀右提升液压缸(6)的耳轴分别与相应的位于摆动架(5)左右两侧的Y型座(8)铰接，刮刀摆动液压缸(12)的耳轴与位于摆架(5)一侧下部的Y型座(8)铰接；刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)和刮刀摆动液压缸(12)的耳环相对应的分别与位于牵引架(13)上的三个球铰连接；所述刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)和刮刀摆动液压缸(12)分别能绕着相应的Y型座(8)相对转动，3个Y型座(8)通过其铰接轴能分别相对于摆架(5)转动，实现刮刀升降、刮刀摆动和刮刀侧移平摆；牵引架(13)前端为第一球铰(15)，与安装在连接板3上的球面轴承座组成球铰机构(14)，形成球铰式连接，使牵引架(13)形成绕球铰机构中心的运动；所述球铰机构(14)的球头在关节轴承座内可实现三个自由度运动，分别为绕着球铰中心的x轴即拖拉机直行方向旋转、绕着y轴即平地装置侧向旋转和绕着z轴即垂直于水平面方向旋转；实现以球头为旋转中心，牵引架(13)及刮刀(10)通过刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)和刮刀摆动液压缸(12)的驱动与机架(4)形成相对运动；两刮刀角变液压缸(11)对称布置于牵引架(13)两侧，刮刀角变液压缸(11)一端耳环与牵引架(13)上两侧翼板铰接，另一端耳环与固定在刮刀(10)上的角位器(9)连接；所述刮刀(10)与角位器(9)通过螺栓连接，使之能一体运动。

2.根据权利要求1所述的具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，其特征在于：刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)和刮刀摆动液压缸(12)的初始安装位置为：刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压(6)为竖直方向，刮刀摆动液压缸(12)为倾斜，使刮刀左提升液压缸(7)、刮刀右提升液压缸(6)和刮刀摆动液压缸(12)与摆架(5)和牵引架(13)构成空间连杆机构形式。

3.根据权利要求1所述的具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，其特征在于：刮刀摆动液压缸(12)倾斜安装在平行于刮刀左提升液压缸(7)和刮刀右提升液压缸(6)的平面内的前方或后方，向左或向右倾斜。

4.根据权利要求1所述的具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，其特征在于：位于牵引架(13)上两侧翼板上的两根刮刀角变液压缸(11)，可根据刮刀长度，缩减为一根液压缸位于牵引架(12)的中央的前方或后方，形成推或拉的连接形式。