CN104920327B - 一种喷杆平衡自动调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种喷杆平衡自动调节装置，包括直流步进电机、固定机架、滑轨、滑块、折叠液压缸、高度调节架、高度调节液压缸、喷杆组件、转动轴、大齿轮、小齿轮、导向滑轮、导向滑轮轴、距离测量装置和控制器。喷雾机作业时，距离测量装置测得喷杆两端距作物冠层距离信号，发送到控制器，通过控制器控制直流步进电机来驱动喷杆，从而实现喷杆平衡的调节。本发明所提供的喷杆平衡自动调节装置，在有效控制喷杆在垂直平面上的运动的同时也有效的减小了喷杆水平面上的运动，而且可以适用于坡地作业，提高喷雾沉积的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及农业植保机械领域，具体涉及一种喷杆平衡自动调节装置。
背景技术
喷杆喷雾机作为化学防治农业病、虫、草害的工程装备，具有作业效率高和便于实现自动化等特点，已经在欧美等农业机械化水平较高的国家广泛应用。我国也在“十一五”863计划中重点支持高效喷杆喷雾机的研发。喷杆喷雾机作业时，外部激励(如不平地面、喷雾机底盘行进中加速度等)易使喷杆偏离正常运动姿态，引起喷杆运动失衡，使喷杆产生水平运动和垂直运动。1998年L.Clijmans通过研究指出，喷杆水平运动、垂直运动分别导致导致雾滴沉积比在20～600％、0～1000％变化，由此可知外部激励引起的喷杆运动失衡显著影响施药均匀性。我们为了保证防治效果，往往只能通过增大施药量来保证最低喷洒浓度，由此就带来农药残留、环境污染、施药经济性和安全性等一系列问题。因此，研发喷杆运动自主调节装置具有显著意义。2002年K.Deprez开发了喷杆垂直运动的慢主动控制系统并建立了实验室模型，在对喷杆的垂直运动进行控制的同时，使喷杆适应斜坡地面作业；2003年J.Anthonis设计了喷杆水平主动悬挂机构，建立了系统模型并设计了控制系统，对喷杆的水平运动进行了有效控制；2005年J.Anthonis优化了双钟摆悬挂系统，是喷杆垂直运动的控制效果进一部提升。而我国在这方面的研究相对滞后，因此，研发具有喷杆运动自动调节装置，并适应斜坡地面作业的喷杆式喷雾机具有显著意义。
喷杆式喷雾机高效的主要原因具有宽喷幅，既较长的喷杆，如专利申请号为200420018588.5、名称为“喷杆式喷雾机”，申请号为200520031026.9、名称为“一种多功能喷雾机”，申请号为200820103556.3、名称为“大型折叠式喷雾机”,申请号为201120522547.X、名称为“立式折叠悬挂喷雾机”和申请号为201210210137.0、名称为“一种自走式喷杆喷雾机”，申请号为201320443563.9、名称为“超宽幅喷杆式喷雾机的减震平衡装置”，喷杆与喷雾机主体采用刚性连接，地面的起伏不平、喷雾机底盘行进中的加速度等都会是喷杆产生高频振动，从而造成喷杆水平和垂直运动，这都将导致喷雾沉积不均匀；另外，喷杆垂直运动除了造成喷雾沉积不均匀外，还可能导致喷杆末段触地，损坏喷杆。因此，无论是从喷雾效果还是喷雾机安全方面考虑，都应当对喷杆的运动进行有效控制。
为了有效减少喷杆的非期望运动，在喷杆和喷雾机主体之间安装平衡装置,如专利申请号为200620021828.6、名称为“喷杆式喷雾机自动平衡悬浮机构”和申请号为201310305143.9、名称为“超宽幅喷杆式喷雾剂”可在一定范围内减小喷杆的不规则运动,提高施药均匀性,但都无法实时检测喷杆的运动状态，并对喷杆的位姿进行主动调节；专利申请号为201010603644.1、名称为“自平衡喷杆喷雾机”，虽然可以自动使喷杆与水平面平行,但这种喷杆式喷雾机采用倾角传感器检测喷杆状态，当它在坡形地面作业时,喷杆悬挂系统无法使喷杆与作物面保持水平,从而降低施药均匀性；申请号为201220690405.9、名称为“一种可主动调节位姿的喷杆”，虽然可以自动调节喷杆状态，并可以在坡形地面作业，但是在喷杆垂直运动的主动控制中采用缆绳传动，在喷杆垂直运动快速调节中存在打滑风险，另外缺少对喷杆水平运动的有效控制，施药均匀性无法保证。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种喷杆平衡自动调节装置，通过它来实时监测、调节喷杆的运动状态，减小喷杆的垂直运动和水平运动，从而提高喷雾均匀性，增强喷雾效果，减少农药浪费和环境污染。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种喷杆平衡自动调节装置，其特征在于，包括：直流步进电机、固定机架、距离测量装置、高度调节架、高度调节液压缸、喷杆组件、转动轴、大齿轮、小齿轮、控制器、导向滑轮、导向滑轮轴；
所述高度调节架包括主体，位于主体上部的安装平台、位于主体两侧的导向板，以及位于主体底部、且与其相垂直的转动轴座孔，所述导向板上开有竖直设置的弧形导向槽；
所述直流步进电机通过螺栓固定在安装平台上，直流步进电机输出轴通过键与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过键连接在转动轴的中部，转动轴的一端穿过转动轴座孔，并可在转动轴座孔中转动，转动轴的另一端通过键与喷杆组件连接；
主体上设有至少两个滑块，固定机架上设有至少两条滑轨，所述滑块装配在所述滑轨中；所述高度调节液压缸一端与安装平台通过转动铰链连接，另一端与固定机架下部的固定底座通过螺栓连接；
导向滑轮装在导向滑轮轴的一端，且导向滑轮的中间槽与导向槽相配合，导向滑轮轴的另一端固定在喷杆组件上的导向滑轮轴座上；
喷杆组件的两端分别设置有距离测量装置，所述距离测量装置由测距传感器和信号接收处理器组成，用于检测喷杆组件末端距作物冠层高度、并经信号处理后发送到控制器；
所述控制器固定在固定平台上，由可编程逻辑控制器和驱动器组成，可编程逻辑控制器根据喷杆组件末端距作物冠层高度信息控制驱动器驱动直流步进电机转动，实现对喷杆组件在垂直面上的运动控制。
优选地，所述喷杆组件包括由中心向两边依次连接的喷杆中间架、喷杆中间段、喷杆末段；所述喷杆中间架与喷杆中间段两端上部采用转动销轴连接，下部由折叠液压缸连接。
优选地，喷杆中间段与喷杆末段一面设有两个折叠转动轴连接，另一面通过固定扳手进行固定。
优选地，导向滑轮轴座设置在所述喷杆中间架上。
优选地，直流步进电机输出轴与小齿轮之间，以及所述转动轴与大齿轮之间均通过键连接。
采用本发明的技术方案，喷雾机作业时，能根据喷杆组件末端的距离测量装置测得的喷杆组件距作物冠层高度实时调节喷杆，使喷杆与作物冠层时刻保持平行，并通过采用闭环控制系统，有效抑制喷雾机作业时喷杆在垂直平面上的不规则运动；除此之外，喷杆在垂直平面上的导向滑轮、导向板等运动导向装置还能够实现喷杆在水平面上运动的被动控制，有效减少喷杆的水平运动。
当喷雾机在具有一定坡度地面作业时，置于喷杆组件两末端的距离测量装置获得喷杆组件两末端各自距离作物冠层的距离信号后，通过控制系统控制直流步进电机驱动喷杆运动，使喷杆组件保持与作物冠层平行。克服坡型路面对喷雾沉积均匀性的影响，从而改善喷雾机在不同路面工况下的作业效果。
附图说明
图1为本发明所述的喷杆平衡自动调节装置机械部分的轴测图。
图2为所述喷杆组件的左半部分总成轴测图。
图3为所述固定机架与导轨的装配轴测图。
图4为所述高度调节架与滑块装配轴测图。
图5为本发明所述喷杆平衡自动调节装置的俯视图。
图6为本发明所述喷杆平衡自动调节装置的控制原理图。
图中：
1-直流步进电机，2-固定机架，201-固定底座，3-滑轨，4-滑块，6-折叠液压缸，7-高度调节架，701-安装平台，702-主体，703-导向板，704-导向槽，8-高度调节液压缸，9-喷杆组件，901-喷杆末段，902-喷杆中间段，904-导向滑轮轴座，905-喷杆中间架，906-折叠液压缸外缸铰接孔，907-中间架与转动轴连接孔，908-折叠液压缸内缸铰接孔，909-距离测量装置连接孔，910-固定扳手，911-折叠转动轴，10-转动轴，11-大齿轮，12-小齿轮，13-控制器，14-导向滑轮，15-导向滑轮轴。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的喷杆平衡自动调节装置，包括直流步进电机1、固定机架2、滑轨3、滑块4、折叠液压缸6、高度调节架7、高度调节液压缸8、喷杆组件9、转动轴10、大齿轮11、小齿轮12、导向滑轮14、导向滑轮轴15。
所述高度调节架7的结构如图4所示，包括主体702，位于主体702上部的安装平台701、位于主体702两侧的导向板703，以及位于主体702底部、且与其相垂直的转动轴座孔705，所述导向板703上开有竖直设置的弧形导向槽704。
所述直流步进电机1通过螺栓固定在安装平台701上，直流步进电机1输出轴通过键与小齿轮12连接，小齿轮12与大齿轮11啮合，大齿轮11通过键连接在转动轴10的中部，转动轴10的一端穿过转动轴座孔705，并可在转动轴座孔705中转动，转动轴10的另一端通过键与喷杆组件9连接。大齿轮11和喷杆组件9能够随转动轴10一起运动。直流步进电机1转动时，通过小齿轮12带动大齿轮11转动，再由大齿轮11带动转动轴10转动，由于喷杆组件9和转动轴10通过键连接，可随转动轴10一起运动，从而带动喷杆组件9在垂直面转动，实现对喷杆组件9在垂直面上的运动控制。
如图3、图4所示，主体702上设有至少两个滑块4，固定机架2上设有至少两条滑轨3，所述滑块4装配在所述滑轨3中；所述高度调节液压缸8一端与安装平台701通过转动铰链连接，另一端与固定机架2下部的固定底座201通过螺栓连接。高度调节架7可以通过安装的滑块4沿固定机架2上安装的滑轨3上下移动；当高度调节液压缸8伸缩时，能够带动高度调节架7上下移动。高度调节架7又通过安装平台701和转动轴10带动直流步进电机1、小齿轮12、喷杆组件9和大齿轮11随高度调节架7一起上下运动；这样就实现了喷雾机作业高度的调整，能适应不同作物或同种作物不同生长期施药高度变化。
如图2所示，喷杆组件9包括由中心向两边依次连接的喷杆中间架905、喷杆中间段902、喷杆末段901。
所述喷杆中间架905上设有导向滑轮轴座904、折叠液压缸外缸铰接孔906、中间架与转动轴连接孔907；所述喷杆中间段902上设有折叠液压缸内缸铰接孔908；所述喷杆末段901上设有距离测量装置连接孔909。
所述转动轴10装配在中间架与转动轴连接孔907中。所述喷杆中间架905与喷杆中间段902两端上部采用转动销轴903连接，下部由折叠液压缸6连接，具体的，所述折叠液压缸6内缸与所述喷杆中间段902上的折叠液压缸内缸铰接孔908铰接，外缸与喷杆中间架905上的折叠液压缸外缸铰接孔906铰接。喷杆中间段902通过两个折叠转动轴911与喷杆末段901进行连接，通过固定扳手910进行固定，如图2所示。当喷杆组件9折叠时，转动固定扳手910撤去固定，使喷杆末段901通过两个折叠转动轴911在水平面进行折叠，然后开启折叠液压缸6，推动喷杆中段902随转动销轴903转动，在垂直面进行折叠。
导向滑轮14装在导向滑轮轴15的一端，且导向滑轮14的中间槽与导向槽704相配合，导向滑轮轴15的另一端固定在喷杆组件9上的导向滑轮轴座904上。导向滑轮14可沿导向槽704在垂直面移动，在喷杆组件9随转动轴10转动过程中在垂直面对其进行导向，在喷雾机作业过程中，当喷杆随前进速度的波动在水平面运动时，会通过导向滑轮轴15迫使导向轮14挤压或拉伸导向板703，抑制喷杆水平运动，此时导向板703的作用相当于板簧。
两个距离测量装置5分别喷杆组件9的两端的距离测量装置连接孔909中，所述距离测量装置5由测距传感器和信号接收处理器组成，用于检测喷杆组件9末端距作物冠层高度、并经信号处理后发送到控制器13。所述控制器13固定在固定平台701上，由可编程逻辑控制器和驱动器组成，可编程逻辑控制器根据喷杆组件9末端距作物冠层高度信息控制驱动器驱动直流步进电机1转动，实现对喷杆组件9在垂直面上的运动控制。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种喷杆平衡自动调节装置，其特征在于，包括：直流步进电机(1)、固定机架(2)、距离测量装置(5)、高度调节架(7)、高度调节液压缸(8)、喷杆组件(9)、转动轴(10)、大齿轮(11)、小齿轮(12)、控制器(13)、导向滑轮(14)、导向滑轮轴(15)；
所述高度调节架(7)包括主体(702)，位于主体(702)上部的安装平台(701)、位于主体(702)两侧的导向板(703)，以及位于主体(702)底部、且与其相垂直的转动轴座孔(705)，所述导向板(703)上开有竖直设置的弧形导向槽(704)；
所述直流步进电机(1)通过螺栓固定在安装平台(701)上，直流步进电机(1)输出轴通过键与小齿轮(12)连接，小齿轮(12)与大齿轮(11)啮合，大齿轮(11)通过键连接在转动轴(10)的中部，转动轴(10)的一端穿过转动轴座孔(705)，并可在转动轴座孔(705)中转动，转动轴(10)的另一端通过键与喷杆组件(9)连接；
主体(702)上设有至少两个滑块(4)，固定机架(2)上设有至少两条滑轨(3)，所述滑块(4)装配在所述滑轨(3)中；所述高度调节液压缸(8)一端与安装平台(701)通过转动铰链连接，另一端与固定机架(2)下部的固定底座(201)通过螺栓连接；
导向滑轮(14)装在导向滑轮轴(15)的一端，且导向滑轮(14)的中间槽与导向槽(704)相配合，导向滑轮轴(15)的另一端固定在喷杆组件(9)上的导向滑轮轴座(904)上；
喷杆组件(9)的两端分别设置有距离测量装置(5)，所述距离测量装置(5)由测距传感器和信号接收处理器组成，用于检测喷杆组件(9)末端距作物冠层高度、并经信号处理后发送到控制器(13)；
所述控制器(13)固定在固定平台(701)上，由可编程逻辑控制器和驱动器组成，可编程逻辑控制器根据喷杆组件(9)末端距作物冠层高度信息控制驱动器驱动直流步进电机(1)转动，实现对喷杆组件(9)在垂直面上的运动控制。
2.根据权利要求1所述的喷杆平衡自动调节装置，其特征在于：所述喷杆组件(9)包括由中心向两边依次连接的喷杆中间架(905)、喷杆中间段(902)、喷杆末段(901)；所述喷杆中间架(905)与喷杆中间段(902)两端上部采用转动销轴(903)连接，下部由折叠液压缸(6)连接。
3.根据权利要求2所述的喷杆平衡自动调节装置，其特征在于：喷杆中间段(902)与喷杆末段(901)一面设有两个折叠转动轴(911)连接，另一面通过固定扳手(910)进行固定。
4.根据权利要求2所述的喷杆平衡自动调节装置，其特征在于：导向滑轮轴座(904)设置在所述喷杆中间架(905)上。
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