CN105359644A - 一种环保电动旋耕机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保电动旋耕机，该环保电动旋耕机包括至少一对车轮、机架和底盘，机架上设置有离合机构和操作机构，底盘上设置有电机、电池、变速箱、电气控制部、车轮轴和旋耕刀组，电气控制部包括带有显示功能的人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块，人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块均与电池电性连接，所述电机控制芯片、无线通信模块和人机交互模块均与所述蓝牙模块无线通信连接，所述蓝牙模块与所述电机通信连接。本发明环保电动旋耕机使用电池提供动力，减少了空气环境污染，可以实现远程或现场对电机的工作进行控制，整机结构紧凑，体积小巧，很适合在大棚等狭小空间使用。

Description

一种环保电动旋耕机
技术领域
本发明涉及一种环保电动旋耕机，属于农用耕种机械领域。
背景技术
旋耕机是一种用于对农地进行耕作作业的农用器械，其具有重量轻、体积小、结构简单等特点，便于用户使用和存放，被广泛应用于平原、山区、丘陵的旱地、水田、果园等的耕作中，是广大农民消费者替代牛耕的最佳选择。
我国温室大棚设施起步较晚，机械化作业水平较低，大多数作业仍以原始的手工劳动为主，强度大、效率低、工作环境差。随着温室大棚种植方式的快速发展，急需满足温室大棚作业环境的农业机械化动力机械。由于温室大棚作业空间的特殊性，大田作业农机具在其中无法正常作业，需要适合温室大棚作业环境的小型化、多功能农业动力机械。而为数不多的小型农业动力机械，普遍以柴油机或汽油机作为动力，具有很多局限性，首先柴油机尾气的排放、燃油动力机械噪音加之如有油箱的抛洒滴漏，会给大棚作业带来严重的环境污染，同时现有农业作业机械操作相对复杂，需要较大的操作空间，稍有不慎易对操作者和周围的人造成伤害，因此不适合在温室大棚这样狭小的空间内使用。此外，随着石油价格的上涨，使用以燃油为动力的作业机械成本越来越高。
目前，国内的一些电动旋耕机都采用普通数字电路芯片或模拟电路器件简单稳定转速，这种控制方式过于简陋，不能实现复杂的功能和比较快速便捷直观的无极调速。而且每当需要添加新的控制功能的时候都需要新增或改动已有的驱动电路。
采用普通数字电路芯片或模拟电路器件对旋耕机的动力部分进行简单控制的设计，不能让用户直观的了解到旋耕刀实时的转速值和整机行进速度，无法提供人机接口，在精耕作业中无法便捷的让用户对旋耕机实行精细化操作如实时控制旋耕速度和整机行进速度。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种环保电动旋耕机，该环保电动旋耕机使用电池提供动力，减少了使用燃油造成的环境污染，通过无线通信实现远程或现场对电机的工作进行控制，通过人机交互模块实时显示旋耕机的工作状态并可进行旋耕速度等调节，整机结构紧凑，体积小巧，很适合在大棚等狭小空间使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种环保电动旋耕机，其包括至少一对车轮、机架和底盘，所述机架上设置有离合机构和操作机构，所述底盘上设置有电机、电池、变速箱、电气控制部、车轮轴和旋耕刀组，所述电机与所述电池电性连接，所述一对车轮分别设置在所述车轮轴的两端，所述变速箱包括齿轮箱和差速机构，所述齿轮箱内设置有动力输入轴、将动力传递给所述车轮轴的行走动力输出轴和多个传动齿轮，所述差速机构包括将动力传递给所述旋耕刀具的旋耕动力输出轴，所述电机的工作轴通过所述离合机构与所述动力输入轴连接，所述电气控制部包括带有显示功能的人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块，所述人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块均与电池电性连接，所述电机控制芯片、无线通信模块和人机交互模块均与所述蓝牙模块无线通信连接，所述蓝牙模块与所述电机通信连接，所述操作机构包括操纵杆，所述操纵杆的一端可转动地设置在所述机架上。
在本发明一个较佳实施例中，所述电机为直流无刷电机。
在本发明一个较佳实施例中，所述电池为可充电锂聚合物电池。
在本发明一个较佳实施例中，所述离合机构包括皮带、主动轮、从动轮、张紧轮、杠杆、支架、复位弹簧、离合拉线和离合拉杆，所述主动轮与所述电机的工作轴连接，所述从动轮与所述变速箱内的齿轮啮合，所述主动轮通过皮带与所述从动轮相连接，所述张紧轮固定在所述杠杆的一端，所述杠杆的另一端固定在所述支架上，所述离合拉杆和所述支架均固定在所述机架上，所述张紧轮位于所述皮带下边缘外侧，所述张紧轮可绕其轴线旋转，所述离合拉线的一端通过所述复位弹簧与所述杠杆相连接，所述离合拉线的另一端与所述离合拉杆连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述变速箱包括双联滑移齿轮、副变速轴、主变速轴、链轮轴、固定双联齿轮、差速器、链条以及链轮，所述双联滑移齿轮滑动设置在所述动力输入轴上，所述副变速轴与所述动力输入轴平行，所述固定双联齿轮固定设置在所述副变速轴上，所述双联滑移齿轮与固定双联齿轮中的对应齿轮相啮合，所述副变速轴的一端固定与所述差速器固定连接，所述差速器与所述行走动力输出轴相连接，所述固定双联齿轮与所述主变速轴上套设的一固定齿轮相啮合，所述主变速轴上的另一固定齿轮与所述链轮轴上套设的齿轮相啮合，所述链轮套设在所述链轮轴上，所述链轮通过链条与所述旋耕动力输出轴相连，所述差速机构包括拨杆，所述拨杆传动连接滑动双联齿轮。
在本发明一个较佳实施例中，还包括换挡拨杆，所述换挡拨杆包括拨杆、空套连杆、拨叉轴和拨叉，所述空套连杆转动连接在所述机架上，所述拨杆与空套连杆的一端转动相连，所述拨杆与拨叉固定连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述双联滑移齿轮和固定双联齿轮分别包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述双联滑移齿轮的大齿轮和小齿轮之间形成一个拨叉槽，所述拨叉插接在拨叉槽中，所述换挡拨杆通过所述拨叉推动所述双联滑移齿轮沿所述动力输入轴轴向移动。
在本发明一个较佳实施例中，所述旋耕刀组包括刀辊、限位刀座、紧固螺栓、旋耕刀和销钉，所述刀辊通过所述销钉安装在所述旋耕动力输出轴的两端，所述限位刀座焊接在所述刀辊上，所述旋耕刀通过紧固螺栓固定在所述限位刀座上。
在本发明一个较佳实施例中，还包括旋耕深度调节机构，所述旋耕深度调节机构包括方形套筒、螺旋手柄、蹼板支杆以及蹼板，所述方形套筒固定于所述机架上，所述方形套筒的侧面加工有一螺纹孔，所述螺旋手柄通过所述螺纹孔与所述方形套筒螺纹连接，所述蹼板支杆的一端穿过方形套筒，所述蹼板支杆的另一端与所述蹼板固定连接，所述蹼板支杆可在所述方形套筒中做直线移动。
在本发明一个较佳实施例中，所述操作机构还包括操纵杆高度调节装置，所述操纵杆高度调节装置包括高度调节手闸、操纵拉线、复位弹簧、限位销钉和限位弧板，所述限位弧板固定在所述机架上，所述限位弧板上设置有多个限位孔，所述限位销钉活动设置在所述限位孔内，所述复位弹簧的一端与所述限位销钉垂直固定连接，所述复位弹簧的另一端固定在所述操纵杆上，所述高度调节手闸通过所述操纵拉线与所述限位销钉相连。
在本发明一个较佳实施例中，所述电机控制芯片包括ARM微处理器模块、电机驱动电路、显示/控制模块，所述ARM微处理器模块与显示/控制模块和电机驱动电路电性连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述ARM微处理器模块包括内嵌有Cortex-M4内核的ARM处理器。
在本发明一个较佳实施例中，所述人机交互模块包括显示屏、LED灯、电源开关、调速旋钮，所述显示屏和调速旋钮均与所述电机控制芯片通信连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述电机驱动电路采用模拟电流闭环负反馈模式对所述电机进行控制。
本发明的有益效果是：本发明环保电动旋耕机使用电池提供动力，减少了使用燃油造成的环境污染，通过无线通信实现远程或现场对电机的工作进行控制，通过人机交互模块实时显示旋耕机的工作状态并可进行旋耕速度等调节，使用方便，整机结构紧凑，体积小巧，很适合在大棚等狭小空间使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明环保电动旋耕机的整机结构示意图；
各部件的标记为：1、离合机构，2、换挡拨杆，3,、电气控制部，4、差速手柄，5、盖板，6、挡泥板，7、旋耕深度调节机构，8、旋耕刀组，9、车轮，10、电机，11、电池，12、变速箱，13、操作机构，14、机架，15、底盘。
图2为图1中的离合机构结构示意图；
各部件的标记为：2-1、主动轮，2-2、张紧轮，2-3、支架，2-4、从动轮，2-5、杠杆，2-6、皮带，2-7、离合拉线，2-8离合拉杆。
图3为图1中变速箱内的齿轮箱结构示意图；
各部件的标记为：3-12、双联滑移齿轮；（3-13、3-20）、固定双联齿轮，（3-14、3-15、3-16、3-17、3-18、3-19、3-21、3-22、3-23）、齿轮，3-24、换档拨杆，3-25、拨叉模块，3-26、链轮轴，3-27、花键轴，3-28、动力输入轴，3-29、换向轴，3-30、行走动力输出轴。
图4为图1中变速箱内的差速机构结构原理图；
各部件的标记为：（4-1、4-4）、旋耕动力输出轴，4-2、离合齿轮，4-3、动力输出齿轮，4-5、拨叉，4-6、支架，4-7、杠杆，4-8、拉线，4-9、差速器，4-10、行星轮架，4-11、拨叉轴。
图5为图1中的旋耕深度调节机构的示意图；
各部件的标记为：5-1、方形套筒，5-2、螺旋手柄，5-3、蹼板支杆，5-4蹼板。
图6为图1中的旋耕刀组的旋耕刀具固定示意图；
各部件的标记为：6-1、旋耕刀辊，6-2、销钉，6-3、限位刀座，6-4、旋耕刀，6-5、紧固螺栓，6-6、。
图7为图1中的操作机构的结构示意图；
各部件的标记为：7-1、调节手闸，7-2、操纵拉线，7-3、操纵杆，7-4复位弹簧，7-5、限位销钉，7-6、限位弧板；
图8为本发明环保电动旋耕机的电气控制框图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例包括：一种环保电动旋耕机，其包括至少一对车轮9、机架14和底盘15，所述机架14上设置有离合机构1和操作机构13，所述底盘15上设置有电机10、电池11、变速箱12、电气控制部3、车轮轴和旋耕刀组8，所述电机10为直流无刷电机，结构简单、运行可靠、维护方便、响应速度快、起动转矩大。所述电池11为可充电锂聚合物电池，所述电机10与电池11电性连接。使用电池做为动力来源，可以减少使用燃油造成的环境污染。旋耕刀组8上方罩有盖板5和挡泥板6。
请参阅图3、图4、图7，一对车轮9分别设置在所述车轮轴的两端，变速箱12包括齿轮箱和差速机构，所述齿轮箱内设置有动力输入轴3-28、将动力传递给所述车轮轴的行走动力输出轴3-30和多个传动齿轮3-14、3-15、3-16、3-17、3-18、3-19、3-21、3-22、3-23，所述差速机构包括将动力传递给所述旋耕刀具8的旋耕动力输出轴4-1、4-4，所述电机10的工作轴通过所述离合机构1与所述动力输入轴3-28连接，所述电气控制部3包括带有显示功能的人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块，所述人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块均与电池电性连接，所述电机控制芯片、无线通信模块和人机交互模块均与所述蓝牙模块无线通信连接，所述蓝牙模块与所述电机通信连接，所述操作机构13包括操纵杆7-3，所述操纵杆7-3的一端可转动地设置在所述机架14上。
请参阅图2，所述离合机构1包括皮带2-6、主动轮2-1、从动轮2-4、张紧轮2-2、杠杆2-5、支架2-3、复位弹簧、离合拉线2-7和离合拉杆2-8。所述主动轮2-1与所述电机10的工作轴连接，所述从动轮2-4与所述变速箱12内的齿轮啮合，所述主动轮2-1通过皮带2-6与从动轮2-4相连接，所述张紧轮2-2固定在所述杠杆2-5的一端，所述杠杆2-5的另一端固定在支架2-3上。所述离合拉杆2-8和支架2-3均固定在所述机架14上，所述张紧轮2-2位于所述皮带2-6下边缘外侧，所述张紧轮2-2可绕其轴线旋转，所述离合拉线2-7的一端通过所述复位弹簧与杠杆2-5相连接，所述离合拉线2-7的另一端与所述离合拉杆2-8连接。
结合图2，从动轮2-4由主动轮2-1驱动，当离合拉杆2-8松开时，张紧轮2-2处于图示位置，皮带2-6松弛，主动轮2-1空载怠速，从动轮2-4不旋转。当拉动离合拉杆2-8时，离合拉线2-7拉升杠杆2-5，使张紧轮2-2处于图示虚线位置，皮带2-6张紧，主动轮2-l的动力传给从动轮4。
结合图3，通过换挡拨杆3-24，双联滑移齿轮3-12可以在3个工作位上变换，齿轮3-18可以在两个工作位上变换，双联滑移齿轮3-12与齿轮3-18配合可以实现旋耕机快速行走、工进行走、倒档行走、旋刀工作、空挡怠速五个工作状态。
结合图4，差速机构由行星齿轮、行星轮架4-10、差速器4-9、动力输出齿轮4-3、拨叉4-5组成。拉动差速手柄4，拨叉轴4-11左移，拨叉4-5拨动动力输入齿轮4-3与离合齿轮4-2啮合，电机10的动力经动力输入轴3-28上的齿轮进入差速器4-9，直接驱动行星轮架4-10，再由行星齿轮带动车轮轴，驱动左、右车轮9。
结合图5，旋耕深度调节机构主要由方形套筒5-1、螺旋手柄5-2、蹼板支杆5-3以及蹼板5-4组成。其中方形套筒5-1侧边加工一螺纹孔，螺旋手柄5-2可以在孔中旋入旋出对蹼板支杆5-3进行固定，蹼板支杆5-3与蹼板5-4焊接为一体，蹼板支杆5-3可以在方形套筒5-1中做直线往复运动，且支杆5-3上贴有旋耕深度尺，方便深度的测量与计算。蹼板5-4与旋耕轴6-6固定连接，通过改变蹼板支杆5-3在方形套筒5-1内的位置可以改变蹼板5-4的高度，即改变旋耕轴6-6和旋耕刀6-4的高度，从而改变旋耕的深度。
结合图6，本发明的旋耕刀采用限位刀座+螺栓的紧固方法固定。旋耕刀辊6-1上按螺线状布置了6个限位刀座6-3，每个限位刀座6-3上有一通孔，旋耕刀6-4通过紧定螺栓6-5固定，组成旋耕刀辊1。旋耕刀辊6-1左右对称布置，通过销钉6-2与旋耕轴6-6连接。
结合图7，操纵杆高度调节结构包括调节手闸7-1、操纵拉线7-2、复位弹簧7-4、限位销钉7-5、限位弧板7-6。操纵杆7-3可以绕其在机架14上的固定点旋转，复位弹簧7-4与限位销钉7-5固定在操纵杆7-3上，与操纵杆7-3同步旋转；限位弧板7-6焊接在机架14上，并钻有多个限位孔，增加调节高度的范围。在正常工作情况下，由限位弧板7-6的限位销钉5在一限位孔内，限位孔锁住限位销钉5，起到操纵杆7-3的固定保持作用。当需要调节操纵杆7-3的高度时，只需拉动调节手闸7-1，操纵拉线7-2带动限位销钉7-5向上提升，直至限位销钉7-5完全脱离限位弧板7-6上的限位孔，然后将操纵杆7-3抬至适宜高度，放下调节手闸7-1，复位弹簧7-4将限位销钉7-5锁入限位弧板7-6的另一限位孔中，操纵杆7-3位置即可固定。
结合图8，操作人员可以通过人机交互模块的调速旋钮调节电机的转速等工作条件，调速旋钮的工作信号传递给ARM微处理器模块和电机驱动电路，产生电机控制信号，该信号通过无线通信模块和蓝牙模块传递给电机，控制电机的工作。电机工作状态和电池电量信息等经显示/控制模块处理，可以在显示屏上显示，便于操作人员直观了解机器的工作状况。操作人员还可以在监控中心远程实时了解旋耕机的工作状况，无线通信模块可以将旋耕机的工作信息包括电机工作信息通过无线信号传递给远程的监控中心，更便于旋耕机的使用监测。
控制模块采用单片机控制，对于电池剩余电量的测量，可根据电压和电量的关系来获得。通过单片机的A/D采集功能来获得电压的数值。电池余量用4个LED小灯显示，既能简单明了地反应电池余量，又能够降低整机成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种环保电动旋耕机，其特征在于，包括至少一对车轮、机架和底盘，所述机架上设置有离合机构和操作机构，所述底盘上设置有电机、电池、变速箱、电气控制部、车轮轴和旋耕刀组，所述电机与电池电性连接，所述一对车轮分别设置在所述车轮轴的两端，所述变速箱包括齿轮箱和差速机构，所述齿轮箱内设置有动力输入轴、将动力传递给所述车轮轴的行走动力输出轴和多个传动齿轮，所述差速机构包括将动力传递给所述旋耕刀具的旋耕动力输出轴，所述电机的工作轴通过所述离合机构与所述动力输入轴连接，所述电气控制部包括带有显示功能的人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块，所述人机交互模块、电机控制芯片、无线通信模块和蓝牙模块均与电池电性连接，所述电机控制芯片、无线通信模块和人机交互模块均与所述蓝牙模块无线通信连接，所述蓝牙模块与所述电机通信连接，所述操作机构包括操纵杆，所述操纵杆的一端可转动地设置在所述机架上。
2.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述电机为直流无刷电机。
3.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述电池为可充电锂聚合物电池。
4.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述离合机构包括皮带、主动轮、从动轮、张紧轮、杠杆、支架、复位弹簧、离合拉线和离合拉杆，所述主动轮与所述电机的工作轴连接，所述从动轮与所述变速箱内的齿轮啮合，所述主动轮通过皮带与所述从动轮相连接，所述张紧轮固定在所述杠杆的一端，所述杠杆的另一端固定在所述支架上，所述离合拉杆和所述支架均固定在所述机架上，所述张紧轮位于所述皮带下边缘外侧，所述张紧轮可绕其轴线旋转，所述离合拉线的一端通过所述复位弹簧与所述杠杆相连接，所述离合拉线的另一端与所述离合拉杆连接。
5.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述变速箱包括双联滑移齿轮、副变速轴、主变速轴、链轮轴、固定双联齿轮、差速器、链条以及链轮，所述双联滑移齿轮滑动设置在所述动力输入轴上，所述副变速轴与所述动力输入轴平行，所述固定双联齿轮固定设置在所述副变速轴上，所述双联滑移齿轮与固定双联齿轮中的对应齿轮相啮合，所述副变速轴的一端固定与所述差速器固定连接，所述差速器与所述行走动力输出轴相连接，所述固定双联齿轮与所述主变速轴上套设的一固定齿轮相啮合，所述主变速轴上的另一固定齿轮与所述链轮轴上套设的齿轮相啮合，所述链轮套设在所述链轮轴上，所述链轮通过链条与所述旋耕动力输出轴相连，所述差速机构包括拨杆，所述拨杆传动连接滑动双联齿轮。
6.根据权利要求1至6中任一项所述的环保电动旋耕机，其特征在于，还包括换挡拨杆，所述换挡拨杆包括拨杆、空套连杆、拨叉轴和拨叉，所述空套连杆转动连接在所述机架上，所述拨杆与空套连杆的一端转动相连，所述拨杆与拨叉固定连接。
7.根据权利要求6所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述双联滑移齿轮和固定双联齿轮分别包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述双联滑移齿轮的大齿轮和小齿轮之间形成一个拨叉槽，所述拨叉插接在拨叉槽中，所述换挡拨杆通过所述拨叉推动所述双联滑移齿轮沿所述动力输入轴轴向移动。
8.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述旋耕刀组包括刀辊、限位刀座、紧固螺栓、旋耕刀和销钉，所述刀辊通过所述销钉安装在所述旋耕动力输出轴的两端，所述限位刀座焊接在所述刀辊上，所述旋耕刀通过紧固螺栓固定在所述限位刀座上。
9.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，还包括旋耕深度调节机构，所述旋耕深度调节机构包括方形套筒、螺旋手柄、蹼板支杆以及蹼板，所述方形套筒固定于所述机架上，所述方形套筒的侧面加工有一螺纹孔，所述螺旋手柄通过所述螺纹孔与所述方形套筒螺纹连接，所述蹼板支杆的一端穿过方形套筒，所述蹼板支杆的另一端与所述蹼板固定连接，所述蹼板支杆可在所述方形套筒中做直线移动。
10.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述操作机构还包括操纵杆高度调节装置，所述操纵杆高度调节装置包括高度调节手闸、操纵拉线、复位弹簧、限位销钉和限位弧板，所述限位弧板固定在所述机架上，所述限位弧板上设置有多个限位孔，所述限位销钉活动设置在所述限位孔内，所述复位弹簧的一端与所述限位销钉垂直固定连接，所述复位弹簧的另一端固定在所述操纵杆上，所述高度调节手闸通过所述操纵拉线与所述限位销钉相连。
11.根据权利要求1所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述电机控制芯片包括ARM微处理器模块、电机驱动电路、显示/控制模块，所述ARM微处理器模块与显示/控制模块和电机驱动电路电性连接。
12.根据权利要求11所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述ARM微处理器模块包括内嵌有Cortex-M4内核的ARM处理器。
13.根据权利要求1或11或12所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述人机交互模块包括显示屏、LED灯、电源开关、调速旋钮，所述显示屏和调速旋钮均与所述电机控制芯片通信连接。
14.根据权利要求11所述的环保电动旋耕机，其特征在于，所述电机驱动电路采用模拟电流闭环负反馈模式对所述电机进行控制。
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