CN107046816A - 一种平地机平地铲调平装置 - Google Patents

一种平地机平地铲调平装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种平地机平地铲调平装置，属于平地机平地铲控制领域。该平地机平地铲调平装置包括：平地铲安装台，呈竖直方向设置，悬挂连接于平地机尾部中间位置；转动调平机构，一端与所述平地铲安装台固定连接，另一端所述平地铲中心固定连接，一端能够带动平地铲相对于另一端连接的平地铲安装台转动；姿态测量系统，安装于所述平地铲，并与转动调平机构连接，用于测量所述平地铲的旋转角度和旋转角速度，将所述旋转角度和旋转角速度发送至所述转动调平机构，控制所述转动调平机构的转动角度。本发明通过通过液压马达的转动实现平地铲水平调平运动，有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性。

Description

一种平地机平地铲调平装置
技术领域
本发明涉及平地机平地铲控制领域，尤其涉及一种平地机平地铲调平装置。
背景技术
平地机用于水田平整，水田平整度越高越有利于节约用水和对水田水层管理，提高灌水的均匀性和灌溉效率，经过精细平整后可以节约农田灌溉用水10％以上，同时水田平整有利于水稻后期管理，可有效提高肥料的利用率和抑制杂草的生长，因此提高水田的精细平整对水稻高产稳产具有重要意义。
平地机平地铲在工作过程中无法保持水平而发生倾斜，不能保证平地效果，不适合水田精细平整，因此水田平地机需要特殊设计。在实现本发明的过程中，现有技术存在如下问题：
早期的1PJ水田激光平地机用两个双作用油缸代替三点悬挂装置的两个直拉杆,两油缸的动作可分别控制，以实现平地铲左右两侧提升和下降的独立控制，保证平地铲处于某一水平位置工作，但此方案成本高,而且试验中发现左右两套激光接收装置安装调整很不方便,实际控制效果并不理想；
后来改用单侧油缸伸缩控制平地铲的调平控制，取得一定效果，但由于单侧控制，不对称，平地铲受力不均匀，调平时容易产生振动，不利于平地铲控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种平地机平地铲调平装置，通过转动调平机构结合姿态测量系统测量得到的平地机平地铲姿态，来对平地机平地铲进行调平控制，有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性。
根据本发明的一个方面，一种平地机平地铲调平装置，包括：
平地铲安装台，呈竖直方向设置，悬挂连接于平地机尾部中间位置；
转动调平机构，一端与所述平地铲安装台固定连接，另一端与所述平地铲中心固定连接，一端能够带动平地铲相对于另一端连接的平地铲安装台转动；
姿态测量系统，安装于所述平地铲，并与转动调平机构连接，用于测量所述平地铲的旋转角度和旋转角速度，将所述旋转角度和旋转角速度发送至所述转动调平机构，控制所述转动调平机构的转动角度。
可选的，所述平地机平地铲调平装置，还包括平行连杆，其中，所述平地铲安装台底部设置悬挂底座，所述悬挂底座通过所述平行连杆与平地机连接。
可选的，所述平地铲中心位置设置平地铲旋转中心，所述转动调平机构的另一端与所述平地铲旋转中心固定连接。
可选的，所述转动调平机构包括液压马达、轴承和水平控制器；其中，所述液压马达的底座固定于所述平地铲安装台，所述轴承用于连接所述液压马达的轴与所述平地铲旋转中心，所述水平控制器安装于所述平地铲旋转中心。
可选的，所述平地铲安装台底端设置液压马达安装架，所述液压马达的底座固定安装于所述液压马达安装架。
可选的，所述平地铲呈薄板状结构。
可选的，所述平地铲包括固定部、折叠部和旋转销，所述固定部和折叠部通过旋转销连接，所述折叠部可沿所述旋转销相对于所述固定部旋转。
可选的，所述平地铲还包括第一固定销，所述折叠部沿所述旋转销旋转至所述固定部同一直线位置时，所述第一固定销用于将所述折叠部固定于所述固定部。
可选的，所述平地铲还包括一对第二固定销、一对相对于所述固定部呈对称分布的折叠部、一对所述旋转销，一对所述折叠部其一端分别沿与其对应的旋转销旋转至重合时，所述第二固定销用于将所述一对折叠部固定。
可选的，所述姿态测量系统包括陀螺仪和加速度计，所述加速度计安装在所述平地铲中心位置。
本发明通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明一种平地机平地铲调平装置，通过转动调平机构来实现平地机平地铲的转动调平，有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性；本发明通过姿态测量系统获得平地机平地铲运动姿态，响应速度快，且不会受到升降油缸动作及各种振动的干扰；本发明平地铲呈薄板状结构，有利于平地铲的轻薄化，能够减轻平地铲质量和转动惯量，使结构更简单方便安装，提高控制稳定性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的平地机平地铲调平装置结构示意图；
图2是根据本发明又一实施方式的平地机平地铲调平装置结构示意图；
图3是根据本发明又一实施方式的平地机平地铲折叠状态结构示意图；
图4是根据本发明又一实施方式的平地机平地铲调平装置结构左视图；
图5是根据本发明又一实施方式的姿态测量系统的传感器信息融合方法流程图；
图6是根据本发明又一实施方式的安装了平地机平地铲调平装置的平地机田间工作示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一
如图1所示，本发明实施例中一种平地机平地铲调平装置，包括：平地铲安装台1，呈竖直方向设置，悬挂连接于平地机4尾部中间位置；转动调平机构2，一端与所述平地铲安装台1固定连接，另一端所述平地铲5中心固定连接，一端能够带动平地铲5相对于另一端连接的平地铲安装台1转动；姿态测量系统3，安装于所述平地铲5，并与转动调平机构2连接，用于测量所述平地铲5的旋转角度和旋转角速度，将所述旋转角度和旋转角速度发送至所述转动调平机构，控制所述转动调平机构的转动角度。
本实施例中，平地机优选为1PJ-3.0型水田激光平地机，通过对该种水田激光平地机进行改装，将本发明实施例中平地机平地铲调平装置安装于该水田激光平地机实现对平地铲的调平控制。
本实施例中，转动调平机构2一端带动平地铲5转动，直到平地铲5到达水平位置，来实现对平地铲5的调平。
本实施例中，姿态测量系统3具体为MEMS惯性传感器，其包括：陀螺仪(ADXRS300)与加速度(ADXL203)计通过信息融合用于测定平地铲实时倾角，传感器信息融合方法流程图如图5所示，具体步骤如下：
S001，分别计算两种传感器测得的平地铲倾角变换率W加与W陀；
S002，判断W加与W陀之差绝对值是否小于设定阈值；其中，该步骤用于判断平地铲是否受到干扰；
S003，若W加与W陀之差绝对值小于设定阈值，则按加速度计当前值计算平地铲倾角，执行步骤S005；
S004，若W加与W陀之差绝对值不小于设定阈值，则上次测得平地铲倾角加上陀螺仪角速度积分，求出平地铲倾角；
S005，输出平地铲实时倾角。
通过传感器信息融合方法测得的平地铲倾角具有如下优势：因为当单独采用加速度计测定平地铲倾角，虽然响应快，但易受升降油缸动作及各种振动的干扰；采用陀螺仪测平地铲角速度，虽然测量灵敏，但长时间累加积分易受漂移影响导致求出水平倾角失准。本发明通过分析发现平地铲实际工作过程中受升降油缸影响时间短，所以在无干扰时采用加速度计、若有干扰时就停止使用加速度计而改用陀螺仪，陀螺仪只在短时间内积分测量，不会因为长时间累加积分易受漂移影响导致求出水平倾角失准。本发明实施例通过两种低成本的MEMS信息融合实现了平地铲水平倾角测量。
本实施例中，姿态测量系统3中加速度计安装在所述平地铲5中心位置，陀螺仪在平地铲5上的安装位置不做任何限定。
本发明实施例通过转动调平机构来实现平地机平地铲的转动调平，有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性；本发明通过姿态测量系统获得平地机平地铲运动姿态，响应速度快，且不会受到升降油缸动作及各种振动的干扰。
实施例二
如图2所示，基于实施例一，本发明实施例中平地铲5中心位置设置平地铲旋转中心51，所述转动调平机构的另一端与所述平地铲旋转中心51固定连接。
本实施例中，转动调平机构2包括液压马达21、轴承22和水平控制器23；其中，所述液压马达21的底座固定于所述平地铲安装台1，所述轴承22用于连接所述液压马达21的轴与所述平地铲旋转中心51，所述水平控制器23安装于所述平地铲旋转中心51。其中，平地铲安装台1底端设置液压马达安装架12，所述液压马达21的底座固定安装于所述液压马达安装架12。
本实施例中，液压马达21优选采用普通三位四通开关式电磁阀控制。水平控制器23检测平地铲水平倾斜程度并据此控制电磁阀，通过对开关电磁阀施加PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制信号来模拟实现流量控制效果。系统采用PD(ProportionDifferentiation，比例微分)控制算法计算电磁阀PWM驱动信号占空比，P(Proportion，比例)控制是由融合的倾角得到，D(Differentiation，微分)控制量是由陀螺仪测量的平地铲转动角速度，经试验测试整定PD控制参数，通过电磁阀开关控制液压马达转动，最终实现平地铲水平状态的闭环控制。
本实施例中，平地机平地铲调平装置，还包括平行连杆，其中，所述平地铲安装台底部设置悬挂底座11，所述悬挂底座11通过所述平行连杆与平地机4连接。其中，所述平行连杆通过连接件6与悬挂底座11连接，平行连杆带动悬挂底座11相对于平地机4上下移动，即平行连杆带动平地铲5相对于平地机4上下移动，用于调节平地铲5的泥脚深度。
本发明实施例通过液压马达作为动力结构，其轴承与平地铲旋转中心连接，通过轴承带动平地铲旋转，并通过水平控制器控制平地铲旋转至水平，本发明实施例通过液压马达的转动实现平地铲水平调平运动，较单侧液压杆伸缩控制平地铲转动调平，采用液压马达控制平地铲转动有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性。
实施例三
如图3和图4所示，基于上述实施例，本发明实施例中平地铲5呈薄板状结构。
作为本发明优选的实施方式，平地铲5包括固定部52、折叠部53和旋转销54，所述固定部52和折叠部53通过旋转销54连接，所述折叠部53可沿所述旋转销54相对于所述固定部52旋转。
作为本发明优选的实施方式，所述平地铲5还包括第一固定销55，所述折叠部53沿所述旋转销54旋转至所述固定部52同一直线位置时，所述第一固定销55用于将所述折叠部53固定于所述固定部52。通过该技术方案，在平地机平地铲使用时，能够将平地铲展开并固定。
作为本发明优选的实施方式，所述平地铲还包括一对第二固定销56、一对相对于所述固定部呈对称分布的折叠部53、一对所述旋转销54，一对所述折叠部53其一端分别沿与其对应的旋转销54旋转至重合时，所述第二固定销56用于将所述一对折叠部53固定。通过该技术方案，在平地机平地铲不使用时，能够将平地铲折叠收拢固定。
本发明实施例中，平地铲呈薄板状结构，有利于平地铲的轻薄化，能够减轻平地铲质量和转动惯量，使结构更简单方便安装，提高控制稳定性。
如图6所示，通过一个具体实施例来说明，安装了平地机平地铲调平装置的平地机在田间工作时，通过平地机平地铲调平装置调节平地铲的位置。
由于水田硬底层高低不平，平地机4由于左右车轮陷入泥土深浅不一，导致平地铲5左右两侧没有在同一水平面上，若平地铲5得不到即时调整，水田耕作层的泥面将随车轮变化而左右高低不平，不利于水田管理和节约用水。安装于平地铲5平地铲旋转中心51的水平控制器23接收来自安装在平地铲5铲体上的平地铲姿态测量系统3信号，当平地机4左右两侧车身保持在同一水平面时(如图6A所示)，平地铲5左右两侧也保持在同一水平面，平地机平地铲调平装置不需要控制液压马达转动；当平地机4左侧车身比右侧陷入泥土更深时(如图6B所述)，平地铲5左侧低于右侧，水平控制器23控制液压马达转动，调整平地铲5左右两侧保持在同一水平面上；当平地机右侧车身比左侧陷入泥土更深时(如图6C所示)，平地铲5右侧低于左侧，水平控制器23控制液压马达转动，调整平地铲左右两侧保持在同一水平面上，以达到水田精细平整的目的。图6中，h表示平地机4陷入泥土深度。
本发明旨在保护一种平地机平地铲调平装置，通过转动调平机构来实现平地机平地铲的转动调平，有利于平地铲受力平衡，减少振动，提高平地铲稳定性；本发明通过姿态测量系统获得平地机平地铲运动姿态，响应速度快，且不会受到升降油缸动作及各种振动的干扰；本发明平地铲呈薄板状结构，有利于平地铲的轻薄化，能够减轻平地铲质量和转动惯量，使结构更简单方便安装，提高控制稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种平地机平地铲调平装置，其特征在于，包括：
平地铲安装台(1)，呈竖直方向设置，悬挂连接于平地机(4)尾部中间位置；
转动调平机构(2)，一端与所述平地铲安装台(1)固定连接，另一端与所述平地铲(5)中心固定连接，一端能够带动平地铲(5)相对于另一端连接的平地铲安装台(1)转动；
姿态测量系统(3)，安装于所述平地铲(5)，并与转动调平机构(2)连接，用于测量所述平地铲(5)的旋转角度和旋转角速度，将所述旋转角度和旋转角速度发送至所述转动调平机构(2)，控制所述转动调平机构(2)的转动角度。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括平行连杆，其中，所述平地铲安装台(1)底部设置悬挂底座(11)，所述悬挂底座(11)通过所述平行连杆与平地机(4)连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平地铲(5)中心位置设置平地铲旋转中心(51)，所述转动调平机构(2)的另一端与所述平地铲旋转中心(51)固定连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转动调平机构(2)包括液压马达(21)、轴承(22)和水平控制器(23)；其中，所述液压马达(21)的底座固定于所述平地铲安装台(1)，所述轴承(22)用于连接所述液压马达(21)的轴与所述平地铲旋转中心(51)，所述水平控制器(23)安装于所述平地铲旋转中心(51)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述平地铲安装台(1)底端设置液压马达安装架(12)，所述液压马达(21)的底座固定安装于所述液压马达安装架(12)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平地铲(5)呈薄板状结构。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平地铲(5)包括固定部(52)、折叠部(53)和旋转销(54)，所述固定部(52)和折叠部(53)通过旋转销(54)连接，所述折叠部(53)可沿所述旋转销(54)相对于所述固定部(52)旋转。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述平地铲(5)还包括第一固定销(55)，所述折叠部(53)沿所述旋转销(54)旋转至所述固定部(52)同一直线位置时，所述第一固定销(55)用于将所述折叠部(53)固定于所述固定部(52)。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述平地铲(5)还包括一对第二固定销(56)、一对相对于所述固定部(52)呈对称分布的折叠部(53)、一对所述旋转销(54)，一对所述折叠部(53)其一端分别沿与其对应的旋转销(54)旋转至重合时，所述第二固定销(56)用于将所述一对折叠部(53)固定。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述姿态测量系统(3)包括陀螺仪和加速度计，所述加速度计安装在所述平地铲(5)中心位置。
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