CN107235142A - 立式发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器 - Google Patents
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Abstract
发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，涉及农用无人机技术领域。本发明能实现载重量大、飞行时间长、喷洒作业质量好、作业效率高、作业成本低、解除农民喷药带来的药害、节约劳动力的目的。发动机与中央伞齿传动箱的中央主动伞齿轮固定连接，中央从动伞齿轮固定装在中央伞齿传动箱的水平中心轴上，水平中心轴以及两个中央输出轴均固定装有锥齿轮差动传动箱的锥齿轮一，锥齿轮二与旋翼传动机构的旋翼伞齿传动箱的旋翼输入轴传动连接，旋翼伞齿传动箱的两个旋翼输出轴上各固定装有旋翼，蜗轮蜗杆传动机构中的蜗轮转动安装在旋翼输入轴上，蜗杆与调速电机传动连接。本发明用于农业喷洒作业、空中巡查、空中运输等领域。
Description
技术领域
本发明涉及农用无人机技术领域，具体涉及一种发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，属于农业生产领域使用的飞行平台。
背景技术
随着农业的大力发展，农业生产对现代化的农用设施提出更高需求，农业航空作业的优势越来越显著，用途也越来越广泛。航空作业还可在农业服务标准化、集约化，保障土地规模化生产效率，对农户的农药使用监管，防御自然灾害和防治有害生物、改善人类生活环境和生态平衡等方面发挥重要作用。
目前垦区等国有大农场主要采用人机喷洒作业，如北大荒通用航空主要是为东北的几个垦区服务的，人机喷洒作业受到空域、飞行员资质等限制，存在喷洒成本高，喷洒效果差等许多缺点。适合于喷洒的无人机主要有直升机、多旋翼等形式，直升机技术较成熟，但机械机构复杂、成本高，稳定性较差；而多旋翼无人机飞行稳定、控制灵活、成本低，但目前多旋翼无人机主要以电池作为动力，由于受到电池性能的制约，电池需频繁更换，载重低、飞行时间短，作业耗时长，工作效率低。
已有利用直升机原理，将四个直升机变桨距机构组合到一起的四旋翼油动装置，由于变桨矩机构本身结构复杂，且控制灵活性较差，不适用于农业生产的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器。本发明旨在利用发动机输出的较大功率作为飞行动力，利用小功率电机进行调速(即调速电机)两个优点，实现载重量大、飞行时间长、喷洒作业质量好、作业效率高、作业成本低、解除农民喷药带来的药害、节约劳动力的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，包括发动机、中央伞齿传动箱、四个锥齿轮差动传动箱、四个蜗轮蜗杆传动机构及四个旋翼传动机构，每个所述的旋翼传动机构均包括一个旋翼伞齿传动箱及两个旋翼，所述的中央伞齿传动箱包括中央传动箱体、水平中心轴、中央主动伞齿轮、中央从动伞齿轮、两个中央伞齿轮一、两个中央伞齿轮二及两个中央输出轴，所述的水平中心轴的两端均穿过中央传动箱体设置在中央传动箱体外部，水平中心轴与中央传动箱体转动连接，所述的中央主动伞齿轮、中央从动伞齿轮、两个中央伞齿轮以及两个中央伞齿轮二均设置在中央传动箱体内，所述的发动机的输出轴转动穿入中央传动箱体内并与中央主动伞齿轮固定连接，所述的中央主动伞齿轮与中央从动伞齿轮啮合，所述的中央从动伞齿轮和两个中央伞齿轮一均固定装在水平中心轴上，每个中央伞齿轮一同时与两个中央伞齿轮二啮合，每个所述的中央伞齿轮二固定装在相应的中央输出轴上，所述的水平中心轴的两端以及两个中央输出轴的两端均分别固定装有一个锥齿轮差动传动箱的锥齿轮一，所述的两个中央输出轴相对于所述的水平中心轴的轴线对称设置，每个所述的锥齿轮差动传动箱中与所述的锥齿轮一相对设置的锥齿轮二与旋翼传动机构的旋翼伞齿传动箱的旋翼输入轴的一端传动连接，每个所述的旋翼传动机构的旋翼伞齿传动箱的两个旋翼输出轴上各固定装有一个旋翼，每个旋翼传动机构中的两个旋翼旋转方向相反；每个所述的蜗轮蜗杆传动机构中的蜗轮均转动安装在相对应的旋翼传动机构的旋翼伞齿传动箱的旋翼输入轴上，与每个所述的蜗轮蜗杆传动机构中的蜗轮相啮合的蜗杆与调速电机的输出轴传动连接。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明采用先进油动差速式多旋翼结构，解决了普通飞行器飞行时间短、载重小等问题，从而解决泥泞水稻田药物喷洒，以及玉米、甘蔗、向日葵等高杆作物的植保作业等诸多难题。
2、发动机采用轻型发动机，通过中央伞齿传动箱将动力传递给锥齿轮差动传动箱，并通过锥齿轮差动传动箱将动力传递给旋翼伞齿传动箱，最后由旋翼伞齿传动箱将动力传递给旋翼；调速电机通过蜗轮蜗杆传动将动力传递给锥齿轮差动传动箱，调节锥齿轮转速，致使旋翼转速产生差异，从而控制整个飞行器飞行的偏移和偏转。
3、本发明利用差动自锁原理，实现调速式油动多旋翼飞行。由于多个旋翼具有飞行平稳、安全可靠、控制灵活、不受起飞场地限制等特点，在航拍、空中长时间信息采集、作物农药喷洒等方面能够实现长时间大载荷的飞行，并且在安全飞行等方面性能有着极高的提升。此外，本发明还可用于森林草原的勘测防火、电力及石油管线的巡视等诸多方面。
附图说明
图1是本发明的发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器的结构示意图；
图2是图1的A处局部放大图；
图3是图1中的央伞齿传动箱的放大图。
图中，中央主动伞齿轮1、中央从动伞齿轮2、中央伞齿轮一3、中央伞齿轮二4、中央输出轴5、旋翼伞齿轮6、锥齿轮一7、锥齿轮三8、锥齿轮二9、旋翼伞齿轮支撑轴10、旋翼伞齿箱体11、中央传动箱体12、调速电机13、蜗轮14、蜗杆15、发动机16、中央伞齿传动箱17、锥齿轮支撑轴18、锥齿轮差动传动箱19、蜗轮蜗杆传动机构20、旋翼传动机构21、旋翼伞齿传动箱22、旋翼23、水平中心轴24、锥齿轮差动箱体25、旋翼输入轴26、旋翼输出轴27。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～图3所示，本实施方式披露了一种发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，包括发动机16、中央伞齿传动箱17、四个锥齿轮差动传动箱19、四个蜗轮蜗杆传动机构20及四个旋翼传动机构21，每个所述的旋翼传动机构21均包括一个旋翼伞齿传动箱22及两个旋翼23，所述的中央伞齿传动箱17包括中央传动箱体12、水平中心轴24、中央主动伞齿轮1、中央从动伞齿轮2、两个中央伞齿轮一3、两个中央伞齿轮二4及两个中央输出轴5，所述的水平中心轴24的两端均穿过中央传动箱体12设置在中央传动箱体12外部，水平中心轴24与中央传动箱体12转动连接，所述的中央主动伞齿轮1、中央从动伞齿轮2、两个中央伞齿轮一3、两个中央伞齿轮二4均设置在中央传动箱体12内，所述的发动机16的输出轴转动穿入中央传动箱体12内并与中央主动伞齿轮1固定连接，所述的中央主动伞齿轮1与中央从动伞齿轮2啮合，所述的中央从动伞齿轮2和两个中央伞齿轮一3均固定装在水平中心轴24上，每个中央伞齿轮一3同时与两个中央伞齿轮二4啮合，每个所述的中央伞齿轮二4固定装在相应的中央输出轴5上，所述的水平中心轴24的两端以及两个中央输出轴5的两端均分别固定装有一个锥齿轮差动传动箱19的锥齿轮一7，所述的两个中央输出轴5相对于所述的水平中心轴24的轴线对称设置，每个所述的锥齿轮差动传动箱19中与所述的锥齿轮一7相对设置的锥齿轮二9与旋翼传动机构21的旋翼伞齿传动箱22的旋翼输入轴26的一端传动连接，每个所述的旋翼传动机构21的旋翼伞齿传动箱22的两个旋翼输出轴27上各固定装有一个旋翼23，每个旋翼传动机构21中的两个旋翼23旋转方向相反；每个所述的蜗轮蜗杆传动机构20中的蜗轮14均转动安装在相对应的旋翼传动机构21的旋翼伞齿传动箱22的旋翼输入轴26上，与每个所述的蜗轮蜗杆传动机构20中的蜗轮14相啮合的蜗杆15与调速电机13的输出轴传动连接。
所述的蜗轮蜗杆传动机构20由相互啮合的蜗轮14和蜗杆15构成。
具体实施方式二：如图1和图2所示，具体实施方式一所述的发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，每个所述的锥齿轮差动传动箱19均包括锥齿轮差动箱体25、锥齿轮一7、锥齿轮二9、两个锥齿轮三8及两个锥齿轮支撑轴18，所述的锥齿轮一7、锥齿轮二9及两个锥齿轮三8均设置在锥齿轮差动箱体25内，两个所述的锥齿轮支撑轴18上各转动安装有一个锥齿轮三8，所述的两个锥齿轮三8同时与锥齿轮一7和锥齿轮二9啮合，两个锥齿轮支撑轴18均与锥齿轮差动箱体25的侧壁转动连接。
具体实施方式三：如图1及图2所示，具体实施方式二所述的发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，每个所述的旋翼传动机构21的旋翼伞齿传动箱22均包括旋翼伞齿箱体11、旋翼输入轴26、旋翼伞齿轮支撑轴10、四个旋翼伞齿轮6及两个旋翼输出轴27，所述的四个旋翼伞齿轮6均设置在旋翼伞齿箱体11内，所述的旋翼输入轴26的另一端穿过旋翼伞齿箱体11与四个旋翼伞齿轮6的其中一个旋翼伞齿轮6固定连接，旋翼输入轴26与旋翼伞齿箱体11转动连接，该其中一个旋翼伞齿轮6同时与余下的三个旋翼伞齿轮6的其中两个旋翼伞齿轮6啮合，该其中两个旋翼伞齿轮6共同与剩于的一个旋翼伞齿轮6啮合，该其中两个旋翼伞齿轮6各与对应的一个旋翼输出轴27固定连接，所述的两个旋翼输出轴27同轴设置，且均穿出旋翼伞齿箱体11，两个旋翼输出轴27均与旋翼伞齿箱体11转动连接，该剩于的一个旋翼伞齿轮6与所述的旋翼伞齿轮支撑轴10的一端固定连接，旋翼伞齿轮支撑轴10的另一端与旋翼伞齿箱体11转动连接，且旋翼伞齿轮支撑轴10与旋翼输入轴26同轴。
工作原理：如图1～图3所示，发动机16将动力经中央主动伞齿轮1及中央从动伞齿轮2传递给给水平中心轴24，该水平中心轴24上的两个中央伞齿轮一3分别把动力传递给两个中央伞齿轮二4，从而实现四个方向相邻两轴反向转动；发动机16转动时，多个旋翼23等速旋转，随发动机16转速变化，飞行器可实现稳定升降运动。四个旋翼传动机构21传动结构和原理均相同。以图1中右侧的旋翼传动机构21为例，锥齿轮一7、锥齿轮二9及两个锥齿轮8为锥齿轮差动传动箱19的主要工作部件，锥齿轮一7安装在水平中心轴24上，通过两个锥齿轮三8将转速传递给锥齿轮二9，锥齿轮二9的转速输出给与其同轴的旋翼伞齿箱体11内的旋翼伞齿轮6，该旋翼伞齿轮6将转速传递给与该旋翼伞齿轮6啮合的两个旋翼伞齿轮6，该两个旋翼伞齿轮6固定装在各自的旋翼输出轴27上，两个旋翼输出轴27上分别固定装有一旋翼23，可实现等速反转。蜗轮蜗杆传动机构20中的蜗轮14转动安装在旋翼传动机构21的旋翼伞齿传动箱22的旋翼输入轴26上，蜗轮蜗杆传动机构20中的蜗杆15由功率较小(功率用作克服蜗轮蜗杆摩擦力)的调速电机13控制，调速电机13输出转速变化时，蜗轮14得到相应转速，从而使锥齿轮差动传动箱19的锥齿轮二9的转速发生变化，即相应的旋翼23转速发生变化，使该侧旋翼23的升力发生变化，致使多个旋翼23升力不平衡，促使飞行器产生倾斜飞行。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (3)
1.一种发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，包括发动机(16)、中央伞齿传动箱(17)、四个锥齿轮差动传动箱(19)、四个蜗轮蜗杆传动机构(20)及四个旋翼传动机构(21)，其特征在于：每个所述的旋翼传动机构(21)均包括一个旋翼伞齿传动箱(22)及两个旋翼(23)，所述的中央伞齿传动箱(17)包括中央传动箱体(12)、水平中心轴(24)、中央主动伞齿轮(1)、中央从动伞齿轮(2)、两个中央伞齿轮一(3)、两个中央伞齿轮二(4)及两个中央输出轴(5)，所述的水平中心轴(24)的两端均穿过中央传动箱体(12)设置在中央传动箱体(12)外部，水平中心轴(24)与中央传动箱体(12)转动连接，所述的中央主动伞齿轮(1)、中央从动伞齿轮(2)、两个中央伞齿轮一(3)、两个中央伞齿轮二(4)均设置在中央传动箱体(12)内，所述的发动机(16)的输出轴转动穿入中央传动箱体(12)内并与中央主动伞齿轮(1)固定连接，所述的中央主动伞齿轮(1)与中央从动伞齿轮(2)啮合，所述的中央从动伞齿轮(2)和两个中央伞齿轮一(3)均固定装在水平中心轴(24)上，每个中央伞齿轮一(3)同时与两个中央伞齿轮二(4)啮合，每个所述的中央伞齿轮二(4)固定装在相应的中央输出轴(5)上，所述的水平中心轴(24)的两端以及两个中央输出轴(5)的两端均分别固定装有一个锥齿轮差动传动箱(19)的锥齿轮一(7)，所述的两个中央输出轴(5)相对于所述的水平中心轴(24)的轴线对称设置，每个所述的锥齿轮差动传动箱(19)中与所述的锥齿轮一(7)相对设置的锥齿轮二(9)与旋翼传动机构(21)的旋翼伞齿传动箱(22)的旋翼输入轴(26)的一端传动连接，每个所述的旋翼传动机构(21)的旋翼伞齿传动箱(22)的两个旋翼输出轴(27)上各固定装有一个旋翼(23)，每个旋翼传动机构(21)中的两个旋翼(23)旋转方向相反；每个所述的蜗轮蜗杆传动机构(20)中的蜗轮(14)均转动安装在相对应的旋翼传动机构(21)的旋翼伞齿传动箱(22)的旋翼输入轴(26)上，与每个所述的蜗轮蜗杆传动机构(20)中的蜗轮(14)相啮合的蜗杆(15)与调速电机(13)的输出轴传动连接。
2.根据权利要求1所述的发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，其特征在于：每个所述的锥齿轮差动传动箱(19)均包括锥齿轮差动箱体(25)、锥齿轮一(7)、锥齿轮二(9)、两个锥齿轮三(8)及两个锥齿轮支撑轴(18)，所述的锥齿轮一(7)、锥齿轮二(9)及两个锥齿轮三(8)均设置在锥齿轮差动箱体(25)内，两个所述的锥齿轮支撑轴(18)上各转动安装有一个锥齿轮三(8)，所述的两个锥齿轮三(8)同时与锥齿轮一(7)和锥齿轮二(9)啮合，两个锥齿轮支撑轴(18)均与锥齿轮差动箱体(25)的侧壁转动连接。
3.根据权利要求2所述的发动机中心传动的油动差速式多旋翼农业喷洒飞行器，其特征在于：每个所述的旋翼传动机构(21)的旋翼伞齿传动箱(22)均包括旋翼伞齿箱体(11)、旋翼输入轴(26)、旋翼伞齿轮支撑轴(10)、四个旋翼伞齿轮(6)及两个旋翼输出轴(27)，所述的四个旋翼伞齿轮(6)均设置在旋翼伞齿箱体(11)内，所述的旋翼输入轴(26)的另一端穿过旋翼伞齿箱体(11)与四个旋翼伞齿轮(6)的其中一个旋翼伞齿轮(6)固定连接，旋翼输入轴(26)与旋翼伞齿箱体(11)转动连接，该其中一个旋翼伞齿轮(6)同时与余下的三个旋翼伞齿轮(6)的其中两个旋翼伞齿轮(6)啮合，该其中两个旋翼伞齿轮(6)共同与剩于的一个旋翼伞齿轮(6)啮合，该其中两个旋翼伞齿轮(6)各与对应的一个旋翼输出轴(27)固定连接，所述的两个旋翼输出轴(27)同轴设置，且均穿出旋翼伞齿箱体(11)，两个旋翼输出轴(27)均与旋翼伞齿箱体(11)转动连接，该剩于的一个旋翼伞齿轮(6)与所述的旋翼伞齿轮支撑轴(10)的一端固定连接，旋翼伞齿轮支撑轴(10)的另一端与旋翼伞齿箱体(11)转动连接，且旋翼伞齿轮支撑轴(10)与旋翼输入轴(26)同轴。
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