CN108738709A - 双行星轮系式枣子振动采收机及采收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双行星轮系式枣子振动采收机及采收方法。偏心惯性振动树干的方式由于过大的横向剪切力以及单一方向振动，会造成树干损伤。本发明包括动力装置、激振装置、末端夹持装置、收集装置、丝杠装置和车架组件；丝杠装置调节激振装置的仰角，动力装置驱动激振装置；激振装置中两个行星轮系实现手爪在二维平面内的内凹三角形轨迹振动方式。本发明通过可调速汽油机改变转速从而改变啮合副齿轮传动的频率，在满足激振振幅前提下，利用内凹三角形轨迹拐点处加速度急剧变化的特性，使得手爪在内凹三角形轨迹拐点处的激振力满足果实下落的最小激振力，实现振动采摘，内凹三角形轨迹其它点处手爪加速度较小，对树的侧枝枝干和主杆的损伤均较小。

Description

双行星轮系式枣子振动采收机及采收方法

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种双行星轮系式枣子振动采收机及采收方法。

背景技术

目前市面上的振动式采摘机械大多是利用偏心式惯性振动树干的方式进行采摘，但该采摘方式过大的横向剪切力以及单一方向的振动方式，会造成树干的损伤，特别对于小型树种，如枣树、樱桃树等，采用此类大型的振动采摘器难免会对树本身产生较大的生理破坏，也不会达到预期采摘的效果。

发明内容

本发明的目的在于解决树种较为矮小，且适于大面积种植的枣树的振动采收问题，提出一种双行星轮系式枣子振动采收机及采收方法，考虑到对树枝本身的保护，对激振源以及输出方式上进行改进，将树木侧枝的振动轨迹设计为二维平面内的内凹三角形轨迹，实现振动采摘的过程。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明双行星轮系式枣子振动采收机，包括动力装置、激振装置、末端夹持装置、收集装置、丝杠装置和车架组件。所述的动力装置包括调速汽油机、主动带轮、同步带、从动带轮和输出轴；调速汽油机的底座固定在型材架顶部；动力输入轴与调速汽油机的输出轴固联，并通过滚动轴承支承在型材架上；两个主动带轮均固定在动力输入轴上，每个主动带轮与一个从动带轮通过一根同步带连接；两个从动带轮固定在两根输出轴上；两根输出轴与动力输入轴的中心距相等。

所述的激振装置包括激振组件、输出杆和激振传动箱。激振组件包括行星架、偏心立柱、内齿圈、齿轮、转盘和圆柱形立柱；所述的圆柱形立柱固定在行星架一端；齿轮与圆柱形立柱构成转动副，并与内齿圈啮合；转盘固定在齿轮上，且与齿轮同轴设置；偏心立柱偏心固定在转盘上；两个激振组件的内齿圈均固定在激振传动箱上；两个激振组件的偏心立柱与输出杆间距开设的两个圆柱孔分别构成转动副；两个激振组件的行星架另一端与动力装置的两根输出轴分别固定；输出轴与卧式轴承座构成转动副；卧式轴承座固定在激振传动箱上；动力装置的型材架底部固定在激振传动箱上。所述的末端夹持装置设置在输出杆顶端。

所述的车架组件包括万向轮、中控台组件和底座；中控台组件固定在底座上；底座底部铰接有四个万向轮。

所述的丝杠装置包括联轴器、传动轴、万向节、丝杆、底板、底座光轴、限位销、支撑板、底板光轴、丝杆轴承座、导向光轴、底座轴承、光轴轴承和导轨滑块。所述的底座光轴与激振装置的激振传动箱底部固定，并通过底座轴承支承在底座上；底板光轴通过底板轴承支承在底板上；两个支撑板对称设置在激振传动箱两侧，一端均与底板光轴固定，另一端分别通过一个限位销与激振传动箱铰接；一根水平设置的传动轴与一根竖直设置的传动轴通过万向节连接，水平设置的传动轴通过底座轴承支承在底座上；竖直设置的传动轴与车架组件的中控台组件构成转动副；手轮固定在竖直设置的传动轴上；丝杆与水平设置的传动轴通过联轴器连接；丝杆支承在丝杆轴承座上；丝杆轴承座均固定在底座上；等距固定在底板上的三个导轨滑块中，中间的导轨滑块与丝杆构成螺旋副；两侧的两个导轨滑块与两根导向光轴分别构成滑动副；两根导向光轴均通过光轴轴承支承在底座上。

所述的收集装置包括导轨、收纳组件、网兜和支撑架；所述的导轨包括一体成型的弧线段和直线段；两个直线段设置在弧线段两端，且固定在底座两侧；所述的支撑架包括底杆、竖杆、斜杆和开关板；底杆与竖杆一端端部铰接；斜杆一端与底杆中部铰接，另一端与滑杆固定；滑杆与竖杆的滑槽构成滑动副；开关板中部与竖杆铰接；扭簧一端抵住开关板尾端，另一端抵住固定在竖杆侧壁的伸出杆；伸出杆与滑槽之间设有间距；滑杆位于竖杆的滑槽最底部时，开关板头端抵住滑杆，且底杆与竖杆竖直设置；两个支撑架的底杆固定在底座两侧；所述的收纳组件包括两根支撑杆，两根支撑杆底端均与导轨构成滑动副；两个收纳组件设置在底座两侧，每个收纳组件的两根支撑杆之间以及靠近支撑架的那根支撑杆与对应侧支撑架的竖杆之间挂有网兜；两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆均开设有连接孔。

所述的末端夹持装置包括外伸杆、手刹和手爪。外伸杆底端与激振装置的输出杆固定，顶端与手爪的安装块固定；手爪的两个活动爪张开由手刹经穿在外伸杆内的钢丝绳控制，两个活动爪闭合由连接两个活动爪的弹簧控制；手刹设置在中控台组件上。

所述的齿轮与内齿圈的传动比为3:1。

所述的网兜展开状态下，两个收纳组件中远离支撑架的支撑杆的连接孔通过铁丝或螺栓连接。

固定杆和底座支架固定在底座两端；收集箱设置在导轨下方，并与固定杆可拆卸连接。

该双行星轮系式枣子振动采收机的采收方法，具体如下：

步骤1、收集装置中网兜的展开：将竖杆转至与底杆呈竖直状态，滑杆向下越过压开关板头部，压开关板头部在扭簧作用下抵住滑杆，竖杆与底杆不能再相对转动；然后将网兜展开，两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆通过铁丝连接。

步骤2、转动手轮，带动丝杆转动，从而带动导轨滑块和底板滑动；底板滑动时经支撑板带动激振传动箱摆动，从而调整激振装置的仰角。通过手刹并经钢丝绳控制手爪张开，手轮调整好激振装置的仰角后，松开手刹，手爪的两个活动爪在弹簧作用下闭合抓紧树的侧枝枝干。

步骤3、通过调速汽油机输入动力，带动动力输入轴、主动带轮、同步带、两个从动带轮和两根输出轴转动；两根输出轴等速转动，带动两个激振组件的行星架等速转动；行星架上的齿轮与内齿圈啮合传动，带动转盘的自转和绕内齿圈的转动；两个转盘上的偏心立柱带动输出杆和外伸杆实现二维激振运动，外伸杆的运动带动手爪，从而带动树的侧枝振动，掉入网兜的水果滚落到位于导轨下方的收集箱内。其中，二维激振运动的轨迹为二维平面内的内凹三角形轨迹，内凹三角形轨迹包括首尾依次相连且弧长相等的三条内凹圆弧线段，三条内凹圆弧线段的端点位于同一圆周上。

步骤4、采收结束后，收集装置中网兜的合拢：拆卸连接在两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆上的铁丝，将网兜合拢，两个收纳组件的支撑杆分别滑动至导轨两侧的直线段位置；按压开关板尾部，杆向上越过压开关板头部后松开压开关板，将竖杆转至与底杆呈水平状态；支撑杆收拢放置在底座支架上；拆卸收集箱。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用新型二维激振方式，即通过两对啮合的齿轮副实现手爪在二维平面内的内凹三角形轨迹振动方式，并通过可调速汽油机改变转速从而改变啮合副齿轮传动的频率，在满足激振振幅的前提下，利用内凹三角形轨迹拐点处加速度急剧变化的特性，使得手爪在内凹三角形轨迹拐点处的激振力满足果实下落的最小激振力，从而实现振动采摘，而在内凹三角形轨迹其它点处手爪加速度较小，对树的侧枝枝干和主杆的损伤均较小；由于是垂直于侧枝方向的二维平面内的激振轨迹，侧枝上所有方位的果实均能因受到垂直于侧枝方向的激振力而下落，从而提高果实的回收率。

(2)本发明采用中控台组件，将操作集中在机构的后方，便于操作人员的操作，也起到了保护操作人员的作用。

(3)本发明起到辅助采摘，解放劳动力的作用，适合于生产实践。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图；

图2-1是本发明中动力装置的装配示意图；

图2-2是本发明中主动带轮、同步带和从动带轮的装配示意图；

图3是本发明中激振装置的装配图；

图4是本发明中车架组件的结构立体图；

图5是本发明中丝杠装置与激振装置的传动示意图；

图6是本发明中收集装置的装配立体图；

图7是本发明中支撑架的结构立体图；

图8是本发明中末端夹持装置的装配立体图；

图9是本发明中手爪实现的二维平面内的内凹三角形轨迹示意图；

图中：1、调速汽油机，2、主动带轮，3、同步带，4、从动带轮，5、输出轴，6、型材架，7、动力输入轴，8、行星架，9、偏心立柱，10、内齿圈，11、齿轮，12、转盘，13、圆柱形立柱，14、输出杆，15、联轴器，16、传动轴，17、万向节，18、底座，19、丝杆，20、底板，21、底座光轴，22、限位销，23、支撑板，24、底板光轴，25、丝杆轴承座，26、导向光轴，27、底座轴承，28、光轴轴承座，29、导轨滑块，30、导轨，31、支撑杆，32、网兜，33、支撑架，34、收集箱，35、底座支架，36、固定杆，37、外伸杆，38、手刹，39、手爪，40、手轮，41、激振传动箱，42、卧式轴承座，43、万向轮，44、铝架，45、连接件(90度)，46、连接件(45度)，47、连接件(135度)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，双行星轮系式枣子振动采收机，包括动力装置I、激振装置II、末端夹持装置III、收集装置IV、丝杠装置V和车架组件VI。

如图2-1和图2-2所示，动力装置I包括调速汽油机1、主动带轮2、同步带3、从动带轮4和输出轴5；调速汽油机1的底座固定在型材架6顶部；动力输入轴7与调速汽油机的输出轴固联，并通过滚动轴承支承在型材架6上；两个主动带轮2均固定在动力输入轴7上，每个主动带轮2与一个从动带轮4通过一根同步带3连接；两个从动带轮4固定在两根输出轴5上；两根输出轴5与动力输入轴7的中心距相等。

如图3和5所示，激振装置II包括激振组件、输出杆14和激振传动箱41。激振组件包括行星架8、偏心立柱9、内齿圈10、齿轮11、转盘12和圆柱形立柱13；圆柱形立柱13固定在行星架8一端；齿轮11与圆柱形立柱13构成转动副，并与内齿圈10啮合(本实施例中齿轮11与内齿圈10的传动比为3:1)；转盘12固定在齿轮11上，且与齿轮11同轴设置；偏心立柱9偏心固定在转盘12上；两个激振组件的内齿圈10均固定在激振传动箱41上；两个激振组件的偏心立柱与输出杆14间距开设的两个圆柱孔分别构成转动副；两个激振组件的行星架8另一端与动力装置的两根输出轴5分别固定；输出轴5与卧式轴承座42构成转动副；卧式轴承座42固定在激振传动箱41上；动力装置的型材架6底部固定在激振传动箱41上。

如图4所示，车架组件VI包括万向轮43、中控台组件和底座18；中控台组件包括铝架44、连接件(90度)45、连接件(45度)46和连接件(135度)47；铝架44通过连接件(90度)45加固，并通过连接件(90度)45、连接件(45度)46和连接件(135度)47固定在底座18上；底座18底部铰接有四个万向轮43。

如图5所示，丝杠装置V包括联轴器15、传动轴16、万向节17、丝杆19、底板20、底座光轴21、限位销22、支撑板23、底板光轴24、丝杆轴承座25、导向光轴26、底座轴承27、光轴轴承28和导轨滑块29。底座光轴21与激振装置II的激振传动箱41底部固定，并通过底座轴承27支承在底座18上；底板光轴24通过底板轴承支承在底板20上；两个支撑板23对称设置在激振传动箱41两侧，一端均与底板光轴24固定，另一端分别通过一个限位销22与激振传动箱41铰接；一根水平设置的传动轴16与一根竖直设置的传动轴16通过万向节17连接，水平设置的传动轴16通过底座轴承27支承在底座18上；竖直设置的传动轴16与车架组件VI的中控台组件构成转动副；手轮40固定在竖直设置的传动轴16上；丝杆19与水平设置的传动轴16通过联轴器15连接；丝杆19支承在丝杆轴承座25上；丝杆轴承座25均固定在底座18上；等距固定在底板上的三个导轨滑块29中，中间的导轨滑块29与丝杆18构成螺旋副；两侧的两个导轨滑块29与两根导向光轴26分别构成滑动副；两根导向光轴26均通过光轴轴承28支承在底座18上。

如图6和7所示，收集装置IV包括导轨30、收纳组件、网兜32、支撑架33、收集箱34、底座支架35和固定杆36；导轨30包括一体成型的弧线段和直线段；两个直线段设置在弧线段两端，且固定在底座18两侧；支撑架33包括底杆33-1、竖杆33-2、斜杆33-3和开关板33-4；底杆与竖杆一端端部铰接；斜杆一端与底杆中部铰接，另一端与滑杆33-5固定；滑杆与竖杆的滑槽构成滑动副；开关板中部与竖杆铰接；扭簧一端抵住开关板尾端，另一端抵住固定在竖杆侧壁的伸出杆；伸出杆与滑槽之间设有间距；滑杆位于竖杆的滑槽最底部时，开关板头端抵住滑杆，且底杆与竖杆竖直设置；两个支撑架33的底杆固定在底座18两侧；收纳组件包括两根支撑杆31，两根支撑杆31底端均与导轨30构成滑动副；两个收纳组件设置在底座18两侧，每个收纳组件的两根支撑杆31之间以及靠近支撑架33的那根支撑杆31与对应侧支撑架33的竖杆之间挂有网兜32；两个收纳组件中远离支撑架33的那根支撑杆31均开设有连接孔，网兜32展开状态下，该两根支撑杆31的连接孔通过铁丝或螺栓连接(本实施例采用铁丝)；固定杆36和底座支架35固定在底座18两端；支撑杆31收拢时放置在底座支架35上；收集箱34设置在导轨30下方，并与固定杆36可拆卸连接。

如图8所示，末端夹持装置III包括外伸杆37、手刹38和手爪39。外伸杆37底端与激振装置的输出杆14固定，顶端与手爪39的安装块固定；手爪39的两个活动爪张开由手刹38经穿在外伸杆37内的钢丝绳控制，两个活动爪闭合由连接两个活动爪的弹簧控制；手刹38设置在中控台组件上。

该双行星轮系式枣子振动采收机的采收方法，具体如下：

1、收集装置IV中网兜的展开：将竖杆转至与底杆呈竖直状态，滑杆33-5向下越过压开关板33-4头部，压开关板33-4头部在扭簧作用下抵住滑杆33-5，竖杆与底杆不能再相对转动；然后将网兜32展开，两个收纳组件中远离支撑架33的那根支撑杆31通过铁丝连接。

2、转动手轮，带动丝杆转动，从而带动导轨滑块和底板滑动；底板滑动时经支撑板带动激振传动箱摆动，从而调整激振装置II的仰角。通过手刹并经钢丝绳控制手爪张开，手轮调整好激振装置II的仰角后，松开手刹，手爪39的两个活动爪在弹簧作用下闭合抓紧树的侧枝枝干。

3、通过调速汽油机输入动力，带动动力输入轴7、主动带轮2、同步带3、两个从动带轮4和两根输出轴5转动；两根输出轴5等速转动，带动两个激振组件的行星架等速转动；行星架上的齿轮与内齿圈10啮合传动，带动转盘12的自转和绕内齿圈10的转动；两个转盘上的偏心立柱9带动输出杆和外伸杆实现二维激振运动，外伸杆的运动带动手爪39，从而带动树的侧枝振动，掉入网兜的水果滚落到位于导轨30下方的收集箱34内。其中，二维激振运动的轨迹为二维平面内的内凹三角形轨迹，如图9所示，内凹三角形轨迹包括首尾依次相连且弧长相等的三条内凹圆弧线段，三条内凹圆弧线段的端点位于同一圆周上。

4、采收结束后，收集装置IV中网兜的合拢：拆卸连接在两个收纳组件中远离支撑架33的那根支撑杆31上的铁丝，将网兜32合拢，两个收纳组件的支撑杆31分别滑动至导轨30两侧的直线段位置；按压开关板33-4尾部，杆33-5向上越过压开关板33-4头部后松开压开关板33-4，将竖杆转至与底杆呈水平状态；支撑杆31收拢放置在底座支架35上；拆卸收集箱34。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.双行星轮系式枣子振动采收机，包括动力装置、激振装置、末端夹持装置、收集装置、丝杠装置和车架组件，其特征在于：所述的动力装置包括调速汽油机、主动带轮、同步带、从动带轮和输出轴；调速汽油机的底座固定在型材架顶部；动力输入轴与调速汽油机的输出轴固联，并通过滚动轴承支承在型材架上；两个主动带轮均固定在动力输入轴上，每个主动带轮与一个从动带轮通过一根同步带连接；两个从动带轮固定在两根输出轴上；两根输出轴与动力输入轴的中心距相等；

所述的激振装置包括激振组件、输出杆和激振传动箱；激振组件包括行星架、偏心立柱、内齿圈、齿轮、转盘和圆柱形立柱；所述的圆柱形立柱固定在行星架一端；齿轮与圆柱形立柱构成转动副，并与内齿圈啮合；转盘固定在齿轮上，且与齿轮同轴设置；偏心立柱偏心固定在转盘上；两个激振组件的内齿圈均固定在激振传动箱上；两个激振组件的偏心立柱与输出杆间距开设的两个圆柱孔分别构成转动副；两个激振组件的行星架另一端与动力装置的两根输出轴分别固定；输出轴与卧式轴承座构成转动副；卧式轴承座固定在激振传动箱上；动力装置的型材架底部固定在激振传动箱上；所述的末端夹持装置设置在输出杆顶端；

所述的车架组件包括万向轮、中控台组件和底座；中控台组件固定在底座上；底座底部铰接有四个万向轮；

所述的丝杠装置包括联轴器、传动轴、万向节、丝杆、底板、底座光轴、限位销、支撑板、底板光轴、丝杆轴承座、导向光轴、底座轴承、光轴轴承和导轨滑块；所述的底座光轴与激振装置的激振传动箱底部固定，并通过底座轴承支承在底座上；底板光轴通过底板轴承支承在底板上；两个支撑板对称设置在激振传动箱两侧，一端均与底板光轴固定，另一端分别通过一个限位销与激振传动箱铰接；一根水平设置的传动轴与一根竖直设置的传动轴通过万向节连接，水平设置的传动轴通过底座轴承支承在底座上；竖直设置的传动轴与车架组件的中控台组件构成转动副；手轮固定在竖直设置的传动轴上；丝杆与水平设置的传动轴通过联轴器连接；丝杆支承在丝杆轴承座上；丝杆轴承座均固定在底座上；等距固定在底板上的三个导轨滑块中，中间的导轨滑块与丝杆构成螺旋副；两侧的两个导轨滑块与两根导向光轴分别构成滑动副；两根导向光轴均通过光轴轴承支承在底座上；

所述的收集装置包括导轨、收纳组件、网兜和支撑架；所述的导轨包括一体成型的弧线段和直线段；两个直线段设置在弧线段两端，且固定在底座两侧；所述的支撑架包括底杆、竖杆、斜杆和开关板；底杆与竖杆一端端部铰接；斜杆一端与底杆中部铰接，另一端与滑杆固定；滑杆与竖杆的滑槽构成滑动副；开关板中部与竖杆铰接；扭簧一端抵住开关板尾端，另一端抵住固定在竖杆侧壁的伸出杆；伸出杆与滑槽之间设有间距；滑杆位于竖杆的滑槽最底部时，开关板头端抵住滑杆，且底杆与竖杆竖直设置；两个支撑架的底杆固定在底座两侧；所述的收纳组件包括两根支撑杆，两根支撑杆底端均与导轨构成滑动副；两个收纳组件设置在底座两侧，每个收纳组件的两根支撑杆之间以及靠近支撑架的那根支撑杆与对应侧支撑架的竖杆之间挂有网兜；两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆均开设有连接孔；

所述的末端夹持装置包括外伸杆、手刹和手爪；外伸杆底端与激振装置的输出杆固定，顶端与手爪的安装块固定；手爪的两个活动爪张开由手刹经穿在外伸杆内的钢丝绳控制，两个活动爪闭合由连接两个活动爪的弹簧控制；手刹设置在中控台组件上。

2.根据权利要求1所述的双行星轮系式枣子振动采收机，其特征在于：所述的齿轮与内齿圈的传动比为3:1。

3.根据权利要求1所述的双行星轮系式枣子振动采收机，其特征在于：所述的网兜展开状态下，两个收纳组件中远离支撑架的支撑杆的连接孔通过铁丝或螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的双行星轮系式枣子振动采收机，其特征在于：固定杆和底座支架固定在底座两端；收集箱设置在导轨下方，并与固定杆可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的双行星轮系式枣子振动采收机的采收方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤1、收集装置中网兜的展开：将竖杆转至与底杆呈竖直状态，滑杆向下越过压开关板头部，压开关板头部在扭簧作用下抵住滑杆，竖杆与底杆不能再相对转动；然后将网兜展开，两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆通过铁丝连接；

步骤2、转动手轮，带动丝杆转动，从而带动导轨滑块和底板滑动；底板滑动时经支撑板带动激振传动箱摆动，从而调整激振装置的仰角；通过手刹并经钢丝绳控制手爪张开，手轮调整好激振装置的仰角后，松开手刹，手爪的两个活动爪在弹簧作用下闭合抓紧树的侧枝枝干；

步骤3、通过调速汽油机输入动力，带动动力输入轴、主动带轮、同步带、两个从动带轮和两根输出轴转动；两根输出轴等速转动，带动两个激振组件的行星架等速转动；行星架上的齿轮与内齿圈啮合传动，带动转盘的自转和绕内齿圈的转动；两个转盘上的偏心立柱带动输出杆和外伸杆实现二维激振运动，外伸杆的运动带动手爪，从而带动树的侧枝振动，掉入网兜的水果滚落到位于导轨下方的收集箱内；其中，二维激振运动的轨迹为二维平面内的内凹三角形轨迹，内凹三角形轨迹包括首尾依次相连且弧长相等的三条内凹圆弧线段，三条内凹圆弧线段的端点位于同一圆周上；

步骤4、采收结束后，收集装置中网兜的合拢：拆卸连接在两个收纳组件中远离支撑架的那根支撑杆上的铁丝，将网兜合拢，两个收纳组件的支撑杆分别滑动至导轨两侧的直线段位置；按压开关板尾部，杆向上越过压开关板头部后松开压开关板，将竖杆转至与底杆呈水平状态；支撑杆收拢放置在底座支架上；拆卸收集箱。