CN108934466A - 机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置及调幅调频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置及调幅调频方法，包括电机、振动发生装置、振动液压缸和机架，电机、振动发生装置和振动液压缸均与机架连接，振动发生装置包括等宽凸轮机构和泵油液压缸，等宽凸轮机构的凸轮由电机驱动，等宽凸轮机构与泵油液压缸活塞杆连接，振动液压缸和泵油液压缸的有杆腔和无杆腔内均充满有液压油，泵油液压缸的无杆腔油路与振动液压缸的无杆腔油路相连，泵油液压缸的有杆腔油路与振动液压缸的有杆腔油路相连，振动液压缸活塞杆连接有梳刷筒；本发明通过单一动力和等宽凸轮机构同时带动双梳刷筒上下振动实现双梳刷筒的联动性，结构简单，且具有调节振动频率和幅度的功能，适用性强，噪音低，重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及林果振动采收技术领域，具体涉及一种用于矮化密植林果振动采收机上的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置及调幅调频方法。
背景技术
果树矮化密植是我国现代化标准果园栽培的主要发展方向，一方面合理矮化密植可显著提高果园经济效益，另一方面因其冠层低矮稠密，导致采收作业环境密闭，大型采摘机械难以进入。
目前已有的林果采收机主要有抱振式，另外还有梳齿振动式、气吸式。抱振式主要针对单株高大式果树进行采收，矮化密植果树大多没有明显树干、且种植密集，采用此种方式采收效率极低，适用性不强。梳齿振动式采收机激振力作用于树冠，适用于藤条类果实的采收，矮化密植的果树枝条杂乱柔软，与藤条类林果相似，因此梳齿振动采收方式最为适合。
矮化密植林果振动采收机械的关键部件是激振装置，现有梳齿振动式采收机的激振装置一般采用机械振动，机械振动靠传动轴的偏心块在旋转时靠离心力和弹簧的弹性力来产生振动，其缺点是噪声大，结构复杂，笨重，不能根据矮化密植农林作物复杂的种植模式和生长特点改变振动频率和幅度，适用性弱。其次，由于梳齿振动式采收机采用的是双梳刷筒，双梳刷筒在两侧，机械式结构驱动双梳刷筒采用的动力有两种，一种是采用单一动力，单一动力存在传动结构复杂以及传动结构占居空间大从而影响果树通行高度的问题；第二种是采用双动力，即配有两套发动机，双动力的激振装置成本高，驱动结构更加复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置及调幅调频方法，本机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置及调幅调频方法采用单一动力实现双梳刷筒的联动性，成本低，且采用内循环液压振动方式，传动结构简单，液压油通过油管输送从而不限定电机和振动发生装置的安装位置，因此不影响采收机的总体布置问题，从而不影响果树通行高度，且具有调节振动频率和幅度的功能，适用性强，结构简单，噪音低，重量轻。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，包括电机、振动发生装置、振动液压缸和机架，所述电机、振动发生装置和振动液压缸均与机架连接，所述振动发生装置包括等宽凸轮机构和泵油液压缸，所述等宽凸轮机构的凸轮由电机驱动，所述等宽凸轮机构与泵油液压缸的泵油液压缸活塞杆连接，所述振动液压缸和泵油液压缸均为双作用液压缸且两者的有杆腔和无杆腔内均充满有液压油，所述泵油液压缸的无杆腔油路与振动液压缸的无杆腔油路相连，所述泵油液压缸的有杆腔油路与振动液压缸的有杆腔油路相连，所述振动液压缸的振动液压缸活塞杆连接有梳刷筒。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述振动发生装置包括壳体，所述等宽凸轮机构和泵油液压缸均位于壳体内，所述电机的输出轴穿过壳体的一侧面从而驱动壳体内的等宽凸轮机构的凸轮，所述泵油液压缸和振动液压缸均为2个，所述等宽凸轮机构的左右两端分别连接有泵油液压缸的泵油液压缸活塞杆，位于等宽凸轮机构左端的泵油液压缸的无杆腔油路通过出油管与一个振动液压缸的无杆腔油路相连且该泵油液压缸的有杆腔油路通过进油管与该振动液压缸的有杆腔油路相连，位于等宽凸轮机构右端的泵油液压缸的无杆腔油路通过出油管与另一个振动液压缸的无杆腔油路相连且该泵油液压缸的有杆腔油路通过进油管与该振动液压缸的有杆腔油路相连，所述壳体的侧壁上设有用于穿过进油管和出油管的油管孔，2个振动液压缸的振动液压缸活塞杆均连接有梳刷筒且2个梳刷筒对称布置。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述等宽凸轮机构包括推杆架、设置在推杆架内并与推杆架接触的凸轮、推杆和滑动轴承座，所述推杆架的左右两侧均连接有推杆，2个滑动轴承座的外侧与所述壳体内壁固定连接，推杆架左端的推杆从一个滑动轴承座的中心孔穿过并与一个泵油液压缸的泵油液压缸活塞杆连接，推杆架右端的推杆从另一个滑动轴承座的中心孔穿过并与另一个泵油液压缸的泵油液压缸活塞杆连接从而实现2个梳刷筒的联动性，所述推杆能在滑动轴承座的中心孔滑动，所述泵油液压缸的缸筒与所述壳体内壁固定连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述电机为变频电机，所述电机用于通过自身的转速控制等宽凸轮机构的凸轮转动的频率，从而实现梳刷筒振动的调频。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述泵油液压缸的缸筒内径与泵油液压缸活塞杆的直径的比值和振动液压缸的缸筒内径与振动液压缸活塞杆的直径的比值相等。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述振动液压缸的缸筒通过螺纹连接于机架上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述梳刷筒包括梳刷轴与多个套筒，多个套筒自上至下套设在梳刷轴上且可相对于梳刷轴自由转动，每个套筒的圆周外表面固定布置有两个卡套且卡套的圆周方向上固定有若干条梳刷棒，所述振动液压缸的振动液压缸活塞杆与梳刷筒的梳刷轴一端连接。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：
一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置的调幅调频方法，包括：
调节电机的转速，从而控制等宽凸轮机构的凸轮转动的频率，进而实现梳刷筒振动的调频，其中电机的转动频率等于梳刷筒的振动频率；
改变等宽凸轮机构的凸轮的偏心距，从而实现梳刷筒振动的调幅，其中等宽凸轮机构的凸轮的偏心距为r，泵油液压缸缸筒内径为D1，振动液压缸缸筒内径为D2，则梳刷筒的振幅
本发明的有益效果为：
(1)本发明可用于双梳刷筒的梳齿振动式采收机上，采用单一电机和振动发生装置的等宽凸轮机构即可实现双梳刷筒的联动性，传动结构简单，成本低；且泵油液压缸与振动液压缸之间的内循环通过油管输送，因此电机和振动发生装置(即传动结构)的安装位置可放置在采收机的任何位置，即可通过油管输送液压油驱动振动液压缸活塞杆上下运动从而带动梳刷筒上下振动，不影响采收机的总体结构布置，从而不影响果树通行高度。
(2)本发明采用内循环液压振动装置，振动液压缸和泵油液压缸的有杆腔和无杆腔内均充满有液压油，即可实现液压油的内循环功能，无需外部设置液压传动系统和液压控制系统，整体结构简单。
(3)本发明的内循环液压振动装置能够根据矮化密植农林作物复杂的种植模式和生长特点灵活调整合适的工作参数，即通过调整变频电机的转速或改变等宽凸轮机构的凸轮的偏心距从而调整振动频率和振幅，适应强，可大大提高采收效率，改变矮化密植农林作物机械化收获应用不成熟的现状；
(4)由于液压工作性能稳定，本发明噪声小，克服了机械振动自身结构所不能解决的噪音问题，且易损件大大减少，维修量也得以降低。另外本发明整体结构简单，重量轻，安装维修方便，适用于矮化密植农林作物复杂的采收作业环境。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的内循环液压振动装置工作原理图。
图3为图1中A的局部放大图。
具体实施方式
下面根据图1至图3对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
参见图1，一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，可用于双梳刷筒的梳齿振动式采收机上，包括电机1、振动发生装置2、振动液压缸3和机架5，所述电机1、振动发生装置2和振动液压缸3均与机架5连接。参见图2，振动发生装置2包括等宽凸轮机构和泵油液压缸22，等宽凸轮机构的凸轮21由电机1驱动，凸轮21具有偏心距，等宽凸轮机构与泵油液压缸22的泵油液压缸活塞杆221连接，振动液压缸3和泵油液压缸22均为双作用液压缸且两者的有杆腔和无杆腔内均充满有液压油23，泵油液压缸22的无杆腔油路与振动液压缸3的无杆腔油路相连，泵油液压缸22的有杆腔油路与振动液压缸3的有杆腔油路相连，振动液压缸3的振动液压缸活塞杆31连接有梳刷筒4。
本实施例中，振动发生装置2包括壳体，等宽凸轮机构和泵油液压缸22均位于壳体内，电机1的输出轴穿过壳体的一侧面从而驱动壳体内的等宽凸轮机构的凸轮21，参见图2，泵油液压缸22和振动液压缸3均为2个，等宽凸轮机构的左右两端分别连接有泵油液压缸22的泵油液压缸活塞杆221，位于等宽凸轮机构左端的泵油液压缸22的无杆腔油路通过出油管24与一个振动液压缸3的无杆腔油路相连且该泵油液压缸22的有杆腔油路通过进油管25与该振动液压缸3的有杆腔油路相连，位于等宽凸轮机构右端的泵油液压缸22的无杆腔油路通过出油管24与另一个振动液压缸3的无杆腔油路相连且该泵油液压缸22的有杆腔油路通过进油管25与该振动液压缸3的有杆腔油路相连，壳体的侧壁上设有用于穿过进油管25和出油管24的油管孔，2个振动液压缸3的振动液压缸活塞杆31均连接有梳刷筒4且2个梳刷筒4对称设置。如图2所示，等宽凸轮机构左右两边的泵油液压缸22、振动液压缸3以及梳刷筒4均对称布置。
参见图2，等宽凸轮机构包括推杆架26(整体框架式)、设置在推杆架26内并与推杆架26充分接触的凸轮21、推杆27和滑动轴承座28，所述推杆架26的左右两侧均连接有推杆27且推杆架26和推杆27为一体机构，2个滑动轴承座28的外侧与壳体内壁固定连接，推杆架26左端的推杆27从一个滑动轴承座28的中心孔穿过并与一个泵油液压缸22的泵油液压缸活塞杆221连接，推杆架26右端的推杆27从另一个滑动轴承座28的中心孔穿过并与另一个泵油液压缸22的泵油液压缸活塞杆221连接，推杆27能在滑动轴承座28的中心孔滑动，泵油液压缸22的缸筒与壳体内壁固定连接。
本实施例的电机1为变频电机，电机1可以通过自身的转速控制等宽凸轮机构的凸轮21转动的频率，从而实现梳刷筒4振动的调频。
本实施例的泵油液压缸22的缸筒内径与泵油液压缸活塞杆221的直径的比值和振动液压缸3的缸筒内径与振动液压缸活塞杆31的直径的比值相等。设泵油液压缸22缸筒内径为D1,泵油液压缸活塞杆221直径d1,振动液压缸3缸筒内径为D2,振动液压缸活塞杆31直径d2，泵油液压缸与振动液压缸的尺寸参数需满足D1/d1＝D2/d2。
所述振动液压缸3的缸筒通过螺纹连接于机架5上，可更换。
参见图3，梳刷筒4包括梳刷轴41与多个套筒42，多个套筒42自上至下套设在梳刷轴41上且相对于梳刷轴41自由转动，每个套筒42的圆周外表面固定布置有两个卡套43且卡套43的圆周方向上固定有若干条梳刷棒44，振动液压缸3的振动液压缸活塞杆31与梳刷筒4的梳刷轴41一端连接，振动液压缸活塞杆31的运动带动梳刷筒4的上下振动。卡套43为圆环形结构，套设并固定在套筒42的圆周外表面。
本实施例的机架5结构如图1所示，2个梳刷筒4之间设有间隙，在具体工作时，被采收的矮化密植农林作物位于2个梳刷筒4之间，2个梳刷筒4将矮化密植农林作夹持，然后通过电机1驱动宽凸轮机构的凸轮21旋转，再依次驱动2个泵油液压缸22和振动液压缸3动作，从而同时带动2个梳刷筒4上下振动，实现双梳刷筒的联动性，对矮化密植农林作物施加振动力从而果实与枝干分离，在整体结构在采收时向前移动时，由于矮化密植农林作物与梳刷棒44产生摩擦力，此时套筒42会绕着梳刷轴41发生自由旋转，防止扯断矮化密植农林作物。
本实施例的等宽凸轮机构的凸轮21由电机1驱动，推动推杆27水平运动，带动左右两侧的泵油液压缸活塞杆221左右移动，使得振动液压缸活塞杆31的上下振动，从而带动梳刷筒4上下振动。以等宽凸轮机构右端连接的泵油液压缸22为例：当等宽凸轮机构的凸轮21使推杆27右移时，带动泵油液压缸22的泵油液压缸活塞杆221向右移动，泵油液压缸22右腔内的液压油23从出油管24流向振动液压缸3上腔，振动液压缸活塞杆31下移，带动梳刷筒4向下移动，同时振动液压缸3下腔液压油23通过进油管25流入泵油液压缸22左腔；当推杆27带动泵油液压缸活塞杆221向左移动时，梳刷筒4向上移动。等宽凸轮机构左端连接的泵油液压缸22的工作原理与右端连接的泵油液压缸22的工作原理相同，在左侧的梳刷筒4向上运动时，右侧的梳刷筒4向上运动，实现双梳刷筒的联动性。等宽凸轮机构的凸轮21转动一圈，内循环液压振动装置完成一个工作循环。
本实施例的电机1可用液压马达代替。由于振动发生装置2与振动液压缸3通过油管连接，因此本实施例的振动发生装置2的安装位置不限，因此传动结构不影响果树通行高度。
本实施例还提供一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置的调幅调频方法，包括：通过调节电机1或液压马达的转速从而控制等宽凸轮机构的凸轮21转动的频率，进而实现梳刷筒4振动的调频，其中电机1或液压马达的的转动频率等于梳刷筒4的振动频率；改变等宽凸轮机构的凸轮21的偏心距或更换不同缸筒内径的振动液压缸3来调节梳刷筒4振动的振幅，其中等宽凸轮机构的凸轮21的偏心距为r，泵油液压缸22缸筒内径为D1，振动液压缸3缸筒内径为D2，则梳刷筒4的振幅为：
根据矮化密植农林作物复杂的种植模式和生长特点，本发明提供一种用于采收机的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置的调幅调频方法，能够根据复杂多变的工作环境灵活调整合适的工作参数，即通过调整变频电机的转速或改变等宽凸轮机构的凸轮21的偏心距从而调整振动频率和振幅，适应强，可大大提高采收效率，改变矮化密植农林作物机械化收获应用不成熟的现状；且由于液压工作性能稳定，克服了机械振动自身结构所不能解决的噪音问题，本发明结构简单，重量轻，维修方便。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：包括电机(1)、振动发生装置(2)、振动液压缸(3)和机架(5)，所述电机(1)、振动发生装置(2)和振动液压缸(3)均与机架(5)连接，所述振动发生装置(2)包括等宽凸轮机构和泵油液压缸(22)，所述等宽凸轮机构的凸轮(21)由电机(1)驱动，所述等宽凸轮机构与泵油液压缸(22)的泵油液压缸活塞杆(221)连接，所述振动液压缸(3)和泵油液压缸(22)均为双作用液压缸且两者的有杆腔和无杆腔内均充满有液压油(23)，所述泵油液压缸(22)的无杆腔油路与振动液压缸(3)的无杆腔油路相连，所述泵油液压缸(22)的有杆腔油路与振动液压缸(3)的有杆腔油路相连，所述振动液压缸(3)的振动液压缸活塞杆(31)连接有梳刷筒(4)。
2.根据权利要求1所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述振动发生装置(2)包括壳体，所述等宽凸轮机构和泵油液压缸(22)均位于壳体内，所述电机(1)的输出轴穿过壳体的一侧面从而驱动壳体内的等宽凸轮机构的凸轮(21)，所述泵油液压缸(22)和振动液压缸(3)均为2个，所述等宽凸轮机构的左右两端分别连接有泵油液压缸(22)的泵油液压缸活塞杆(221)，位于等宽凸轮机构左端的泵油液压缸(22)的无杆腔油路通过出油管(24)与一个振动液压缸(3)的无杆腔油路相连且该泵油液压缸(22)的有杆腔油路通过进油管(25)与该振动液压缸(3)的有杆腔油路相连，位于等宽凸轮机构右端的泵油液压缸(22)的无杆腔油路通过出油管(24)与另一个振动液压缸(3)的无杆腔油路相连且该泵油液压缸(22)的有杆腔油路通过进油管(25)与该振动液压缸(3)的有杆腔油路相连，所述壳体的侧壁上设有用于穿过进油管(25)和出油管(24)的油管孔，2个振动液压缸(3)的振动液压缸活塞杆(31)均连接有梳刷筒(4)且2个梳刷筒(4)对称布置。
3.根据权利要求2所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述等宽凸轮机构包括推杆架(26)、设置在推杆架(26)内并与推杆架(26)接触的凸轮(21)、推杆(27)和滑动轴承座(28)，所述推杆架(26)的左右两侧均连接有推杆(27)，2个滑动轴承座(28)的外侧与所述壳体内壁固定连接，推杆架(26)左端的推杆(27)从一个滑动轴承座(28)的中心孔穿过并与一个泵油液压缸(22)的泵油液压缸活塞杆(221)连接，推杆架(26)右端的推杆(27)从另一个滑动轴承座(28)的中心孔穿过并与另一个泵油液压缸(22)的泵油液压缸活塞杆(221)连接从而实现2个梳刷筒(4)的联动性，所述推杆(27)能在滑动轴承座(28)的中心孔滑动，所述泵油液压缸(22)的缸筒与所述壳体内壁固定连接。
4.根据权利要求2所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述电机(1)为变频电机，所述电机(1)用于通过自身的转速控制等宽凸轮机构的凸轮(21)转动的频率，从而实现梳刷筒(4)振动的调频。
5.根据权利要求1所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述泵油液压缸(22)的缸筒内径与泵油液压缸活塞杆(221)的直径的比值和振动液压缸(3)的缸筒内径与振动液压缸活塞杆(31)的直径的比值相等。
6.根据权利要求1所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述振动液压缸(3)的缸筒通过螺纹连接于机架(5)上。
7.根据权利要求1所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置，其特征在于：所述梳刷筒(4)包括梳刷轴(41)与多个套筒(42)，多个套筒(42)自上至下套设在梳刷轴(41)上且可相对于梳刷轴(41)自由转动，每个套筒(42)的圆周外表面固定布置有两个卡套(43)且卡套(43)的圆周方向上固定有若干条梳刷棒(44)，所述振动液压缸(3)的振动液压缸活塞杆(31)与梳刷筒(4)的梳刷轴(41)一端连接。
8.一种根据权利要求2所述的机液能量转换的内循环双梳刷筒振动装置的调幅调频方法，其特征在于，包括：
调节电机(1)的转速，从而控制等宽凸轮机构的凸轮(21)转动的频率，进而实现梳刷筒(4)振动的调频，其中电机(1)的转动频率等于梳刷筒(4)的振动频率；
改变等宽凸轮机构的凸轮(21)的偏心距，从而实现梳刷筒(4)振动的调幅，其中等宽凸轮机构的凸轮(21)的偏心距为r，泵油液压缸(22)缸筒内径为D1，振动液压缸(3)缸筒内径为D2，则梳刷筒(4)的振幅
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