CN109565973A - 一种水田精准平地打浆机及其平地打浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水田精准平地打浆机，包括平地机构、水田打浆机构、自动调平机构、高程调节机构、液压系统、控制系统；平地机构位于水田打浆机构的前方；平地机构与水田打浆机构均通过自动调平机构与高程调节机构相接，通过自动调平机构的调平油缸的伸缩带动平地机构和水田打浆机构的左右调平；自动调平机构通过高程调节机构与拖拉机三点悬挂机构相接，通过高程调节机构的高程调节油缸的伸缩带动自动调平机构、平地机构和水田打浆机构的高程。还涉及一种水田精准平地打浆机的平地打浆方法。本发明一次作业即可完成水田精准平地打浆作业，属于水田平整机具技术领域。

Description

一种水田精准平地打浆机及其平地打浆方法

技术领域

本发明涉及一种水田平整机具，特别涉及一种水田精准平地打浆机及其平地打浆方法。

背景技术

我国水田耕整工序一般为旋耕(或犁翻)、水田打浆、水田平整。首先，水田打浆和水田平整缺少精确平整作业，难以满足“寸水不过田”的水稻种植要求，直接影响水稻播种和机械插秧；其次，水田打浆和平整是分开进行的，水田打浆后需沉淀一段时间才能进行平整，导致水稻生产周期延长，增加了劳动力投入。此外，随着我国城市化的快速推进，农村劳动力的持续流失，水稻生产所需的劳动力短缺，致使大片土地荒芜，影响我国粮食安全。

因此，现有技术存在作业效率低、平整质量差的缺点。发明应用于水田的精准平地打浆机，实现一次作业即完成水田精准平地和打浆两大平整作业，以提高作业效率与质量，为水稻种植提供良好田面条件，保证我国水稻稳产高产。现有技术中不存在一次完成水田精准平地和打浆的机具。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可同时进行平地和打浆作业的水田精准平地打浆机及其平地打浆方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水田精准平地打浆机，包括平地机构、水田打浆机构、自动调平机构、高程调节机构、液压系统、控制系统；平地机构位于水田打浆机构的前方；平地机构与水田打浆机构均通过自动调平机构与高程调节机构相接，通过自动调平机构的调平油缸的伸缩带动平地机构和水田打浆机构的左右调平；自动调平机构通过高程调节机构与拖拉机三点悬挂机构相接，通过高程调节机构的高程调节油缸的伸缩带动自动调平机构、平地机构和水田打浆机构的升降；在控制系统的控制下，液压系统分别控制调平油缸和高程调节油缸的伸缩。

作为一种优选，自动调平机构包括调平支撑架、调平连接组件、调平油缸、调平销轴；调平连接组件通过调平销轴与调平支撑架相接，调平油缸安装在调平连接组件和调平支撑架之间，调平油缸伸缩带动调平连接组件绕着调平销轴相对于调平支撑架左右摆动；平地机构与水田打浆机构均安装在调平连接组件上，调平支撑架与高程调节机构相接。

作为一种优选，调平支撑架包括第一安装部和第二安装部；第一安装部水平设置，位于上端；第二安装部竖直设置，位于第一安装部的前端；高程调节机构与第二安装部相接。

作为一种优选，平地机构包括平地铲、平地铲油缸、轨道、支柱；支柱与轨道一一对应设置组成一组，轨道套在支柱外，支柱沿着轨道上下滑移；平地铲固定在支柱的下端；平地铲油缸固定在轨道和支柱之间驱动轨道和支柱的相对运动；平地机构通过轨道与调平连接组件相对固定。

作为一种优选，轨道和支柱的数量为四组，沿着平地铲的宽度方向设置；位于外侧的两轨道分别与水田打浆机构的两侧支撑板相接，位于内侧的两轨道均与调平连接组件相接；平地铲油缸的数量为两组，分别对应内侧的两组轨道和支柱设置。

作为一种优选，支柱的横截面为正方形，轨道为横截面为正方形的管道。

作为一种优选，高程调节机构包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程调节油缸；高程调节支架包括沿着左右方向延伸的横向部分和将横向部分架设起来的纵向部分，横向部分的前部设有高程调节油缸上连接点，横向部分的中部设有拖拉机三点悬挂机构上连接点，横向部分的后部设有上拉杆前连接点，纵向部分的下部内侧设有下提升支架连接点，纵向部分的下部外侧设有拖拉机三点悬挂机构下连接点，高程调节支架在拖拉机三点悬挂机构上连接点和拖拉机三点悬挂机构下连接点与拖拉机三点悬挂机构相接；下提升支架的前部设有高程调节油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有调平支撑架下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在调平支撑架下连接点与调平支撑架相接；高程调节油缸的上端与高程调节支架的高程调节油缸上连接点相接，高程调节油缸的下端与下提升支架的高程调节油缸下连接点相接；上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与调平支撑架相接；上拉杆与调平支撑架的连接点、上拉杆与高程调节支架的连接点、下提升支架与高程调节支架的连接点、下提升支架与调平支撑架的连接点构成平行四边形，从而调平支撑架、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构；高程调节油缸通过平行四边形机构带动自动调平机构的升降。

作为一种优选，液压系统包括液压阀座、阀组、油管；液压阀座设置在第一安装部上端。

一种水田精准平地打浆机的平地打浆方法，通过高程调节油缸同时控制自动调平机构、平地机构和水田打浆机构的高程调节，通过调平油缸同时控制平地机构和水田打浆机构的左右调平，一次作业即同时完成精准平地和精准打浆作业。

作为一种优选，一种水田精准平地打浆机的平地打浆方法，包括如下步骤：(1)调节平地机构的平地铲底面与水田打浆机构的打浆机刀片作业最低点的距离，从而设定打浆深度；(2)设定平地打浆机的作业高度和调平角度期望值；(3)通过控制系统的传感器(如激光平地机接收器和姿态传感器)测量平地打浆机的高度信息和倾斜角度信息；(4)根据步骤(3)测量的高度信息和倾斜角度信息与步骤(2)设定的作业高度和调平角度期望值计算实际平地打浆机的作业高度和倾角误差；(5)通过控制系统的控制器控制液压系统的阀组驱动调节平地打浆机的高程调节机构和自动调平机构，实现平地打浆机的高程自动调节和自动调平；平地打浆作业时，田面相对高处泥土由前方平地机构先铲走，达到平地效果；平整后的泥土再由水田打浆机构打浆。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.在控制系统的作用下，调节调平油缸和高程调节油缸的伸缩，可同时实现水田打浆机构和平地机构的水平和高程的自动调节功能，一次作业即可完成水田精准平地打浆作业。

2.平地机构置于水田打浆机构前方，平地铲先将多余土壤带走后再打浆，打浆机各刀片打浆过程中受力均衡，打浆深度稳定，打浆效果好；先平整后打浆还可以避免水田土壤被反复打浆而失去孔隙度。

3.通过平地铲油缸的调节，平地铲相对于打浆机刀片位置可调，可根据用户需求改变打浆深度。

附图说明

图1是一种水田精准平地打浆机的结构示意图。

图2是一种水田精准平地打浆机的立体图。

图3是平地机构的立体图。

图4是自动调平机构、平地机构、水田打浆机构的立体图。

图5是图4的拆分图。

图6是自动调平机构、平地机构、水田打浆机构的左视图。

图7是自动调平机构调平状态对比图。

图8是高程调节机构的立体图。

图9是本发明的GNSS实施方式立体图

其中，1为平地机构，2为水田打浆机构，3为自动调平机构，4为高程调节机构，5为液压系统，6为激光接收器升降杆，101为平地铲，102为右中部支柱，103为平地铲油缸，104为右中部轨道，105为左中部轨道，106为左中部支柱，107为侧边的轨道，108为侧边的支柱，201为水田打浆机构的左支撑板，202为水田打浆机构的右支撑板，301为调平支撑架，302为调平连接组件，303为调平油缸，304为调平销轴，401为高程调节支架，402为下提升支架，403为上拉杆，404为高程调节油缸，405为油缸上耳连接的销轴，406为下提升支架中部的销轴，407为油缸下连接的销轴，408为上拉杆前端的销轴，701为激光接收器，702为倾角传感器，703为控制器，801为GNSS主天线，802为GNSS从天线，803为GNSS控制器。

H₁为调平支撑架上连接点，N₁为调平支撑架下连接点，d为平地铲底面距打浆机刀片最大距离，即最大打浆深度，d₁为平地铲底面距打浆机刀片最小距离，即最小打浆深度。

A为水，B为待平地打浆层，C为未耕层，D为平地打浆后泥层。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

一种水田精准平地打浆机，主要包括平地机构、水田打浆机构、自动调平机构、高程调节机构、液压系统和控制系统。

平地机构通过四个轨道安装于水田打浆机构正前方，水田打浆机构为一种通用打浆机；平地机构的平地铲油缸前法兰与中部轨道固定，活塞杆末端与中支柱侧边铰接，平地铲通过螺栓与平地铲支柱固定，通过平地铲油缸的伸缩可实现平地铲的相对于打浆机的下降与上升，从而实现根据用户需求控制打浆深度的目的。调平连接组件下端与水田打浆机构固定，上端与调平支撑架可转动式连接，调平油缸的一端与调平支撑架铰接，另一端与调平连接组件铰接，通过调平油缸的伸缩带动调平连接组件、平地机构和水田打浆机构的左右摆动。高程调节机构前端与拖拉机三点悬挂机构连接，后端与通过上拉杆和下提升支架后部分组成的平行四边形机构与自动调平机构连接，通过高程调节油缸的伸缩实现调平机构、打浆机构和平地机构的升降。在控制系统和液压系统的作用下，水田打浆机构和平地机构具有水平和高程的自动调节功能，一次作业即可完成水田精准平地打浆作业。

平地机构安装于水田打浆机构正前方，主要包括轨道、支柱、平地铲油缸和平地铲。轨道的数量为四个，沿着平地铲的宽度方向布置，外侧两个轨道均通过两侧支撑板与水田打浆机构相接，内侧两个轨道均与调平连接组件固定。支柱下部与平地铲固定，中上部在轨道内上下滑移；平地铲油缸前法兰与中部轨道侧边联接板固定，活塞杆末端与中部支柱铰接，通过平地铲油缸的伸缩实现平地铲相对于水田打浆机构的下降与上升。

自动调平机构主要包括调平支撑架、调平连接组件、调平油缸和调平销轴。调平连接组件与打浆机构固定，左右摆动的调平连接组件与调平支撑架可转动式连接；调平油缸的一端与调平支撑架铰接，另一端与调平连接组件铰接，通过调平油缸的伸缩带动调平连接组件和水田打浆机构的左右摆动；而平地机构安装于水田打浆机构正前方，将随水田打浆机构一起相对于调平支撑架左右摆动。调平支撑架包括第一安装部和第二安装部；第一安装部水平设置，位于上端；第二安装部竖直设置，位于第一安装部的前端；高程调节机构与第二安装部相接。

高程调节机构包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程调节油缸。高程调节支架包括沿着左右方向延伸的横向部分和将横向部分架设起来的纵向部分，横向部分的前部设有高程调节油缸上连接点，横向部分的中部设有拖拉机三点悬挂机构上连接点，横向部分的后部设有上拉杆前连接点，纵向部分的下部内侧设有下提升支架连接点，纵向部分的下部外侧设有拖拉机三点悬挂机构下连接点，高程调节支架在拖拉机三点悬挂机构上连接点和拖拉机三点悬挂机构下连接点与拖拉机三点悬挂机构相接；下提升支架的前部设有高程调节油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有调平支撑架下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在调平支撑架下连接点与调平支撑架相接；高程调节油缸的上端与高程调节支架的高程调节油缸上连接点相接，高程调节油缸的下端与下提升支架的高程调节油缸下连接点相接；上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与调平支撑架相接；上拉杆与调平支撑架的连接点、上拉杆与高程调节支架的连接点、下提升支架与高程调节支架的连接点、下提升支架与调平支撑架的连接点构成平行四边形，从而调平支撑架、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构；高程调节油缸通过平行四边形机构带动自动调平机构的升降。操作时，通过高程调节油缸的伸缩，实现自动调平机构、水田打浆机构、平地机构的升降。

液压系统由液压阀座、阀组、液压油缸(高程调节油缸、调平油缸、平地铲油缸)和油管组成，包含三路可单独控制的液压油路，分别用于平地打浆机的调平控制、平地打浆机的高程控制和平地铲相对于打浆机的高度控制。调平油缸一端与调平支撑架铰接，另一端与调平连接组件铰接，水田打浆机构和平地机构与调平连接组件固定，通过调平油缸的伸缩带动调平连接组件、水田打浆机构和平地机构相对于调平支撑架左右摆动；两个高程调节油缸的上端分别与高程调节支架连接，下端分别与下提升支架的两个前端连接点连接，上拉杆和下提升支架后端分别与自动调平机构的上、下连接点铰接，通过两高程调节油缸的同步伸缩实现自动调平机构、水田打浆机构和平地机构的升降；两个平地铲油缸前法兰分别与中部轨道侧边联接板固定，活塞杆末端与中部支柱侧边铰接，通过两平地铲油缸的同步伸缩使支柱在轨道内的下降和上升，而平地铲通过螺栓与支柱固定，从而实现平地铲相对于平地打浆机的下降与上升。

控制系统主要由倾角传感器、激光接收器和控制器组成。由激光接收器检测平地打浆机高程，倾角传感器感知平地打浆机倾角，控制器根据所得到的高程信息和平地打浆机倾角与用户的期望高程和期望倾角之间的误差控制液压阀组进行高程自动调节和自动调平。

本发明利用激光信号提供高程基准、倾角传感器提供角度信息进行自动控制的实时方式如下：

一种水田精准平地打浆机，在作业前首先根据用户的需求调节平地铲底面与打浆机刀片作业最低点的距离(设定打浆深度)，设定平地打浆机作业高度(即激光接收器参考平面)和调平角度期望值。由于水田硬底层高低不平，轮式拖拉机的各车轮陷入水田的深度不一致，导致平地打浆机水田打浆机构和平地机构相对于水田耕作层的高度变化，倾角传感器实时检测到拖拉机车身的倾斜角度，控制器根据所得到的倾斜角度与期望倾角的误差通过控制三位四通电磁换向阀来控制调平油缸的伸缩，使得平地机构和水田打浆机构相对于调平支撑架左右摆动，进而达到自动调平的目的；与此同时，安装于接收器升降杆上的激光接收器感应到激光发射器发射出的激光参考平面信号，当水田打浆机构和平地机构低于设定平面，控制器控制高程调节油缸伸长，抬高水田打浆机构和平地机构至设定平面；当水田打浆机构和平地机构高于设定平面，控制器则控制高程调节油缸收缩，降低水田打浆机构和平地机构至设定平面。通过水田打浆机构和平地机构高程的自动调节和自动调平，以达到一次作业即完成水田的精准平地打浆的目的。同时，由于本发明平地机构置于水田打浆机构正前方，在作业过程中先平田再打浆，田面相对高处泥土由前方平地铲先铲走，达到平地效果，平整后的泥土再由打浆机构打浆，各刀片作业过程中受力均衡，打浆深度稳定打浆效果好。在作业过程中先平田再打浆，还可以避免水田土壤被反复打浆而失去孔隙度，影响水稻生产。

实施例二

本实施例中，控制系统则由双天线GNSS和控制器组成。由双天线GNSS的主天线得到平地打浆机作业高度，由双天线GNSS主从天线的相对位置关系得到平地打浆机倾角，控制器根据所得到的高度信息和倾斜角度信息与用户的期望高度和期望倾角之间的误差控制液压阀组进行平地打浆机的高程的自动调节和自动调平。

本发明利用双天线GNSS作为高程和水平提供参考基准的实施方式如下：

一种水田精准平地打浆机，在作业前，首先根据用户的需求调节平地铲底面与打浆机刀片作业最低点的距离(即设定打浆深度)，设定平地打浆机作业高度(即GNSS主天线高度值)和调平角度期望值。由于水田硬底层高低不平，轮式拖拉机的各车轮陷入水田的深度不一致，导致平地打浆机的水田打浆机构和平地机构相对于水田耕作层的高度变化，安装于平地打浆机上的双天线GNSS实时检测到因拖拉机车身倾斜而变化的倾斜角度，控制器根据所得到的倾斜角度与期望角度的误差通过控制三位四通电磁换向阀来控制调平油缸的伸缩，使得水田打浆机构和平地机构相对于调平支撑架左右摆动，进而达到自动调平的目的；与此同时，安装于调平连接组件后部连接底座上的双天线GNSS主天线可得到水田平地打浆机的高度信息，当水田平地机构和打浆机构低于期望高度，控制器控制高程调节油缸伸长，抬高水田打浆机构和平地机构至期望高度；当水田打浆机构和平地机构高于期望高度，控制器则控制高程调节油缸收缩，降低水田打浆机构和平地机构至期望高度。通过水田打浆机构和平地机构高程的自动调节和自动调平，以达到一次作业即完成水田的精准平地打浆的目的。同时，由于本发明平地机构置于水田打浆机构正前方，在作业过程中先平田再打浆，田面相对高处泥土由前方平地铲先铲走，达到平地效果，平整后的泥土再由打浆机构打浆，各刀片作业过程中受力均衡，打浆深度稳定打浆效果好。在作业过程中先平田再打浆，还可以避免水田土壤被反复打浆而失去孔隙度，影响水稻生产。

本实施例未提及部分同实施例一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水田精准平地打浆机，其特征在于：包括平地机构、水田打浆机构、自动调平机构、高程调节机构、液压系统、控制系统；平地机构位于水田打浆机构的前方；平地机构与水田打浆机构均通过自动调平机构与高程调节机构相接，通过自动调平机构的调平油缸的伸缩带动平地机构和水田打浆机构的左右调平；自动调平机构通过高程调节机构与拖拉机三点悬挂机构相接，通过高程调节机构的高程调节油缸的伸缩带动自动调平机构、平地机构和水田打浆机构的升降；在控制系统的控制下，液压系统分别控制调平油缸和高程调节油缸的伸缩。

2.按照权利要求1所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：自动调平机构包括调平支撑架、调平连接组件、调平油缸、调平销轴；调平连接组件通过调平销轴与调平支撑架相接，调平油缸安装在调平连接组件和调平支撑架之间，调平油缸伸缩带动调平连接组件绕着调平销轴相对于调平支撑架左右摆动；平地机构与水田打浆机构均安装在调平连接组件上，调平支撑架与高程调节机构相接。

3.按照权利要求2所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：调平支撑架包括第一安装部和第二安装部；第一安装部水平设置，位于上端；第二安装部竖直设置，位于第一安装部的前端；高程调节机构与第二安装部相接。

4.按照权利要求2所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：平地机构包括平地铲、平地铲油缸、轨道、支柱；支柱与轨道一一对应设置组成一组，轨道套在支柱外，支柱沿着轨道上下滑移；平地铲固定在支柱的下端；平地铲油缸固定在轨道和支柱之间驱动轨道和支柱的相对运动；平地机构通过轨道与调平连接组件相对固定。

5.按照权利要求4所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：轨道和支柱的数量为四组，沿着平地铲的宽度方向设置；位于外侧的两轨道分别与水田打浆机构的两侧支撑板相接，位于内侧的两轨道均与调平连接组件相接；平地铲油缸的数量为两组，分别对应内侧的两组轨道和支柱设置。

6.按照权利要求5所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：支柱的横截面为正方形，轨道为横截面为正方形的管道。

7.按照权利要求2所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：高程调节机构包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程调节油缸；

高程调节支架包括沿着左右方向延伸的横向部分和将横向部分架设起来的纵向部分，横向部分的前部设有高程调节油缸上连接点，横向部分的中部设有拖拉机三点悬挂机构上连接点，横向部分的后部设有上拉杆前连接点，纵向部分的下部内侧设有下提升支架连接点，纵向部分的下部外侧设有拖拉机三点悬挂机构下连接点，高程调节支架在拖拉机三点悬挂机构上连接点和拖拉机三点悬挂机构下连接点与拖拉机三点悬挂机构相接；

下提升支架的前部设有高程调节油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有调平支撑架下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在调平支撑架下连接点与调平支撑架相接；

高程调节油缸的上端与高程调节支架的高程调节油缸上连接点相接，高程调节油缸的下端与下提升支架的高程调节油缸下连接点相接；

上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与调平支撑架相接；

上拉杆与调平支撑架的连接点、上拉杆与高程调节支架的连接点、下提升支架与高程调节支架的连接点、下提升支架与调平支撑架的连接点构成平行四边形，从而调平支撑架、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构；高程调节油缸通过平行四边形机构带动自动调平机构的升降。

8.按照权利要求3所述的一种水田精准平地打浆机，其特征在于：液压系统包括液压阀座、阀组、油管；液压阀座设置在第一安装部上端。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的一种水田精准平地打浆机的平地打浆方法，其特征在于：通过高程调节油缸同时控制自动调平机构、平地机构和水田打浆机构的高程调节，通过调平油缸同时控制平地机构和水田打浆机构的左右调平，一次作业即同时完成精准平地和精准打浆作业。

10.按照权利要求9所述的一种水田精准平地打浆机的平地打浆方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)调节平地机构的平地铲底面与水田打浆机构的打浆机刀片作业最低点的距离，从而设定打浆深度；

(2)设定平地打浆机的作业高度和调平角度期望值；

(3)通过控制系统的传感器测量平地打浆机的高度信息和倾斜角度信息；

(4)根据步骤(3)测量的高度信息和倾斜角度信息与步骤(2)设定的作业高度和调平角度期望值计算实际平地打浆机的作业高度和倾角误差；

(5)通过控制系统的控制器控制液压系统的阀组驱动调节平地打浆机的高程调节机构和自动调平机构，实现平地打浆机的高程自动调节和自动调平；

平地打浆作业时，田面相对高处泥土由前方平地机构先铲走，达到平地效果；平整后的泥土再由水田打浆机构打浆。