CN109588065B - 一种机具高程连续调节机构及其耕深自动调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机具高程连续调节机构，包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程油缸；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；上拉杆与机具的连接点、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、下提升支架与机具的连接点构成平行四边形，从而机具、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构。还涉及一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法。本发明不仅可以提高作业质量和作业效率，还可以减少机具作业过程中过载熄火对拖拉机和机具的损害，属于农业耕整地机具技术领域。

Description

一种机具高程连续调节机构及其耕深自动调节方法
技术领域
本发明涉及农业耕整地机具，具体涉及一种机具高程连续调节机构及其耕深自动调节方法。
背景技术
耕深稳定性是耕整农机具(旋耕机，铧式犁等)作业质量的主要性能指标，由于农田坑洼不平，机具作业深度随着拖拉机的俯仰和倾斜发生变化，而机具作业深度可由拖拉机调节设置，但容易出现农田低洼处耕得深，高处则耕得浅，导致耕整作业效果差、作业效率低，且破坏农田硬底层，还会影响机具的耕后平整度等。虽然可通过人工调节拖拉机三点悬挂机构来减少或减轻这些问题，但调节存在延迟调节且因个人经验而定，多数情况下会出现超调或调节不够，导致漏耕、耕太深甚至拖拉机过载熄火，不仅影响作业质量，还会影响拖拉机与机具使用寿命。
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：提供一种机具高程可连续调节的机具高程连续调节机构及其耕深自动调节方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机具高程连续调节机构，包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程油缸；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油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有机具下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在机具下连接点与机具相接；高程油缸的上端与高程调节支架的高程油缸上连接点相接，高程油缸的下端与下提升支架的高程油缸下连接点相接；上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与机具相接；上拉杆与机具的连接点、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、下提升支架与机具的连接点构成平行四边形，从而机具、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构。
作为一种优选，高程调节支架中，横向部分包括一根横梁、一个上安装架、两个前安装架，纵向部分为两个纵向支架，纵向支架在左右两侧将横梁架起，上安装架位于横梁上端左右居中的位置，两个前安装架位于横梁前端且左右对称设置；高程油缸上连接点位于前安装架上，拖拉机三点悬挂机构上连接点位于上安装架前部，上拉杆前连接点位于上安装架后部，下提升支架连接点位于纵向支架的前下部内侧，拖拉机三点悬挂机构下连接点位于纵向支架的后下部外侧。采用这种结构后，由横梁和纵向支架搭建起来的让位空间用于容纳拖拉机十字万向节联轴器，后者主要用于为旋耕机提供动力输入。
作为一种优选，下提升支架包括两根直板和一个拱形架，拱形架将两根直板焊合连接，拱形架和直板的焊合位置位于高程调节支架连接点和机具下连接点之间。
作为一种优选，拱形架为底部敞开的等腰梯形支架，等腰梯形内为让位空间。采用这种结构后，该让位空间用于容纳拖拉机十字万向节联轴器，后者主要用于为旋耕机提供动力输入。
作为一种优选，下提升支架还包括定位管，沿着左右方向延伸的定位管与直板焊接，定位管位于高程调节支架连接点，用于防止下提升架相对于高程调节支架左右窜动。
作为一种优选，上拉杆包括直管、T形连接件、Y形连接件；T形连接件位于直管的前端，上拉杆通过T形连接件与上安装架相接；Y形连接件位于直管的后端，上拉杆通过Y形连接件与机具相接。采用这种结构后，T形连接件和Y形连接件是防止上拉杆相对于高程调节支架横向(左右)窜动，保证旋耕机垂直于地面平稳升降。
作为一种优选，直管的前后两端均设有内螺纹，T形连接件和Y形连接件均包括全螺纹螺柱，全螺纹螺柱与直管的内螺纹联接；上拉杆还包括两锁紧螺母，将两全螺纹螺柱与直管锁紧，限定上拉杆上高程调节支架连接点与机具连接点之间的中心距。
作为一种优选，高程调节支架与拖拉机三点悬挂机构、高程调节支架与高程油缸、高程调节支架与上拉杆、高程调节支架与下提升支架、下提升支架与机具、高程油缸与下提升支架、上拉杆与机具之间均通过销轴转动式连接。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，包括如下步骤(1)测量并获得作业地块的地形信息；(2)根据地形信息计算耕作深度；(3)通过传感器测量机具高度信息；(4)根据地形信息、耕作深度和机具高度信息，计算实际耕深误差；(5)通过高程油缸的伸缩，控制平行四边形机构的升降，从而控制机具垂直于地面的升降，实现耕深自动调节。
作为一种优选，步骤(1)中，测量方法包括采用三维激光雷达测量或GNSS测量等三维地形测绘方法，步骤(3)采用激光传感器、超声波测距传感器或GNSS系统。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.采用机具高程连续调节机构，在液压系统和控制系统的作用下可实现旋耕机高程的连续、精准调节。
2.一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，在与激光控制系统相结合进行旋耕作业，可以实现旋耕作业后田块未耕底面处于同一海拔高度的平面，便于后续精准作业；在与超声波测距传感控制系统相结合进行旋耕作业，实现与田面仿形旋耕作业，使整个田块耕深相同；在与GNSS控制系统结合进行旋耕作业，通过不同的控制方法实现即可实现旋耕作业后田块未耕底面处于同一海拔高度的平面，又可实现与田面仿形旋耕作业，使整个田块耕深相同。
3.采用高程油缸，且在旋耕机升起时高程油缸无杆腔进油，相同油压下油缸提供力更大。
4.不仅可以提高旋耕作业质量和作业效率，还可以减少旋耕作业过程中过载熄火对拖拉机和旋耕机的损害。
附图说明
图1是一种机具高程连续调节机构的立体图。
图2是一种机具高程连续调节机构的调节原理图。
图3是下提升支架的立体图。
图4a是上拉杆的主视图。
图4b是上拉杆的俯视图。
图5是一种机具高程连续调节机构在激光控制系统下的实施方案图。
图6是一种机具高程连续调节机构在超声波控制系统下的实施方案图。
图7是一种机具高程连续调节机构在GNSS控制系统下的实施方案图。
图中，1为高程调节支架，2为下提升支架，3为上拉杆，4为高程油缸，5-8为销轴，9为拖拉机，10为机具高程连续调节机构，11为旋耕机，12为液压阀组，13为控制器，14为激光接收器安装杆，15为激光接收器，16为超声波测距传感器，17为GNSS天线，18为激光发射器，201为直杆，202为拱形架，203为定位管，301为Y形连接件，302为锁紧螺母，303为直管，304为T形连接件。
A为拖拉机三点悬挂机构上连接点，B为拖拉机三点悬挂机构下连接点，C为高程油缸上连接点，G为上拉杆前连接点，H为上拉杆后连接点(H′和H″对应不同位置)，M为下提升支架连接点或高程调节支架连接点，N为旋耕机下连接点(N′和N″对应不同位置)，P为高程油缸下连接点(P′和P″对应不同位置)。
h为高程最大调节范围，h1超声波测距传感器测得距田面的距离，hx为GNSS天线距旋耕机旋耕最低点的距离。
H′、N′、P′为高程调节过程中高程油缸伸长至最长时各连接点的位置，H″、N″、P″高程调节过程中高程油缸缩到最短时各连接点的位置。
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(机具以旋耕机为例)。
实施例一
一种机具高程连续调节机构，主要包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、两个高程油缸。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油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有旋耕机下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在旋耕机下连接点与旋耕机相接；高程油缸的上端与高程调节支架的高程油缸上连接点相接，高程油缸的下端与下提升支架的高程油缸下连接点相接；上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与旋耕机相接；上拉杆与旋耕机的连接点、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、下提升支架与旋耕机的连接点构成平行四边形，从而旋耕机、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构。
高程调节支架中，横向部分包括一根横梁、一个上安装架、两个前安装架，纵向部分为两个纵向支架，纵向支架在左右两侧将横梁架起，上安装架位于横梁上端左右居中的位置，两个前安装架位于横梁前端且左右对称设置；高程油缸上连接点位于前安装架上，三点悬挂机构上连接点位于上安装架前部，上拉杆前连接点位于上安装架后部，下提升支架连接点位于纵向支架的前下部内侧，拖拉机三点悬挂机构下连接点位于纵向支架的后下部外侧。
下提升支架包括两根直板和一个拱形架，拱形架将两根直板焊合连接，拱形架和直板的焊合位置位于高程调节支架连接点和旋耕机下连接点之间。拱形架为底部敞开的等腰梯形支架，等腰梯形内为让位空间。下提升支架还包括定位管，沿着左右方向延伸的定位管与直板焊接，定位管位于高程调节支架连接点，用于防止下提升架相对于高程调节支架左右窜动。
上拉杆包括直管、T形连接件、Y形连接件；T形连接件位于直管的前端，上拉杆通过T形连接件与上安装架相接；Y形连接件位于直管的后端，上拉杆通过Y形连接件与旋耕机相接。直管的前后两端均设有内螺纹，T形连接件和Y形连接件均包括全螺纹螺柱，全螺纹螺柱与直管的内螺纹联接；上拉杆还包括两锁紧螺母，将两全螺纹螺柱与直管锁紧，限定上拉杆上高程调节支架连接点与旋耕机连接点之间的中心距。
高程调节支架与拖拉机三点悬挂机构、高程调节支架与高程油缸、高程调节支架与上拉杆、高程调节支架与下提升支架、下提升支架与旋耕机、高程油缸与下提升支架、上拉杆与旋耕机之间均通过销轴转动式连接。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，包括如下步骤：(1)测量并获得作业地块的地形信息；(2)根据地形信息计算耕作深度；(3)通过传感器测量旋耕机高度信息；(4)根据地形信息、耕作深度和旋耕机高度信息，计算实际耕深误差；(5)通过高程油缸的伸缩，控制平行四边形机构的升降，从而控制旋耕机垂直于地面的升降，实现耕深自动调节。
步骤(1)测量方法包括采用三维激光雷达测量或GNSS测量等三维地形测绘方法，步骤(3)采用激光传感器、超声波测距传感器或GNSS系统。
实施例二
本实施例采用实施例一的一种机具高程连续调节机构，安装在拖拉机三点悬挂机构和旋耕机之间。本实施例采用激光控制系统。
图5所示，主要包括拖拉机、机具高程连续调节机构、旋耕机、液压阀组、控制器、激光接收器安装杆、激光发射器。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，在运行时，由于农田田面的坑洼不平，轮式拖拉机在田间作业过程中前后轮不在同一水平面上，导致旋耕机相对于田面的高度因拖拉机俯仰时刻发生变化，安装于接收器安装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，当旋耕机低于设定平面，控制器控制液压阀组伸长高程油缸，抬旋耕机至设定平面；当旋耕机高于设定平面，控制器控制液压阀组收缩高程油缸，降低旋耕机至设定平面。通过自动调节旋耕机高程，实现旋耕作业后田块未耕底面处于同一海拔高度平面，便于后续旱田激光平地作业。
实施例三
本实施例采用实施例一的一种机具高程连续调节机构，安装在三点悬挂机构和旋耕机之间。本实施例采用超声波测距传感控制系统。
图6所示，主要包括拖拉机、机具高程连续调节机构、旋耕机、液压阀组、控制器和超声波测距传感器(两个，左右各一)。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，在运行时，首先设定旋耕机旋耕深度，记录此时两超声波测距传感器测量距地面的距离的平均值l0，由于农田田面的坑洼不平，轮式拖拉机在田间作业过程中前后轮不在同一水平面上，导致旋耕机相对于田面的高度因拖拉机俯仰时刻发生变化，安装于旋耕机前方两个超声波测距传感器实时测量距地面的距离的平均值li，与l0比较，当li小于l0时，控制器控制液压阀组伸长高程油缸，升高旋耕机；当li大于l0时，控制器控制液压阀组缩短高程油缸，降低旋耕机；通过自动调节旋耕机高程，实现与田面仿形旋耕作业，从而使整个田块耕深相同。
实施例四
本实施例采用实施例一的一种机具高程连续调节机构，安装在三点悬挂机构和旋耕机之间。本实施例采用GNSS控制系统。
图7所示，主要包括拖拉机、机具高程连续调节机构、旋耕机、液压阀组、控制器和GNSS天线。
旋耕作业前，使用三维激光雷达测量待旋耕田面的三维地形信息(包含每个测量点的Xi0、Yi0、Zi0)，根据所测的Zi0，优化计算出能使旋耕作业后未耕层为同一海拔高度的平面且旋耕作业量最小时海拔高度的基准值Zr，即高程参考基准值。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，在运行时，由于农田田面的坑洼不平，轮式拖拉机在田间作业过程中前后轮不在同一水平面上，导致旋耕机相对于田面的高度因拖拉机俯仰时刻发生变化，安装在旋耕机上的GNSS天线实时地测量到旋耕机在田间的位置(Xi1，Yi1，Zi1)，与Zr+hx比较(hx为GNSS天线距旋耕机旋耕最低点的距离)。当同一测量点(Xi0＝Xi1且Yi0＝Yi1时)Zi1小于Zr+hx时，控制器控制液压阀组伸长高程油缸，升高旋耕机；当Zi1大于Zr+hx时，控制器控制液压阀组缩短高程油缸，降低旋耕机；通过自动调节旋耕机高程，旋耕作业后田块未耕底面处于同一海拔高度的平面，便于后续旱田激光平地作业。
一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法与GNSS结合进行旋耕作业还可以实现与田面仿形旋耕作业使整个田块耕深相同，具体方法如下：旋耕作业前，使用三维激光雷达测量待旋耕田面的三维地形信息(包含每个测量点的Xi0，Yi0，Zi0)，一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，在运行时，首先设定旋耕机旋耕深度hd，安装在旋耕机上的GNSS天线此时测量到旋耕机在田间的位置(Xi1，Yi1，Zi1)，那么此时hd＝Zi0+hx－Zi1；当整机旋耕作业时，由于农田田面的坑洼不平，轮式拖拉机在田间作业过程中前后轮不在同一水平面上，导致旋耕机相对于田面的高度因拖拉机俯仰时刻发生变化，当安装在旋耕机上的GNSS天线实时地测量到旋耕机在田间的位置(Xi1，Yi1，Zi1)；当同一测量点(Xi0＝Xi1且Yi0＝Yi1时)Zi0+hx－Zi1大于hd时(hx为GNSS天线距旋耕机旋耕最低点的距离)，控制器控制液压阀组伸长高程油缸，升高旋耕机，减小旋耕深度；当同一测量点Zi0+hx－Zi1小于hd时，控制器控制液压阀组缩短高程油缸，降低旋耕机，增大旋耕深度；通过自动调节旋耕机高程，实现与田面仿形旋耕作业使整个田块耕深相同。
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)

1.一种机具高程连续调节机构，其特征在于：包括高程调节支架、下提升支架、上拉杆、高程油缸；
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油缸下连接点，中部设有高程调节支架连接点，后部设有机具下连接点，下提升支架在高程调节支架连接点与高程调节支架相接，在机具下连接点与机具相接；
高程油缸的上端与高程调节支架的高程油缸上连接点相接，高程油缸的下端与下提升支架的高程油缸下连接点相接；
上拉杆的前端与高程调节支架的上拉杆前连接点相接，上拉杆的后端与机具相接；
上拉杆与机具的连接点、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、下提升支架与机具的连接点构成平行四边形，从而机具、上拉杆、高程调节支架、下提升支架构成平行四边形机构。
2.按照权利要求1所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：高程调节支架中，横向部分包括一根横梁、一个上安装架、两个前安装架，纵向部分为两个纵向支架，纵向支架在左右两侧将横梁架起，上安装架位于横梁上端左右居中的位置，两个前安装架位于横梁前端且左右对称设置；高程油缸上连接点位于前安装架上，拖拉机三点悬挂机构上连接点位于上安装架前部，上拉杆前连接点位于上安装架后部，下提升支架连接点位于纵向支架的前下部内侧，拖拉机三点悬挂机构下连接点位于纵向支架的后下部外侧。
3.按照权利要求2所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：下提升支架包括两根直板和一个拱形架，拱形架将两根直板焊合连接，拱形架和直板的焊合位置位于高程调节支架连接点和机具下连接点之间。
4.按照权利要求3所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：拱形架为底部敞开的等腰梯形支架，等腰梯形内为让位空间。
5.按照权利要求3所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：下提升支架还包括定位管，沿着左右方向延伸的定位管与直板焊接，定位管位于高程调节支架连接点，用于防止下提升架相对于高程调节支架左右窜动。
6.按照权利要求2所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：上拉杆包括直管、T形连接件、Y形连接件；T形连接件位于直管的前端，上拉杆通过T形连接件与上安装架相接；Y形连接件位于直管的后端，上拉杆通过Y形连接件与机具相接。
7.按照权利要求6所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：直管的前后两端均设有内螺纹，T形连接件和Y形连接件均包括全螺纹螺柱，全螺纹螺柱与直管的内螺纹联接；上拉杆还包括两锁紧螺母，将两全螺纹螺柱与直管锁紧，限定上拉杆上高程调节支架连接点与机具连接点之间的中心距。
8.按照权利要求1所述的一种机具高程连续调节机构，其特征在于：高程调节支架与拖拉机三点悬挂机构、高程调节支架与高程油缸、高程调节支架与上拉杆、高程调节支架与下提升支架、下提升支架与机具、高程油缸与下提升支架、上拉杆与机具之间均通过销轴转动式连接。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)测量并获得作业地块的地形信息；
(2)根据地形信息计算耕作深度；
(3)通过传感器测量机具高度信息；
(4)根据地形信息、耕作深度和机具高度信息，计算实际耕深误差；
(5)通过高程油缸的伸缩，控制平行四边形机构的升降，从而控制机具垂直于地面的升降，实现耕深自动调节。
10.按照权利要求9所述的一种机具高程连续调节机构的耕深自动调节方法，其特征在于：步骤(1)中，测量方法包括采用三维激光雷达测量或GNSS测量等三维地形测绘方法，步骤(3)采用激光传感器、超声波测距传感器或GNSS系统。
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