CN110278741A - 开沟整形装置和移栽作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开沟整形装置和基于所述开沟整形装置的移栽作业系统，所述开沟整形装置，其特征在于，设有中心轴和多个整形辊以及波纹盘，整形辊与波纹盘交替间隔设置，整形辊通过左右两个轴承安装在中心轴上，可在中心轴上自由旋转；波纹盘则固定安装在中心轴上，卡在相邻整形辊之间，由中心轴带动旋转。本发明开沟整形装置在开窄沟的同时，可实现滚压土壤达到整形土壤的作用，显著提高作业效果，且结构设计简易，易于生产制造和使用。本发明移栽作业系统利用插秧机的工作原理，对现有的移栽装置进行改进，使插秧机的工作方式可用于旱地移栽上，对移栽作业系统的栽植速度进行精确的闭环控制，工作稳定，故障率低。

Description

开沟整形装置和移栽作业系统

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种开沟整形装置和基于所述开沟整形装置的移栽作业系统。

背景技术

旋耕开沟一体机为现代农业较为常用的一种机械设备，可以在对土壤进行旋耕的同时完成开沟。

插秧机是将稻苗植入稻田中的一种农业机械，由秧箱、分插秧机构、送秧机构（包括纵向送秧机构和横向送秧机构，其作用是按时、定量地把秧苗送到秧门处，使秧爪每次获得需要的秧苗），机架和浮体等部件组成，进行种植时，以机械爪从秧箱中取出数株稻苗植入田中的泥土中。

移栽机主要由喂入器、导苗管、扶苗器、开沟器和覆土镇压轮等工作部件组成。工作时，由人工分苗后，将秧苗投入到喂入器的喂入筒内，当喂入筒转到导苗管的上方时，喂入筒下面的活门打开，秧苗靠重力下落到导苗管内，通过倾斜的导苗管将秧苗引入到开沟器开出的苗沟内，在栅条式扶苗器的扶持下，秧苗呈直立状态，然后在开沟器和覆土镇压轮之间所形成的覆土流的作用下，进行覆土、镇压，完成栽植过程。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种新型的开沟整形装置和基于所述开沟整形装置的移栽作业系统，所述开沟整形装置需配合旋耕装置或旋耕开沟装置使用，在开窄沟的同时完成土壤整平工作。

本发明的技术方案为：

一种开沟整形装置，其特征在于，设有中心轴和多个整形辊以及波纹盘，整形辊与波纹盘交替间隔设置，整形辊通过左右两个轴承安装在中心轴上，可在中心轴上自由旋转；波纹盘则固定安装在中心轴上，卡在相邻整形辊之间，由中心轴带动旋转。

一种移栽作业系统，用于联合作业机，其特征在于，包括旋耕开沟装置、开沟整形装置、栽植装置和覆土镇压装置；

所述旋耕开沟装置、开沟整形装置、栽植装置和覆土镇压装置自前向后依次安装在机架上，所述机架通过三点悬挂系统与牵引设备连接；

所述旋耕开沟装置设有旋耕刀和开沟刀，用于旋耕土壤的同时开畦沟；

所述开沟整形装置，设有中心轴和多个整形辊及波纹盘，整形辊与波纹盘交替间隔设置，整形辊通过左右两个轴承安装在中心轴上，可在中心轴上自由旋转，用于镇压整平土壤；所述波纹盘直径大于整形辊，固定安装在中心轴上，卡在相邻整形辊之间，由中心轴带动旋转，用于开移栽秧苗的窄沟；

所述栽植装置设有前后两排栽植单元，且前后两排栽植单元交错布置，使各个栽植单元对应的栽植区相互错开，且以联合作业机牵引设备行进方向上的中线为中心，各排栽植单元排左右对称，各栽植单元分别通过单独的四边形仿形机构与机架上的固定底座活动连接，联合作业机通过液压缸独立控制每个栽植单元的抬升与降落；

所述覆土镇压装置设有覆土镇压轮和一框型支架，所述框型支架包括左右两个侧杆和后方的横杆，所述旋耕开沟装置布置在框型支架的前部，所述开沟整形装置位于所述框型支架内，设置在旋耕开沟装置的后方，覆土镇压轮安装在所述横杆上，所述栽植装置设置在开沟整形装置与覆土镇压轮之间；所述侧杆由位于前段的固定梁和位于后段的主梁构成，固定梁的前端与机架固定连接，固定梁的后端通过横向的转动铰接轴与主梁连接；主梁前端的上方设有垂直支杆，固定梁通过油缸与所述支杆连接，油缸的一端与支杆的顶端铰接，另一端与固定梁铰接，通过油缸对覆土镇压轮施加压力，以调节覆土镇压轮对地面的镇压力。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

油缸的一端通过带有压力传感器的铰接支点与固定梁连接，所述压力传感器可采集油缸对支杆施加压力时，所受到的反向力，间接反应覆土镇压轮的地面镇压力。

所述栽植单元设有安装支架、仿形滑撬机构、秧苗箱、横向移箱机构和纵向送苗机构；

所述安装支架包括主梁和横向滑轨，仿形滑撬机构安装在主梁的下方，栽植单元通过仿形滑撬装置与地面接触；

秧苗箱倾斜的安装在横向滑轨上，并设有箱体框架结构和循环式传送带；

所述横向移箱机构设有往复螺杆，往复螺杆横向设置，通过轴座安装在主梁上，由驱动装置带动旋转，秧苗箱的箱体框架结构通过带动块与往复螺杆上的往复套连接，通过往复套实现横向的往复移箱；

所述纵向送苗结构包括棘轮机构和转动轴，所述棘轮机构包括棘轮轴和棘爪，棘轮轴和棘爪安装在秧苗箱的箱体框架结构上，传送带从棘轮轴上绕过，传送带与棘轮轴的接触面上设有与棘轮轴齿牙啮合的凸起阵列；所述转动轴横向设置，通过轴座安装在主梁上，由驱动装置带动旋转，转动轴上设有左右两个拨齿，当秧苗箱横移到左端或右端时，对应的拨齿在旋转过程中会拨动棘爪，通过棘爪的推动下使棘轮轴转过一定的角度，带动传送带移动，促使秧苗下降。

所述驱动装置为液压马达带动，所述液压马达通过液压系统驱动旋转，液压马达的输入液路上设有控制流量的电磁比例调节阀，液压马达的输出轴上安装有转速传感器，所述电磁比例调节阀的控制信号输入端、所述转速传感器的信号输出端与联合作业机的电控系统连接，由电控系统根据牵引设备行驶速度和转速传感器采集的信号，控制所述调节电磁比例调节阀的开度，完成对栽植速度的调节。

所述凸起阵列采用铆钉制成，铆钉头部位于传送带内表面，与棘轮轴啮合，尾部尖端位于传送带外表面，与秧苗接触。

所述秧苗箱设有与所述波纹盘一一对应的纵向滑道，相邻滑道之间通过挡板隔离，所述纵向滑道的下部镂空，传送带与秧苗接触的一面嵌在所述镂空的位置，与滑道表面顺滑过渡。

有益效果：

本发明开沟整形装置在开窄沟的同时，可实现滚压土壤达到整形土壤的作用，可显著提高作业效果，且结构设计简易，易于生产制造和使用。本发明移栽作业系统利用插秧机的工作原理，对现有的移栽装置进行改进，使插秧机的工作方式可用于旱地移栽上，且栽植装置具有良好的地面仿形效果，规划合理，结构紧凑，同时通过信号反馈系统，可对移栽作业系统的栽植速度进行精确的闭环控制，工作稳定，故障率低。

附图说明

图1为移栽联合作业机的整体结构示意图；

图2为移栽作业系统的结构示意图；

图3为移栽单元的结构示意图；

图4为移栽单元的局部结构示意图；

图5为移栽单元的局部结构示意图；

图6为移栽单元横向移箱机构的局部结构示意图；

图7为地轮装置的结构示意图；

图8为地轮装置悬浮臂的剖面结构示意图；

图9为电控系统的控制流程图；

图10为旋耕开沟装置、开沟整形装置与覆土镇压装置的结构示意图；

图11为图10的局部放大示意图；

图12为开沟整形装置的结构示意图；

图13为开沟整形装置的局部放大示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做具体的介绍。

如图1所示的一种移栽联合作业机，由移栽作业系统、地轮装置5、电控系统6、液压系统7、三点悬挂系统8、牵引设备9和机架等部分组成，机架的前端通过三点悬挂系统8与牵引设备9连接,。

所述移栽作业系统包括覆土镇压装置1、栽植装置2、开沟整形装置3、旋耕开沟装置4。

如图2、图10、图11所示，所述覆土镇压装置1设有多组镇压轮和一框型支架，所述框型支架由左右两个侧杆和后方的横杆构成，所述旋耕开沟装置6布置在框型支架的前端，所述开沟整形装置3位于所述框型支架内，设置在旋耕开沟装置6的后方，所述覆土镇压轮安装在所述横杆上，栽植装置2设置在开沟整形装置3与覆土镇压轮之间。所述侧杆由位于前段的固定梁10和位于后段的主梁12构成，固定梁10前端与机架固定连接，后端通过横向的转动铰接轴11与主梁12的前端铰接。主梁12前端的上方设有垂直支杆，固定梁通过油缸13与所述支杆连接，油缸13的底端通过带有压力传感器的铰接支点（支座）与主梁12连接，顶端通过油缸铰接轴与支杆的顶端连接。

所述压力传感器的信号输出端与电控系统6连接。油缸13与所述液压系统7连接，液压系统7的控制信号输入端与所述电控系统6连接，由电控系统6控制运行。电控系统6通过控制液压系统7来调节油缸13的伸缩运动，再通过主梁12等构成的杠杆结构，利用油缸13对覆土镇压轮施加压力，从而间接实现对镇压轮地面镇压力的调节。所述压力传感器用于检测铰接支点承受的压力，或者说油缸13对支杆施加压力时受到的反作用力，可间接反应覆土镇压轮的镇压力。

牵引设备9将发动机动力传递给中间传动箱23，所述中间传动箱23设有左右两个输出轴，其中，左侧输出轴20与通过第一变速箱19与旋耕开沟装置4的中心轴传动连接，通过中心轴带动开沟刀，所述第一变速箱优选采用齿轮变速箱；右侧输出轴与第二变速箱19传动连接，所述第二变速箱19的输出端设有正转连接轴16和反转连接轴18，所述正转连接轴16或反转连接轴18通过万向节15与第一链条传动箱14的输入轴传动连接，所述第一链条传动箱通过第二链条传动箱17与开沟整形装置3的中心轴传动连接。

所述栽植装置2设有三个独立的栽植单元，呈三角形排列，前后错开，以牵引设备行进方向上的中线为中心左右对称，每个栽植单元设有两个秧苗箱滑道，构成六行移栽。

所述栽植单元由安装支架、栽插臂201、传动箱202、纵向取苗量调节装置203、仿形滑撬装置204、秧苗箱205、横向移箱机构和纵向送苗机构等组件构成。

所述安装支架包括主梁206和横向滑轨，仿形滑撬装置204安装在主梁206的下方，栽植单元通过仿形滑撬装置204与地面接触，实现地面仿形。秧苗箱205倾斜的安装在横向滑轨上，包括箱体框架结构和循环式传送带。所述横向移箱机构包括往复螺杆212，往复螺杆212横向设置，通过轴座211安装在主梁206上，由外部的驱动装置带动旋转，秧苗箱205的箱体框架结构通过带动块214与往复螺杆212上的往复套213连接，通过往复套213实现往复的横向移箱。所述纵向送苗结构包括棘轮机构和转动轴216，所述棘轮机构包括棘轮轴219和棘爪217，棘轮轴219和棘爪217安装在秧苗箱205的箱体框架结构上，传送带218从棘轮轴219上绕过，传送带218与棘轮轴219的接触面上设有与棘轮轴219齿牙啮合的凸起阵列。所述转动轴216横向设置，通过其两端的轴座安装在主梁206上，由外部的驱动装置带动旋转，转动轴216上设有左右两个拨齿220，当秧苗箱205横移到左端或右端的极限位置时，对应的左端或右端拨齿220在旋转过程中会拨动到棘爪217，通过棘爪217的推动下使棘轮轴219转动，带动传送带218移动，促使传送带上的秧苗下移。

传送带上的凸起阵列可采用多个铆钉制成，铆钉穿透传送带，头部位于传送带218内表面，与棘轮轴219啮合，尾部尖端位于传送带218外表面，与秧苗接触，也可增加与秧苗的摩擦力。所述秧苗箱205可设置多个纵向滑道，每个滑道设置一个传送带，相邻滑道之间通过挡板隔离，纵向滑道的下部镂空，传送带与秧苗接触的一面嵌在所述镂空的位置，与滑道表面顺滑过渡。位于传送带上方的秧苗通过重力下降，下部秧苗则通过传送带带动下降到滑道下方的秧门处，秧苗箱横移过程中，栽插臂201通过秧门依次取苗，完成一排秧苗的取苗和载插，当秧苗箱205移动到端部，在纵向送苗机构的作用下，再降下一排秧苗，继续栽插。

上述驱动装置以及驱动栽插臂201的驱动装置优选采用液压马达，可采用同一液压马达动力源通过不同的传动机构，将动力传输到往复螺杆212、转动轴216和栽插臂201上。如图3、图4所示，往复螺杆212通过链轮210与液压马达传动连接，液压马达输出的动力通过传动箱215使转动轴216转动，栽插臂201、秧门及扶苗器等结构设计采用现有技术，此处不在详述。

所述液压马达与所述液压系统7连接，由液压系统7驱动旋转，液压系统7的控制信号输入端与所述电控系统6连接。液压马达的输入液路上设有控制流量的电磁比例调节阀，液压马达的输出轴上安装有第二转速传感器，所述电磁比例调节阀的控制信号输入端、所述第二转速传感器的信号输出端与电控系统6连接，由电控系统6根据牵引设备行驶速度、所述转速传感器反馈的栽植速度以及预设的行驶速度和栽植速度的匹配关系，控制所述调节电磁比例调节阀的开度，完成对栽植速度的调节。牵引设备的行驶速度可通过所述地轮装置5采集。

所述开沟整形系统3设有中心轴301以及七个整形辊302和六个波纹盘304，整形辊302与波纹盘304交替间隔设置，如图12所示，整形辊302通过左右两个轴承303安装在中心轴301上，可在中心轴301上自由转动；波纹盘304直径大于整形辊302，固定安装在中心轴301上，卡在相邻整形辊302之间，与中心轴301一起旋转，因为波纹盘304需要通过调节与万向节15连接的为正转连接轴16还是反转连接轴18从而产生不同的运动方向，而整形辊302需要被动的镇压土壤自由转动，在波纹盘304开窄沟的同时滚压土壤达到整形土壤的作用。中间传动箱23将动力变速变向后，通过右侧输出轴24和齿轮变速箱传递给旋耕开沟系统4，中间开畦沟，两边旋耕，达到旋耕土壤同时中间开沟的功能。

如图7所示，所述地轮装置5包括调节杆501、固定板502、悬浮臂505与地轮509。所述悬浮臂505的前后两端分别设有一横向的轴套，前部轴套内限位安装固定轴502，固定轴502的一端与机架连接，悬浮臂505通过固定轴504与机架铰接，使悬浮臂505可以固定轴504为中心上下摆动。后端轴套内限位安装地轮轴507，地轮509通过所述地轮轴507伸出悬浮臂505的部分，安装在悬浮臂505的外侧，地轮509转动带动地轮轴507同步旋转，所述后端轴套的内侧安装有第一转速传感器508，所述第一转速传感器508的输入端与地轮轴507传动连接，第一转速传感器508的信号输出端与联合作业机的电控系统6连接；所述悬浮臂505的中部设有左右贯通的横向轴孔，在横向轴孔的上方，悬浮臂505设有与横向轴孔连通的开口。

悬浮臂505设置固定板502的下方，固定板502的一端固定安装在机架上，所述调节杆501呈倒T型，由竖轴和底部横轴506构成，所述底部横轴506安装在所述横向轴孔内。所述固定板502上设有限位孔，竖轴上部穿过所述限位孔，竖轴底端通过悬浮臂开口插入悬浮臂505内，与底部横轴506连接。所述悬浮臂开口为沿前后方向延伸的长孔，随着地形的变化，当悬浮臂505以固定轴504为中心做上下方向的弧形摆动时，使底部横轴506可在悬浮臂505内转动，防止机构卡死。

调节杆501的竖轴在所述固定板502与悬浮臂505之间的部位套有弹簧503，所述弹簧503的上、下两端抵触在固定板502和悬浮臂505上，通过悬浮臂505将地轮509压紧在地面上。所述地轮509的外表面均匀设置有8个防止打滑的圆柱形凸起。

本实施例中，所述第一转速传感器508采用旋转编码器，如图8所示，地轮轴507通过轴承515、卡簧固定在浮动臂套筒内，转速传感器508与传感器固定板512通过螺钉511固定，传感器固定板512与浮动臂套筒通过焊合513连接，旋转编码器输入端的轴头与地轮轴507通过紧定螺钉514固定，防止轴头与地轮轴507之间的相对转动。

所述电控系统6设有PLC控制单元，所述液压马达的输入液路上设有控制流量的电磁比例调节阀，所述电磁比例调节阀的控制信号输入端与所述电控系统6的PLC控制器连接，PLC控制单元将控制信号经过D/A转换后发送给电磁比例调节阀。液压马达连接栽植单元的传动轴上安装有第二转速传感器，所述第二转速传感器也与电控系统6的PLC控制单元连接。电控系统6根据第一转速传感器反馈的行进速度信号和第二转速传感器反馈的栽植速度信号，调节栽植机构的工作速度，当第一转速传感器508反馈的作业机行进速度与第二转速传感器反馈的栽植速度不匹配时，根据预设规则，如均值算法、差分算法等进行数据处理，根据处理结果对电磁比例调节阀进行反馈控制，控制调节电磁比例调节阀的开度，完成对栽植速度的调节。

所述覆土镇压系统1设有六个覆土镇压轮，采用300mm、300mm、450mm、300mm、300mm间距分布，由于中间需要开畦沟，故中间间距为450mm，相比于其它间距较大。此间距与栽植系统5的六个栽插臂201和开沟整形系统3中的六个波纹盘为一一对应关系。

本实施例中，三点悬挂系统、四边形仿形机构、四边仿形机构与液压缸构成的抬升机构为现有技术，此处不再详述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种开沟整形装置，其特征在于，设有中心轴（301）和多个整形辊（302）以及波纹盘（304），所述整形辊（302）与波纹盘（304）交替间隔设置，整形辊（302）通过左右两个轴承（303）安装在中心轴（301）上，可在中心轴（301）上自由旋转；波纹盘（304）直径大于整形辊（302），固定安装在中心轴（301）上，卡在相邻整形辊（302）之间，由中心轴（301）带动旋转。

2.一种移栽作业系统，用于联合作业机，其特征在于，包括旋耕开沟装置（4）、开沟整形装置（3）、栽植装置（2）和覆土镇压装置（1）；

所述旋耕开沟装置（4）、开沟整形装置（3）、栽植装置（2）和覆土镇压装置（1）自前向后依次安装在机架上，所述机架通过三点悬挂系统（8）与前方的牵引设备（9）连接；

所述旋耕开沟装置（4）设有旋耕刀和开沟刀，用于旋耕土壤的同时开畦沟；

所述开沟整形装置（3），设有中心轴（301）和多个整形辊（302）及波纹盘（304），整形辊（302）与波纹盘（304）交替间隔设置，整形辊（302）通过左右两个轴承（303）安装在中心轴（301）上，可在中心轴（301）上自由旋转，用于镇压整平土壤；波纹盘（304）直径大于整形辊（302），固定安装在中心轴（301）上，卡在相邻整形辊（302）之间，由中心轴（301）带动旋转，用于开栽植秧苗的窄沟；

所述栽植装置（2）设有前后两排栽植单元，且前后两排栽植单元交错布置，使每个栽植单元对应的栽植区相互错开，且以联合作业机牵引设备行进方向上的中线为中心，各排栽植单元排左右对称，各栽植单元分别通过单独的四边形仿形机构与机架上的固定底座（208）活动连接，联合作业机通过液压缸（209）独立控制每个栽植单元的抬升与降落；

所述覆土镇压装置（1）设有覆土镇压轮和一框型支架，所述框型支架包括左右两个侧杆和后方的横杆，所述旋耕开沟装置（6）布置在框型支架的前部，所述开沟整形装置（3）位于所述框型支架内，设置在旋耕开沟装置（6）的后方，覆土镇压轮安装在所述横杆上，所述栽植装置（2）设置在开沟整形装置（3）与覆土镇压轮之间；所述侧杆由位于前段的固定梁（10）和位于后段的主梁（12）构成，固定梁（10）的前端与机架固定连接，固定梁（10）的后端通过横向的转动铰接轴（11）与主梁（12）连接；主梁（12）前端的上方设有垂直支杆，固定梁通过油缸（13）与所述支杆连接，油缸（13）的一端与支杆的顶端铰接，另一端与固定梁（10）铰接，通过油缸（13）对覆土镇压轮施加压力，以调节覆土镇压轮对地面的镇压力。

3.根据权利要求2所述的一种移栽作业系统，其特征在于，油缸（13）的一端通过带有压力传感器的铰接支点与固定梁（10）连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种移栽作业系统，其特征在于：

所述栽植单元（2）设有安装支架、仿形滑撬机构（204）、秧苗箱（205）、横向移箱机构和纵向送苗机构；

所述安装支架包括主梁（206）和横向滑轨，仿形滑撬机构（204）安装在主梁（206）的下方，栽植单元通过仿形滑撬装置（204）与地面接触；

秧苗箱（205）倾斜安装在横向滑轨上，包括箱体框架结构和循环式传送带（218）；

所述横向移箱机构设有往复螺杆（212），往复螺杆（212）横向设置，通过轴座安装在主梁（206）上，由驱动装置带动旋转，秧苗箱（205）的箱体框架结构通过带动块（214）与往复螺杆（212）上的往复套（213）连接，通过往复套（213）实现横向的往复移动；

所述纵向送苗结构包括棘轮机构和转动轴（216），所述棘轮机构包括棘轮轴（219）和棘爪（217），棘轮轴（219）和棘爪（217）安装在秧苗箱（205）的箱体框架结构上，传送带（218）从棘轮轴（219）上绕过，传送带（218）与棘轮轴（219）的接触面上设有与棘轮轴（219）齿牙啮合的凸起阵列；所述转动轴（216）横向设置，通过轴座安装在主梁（206）上，由驱动装置带动旋转，转动轴（216）上设有左右两个拨齿（220），当秧苗箱（205）横移到左/右端时，对应的拨齿（220）在旋转过程中会拨动棘爪（217），通过棘爪（217）的推动下使棘轮轴（219）转过一定的角度，带动传送带（218）移动，促使秧苗下降。

5.根据权利要求4所述的一种移栽作业系统，其特征在于：

所述驱动装置为液压马达带动，所述液压马达通过液压系统驱动旋转，液压马达的输入液路上设有控制流量的电磁比例调节阀，液压马达的输出轴上安装有转速传感器，所述电磁比例调节阀的控制信号输入端、所述转速传感器的信号输出端与联合作业机的电控系统（6）连接，由电控系统（6）根据牵引设备行驶速度和转速传感器采集的信号，控制所述调节电磁比例调节阀的开度，完成对栽植速度的调节。

6.根据权利要求4所述的一种移栽作业系统，其特征在于，所述凸起阵列采用铆钉制成，铆钉头部位于传送带（218）内表面，与棘轮轴（219）啮合，尾部尖端位于传送带（218）外表面，与秧苗接触。

7.根据权利要求4所述的一种移栽作业系统，其特征在于，所述秧苗箱（205）设有与所述波纹盘（304）一一对应的纵向滑道，相邻滑道之间通过挡板隔离，所述纵向滑道的下部镂空，传送带与秧苗接触的一面嵌在所述镂空的位置，与滑道表面顺滑过渡。