CN111201982B - 林木根系保护式移植的土球切割机构及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种林木根系保护式移植的土球切割机构，包括机械臂，所述机械臂的末端下侧通过机械关节连接有斜向的挖树执行臂，所述挖树执行臂的下端连接有土球切割机构，所述土球切割机构能将待挖树体的根部所在位置的土壤切割成圆锥状的根系保护土球；本发明的结构简单，采用旋转式的土球切割刀结构，避免了结构复杂，而且成本高昂的抓取式机械手结构，旋转一周后切割出锥形的土球，从而实现了对移植树体的根系保护。

Description

林木根系保护式移植的土球切割机构及其工作方法
技术领域
本发明属于根系保护领域。
背景技术
现有的挖树机构采用抓取式机械手插入地下，然后机械手向内合拢后自动挖起树体，其挖树机械手结构至少需要设置六个液压关节协作，其机构复杂，成本巨大。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种旋转式切割的林木根系保护式移植的土球切割机构及其工作方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的林木根系保护式移植的土球切割机构，包括机械臂，所述机械臂的末端下侧通过机械关节连接有斜向的挖树执行臂，所述挖树执行臂的下端连接有土球切割机构，所述土球切割机构能将待挖树体的根部所在位置的土壤切割成圆锥状的根系保护土球。
进一步的，所述土球切割机构包括竖向贯通的筒体状定子，左右对称的两所述挖树执行臂的下端分别固定连接所述筒体状定子的上端左右两侧；挖树执行臂能带动筒体状定子水平运动和上下运动；
所述筒体状定子的筒壁前侧镂空开设有上下贯通的第一镂空槽，所述第一镂空槽的槽宽大于所述待挖树体的外径，所述筒体状定子的外侧同轴心转动设置有环体状转子，所述环体状转子能沿所述筒体状定子旋转；还包括能插入土壤地面以下的土球切割刀，所述土球切割刀与环体状转子同步沿筒体状定子轴线旋转，土球切割刀沿筒体状定子轴线旋转能切割出成圆锥状的根系保护土球。
进一步的，所述环体状转子上也镂空开设有竖向贯通的第二镂空槽，所述第二镂空槽的槽宽与所述第一镂空槽的槽宽相同；所述环体状转子沿筒体状定子轴线旋转能使所述第二镂空槽与第一镂空槽重合；
所述第二镂空槽与第一镂空槽重合后，待挖树体的树干能沿水平方方向依次穿过第二镂空槽和第一镂空槽进入筒体状定子的筒内轴心处。
进一步的，所述筒体状定子的外壁上同轴心设置有一圈环形的滑槽，所述环体状转子的内壁同轴心设置有一圈与所述滑槽配合的环形内缘，所述环形内缘与所述滑槽滑动配合。
进一步的，所述环体状转子的左右两侧对称固定连接有向下延伸的第一支撑臂和第二支撑臂，所述第一支撑臂和第二支撑臂的下端分别固定连接有左右对称的第一弧形齿条和第二圆弧形齿条，所述第一弧形齿条和第二圆弧形齿条的弧形圆心均与所述筒体状定子的轴线延伸线重合；所述第一弧形齿条与第二圆弧形齿条之间还设置有第三圆弧齿条；
所述筒体状定子下端的后侧固定连接有向左右两侧延伸的固定梁，所述固定梁左右两端下侧分别固定连接有第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机的输出端分别驱动连接有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮分别于第一弧形齿条、第二圆弧形齿条内侧的齿体啮合连接；
所述土球切割刀为下尖上宽的弧片结构，且所述土球切割刀的下端朝内侧倾斜，所述土球切割刀沿筒体状定子轴线旋转一周后所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形。
进一步的，所述内齿圈前侧的缺口的圆心角小于90°。
进一步的，所述第一弧形齿条、第二圆弧形齿条上分别左右对称固定连接有朝后上方倾斜延伸的第一斜支撑.和第二斜支撑.，所述第一斜支撑.和第二斜支撑.的上方共同固定支撑连接有横向的液压缸支撑梁，所述液压缸支撑梁上固定安装有沿土球切割刀长度方向延伸的液压缸，所述液压缸的推杆末端固定连接所述第三圆弧齿条上侧面，所述液压缸能带动所述第三圆弧齿条随推杆运动；
当推杆处于伸长状态下，所述第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口的内齿圈，所述第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的组合所构成的内齿圈的内壁为一圈所述齿体。
进一步的，所述土球切割刀的弧片结构的所在弧形面与所形成的所述根系保护土球的锥面重合。
进一步的，林木根系保护式移植的土球切割机构的土球切割方法，包括如下步骤：
步骤一，初始状态下，控制液压缸，使液压缸的推杆收缩，从而使推杆带动第三圆弧齿条和土球切割刀沿推杆方向向上位移，使第三圆弧齿条高于第一弧形齿条和第二圆弧形齿条，从而使第三圆弧齿条、第一弧形齿条和第二圆弧形齿条处于相互分离状态；并且使土球切割刀下端的尖端与第一弧形齿条和第二圆弧形齿条的所在高度等高；
与此同时，初始状态下控制环体状转子沿筒体状定子轴线旋转使第二镂空槽与第一镂空槽处于重合状态；
步骤二，控制挖树执行臂，进而带动筒体状定子水平运动，使待挖树体的树干沿水平方方向依次穿过第二镂空槽和第一镂空槽进入筒体状定子的筒内轴心处；并且控制挖树执行臂，进而带动筒体状定子向下运动，从而带动第一弧形齿条、第二圆弧形齿条向下运动到接触到土壤地面上表面；此时土球切割刀下端的尖端也刚好接触到土壤地面上表面；
步骤三，控制液压缸的推杆做伸长运动，从而使第三圆弧齿条和土球切割刀沿推杆斜向向下位移，从而使土球切割刀下端的尖端逐渐向下斜插入土壤地面中，在液压缸的推杆做伸长至预定长度后土球切割刀完全陷入土壤地面中，而且此时推杆的伸长状态下，所述第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口的内齿圈，而且第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的组合所构成的内齿圈的内壁为一圈所述齿体，而且此时第一齿轮和第二齿轮都与内齿圈内壁为一圈齿体啮合；
步骤四，同时控制第一电机和第二电机的输出端，使第一齿轮和第二齿轮始终做转速相等的旋转运动，从而在第一齿轮和第二齿轮的带动下第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的组合所构成的内齿圈会沿筒体状定子的轴心旋转至少360°，虽然内齿圈存在一个缺口，但是无论内齿圈旋转至什么角度，第一齿轮和第二齿轮中的至少一个齿轮会与内齿圈内圈的一圈齿体啮合，从而保证了内齿圈旋转的顺畅性；
当土球切割刀跟着第一弧形齿条、第二圆弧形齿条和第三圆弧齿条的组合所构成的内齿圈旋转360°后，土球切割刀所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形，从而待挖树体的根部所在位置的土壤已经被切割成圆锥状的根系保护土球。
有益效果：本发明的结构简单，采用旋转式的土球切割刀结构，避免了结构复杂，而且成本高昂的抓取式机械手结构，旋转一周后切割出锥形的土球，从而实现了对移植树体的根系保护。
附图说明
附图1为该装置的整体切割土球时的示意图；
附图2为树体以及树体下端根系保护土球示意图；
附图3为该装置侧视图(推杆处于伸长状态)；
附图4为该装置立体示意图(推杆处于收缩状态)；
附图5为该装置的根系保护土球刚好切割完成后的示意图；
附图6为附图4的第二视角示意图；
附图7为在附图6的基础上，推杆伸长后的示意图；
附图8的附图7的剖视图；
附图9为该装置的俯视图；
附图10为该装置的仰视图(推杆处于收缩状态)；
附图11为该装置的齿轮传动示意图；
附图12为土球切割刀结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至12所示的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：包括机械臂1，机械臂1的末端下侧通过机械关节2连接有斜向的挖树执行臂4，挖树执行臂4的下端连接有土球切割机构，土球切割机构能将待挖树体3的根部所在位置的土壤切割成圆锥状的根系保护土球5。
土球切割机构包括竖向贯通的筒体状定子7，左右对称的两挖树执行臂4的下端分别固定连接筒体状定子7的上端左右两侧；挖树执行臂4能带动筒体状定子7水平运动和上下运动；
筒体状定子7的筒壁前侧镂空开设有上下贯通的第一镂空槽21，第一镂空槽21的槽宽大于待挖树体3的外径，筒体状定子7的外侧同轴心转动设置有环体状转子6，环体状转子6能沿筒体状定子7旋转；还包括能插入土壤地面05以下的土球切割刀19，土球切割刀19与环体状转子6同步沿筒体状定子7轴线旋转，土球切割刀19沿筒体状定子7轴线旋转能切割出成圆锥状的根系保护土球5。
环体状转子6上也镂空开设有竖向贯通的第二镂空槽22，第二镂空槽22的槽宽与第一镂空槽21的槽宽相同；环体状转子6沿筒体状定子7轴线旋转能使第二镂空槽22与第一镂空槽21重合；
第二镂空槽22与第一镂空槽21重合后，待挖树体3的树干能沿水平方方向依次穿过第二镂空槽22和第一镂空槽21进入筒体状定子7的筒内51轴心处。
筒体状定子7的外壁上同轴心设置有一圈环形的滑槽17，环体状转子6的内壁同轴心设置有一圈与滑槽17配合的环形内缘16，环形内缘16与滑槽17滑动配合。
环体状转子6的左右两侧对称固定连接有向下延伸的第一支撑臂8和第二支撑臂9，第一支撑臂8和第二支撑臂9的下端分别固定连接有左右对称的第一弧形齿条10和第二圆弧形齿条11，第一弧形齿条10和第二圆弧形齿条11的弧形圆心均与筒体状定子7的轴线延伸线重合；第一弧形齿条10与第二圆弧形齿条11之间还设置有第三圆弧齿条18；
筒体状定子7下端的后侧固定连接有向左右两侧延伸的固定梁15，固定梁15左右两端下侧分别固定连接有第一电机25和第二电机24，第一电机25和第二电机24的输出端分别驱动连接有第一齿轮27和第二齿轮26，第一齿轮27和第二齿轮26分别于第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11内侧的齿体28啮合连接；
土球切割刀19为下尖上宽的弧片结构，且土球切割刀19的下端朝内侧倾斜，土球切割刀19沿筒体状定子7轴线旋转一周后所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形，为了降低切割阻力，本实施例的土球切割刀19的弧片结构的所在弧形面与所形成的根系保护土球5的锥面重合。
第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11上分别左右对称固定连接有朝后上方倾斜延伸的第一斜支撑14.2和第二斜支撑14.1，第一斜支撑14.2和第二斜支撑14.1的上方共同固定支撑连接有横向的液压缸支撑梁13，液压缸支撑梁13上固定安装有沿土球切割刀19长度方向延伸的液压缸12，液压缸12的推杆20末端固定连接第三圆弧齿条18上侧面，液压缸12能带动第三圆弧齿条18随推杆20运动；
当推杆20处于伸长状态下，第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口23的内齿圈100，第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的组合所构成的内齿圈100的内壁为一圈齿体28，本实施例的内齿圈100前侧的缺口23的圆心角小于90°。
本装置的土球切割方法与工作原理，具体包括如下步骤：
步骤一，初始状态下，控制液压缸12，使液压缸12的推杆20收缩，从而使推杆20带动第三圆弧齿条18和土球切割刀19沿推杆20方向向上位移，使第三圆弧齿条18高于第一弧形齿条10和第二圆弧形齿条11，从而使第三圆弧齿条18、第一弧形齿条10和第二圆弧形齿条11处于相互分离状态；并且使土球切割刀19下端的尖端41与第一弧形齿条10和第二圆弧形齿条11的所在高度等高；
与此同时，初始状态下控制环体状转子6沿筒体状定子7轴线旋转使第二镂空槽22与第一镂空槽21处于重合状态；
步骤二，控制挖树执行臂4，进而带动筒体状定子7水平运动，使待挖树体3的树干沿水平方方向依次穿过第二镂空槽22和第一镂空槽21进入筒体状定子7的筒内51轴心处；并且控制挖树执行臂4，进而带动筒体状定子7向下运动，从而带动第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11向下运动到接触到土壤地面05上表面；此时土球切割刀19下端的尖端41也刚好接触到土壤地面05上表面；
步骤三，控制液压缸12的推杆20做伸长运动，从而使第三圆弧齿条18和土球切割刀19沿推杆20斜向向下位移，从而使土球切割刀19下端的尖端41逐渐向下斜插入土壤地面05中，在液压缸12的推杆20做伸长至预定长度后土球切割刀19完全陷入土壤地面05中，而且此时推杆20的伸长状态下，第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口23的内齿圈100，而且第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的组合所构成的内齿圈100的内壁为一圈齿体28，而且此时第一齿轮27和第二齿轮26都与内齿圈100内壁为一圈齿体28啮合；
步骤四，同时控制第一电机25和第二电机24的输出端，使第一齿轮27和第二齿轮26始终做转速相等的旋转运动，从而在第一齿轮27和第二齿轮26的带动下第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的组合所构成的内齿圈100会沿筒体状定子7的轴心旋转至少360°，虽然内齿圈100存在一个缺口23，但是无论内齿圈100旋转至什么角度，第一齿轮27和第二齿轮26中的至少一个齿轮会与内齿圈100内圈的一圈齿体28啮合，从而保证了内齿圈100旋转的顺畅性；
当土球切割刀19跟着第一弧形齿条10、第二圆弧形齿条11和第三圆弧齿条18的组合所构成的内齿圈100旋转360°后，土球切割刀19所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形，从而待挖树体3的根部所在位置的土壤已经被切割成圆锥状的根系保护土球5。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：包括机械臂(1)，所述机械臂(1)的末端下侧通过机械关节(2)连接有斜向的挖树执行臂(4)，所述挖树执行臂(4)的下端连接有土球切割机构，所述土球切割机构能将待挖树体(3)的根部所在位置的土壤切割成圆锥状的根系保护土球(5)；
所述土球切割机构包括竖向贯通的筒体状定子(7)，左右对称的两所述挖树执行臂(4)的下端分别固定连接所述筒体状定子(7)的上端左右两侧；挖树执行臂(4)能带动筒体状定子(7)水平运动和上下运动；
所述筒体状定子(7)的筒壁前侧镂空开设有上下贯通的第一镂空槽(21)，所述第一镂空槽(21)的槽宽大于所述待挖树体(3)的外径，所述筒体状定子(7)的外侧同轴心转动设置有环体状转子(6)，所述环体状转子(6)能沿所述筒体状定子(7)旋转；还包括能插入土壤地面(05)以下的土球切割刀(19)，所述土球切割刀(19)与环体状转子(6)同步沿筒体状定子(7)轴线旋转，土球切割刀(19)沿筒体状定子(7)轴线旋转能切割出成圆锥状的根系保护土球(5)；
所述环体状转子(6)上也镂空开设有竖向贯通的第二镂空槽(22)，所述第二镂空槽(22)的槽宽与所述第一镂空槽(21)的槽宽相同；所述环体状转子(6)沿筒体状定子(7)轴线旋转能使所述第二镂空槽(22)与第一镂空槽(21)重合；
所述第二镂空槽(22)与第一镂空槽(21)重合后，待挖树体(3)的树干能沿水平方方向依次穿过第二镂空槽(22)和第一镂空槽(21)进入筒体状定子(7)的筒内(51)轴心处。
2.根据权利要求1所述的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：所述筒体状定子(7)的外壁上同轴心设置有一圈环形的滑槽(17)，所述环体状转子(6)的内壁同轴心设置有一圈与所述滑槽(17)配合的环形内缘(16)，所述环形内缘(16)与所述滑槽(17)滑动配合。
3.根据权利要求2所述的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：所述环体状转子(6)的左右两侧对称固定连接有向下延伸的第一支撑臂(8)和第二支撑臂(9)，所述第一支撑臂(8)和第二支撑臂(9)的下端分别固定连接有左右对称的第一弧形齿条(10)和第二圆弧形齿条(11)，所述第一弧形齿条(10)和第二圆弧形齿条(11)的弧形圆心均与所述筒体状定子(7)的轴线延伸线重合；所述第一弧形齿条(10)与第二圆弧形齿条(11)之间还设置有第三圆弧齿条(18)；
所述筒体状定子(7)下端的后侧固定连接有向左右两侧延伸的固定梁(15)，所述固定梁(15)左右两端下侧分别固定连接有第一电机(25)和第二电机(24)，所述第一电机(25)和第二电机(24)的输出端分别驱动连接有第一齿轮(27)和第二齿轮(26)，所述第一齿轮(27)和第二齿轮(26)分别于第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)内侧的齿体(28)啮合连接；
所述土球切割刀(19)为下尖上宽的弧片结构，且所述土球切割刀(19)的下端朝内侧倾斜，所述土球切割刀(19)沿筒体状定子(7)轴线旋转一周后所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形。
4.根据权利要求3所述的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：所述第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)上分别左右对称固定连接有朝后上方倾斜延伸的第一斜支撑(14.2)和第二斜支撑(14.1)，所述第一斜支撑(14.2)和第二斜支撑(14.1)的上方共同固定支撑连接有横向的液压缸支撑梁(13)，所述液压缸支撑梁(13)上固定安装有沿土球切割刀(19)长度方向延伸的液压缸(12)，所述液压缸(12)的推杆(20)末端固定连接所述第三圆弧齿条(18)上侧面，所述液压缸(12)能带动所述第三圆弧齿条(18)随推杆(20)运动；
当推杆(20)处于伸长状态下，所述第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口(23)的内齿圈(100)，所述第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的组合所构成的内齿圈(100)的内壁为一圈所述齿体(28)。
5.根据权利要求4所述的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：所述内齿圈(100)前侧的缺口(23)的圆心角小于90°。
6.根据权利要求5所述的林木根系保护式移植的土球切割机构，其特征在于：所述土球切割刀(19)的弧片结构的所在弧形面与所形成的所述根系保护土球(5)的锥面重合。
7.根据权利要求6所述的林木根系保护式移植的土球切割机构的土球切割方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，初始状态下，控制液压缸(12)，使液压缸(12)的推杆(20)收缩，从而使推杆(20)带动第三圆弧齿条(18)和土球切割刀(19)沿推杆(20)方向向上位移，使第三圆弧齿条(18)高于第一弧形齿条(10)和第二圆弧形齿条(11)，从而使第三圆弧齿条(18)、第一弧形齿条(10)和第二圆弧形齿条(11)处于相互分离状态；并且使土球切割刀(19)下端的尖端(41)与第一弧形齿条(10)和第二圆弧形齿条(11)的所在高度等高；
与此同时，初始状态下控制环体状转子(6)沿筒体状定子(7)轴线旋转使第二镂空槽(22)与第一镂空槽(21)处于重合状态；
步骤二，控制挖树执行臂(4)，进而带动筒体状定子(7)水平运动，使待挖树体(3)的树干沿水平方方向依次穿过第二镂空槽(22)和第一镂空槽(21)进入筒体状定子(7)的筒内(51)轴心处；并且控制挖树执行臂(4)，进而带动筒体状定子(7)向下运动，从而带动第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)向下运动到接触到土壤地面(05)上表面；此时土球切割刀(19)下端的尖端(41)也刚好接触到土壤地面(05)上表面；
步骤三，控制液压缸(12)的推杆(20)做伸长运动，从而使第三圆弧齿条(18)和土球切割刀(19)沿推杆(20)斜向向下位移，从而使土球切割刀(19)下端的尖端(41)逐渐向下斜插入土壤地面(05)中，在液压缸(12)的推杆(20)做伸长至预定长度后土球切割刀(19)完全陷入土壤地面(05)中，而且此时推杆(20)的伸长状态下，所述第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的结合所形成的组合结构构成前侧设置有缺口(23)的内齿圈(100)，而且第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的组合所构成的内齿圈(100)的内壁为一圈所述齿体(28)，而且此时第一齿轮(27)和第二齿轮(26)都与内齿圈(100)内壁为一圈齿体(28)啮合；
步骤四，同时控制第一电机(25)和第二电机(24)的输出端，使第一齿轮(27)和第二齿轮(26)始终做转速相等的旋转运动，从而在第一齿轮(27)和第二齿轮(26)的带动下第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的组合所构成的内齿圈(100)会沿筒体状定子(7)的轴心旋转至少360°，虽然内齿圈(100)存在一个缺口(23)，但是无论内齿圈(100)旋转至什么角度，第一齿轮(27)和第二齿轮(26)中的至少一个齿轮会与内齿圈(100)内圈的一圈齿体(28)啮合，从而保证了内齿圈(100)旋转的顺畅性；
当土球切割刀(19)跟着第一弧形齿条(10)、第二圆弧形齿条(11)和第三圆弧齿条(18)的组合所构成的内齿圈(100)旋转360°后，土球切割刀(19)所扫过的区域构成下尖上粗的圆锥形，从而待挖树体(3)的根部所在位置的土壤已经被切割成圆锥状的根系保护土球(5)。
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