CN111264128A - 一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机 - Google Patents

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岳丹丹
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陈理
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张震邦
许健
冉晓
梁荣轩
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刘强
罗安生
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Abstract

本发明涉及一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，包括挖穴机构、自动升降机构、行走机构、支撑机构、控制系统、机架；支撑机构位于机架的下端，挖穴机构通过自动升降机构安装在机架上，机架立起时，挖穴机构相对于机架升降；行走机构位于机架的一侧，机架倾斜时，行走机构与地面接触，支撑机构抬离地面。本发明具有行使动力、整机结构紧凑、具有自动进给与回程功能，操纵方便，可减轻操作人员劳动强度，能够有效的解决我国山地果园在果树苗种植与果树施肥过程中挖掘洞穴作业人工劳动强度大、成本高、效率低、质量差的难题，属于农业机械技术领域。

Description

一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自 走式挖穴机
技术领域
本发明涉及一种农业机械，具体涉及一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机。
背景技术
随着我国丘陵山区水果行业的快速发展，解决因传统悬挂式、牵引式挖穴机等大型挖穴机无法适应山地果园环境，以及便携式挖穴机整机移动困难，而造成的丘陵山地果园挖穴人工劳动强度大的问题迫在眉睫。
山东曲阜永惠机械设备厂研制的悬挂式挖穴机，挖穴装置通过三点式悬挂于拖拉机上，适用于平原大面积作业，缺点：适用区域受限制，不适用于山地果园作业。
山东维信农业科技有限公司研制的自走式挖穴机，挖穴机采用风冷单缸二冲程汽油机作为动力源，将驾驶与挖穴操作平台集成一体，钻头前置，1-2名操作员就可完成各种洞穴的挖掘工作，缺点：适用区域受限制，不适用于山地果园作业。
曲阜市华圣机械设备有限公司研制的手提式挖穴机，挖穴机需要两个操作员完成挖穴作业，采用单缸风冷二冲程汽油机作为动力源，传动方式为齿轮变速传动，整机重量为10.7kg，根据农艺要求可更换钻头，缺点：采用汽油机作为动力源，不环保；其次没有驱动机构，挖穴机搬运不方便。
荷兰DAMCON公司研制的两种挖穴机(DAMCON,2018)，其中一种可在挖穴装置上安装1-3个钻头，从而提高挖穴效率，另一种配置液压快速释放系统，在挖穴进给作业完成后，能快速完成回程运动，从而提高挖穴效率，其行走机构采用履带式，具有较高的道路适应能力，缺点：挖穴机构悬挂于运输车上，不适用于山地作业。
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：提供一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，体积小巧且单人即可操作，尤其适用于山地果园的挖穴。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，包括挖穴机构、自动升降机构、行走机构、支撑机构、控制系统、机架；支撑机构位于机架的下端，挖穴机构通过自动升降机构安装在机架上，机架立起时，挖穴机构相对于机架升降；行走机构位于机架的一侧，机架倾斜时，行走机构与地面接触，支撑机构抬离地面。采用这种结构后，该挖穴机具有行驶动力、整机结构紧凑、能够自动完成进给行程与复位行程，能够有效的解决我国山地果园在果树苗种植与果树施肥过程中挖掘洞穴作业人工劳动强度大、成本高、效率低、质量差的难题。
作为一种优选，自动升降机构包括丝杠螺母组件、导向组件、传动组件、驱动组件；驱动组件通过传动组件带动丝杠螺母组件中的滚珠丝杆转动，从而丝杠螺母组件中的丝杆螺母上下平移，丝杆螺母带动挖穴机构在导向组件的导向作用下上下平移。
作为一种优选，丝杠螺母组件包括一根滚珠丝杆、一个丝杆螺母、两个滚珠丝杆底座，滚珠丝杆通过两个滚珠丝杆底座安装在机架上，丝杆螺母与滚珠丝杆螺纹连接，丝杆螺母与挖穴机构相接；导向组件包括两根光轴、四个光轴底座、四个滑块轴承，两根光轴通过四个光轴底座安装在机架上，每根光轴对应套接两个滑块轴承，挖穴机构与四个滑块轴承相接；传动组件为带传动组件；驱动组件为直流电机。采用这种结构后，自动升降机构具有两个下降速度、单个上升速度，两个下降速度工作原理相同。
作为一种优选，一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，还包括两个限制挖穴机构上下行位置的行程开关。
作为一种优选，挖穴机构包括直流电机、转换头、销钉、螺旋钻头；直流电机和螺旋钻头通过转换头和销钉可装拆式连接。
作为一种优选，行走机构包括两个轮毂电机、万向轮和支撑杆；轮毂电机安装在机架一侧的下部，支撑杆角度可调式安装在机架一侧的上部，支撑杆的另一端接万向轮；轮毂电机和万向轮均与地面接触时，机架倾斜，支撑机构抬离地面。采用这种结构后，通过控制轮毂电机控制把手，进而控制轮毂电机的转动与否，从而实现挖穴机构进行直线运动还是转弯。
作为一种优选，支撑机构包括四个支撑脚、一个活动支架、摆动调节组件；活动支架与机架通过销钉连接，两个支撑脚安装在活动支架的下端，两个支撑脚安装在机架的下端，摆动调节组件安装在活动支架与机架之间调节活动支架和机架的摆角。采用这种结构后，可以保证挖穴机构在一定坡度的条件下工作时保证钻头平稳入土。
作为一种优选，摆动调节组件包括两根连接杆、两个定位齿轮、两个定位手把；两个定位盘固定在机架的两侧；定位手把安装在机架上，控制连接杆的摆动，定位手把设有与定位盘配合限制连接杆摆动的锁紧件；两根连接杆左右对称设置，连接杆从前下方往后上方倾斜，连接杆的下端与活动支架通过销钉连接，连接杆的上端与定位手把通过销钉连接。
作为一种优选，每个轮毂电机均设置一个电源开关，电源开关设置在电门手把上；需要单侧轮毂电机转动实现转弯时，关闭一侧电源开关。
作为一种优选，控制系统包括通过控制电流方向进而控制挖穴机构和自动升降机构的直流电机正反转的电磁继电器，还包括改变自动升降机构的直流电机的接通电压以改变该直流电机转速的降压模块，还包括防止电流过载的保险丝，还包括挖穴机倾斜时断开挖穴机构的直流电机工作电路的防侧倾模块。
本发明的原理是：调节万向轮使其与机架呈90°状态，操作员通过电门手把将挖穴机调整至行走姿态。闭合挖穴机总电源开关，旋转电门手把，轮毂电机开始为挖穴机提供行走动力，当挖穴机行走至工作地点后，调节万向轮使其呈现原始状态，调节支撑机构，使螺旋钻头垂直于地面，即为挖穴姿态。闭合挖穴开关，用于旋转的直流电机带动螺旋钻头进行旋转运动，用于升降的直流电机带动挖穴机构进行进给运动，螺旋钻头逐渐下降，螺旋钻头依次包括钻尖、刀片、螺旋叶片，钻尖最先钻进土层，定位洞穴的中心点，进一步刀片钻进土层切削土壤，螺旋叶片将土壤输送到洞穴的周围。当挖穴机构下降至预定位置时，下方的滑块轴承将触碰下行程开关，此时用于升降的直流电机反转、用于旋转的直流电机停止工作，挖穴机构将被提起，当提升至预定位置时，上方的滑块轴承将触碰上行程开关，此时用于升降的直流电机停止工作。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.挖穴机具有行使动力、整机结构紧凑、具有自动进给与回程功能，操纵方便，可减轻操作人员劳动强度，能够有效的解决我国山地果园在果树苗种植与果树施肥过程中挖掘洞穴作业人工劳动强度大、成本高、效率低、质量差的难题。
2.通过控制旋转轮毂电机的控制把手，控制轮毂电机是否转动，来实现挖穴机的转弯，挖穴机操纵更加方便，提高人工作业时的效率。
3.可调节万向轮与机架的状态，调整挖穴机姿态。挖穴机地形适应性更好。
4.控制系统可实现挖穴机构控制系统电路过载保护、侧倾保护功能；实现钻头完成进给，旋转电机自动停止转动和自动升降电机反转功能。
5.采用活动支架，使得角度和高度可相对于地形适当调整。
附图说明
图1是本发明的立体图。
图2是本发明另一个视角的立体图。
图3是本发明的侧视图。
图4是本发明的使用状态图。
图5是挖穴机构的示意图。
图6是自动升降机构的示意图。
图7是图6中圆圈部位的背面图。
图8是支撑机构的示意图。
图9为定位把手的结构示意图。
其中，1为滚珠丝杆，2为丝杆螺母，3为滚珠丝杆底座，4为光轴，5为光轴底座，6为滑块轴承，7为行程开关，8为自动升降机构的直流电机，9为挖穴机构的直流电机，10为转换头，11为螺旋钻头，12为销钉，13为轮毂电机，14为万向轮，15为支撑杆，16为支撑脚，17为活动支架，18为连接杆，19为定位盘，20为定位手把，21为挖穴机构的电机座，22为电门手把，23为刹车手把，24为机架，25为电控箱，26为铅酸蓄电池，27为传动组件。
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。
一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，包括挖穴机构、自动升降机构、行走机构、支撑机构、控制系统、机架；支撑机构位于机架的下端，挖穴机构通过自动升降机构安装在机架上，机架立起时，挖穴机构相对于机架升降；行走机构位于机架的一侧，机架倾斜时，行走机构与地面接触，支撑机构抬离地面。
挖穴机构包括48V直流电机、转换头、销钉、螺旋钻头；直流电机和螺旋钻头通过转换头和销钉可装拆式连接。直流电机安装在电机座上，电机座与丝杆螺母、滑块轴承相接。
自动升降机构包括丝杠螺母组件、导向组件、传动组件、驱动组件；驱动组件通过传动组件带动丝杠螺母组件中的滚珠丝杆转动，从而丝杠螺母组件中的丝杆螺母上下平移，丝杆螺母带动挖穴机构在导向组件的导向作用下上下平移。丝杠螺母组件包括一根滚珠丝杆、一个丝杆螺母、两个滚珠丝杆底座，滚珠丝杆通过两个滚珠丝杆底座安装在机架上，丝杆螺母与滚珠丝杆螺纹连接，丝杆螺母与挖穴机构相接；导向组件包括两根光轴、四个光轴底座、四个滑块轴承，两根光轴通过四个光轴底座安装在机架上，每根光轴对应套接两个滑块轴承，挖穴机构与四个滑块轴承相接；传动组件为带传动组件，包括两个带轮和两根Z型V带；驱动组件为直流电机，通过电机座安装在机架上。还包括两个限制挖穴机构上下行位置的行程开关。
行走机构采用三轮布置的方式，包括两个24V轮毂电机、万向轮和支撑杆；轮毂电机安装在机架一侧的下部，支撑杆角度可调式安装在机架一侧的上部，支撑杆的另一端接万向轮；轮毂电机和万向轮均与地面接触时，机架倾斜，支撑机构抬离地面。每个轮毂电机均设置一个电源开关，电源开关设置在电门手把上；需要单侧轮毂电机转动实现转弯时，关闭一侧电源开关。两个轮毂电机作为主动轮分别通过轮毂电机支架固定在机架两侧，万向轮作为从动轮通过支撑杆固定在机架上。万向轮通过支撑杆伸出或收回机架上。
支撑机构包括四个支撑脚、一个活动支架、摆动调节组件；活动支架与机架通过销钉连接，两个支撑脚安装在活动支架的下端，两个支撑脚安装在机架的下端，摆动调节组件安装在活动支架与机架之间调节活动支架和机架的摆角。摆动调节组件包括两根连接杆、两个定位齿轮、两个定位手把；两个定位盘固定在机架的两侧；定位手把安装在机架上，控制连接杆的摆动，定位手把设有与定位盘配合限制连接杆摆动的锁紧件；两根连接杆左右对称设置，连接杆从前下方往后上方倾斜，连接杆的下端与活动支架通过销钉连接，连接杆的上端与定位手把通过销钉连接。定位把手主要由锁紧件、弹簧、拉线、把手组成。当需要锁紧尖回缩时，操作员通过按压把手进而通过拉线拉动锁紧件缩进结构内部，当需要锁紧件伸出时，操作员只需要松开把手，在弹簧的作用力下锁紧件被压出结构内部。
控制系统包括通过控制电流方向进而控制挖穴机构和自动升降机构的直流电机正反转的电磁继电器，还包括改变自动升降机构的直流电机的接通电压以改变该直流电机转速的降压模块，还包括防止电流过载的保险丝，还包括挖穴机倾斜时断开挖穴机构的直流电机工作电路的防侧倾模块，还包括控制器、调速器、熔断器、指示灯等电器元件组成，安装在电控箱内。
机架采用30mm×30mm方钢焊接形成。
挖穴机构需与自动升降机构共同作用，才能实现挖掘洞穴的功能，直流电机带动钻头进行旋转运动，自动升降机构带动挖穴机构进行进给运动，完成挖穴目标，直流电机停止转动，自动升降机构带动挖穴机构作回程运动，直至回复到原始位置。
闭合挖穴机总电源开关，选择下降速度，并将升降直流电机相应转速开关闭合，升降直流电机按照相应速度转动，带轮、V带带动滚珠丝杆转动，通过滚珠丝杆-丝杆螺母结构将旋转运动转化为直线运动，带动旋转直流电机底座沿着光轴的方向做进给运动，当运动至下滑块轴承触碰下行程开关时，升降直流电机反转，通过与下降过程相同的传动方式，带动旋转直流电机底座沿着光轴的方向做回程运动，当运动至上滑块轴承触碰上行程开关时，升降直流电机电源自动断开，升降直流电机停止转动，完成一个工作循环。
闭合挖穴机总电源开关，旋转轮毂电机的电门把手，轮毂电机开始转动，整机开始直线行驶，当需转弯时，且具有较大转弯空间时，通过对一侧扶手施加力使整机重心偏移，一侧轮毂电机行驶阻力增加，行驶速度降低，另一侧轮毂电机行使阻力减小，行驶速度增加，从而实现整机的转弯；当需转弯时，且转弯半径较小时，切断转向侧轮毂电机与电源连接，使其停止工作，另一侧轮毂电机正常行驶，从而实现整机的转弯。
正常状态下，定位把手中的锁紧件锁紧在定位盘的某相邻的两齿之间，此时活动支架的支撑脚的高度确定，当需要调节活动支架的支撑脚的高度以适应地形时，通过操纵定位把手使锁紧件缩回定位把手内，锁紧件与定位齿轮分离，此时转动定位把手，连接杆带动活动支架绕着与机架的铰接点转动，从而改变活动支架的角度和高度，当调节到合适高度后，调整定位把手，使锁紧件锁紧在定位齿轮的相应两齿间。
电机的正反转可以通过控制电流方向进行改变，而电磁继电器的功能，可以使线圈不通电时，动触点与其中一个固定触点a闭合，当线圈通电后，动触点移动到固定触点b，从而断开原闭合回路，形成新闭合回路，实现电流方向转变，从而改变电动机旋转方向。由此可实现旋转直流电机进给正转、回程停转、停止功能；可实现轮毂电机正转、反转、停止、单边轮毂电机转动功能；可实现升降电机正转、反转、停止、正转时具有两个速度功能。
两个轮毂电机各设置一个电源开关，需要单一某侧轮毂电机转动时，断开另一侧轮毂电机电源开关。利用降压模块，改变升降电机接通电压，实现升降直流电机转速的改变。利用保险丝，防止电流过载。利用防侧倾模块，在挖穴机发生侧倾时，断开旋转直流电机工作电路。利用行程开关，限定钻头行程，并实现钻头自动复位功能。
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)

1.一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：包括挖穴机构、自动升降机构、行走机构、支撑机构、控制系统、机架；支撑机构位于机架的下端，挖穴机构通过自动升降机构安装在机架上，机架立起时，挖穴机构相对于机架升降；行走机构位于机架的一侧，机架倾斜时，行走机构与地面接触，支撑机构抬离地面。
2.按照权利要求1所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：自动升降机构包括丝杠螺母组件、导向组件、传动组件、驱动组件；驱动组件通过传动组件带动丝杠螺母组件中的滚珠丝杆转动，从而丝杠螺母组件中的丝杆螺母上下平移，丝杆螺母带动挖穴机构在导向组件的导向作用下上下平移。
3.按照权利要求2所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：丝杠螺母组件包括一根滚珠丝杆、一个丝杆螺母、两个滚珠丝杆底座，滚珠丝杆通过两个滚珠丝杆底座安装在机架上，丝杆螺母与滚珠丝杆螺纹连接，丝杆螺母与挖穴机构相接；导向组件包括两根光轴、四个光轴底座、四个滑块轴承，两根光轴通过四个光轴底座安装在机架上，每根光轴对应套接两个滑块轴承，挖穴机构与四个滑块轴承相接；传动组件为带传动组件；驱动组件为直流电机。
4.按照权利要求3所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：还包括两个限制挖穴机构上下行位置的行程开关。
5.按照权利要求1所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：挖穴机构包括直流电机、转换头、销钉、螺旋钻头；直流电机和螺旋钻头通过转换头和销钉可装拆式连接。
6.按照权利要求1所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：行走机构包括两个轮毂电机、万向轮和支撑杆；轮毂电机安装在机架一侧的下部，支撑杆角度可调式安装在机架一侧的上部，支撑杆的另一端接万向轮；轮毂电机和万向轮均与地面接触时，机架倾斜，支撑机构抬离地面。
7.按照权利要求1所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：支撑机构包括四个支撑脚、一个活动支架、摆动调节组件；活动支架与机架通过销钉连接，两个支撑脚安装在活动支架的下端，两个支撑脚安装在机架的下端，摆动调节组件安装在活动支架与机架之间调节活动支架和机架的摆角。
8.按照权利要求7所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：摆动调节组件包括两根连接杆、两个定位齿轮、两个定位手把；两个定位盘固定在机架的两侧；定位手把安装在机架上，控制连接杆的摆动，定位手把设有与定位盘配合限制连接杆摆动的锁紧件；两根连接杆左右对称设置，连接杆从前下方往后上方倾斜，连接杆的下端与活动支架通过销钉连接，连接杆的上端与定位手把通过销钉连接。
9.按照权利要求6所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：每个轮毂电机均设置一个电源开关，电源开关设置在电门手把上；需要单侧轮毂电机转动实现转弯时，关闭一侧电源开关。
10.按照权利要求1所述的一种具有自动进给与回程功能且可适用于山地果园的电动自走式挖穴机，其特征在于：控制系统包括通过控制电流方向进而控制挖穴机构和自动升降机构的直流电机正反转的电磁继电器，还包括改变自动升降机构的直流电机的接通电压以改变该直流电机转速的降压模块，还包括防止电流过载的保险丝，还包括挖穴机倾斜时断开挖穴机构的直流电机工作电路的防侧倾模块。
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