CN112544136B - 一种基于非圆齿轮传动的可变株距株间除草末端执行装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种田间除草设备。技术方案是：一种基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于，该装置包括旋转除草刀、由两级非圆齿轮组成用于驱动旋转除草刀的动力传动机构以及连接在动力传动机构与横梁架之间以调节旋转除草刀入土角度的角度调节机构；所述横梁架由动力机械携带；所述入土角度调节机构包括连接横梁架的固定安装板、安装动力传动机构用的角度调节板、两端分别铰接于固定安装板及角度调节板从而形成四边形机构的两个连杆与两个可调节连杆、分别施力于固定安装板与角度调节板的弹簧以及限定四边形机构运动摆动范围的限位块。该装置能实现除草动作和避苗动作，完成田间作物的株间除草作业，具有较好的除草效果。

Description

一种基于非圆齿轮传动的可变株距株间除草末端执行装置

技术领域

本发明涉及一种田间除草设备，具体是基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置。

背景技术

田间杂草主要可以分为行间杂草和株间杂草。机械除草方式除草效率高，且绿色无污染，近年来越来越受到农业生产者的重视。目前作物行间机械除草技术已相当成熟，而株间区域的杂草由于较靠近作物苗株且株间区域是不连续的，用机械方式清除株间区域的杂草比较困难，株间机械除草技术成为机械除草研究瓶颈。现有的大部分株间除草机构比较复杂、末端执行器的适应性差，且作业时伤苗严重，而且目前株间除草技术的绝大部分研究主要偏向于苗草识别、自动控制等技术的研究，对于株间除草机构的研究较少，而除草机构尤其是除草末端执行机构对除草效果有着重要影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，该装置应能实现除草动作和避苗动作，完成田间作物的株间除草作业，且针对在一定范围内的作物种植株距，该装置都能适用，且可以保证有较好的除草效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于，该装置包括旋转除草刀、由两级非圆齿轮组成用于驱动旋转除草刀的动力传动机构以及连接在动力传动机构与横梁架之间以调节旋转除草刀入土角度的角度调节机构；所述横梁架由动力机械携带；

所述入土角度调节机构包括连接横梁架的固定安装板、安装动力传动机构用的角度调节板、两端分别铰接于固定安装板及角度调节板从而形成四边形机构的两个连杆与两个可调节连杆、分别施力于固定安装板与角度调节板的弹簧以及限定四边形机构运动摆动范围的限位块；

所述动力传动机构包括安装在角度调节板上的电机以及由电机驱动且通过齿轮安装板安装在角度调节板上的非圆齿轮组；所述非圆齿轮组包括传递电机动力的第一级非圆齿轮和将电机动力传递给旋转除草刀的第二级非圆齿轮；所述第一级非圆齿轮由固定在输入轴上的第一非圆齿轮和固定在中间轴上的第二非圆齿轮组成，与电机轴连接的输入轴和中间轴均可转动地安装在齿轮安装板上；

所述第二级非圆齿轮为安装在齿轮箱体中的太阳轮和行星轮；所述太阳轮通过太阳轮固定法兰固定安装在齿轮安装板上；所述中间轴的底端往下穿过太阳轮中心的轴孔后与所述齿轮箱体固定连接；所述行星轮的行星轴可转动地定位在齿轮箱体上；随着齿轮箱体跟着中间轴转动，太阳轮和行星轮发生啮合传动，从而带动行星轴转动。

所述输入轴、中间轴和行星轴相互平行布置。

所述四边形机构中：固定安装板的一侧及角度调节板的一侧分别由一个连杆以及可调节连杆铰接；固定安装板的另一侧及角度调节板的另一侧分别由另一个连杆与以另一个可调节连杆铰接。

所述可调节连杆由两个鱼眼杆端关节轴承与两端连接两个鱼眼杆端关节轴承的正反牙螺母组成。

所述旋转除草刀固定在刀杆的末端；所述刀杆的另一端通过联轴器与行星轴固定。刀杆与联轴器之间通过螺纹连接，可调整刀杆伸出长度。

所述旋转除草刀为腰果形不等厚结构，腰果的凹陷部分在切割土壤的同时实现避苗。

本发明的工作原理是：工作前，结合实际情况调节好除草刀的入土角度。工作时，电机带动第一级非圆齿轮转动，从而带动中间轴转动，中间轴转动带动行星齿轮系箱体转动，箱体在转动的过程中使得箱体中的太阳轮和行星轮发生啮合传动，通过行星轴的转动带动除草刀具转动；工作时，在行星齿轮系的作用下，除草刀在随箱体绕中间轴转动的同时也绕行星轴转动，另一方面末端执行装置也会随除草机向前做直线运动，从而使除草刀杆做余摆线运动，使得除草刀周期性地进出株间区域，从而实现除草动作和避苗动作。

除草刀设计为腰果形结构，基于运动学分析及包络线原理优化设计而成，苗周围除草面积覆盖率可达94％以上。并通过两级非圆齿轮传动机构使除草刀以特定的轨迹运动，一方面可以增大除草刀对株间区域的覆盖率，提高除草率；另一方面，针对不同的作物株距，该除草末端执行装置都可以适用，可以保证有较好的除草效果。

本发明的有益效果是：本发明采用了弧(腰果)形结构的除草刀，并通过一个行星齿轮系机构使除草刀周期性地进出株间区域，从而实现除草动作和避苗动作，不仅结构简单，而且除草效果好；同时除草刀的转动以及除草运动轨迹由两级非圆齿轮传动机构控制，使得针对不同的作物株距，除草刀都可以顺利地完成除草和避苗，提高了除草装置的适用性。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例中的除草刀入土角度调节机构示意图。

图3为本发明实施例中的动力传动机构示意图。

图4为本发明实施例中的安装箱体结构示意图。

图5为本发明实施例中的弧形刀具结构示意图。

具体实施方式

为实现本发明的技术手段，创作特征，达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明提供的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，可多个水平布置安装在一个横梁架上，横梁架可悬挂在拖拉机上，由拖拉机带动这多个株间除草末端执行装置同时对多行田间作物进行株间除草作业。

本发明主要包括：可调节除草刀入土角度的角度调节机构、由两级非圆齿轮组成的动力传动机构以及弧形结构的旋转除草刀；

除草刀入土角度调节机构中(参阅图2)：固定安装板2-1安装在横梁架上(本发明中省略横梁架)；2-10为连杆安装轴；固定安装板2-1和角度调节板2-8上都安装有两根连杆安装轴，用来安装连杆；两个鱼眼杆端关节轴承2-2和一个正反牙螺母2-9组成一个可调节连杆；两个可调节连杆和两个连杆2-4的一端铰接在固定安装板2-1上的连杆安装轴轴端，两个可调节连杆和两个连杆的另一端铰接在角度调节板2-8上的连杆安装轴轴端；固定安装板2-1、角度调节板2-8、两个连杆2-4和两个可调节连杆组成一个四边形机构，通过调节正反牙螺母2-9可以改变可调节连杆的长度，使得角度调节板发生转动，从而改变除草刀的入土角度；限位块2-5固定在固定安装板上，用来限制连杆2-4的摆动范围，使除草刀有一定的入土深度；在部件重力以及弹簧2-3的作用下可使连杆2-4紧贴在限位块2-5上；同时在除草作业时，四边形机构可上下摆动，起到一定的缓冲作用。

动力传动机构中(参阅图3、图4)：电机3-1安装在电机安装架3-2，电机安装架3-2通过螺栓螺母固定在角度调节板2-8上；电机输出端通过联轴器3-3和输入轴3-4进行连接固定；输入轴3-4、中间轴3-10分别通过定位在第一轴承座3-5、第二轴承座3-15中的轴承安装在齿轮安装板(由上齿轮安装板3-16和下齿轮安装板3-14组成)上；上齿轮安装板3-16和下齿轮安装板3-14通过螺栓螺母固定在角度调节板2-8上；第一非圆齿轮3-6安装在输入轴3-4上，第二非圆齿轮3-7安装在中间轴3-10上；太阳轮3-8和行星轮3-12安装在齿轮箱体中，齿轮箱体由上箱体4-1和下箱体3-9组成；齿轮箱体通过销轴与中间轴3-10固定，可随着中间轴的转动而转动；所述太阳轮3-8固定在太阳轮固定法兰3-13上，太阳轮固定法兰3-13通过螺栓螺母固定安装在下齿轮安装板上3-14，中间轴3-10的底端往下穿过太阳轮固定法兰3-13和太阳轮3-8中心的轴孔后与下箱体3-9固定(由于中间轴与太阳轮固定法兰和太阳轮不发生接触，因而不会随着中间轴的转动而转动)；行星轮3-12固定安装在行星轴3-11上，行星轴平行于中间轴且可转动地安装(优选通过轴承安装)在齿轮箱体中。

工作时，电机3-1带动第一级非圆齿轮转动，从而带动中间轴3-10转动，中间轴又带动齿轮箱体转动，齿轮箱体在转动的过程中使得箱体中的太阳轮3-8和行星轮3-12发生啮合传动，从而使行星轴3-11发生转动。

旋转除草刀(参阅图5)呈腰果形不等厚结构，腰果形状的整个周边均为切割土壤的刀刃；旋转除草刀5-4通过刀具安装法兰5-3固定安装在刀杆5-2上，刀杆5-2通过联轴器5-2与行星轴3-12固定(刀杆与联轴器之间通过螺纹连接，用于调整刀杆伸出长度)；行星轴3-12转动时就可以带动除草刀5-4进行旋转除草。所述腰果形不等厚结构的旋转除草刀，结合非圆齿轮变传动比特性，基于旋转包络线和运动包络区域优化设计而成，腰果凹陷部分用于切割土壤同时实现避苗，仿真表明最大覆盖面积可94％以上。

本发明提供的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，可在一定范围内实现变株距除草作业的调整。有四种调节方式：第一：根据不同株距更换大小不同，相似形状的系列腰果除草刀；第二，改变牵引速度大小来适应株距变化，除草刀驱动电机转速不变的情况下，可增大牵引速度适应株距变大，减小牵引速度适应株距变小；第三，改变除草刀具驱动电机的转速大小来适应株距变化，牵引速度不变的情况下，增大除草刀具驱动电机转速适应株距变小，减小除草刀具驱动电机转速适应株距变大；第四，通过简单计算，同时调整牵引速度和除草刀具驱动电机转速，适应株距大小变化的实际工况。

工作原理详述

本发明提供的株间除草末端执行装置作为一个除草单体，可对田间一行作物的株间区域进行除草作业，在除草机上可配置多个除草单体同时对多行作物的株间区域进行除草作业。

工作前，结合实际情况，通过入土角度调节机构调节到所需的除草刀入土角度；工作时，一方面除草机带动除草末端执行装置向前作直线运动，另一方面除草末端执行装置上的电机带动输入轴转动，使第一级非圆齿轮发生啮合传动，从而使中间轴转动，中间轴转动会带动固定在中间轴上的齿轮箱体转动，齿轮箱体在转动的过程中使得安装在箱体中的太阳轮和行星轮发生啮合传动，从而使行星轴绕着自身轴线转动，进而带动旋转除草刀绕着行星轴轴线转动。于是旋转除草刀的实际运动情况为：一方面旋转除草刀随除草机向前做直线运动，另一方面在行星齿轮系的作用下，旋转除草刀在随箱体绕中间轴轴线转动的同时也绕行星轴轴线转动，在三个运动的作用下，使旋转除草的刀杆向前做余摆线运动，从而刀杆带动旋转除草刀周期性地进出株间区域，实现除草动作和避苗动作。

旋转除草刀在随齿轮箱体绕中间轴轴线转动的同时还绕行星轴轴线转动，一方面可以使刀具更好地搅动土壤，提高除草效果，另一方面可以更好地进行避苗。旋转除草刀设计为弧形结构，并通过一个行星齿轮系机构使旋转除草刀周期性地进出株间区域，从而实现除草动作和避苗动作，不仅结构简单，而且除草效果好；同时旋转除草刀的转动以及除草运动轨迹由两级非圆齿轮传动机构控制，一方面可以增大旋转除草刀对株间区域的覆盖率，提高除草率；另一方面使得在一定的株距范围内，针对不同的作物株距，旋转除草刀都可以顺利地完成除草和避苗，提高了除草装置的适用性。

Claims (5)

1.一种基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，由携带着横梁架的动力机械带动；其特征在于，该装置包括旋转除草刀(5-4)、由两级非圆齿轮组成用于驱动旋转除草刀的动力传动机构以及连接在动力传动机构与所述横梁架之间以调节旋转除草刀入土角度的角度调节机构；

所述角度调节机构包括连接横梁架的固定安装板(2-1)、安装动力传动机构用的角度调节板(2-8)、两端分别铰接于固定安装板及角度调节板从而形成四边形机构的两个连杆(2-4)与两个可调节连杆、分别施力于固定安装板与角度调节板的弹簧(2-3)以及限定四边形机构运动摆动范围的限位块(2-5)；

所述动力传动机构包括安装在角度调节板上的电机(3-1)以及由电机驱动且通过齿轮安装板安装在角度调节板上的非圆齿轮组；所述非圆齿轮组包括传递电机动力的第一级非圆齿轮和将电机动力传递给旋转除草刀的第二级非圆齿轮；所述第一级非圆齿轮由固定在输入轴(3-4)上的第一非圆齿轮(3-6)和固定在中间轴(3-10)上的第二非圆齿轮(3-7)组成，与电机轴连接的输入轴和中间轴均可转动地安装在齿轮安装板上；

第二级非圆齿轮驱动行星轮系，该行星轮系为安装在齿轮箱体中的太阳轮(3-8)和行星轮(3-12)；所述太阳轮通过太阳轮固定法兰(3-13)固定安装在齿轮安装板上；所述中间轴的底端往下穿过太阳轮中心的轴孔后与所述齿轮箱体固定连接；所述行星轮的行星轴(3-11)可转动地定位在齿轮箱体上；以随着齿轮箱体跟着中间轴转动，从而带动行星轴转动；

所述旋转除草刀为腰果形不等厚结构，基于旋转包络线和运动包络区域优化设计而成，腰果形的凹陷部分在切割土壤的同时实现避苗。

2.根据权利要求1所述的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于：所述输入轴、中间轴和行星轴相互平行布置。

3.根据权利要求2所述的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于：所述四边形机构中：固定安装板的一侧及角度调节板的一侧分别由一个连杆以及可调节连杆铰接；固定安装板的另一侧及角度调节板的另一侧分别由另一个连杆与以另一个可调节连杆铰接。

4.根据权利要求3所述的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于：所述可调节连杆由两个鱼眼杆端关节轴承(2-2)与两端连接两个鱼眼杆端关节轴承的正反牙螺母(2-9)组成。

5.根据权利要求4所述的基于非圆齿轮的可变株距株间除草末端执行装置，其特征在于：所述旋转除草刀固定在刀杆(5-2)的末端；所述刀杆的另一端通过联轴器(5-1)与行星轴固定；刀杆(5-2)与联轴器(5-1)之间通过螺纹连接，可以调整刀杆(5-2)伸出的长度。

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