CN113597887B - 基于多齿轮组的智能变频变幅核桃振动采收车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能变频变幅的核桃振动采收装置，可对核桃进行智能化采收，同时减少作业过程中对核桃树的振动损伤。其特征在于：包括行走组件、升降组件、振动组件、夹持组件；滑动齿轮安装在第二竖轴上且滑动齿轮可沿第二竖轴轴线方向移动，滑动齿轮正上方和正下方分别安装固定第一电磁铁和第二电磁体，活动爪内侧通过弹簧安装固定橡胶块。本发明与现有技术相比，通过多齿轮组传递偏心块的输入动力和通过弹簧块固定安装在活动爪上的橡胶块，不仅解决核桃采收效率低的问题，同时解决了核桃机械化采收过程中对人体和核桃树造成危害的问题。

Description

基于多齿轮组的智能变频变幅核桃振动采收车

技术领域

本发明涉及林果采收领域，尤其是核桃机械化采收作业中的基于多齿轮组的变频变幅核桃振动采收车。

背景技术

目前安徽宁国县山核桃采收有人工采收和机械采收两种方式，人工采收方式为使用长竹竿敲击核桃或核桃所在枝桠以使其掉落，人工采收不仅效率较低，采收过程中的敲击可能会对枝桠造成损伤，影响之后的产量；机械采收一般为人工手持式简易采收装置进行采收，这种采收方式虽然比人工采收效率高，但长期振动会对人体产生危害，且人工手持式简易采收装置的振动频率和振幅较为单一，难以满足核桃采收作业复杂情况的需求，长时间低效振动难以提高核桃采收率且长时间振动会对核桃树造成损伤。

发明内容

为了解决上述现有的核桃采收效率低、机械采收装置的振幅和频率单一的问题，本发明提出一种基于多齿轮组的智能变频变幅核桃振动采收车。

本发明的特点在于：包括行走组件、升降组件、振动组件、夹持组件；所述的行走组件包括：采收箱、车体、摄像头；采收箱安装固定在车体的一端，摄像头通过螺钉安装固定在车体的车棚上；

所述的升降组件包括斜支撑杆、上支撑杆、斜支撑杆液压缸、上支撑杆液压缸，连接架；斜支撑杆共有两根且分布在车体的两侧，每侧斜支撑杆的一端通过两个轴承安装在车体的一端且轴承通过轴承座安装固定在车体上，斜支撑杆液压缸共有两个且分布在车体的两侧，斜支撑杆液压缸的缸体与焊接在车体上的两个支座中间的轴连接在一起且斜支撑杆液压缸能够绕该轴进行轴向转动，斜支撑杆液压缸的活塞杆与焊接在斜支撑杆上的两个支座中间的轴连接在一起且斜支撑杆液压缸能够绕该轴进行轴向转动；上支撑杆共有两根且上支撑杆的一端分别与对应的斜支撑杆的另一端通过轴进行连接，上支撑杆和斜支撑杆均能绕该轴进行轴向转动，上支撑杆液压缸的缸体与焊接在斜支撑杆上的两个支座中间的轴连接在一起且上支撑杆液压缸能绕该轴进行轴向转动，上支撑杆液压缸的活塞杆与焊接在上支撑杆上的两个支座中间的轴连接在一起且上支撑杆液压缸能绕该轴进行轴向转动；连接架共有4个且通过焊接与上支撑杆的另一端固定连接，连接架为L形的方管且方管的一端为圆轴；

所述的振动组件包括电机、主动斜齿轮、从动斜齿轮、第一竖轴、第一偏心块、第一齿轮、第二竖轴、滑动齿轮、第二齿轮、第三竖轴、第三齿轮、第二偏心块、箱体外壳、振动机架、第一远红外激光传感器、第一反光板、第二远红外激光传感器、第二反光板、第一电磁铁、第二电磁铁；振动机架一端开有两个圆孔，振动机架通过圆孔套设在连接架圆轴上且连接架圆轴处安装有弹簧；电机通过螺栓安装固定在振动机架上，第一竖轴下端通过推力球轴承和圆柱滚子轴承安装在振动机架下端且推力球轴承在圆柱滚子轴承正上方，第一竖轴上端通过圆柱滚子轴承安装在振动机架上端，第二竖轴、第三竖轴的安装方式与第一竖轴相同；主动斜齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在电机输出轴上，从动斜齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴上且从动斜齿轮与主动斜齿轮啮合，第一偏心块、第一齿轮分别通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴相应的位置上；滑动齿轮通过平键安装在第二竖轴上，第一电磁铁和第二电磁铁通过螺栓安装固定在振动机架侧板上，第一电磁铁在滑动齿轮最高位置的正上方，第二电磁铁在滑动齿轮最低位置的正下方，第二齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第二竖轴上；第三齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴上，第二齿轮与第三齿轮啮合，第二偏心块通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴上且第二偏心块的上端面第一偏心块的上端面重合；第一反光板安装固定在第一偏心块的正中间，第二反光板安装固定在第二偏心块的正中间，第一激光传感器和第二激光传感器分别通过传感器支架安装固定在振动机架上且上述两个传感器均安装固定在振动机架同一侧，当第一反光板随着第一偏心块转动到第一激光传感器的正下方，第二反光板随着第二偏心块转动到第二激光传感器的正下方时，第一偏心块与第二偏心块的两个平面相互平行；箱体外壳为半剖式且通过螺钉安装固定在振动机架上；

所述的夹持组件包括活动爪、转动液压缸、方形管、活动爪连接件组成；方形管一端焊接在振动机架上，方形管另一端焊接在活动爪连接件上；活动爪有两个，活动爪的分别通过转动销安装在活动爪连接件的两侧且两个活动爪可分别绕各自的转动销进行转动，活动爪内侧表面与若干弹簧一端固定连接，每个弹簧的另一端安装固定一块橡胶块，上述的若干橡胶块将活动爪内侧表面全部覆盖；转动液压缸共有两个，两个转动液压缸的缸体分别与焊接在方形管两侧上的两个支座中间的轴连接在一起且转动液压缸能够分别绕对应的轴进行转动，两个转动液压缸的活塞杆分别与焊接在该侧活动爪外侧上的两个支座中间的轴连接在一起且转动液压缸能够绕该轴转动，方形管两侧的两个支座外侧均安装固定应变片。

附图说明

图1为本发明提供的采收车整体结构示意图；

图2为本发明提供的采收车整体结构示意图；

图3为本发明提供的行走组件及局部剖视示意图；

图4为本发明提供的行走组件局部放大示意图；

图5为本发明提供的夹持组件示意图；

图中所示1为行走组件、2为升降组件、3为振动组件、4为夹持组件、101为采收箱、102为车体、103为摄像头、201为斜支撑杆、202为上支撑杆、203为斜支撑杆液压缸、204为上支撑杆液压缸、205为连接架、301为电机、302为主动斜齿轮、303为从动斜齿轮、304为第一竖轴、305为第一偏心块、306为第一齿轮、307为第二竖轴、308为滑动齿轮、309为第二齿轮、310为第三竖轴、311为第三齿轮、312为第二偏心块、313为箱体外壳、314为振动机架、315为第一远红外激光传感器、316为第一反光板、317为第二远红外激光传感器、318为第二反光板、319为第一电磁铁、320为第二电磁铁、401为活动爪、402为转动液压缸、403为方形管、404为活动爪连接件。

具体实施例

如图1所示，本实施方式提出的基于多齿轮组的智能变频变幅核桃振动采收车，包括：行走组件1、升降组件2、振动组件3、夹持组件4组成。

如图2所示，所述行走组件1由采收箱101、车体102、摄像头103组成，采收箱101安装固定在车体102的一端，摄像头103通过螺钉安装固定在车体102的车棚上，在采收车进行作业时，摄像头103将林果下落的相关信息传递给控制系统，控制系统根据反馈的信息调节电机301的转速，从而改变振动频率，避免果树长时间处在无效率的振动状态，减小果树因振动带来的损伤，提高采收效率，使采收作业实现智能化采收，降低采收作业时的工作强度。

如图2所示，升降组件2由斜支撑杆201、上支撑杆202、斜支撑杆液压缸203、上支撑杆液压缸204，连接架205组成，斜支撑杆201共有两根且分布在车体的两侧，每侧斜支撑杆201的一端通过两斜支撑杆液压缸203能够绕该轴进行轴向转动，通过调节斜支撑杆液压缸203的活塞杆伸缩状态，使斜支撑杆201的倾斜状态发生改变，从而调节斜支撑杆201最高点距离地面的高度；上支撑杆202共有两根且上支撑杆202的一端分别与对应的斜支撑杆201的另一端通过轴进行连接，上支撑杆202和斜支撑杆201均能绕该轴进行轴向转动，上支撑杆液压缸204的缸体与焊接在斜支撑杆201上的两个支座中间的轴连接在一起且上支撑杆液压缸204能绕该轴进行轴向转动，上支撑杆液压缸204的活塞杆与焊接在上支撑杆202上的两个支座中间的轴连接在一起且上支撑杆液压缸204能绕该轴进行轴向转动，连接架205共有4个且通过焊接与上支撑杆202的另一端固定连接，连接架205为L形的方管且方管的一端为圆轴用来连接振动机架314，通过调节上支撑杆液压缸204的活塞杆伸缩状态，使第一竖轴304、第二竖轴307、第三竖轴310与被夹持的树干平行，避免振动组件3产生的激振力会沿着被夹持的树干轴向方向的分力，从而使振动组件3产生的激振力更有效用于振动树干，提高采收效率和能量利用率，减少树根因振动造成的损害。

如图3、4所示，振动组件3由电机301、主动斜齿轮302、从动斜齿轮303、第一竖轴304、第一偏心块305、第一齿轮306、第二竖轴307、滑动齿轮308、第二齿轮309、第三竖轴310、第三齿轮311、第二偏心块312、箱体外壳313、振动机架314、第一远红外激光传感器315、第一反光板316、第二远红外激光传感器317、第二反光板318、第一电磁铁319、第二电磁铁320组成，振动机架314一端开有两个圆孔，振动机架314通过圆孔套设在连接架205圆轴上且连接架205圆轴处安装弹簧，在采收车作业时，通过所述弹簧能有效降低振动组件3对行走组件1的振动，电机301通过螺栓安装固定在振动机架314上，第一竖轴304下端通过推力球轴承和圆柱滚子轴承安装在振动机架314下端且推力球轴承在圆柱滚子轴承正上方，推力球轴承可承载第一竖轴304沿轴向方向产生的力，圆柱滚子轴承可承载第一竖轴304沿径向方向产生的力并将径向方向上的力传递给振动机架314，第一竖轴304上端通过圆柱滚子轴承安装在振动机架314上端，该圆柱滚子轴承可承载第一竖轴304沿径向方向产生的力并将径向方向上的力传递给振动机架314，第二竖轴307、第三竖轴310的安装方式与第一竖轴304相同，通过上述安装方式，可有效将第一偏心块305、第二偏心块312旋转时产生的激振力传递到振动机架314上；主动斜齿轮302通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在电机301输出轴上，从动斜齿轮303通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴304上且从动斜齿轮303与主动斜齿轮302啮合，第一偏心块305、第一齿轮306分别通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴304相应的位置上，滑动齿轮308通过平键与第二竖轴307连接，所述平键沿第二竖轴307轴线方向长度数值大于滑动齿轮308两倍厚度数值并通过安装在所述平键两端的轴用挡圈限制滑动齿轮308沿轴线方向移动的最高位置和最低位置，使滑动齿轮3θ8能够与第二竖轴307同步转动并限制滑动齿轮308沿着第二竖轴307轴线方向移动的极限距离，第一电磁铁319和第二电磁铁320通过螺栓安装固定在振动机架314侧板上，第一电磁铁319在滑动齿轮308最高位置的正上方，第二电磁铁320在滑动齿轮308最低位置的正下方，当第一电磁铁319得电时，滑动齿轮308在第一电磁铁319磁力作用下沿着第二竖轴307轴线方向向上移动，当滑动齿轮308到达最高位置时，滑动齿轮308与第一齿轮306完全啮合，此时，当电机301得电时，第一竖轴304和第二竖轴307跟随电机301同步转动；当第二电磁铁320得电时，滑动齿轮308在第二电磁铁320磁力作用下沿着第二竖轴307轴线方向向下移动，当滑动齿轮308到达最低位置时，滑动齿轮308与第一齿轮306完全分离，此时，当电机301得电时，第一竖轴304跟随电机301同步转动，第二竖轴307不会转动，通过控制第一电磁铁319和第二电磁铁320的通断电，从而实现对第二竖轴307转动的控制，第二齿轮309通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第二竖轴307上，第三齿轮311通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴310上，第二齿轮309与第三齿轮311啮合，使第三竖轴310跟随第二竖轴307同步转动，第二偏心块312通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴310上且第二偏心块312的上端面第一偏心块305的上端面重合，第一反光板316安装固定在第一偏心块305的正中间，第二反光板318安装固定在第二偏心块312的正中间，第一远红外激光传感器315和第二远红外激光传感器317分别通过传感器支架安装固定在振动机架314上且上述两个传感器均安装固定在振动机架314同一侧，当第一反光板316随着第一偏心块305转动到第一远红外激光传感器315的正下方，第二反光板318随着第二偏心块312转动到第二远红外激光传感器317的正下方时，第一偏心块305与第二偏心块312的两个平面相互平行，箱体外壳313为半剖式且通过螺钉安装固定在振动机架314上。

振动组件3通过改变电机301的转速实现振动频率变化；振动组件3有两个档位振幅开关，有1档和2档，1档为小振幅档，2档为大振幅档。当振幅开关为1档时，第二电磁铁320得电，带动滑动齿轮308沿第二竖轴307轴线方向向下移动至最低位置，使滑动齿轮308与第一齿轮306分离，电机301得电时，电机301带动安装固定在第一竖轴304上的第一偏心块305转动，此时，第一偏心块305通过转动产生激振力，第二偏心块312不产生激振力；当振幅开关为2档时，振动组件3先进行自检工序，判断第一反光板316和第二反光板318是否分别正对着第一远红外激光传感器315和第二远红外激光传感器317，若第一反光板316不是正对着第一远红外激光传感器315，则第二电磁铁320得电，带动滑动齿轮308沿第二竖轴307轴线方向向下移动至最低位置，使滑动齿轮308与第一齿轮306分离，此时电机301得电并缓慢转动，带动安装固定在第一偏心块305上的第一反光板316转动，当第一反光板316与第一远红外激光传感器315正对时，第一远红外激光传感器315接收到从第一反光板316处反射的红外线，第一远红外激光传感器315将信号反馈给控制系统，此时第一偏心块305与第二偏心块312两个平面相互平行，且电机301、第二电磁铁320断电，第一电磁铁319得电，带动滑动齿轮308沿着第二竖轴307轴线方向向上移动至最高位置，使第一齿轮306与滑动齿轮308完全啮合，此时自检工序完成；若第二反光板318不是正对着第二远红外激光传感器317(或者第一反光板316、第二反光板318都分别未正对着第一远红外激光传感器315、第二远红外激光传感器317)，第一电磁铁319得电，带动滑动齿轮308沿着第二竖轴307轴线方向向上移动至最高位置，使滑动齿轮308与第一齿轮306完全啮合，电机301得电并缓慢转动，带动第一偏心块305与第二偏心块312转动，当安装固定在第二偏心块312上的第二反光板318与第二远红外激光传感器317正对时，此时第一电磁铁319失电，第二电磁铁320得电，带动滑动齿轮308沿着第二竖轴307轴线方向向下移动至最低位置，此时第二偏心块312停止转动，第一偏心块305继续转动，当安装固定在第一偏心块305上的第一反光板316与第一远红外激光传感器315正对时，此时第一偏心块305与第二偏心开312的两个平面相互平行，电机301和第二电磁铁320失电，第一电磁铁319得电，带动滑动齿轮308沿着第二竖轴307轴线方向向上移动至最高位置，使滑动齿轮308与第一齿轮306完全啮合，此时自检工序完成；电机301得电，带动第一偏心块305和第二偏心块312转动，此时第一偏心块305和第二偏心块312均产生激振力，由于上述的自检工序使第一偏心块305与第二偏心块312的两个平面相互平行，使第一偏心块305产生的激振力与第二偏心块312产生的激振力方向相同，大小相等，使电机301在转速相同条件下，1档产生的激振力小于2档产生的激振力。通过振幅与振动频率的优化组合，使采收车在提高采收效率的同时减小被采收的树木因振动而产生的损伤。

如图5所示，夹持组件4由活动爪401、转动液压缸402、方形管403、活动爪连接件404组成，方形管403一端焊接在振动机架314上，方形管403另一端焊接在活动爪连接件404上，活动爪401有两个，两个活动爪401分别通过转动销安装在活动爪连接件404的两侧且两个活动爪401可分别绕各自的转动销进行转动，活动爪401内侧表面与若干弹簧一端固定连接，每个弹簧的另一端安装固定一块橡胶块，上述的若干橡胶块将活动爪内侧表面全部覆盖，若树干上具有突起或凹陷的部分，橡胶块在弹簧的作用下可有效地夹持树干上的突起或凹陷部分，使夹持组件4可夹持的树干表面更大，从而使夹持组件4夹持树干的力分布更加均匀，避免夹持组件4夹持树干时，因力过于集中而造成树干的损害。转动液压缸402共有两个，两个转动液压缸402的缸体分别与焊接在方形管402两侧上的两个支座中间的轴连接在一起且转动液压缸402能够分别绕对应的轴进行转动，两个转动液压缸402的活塞杆分别与焊接在该侧活动爪401外侧上的两个支座中间的轴连接在一起且转动液压缸402能够绕该轴转动，方形管403两侧的两个支座外侧均安装固定应变片，当转动液压缸402推动活动爪401夹紧树干时，应变片通过支座产生的应变测量出转动液压缸402输出的推力，避免转动液压缸402输出的推力超过额定推力，避免活动爪401夹持树干时因力过大而对树干造成损伤以及活动爪401夹持树干时因力过小而无法在作业时无法稳定夹持住树干。

在采收作业时，通过调节斜支撑杆液压缸203和上支撑杆液压缸204伸缩状态，使第一竖轴304、第二竖轴307和第三竖轴310轴线与树干轴线平行，操作人员可根据被夹持的核桃树的高度、树干粗细程度等外观特征选择振幅开关的档位，从而提高采收效率，避免长时间的低效振动造成核桃树的损伤，在作业过程中，摄像头103根据下落的核桃状态来改变电机301转速，控制系统会根据电机301的转速以及振幅开关档位来调节转动液压缸402的推力大小，从而避免因活动爪401夹持力过大对树干造成损害或因活动爪401夹持力过小无法夹持住树干，采收车在采收作业过程中能够自动调节振动频率、振幅和活动爪401夹持力的大小，在提高核桃采收效率同时，减少因振动对核桃树产生的危害，实现智能化采收作业。

Claims (1)

1.基于多齿轮组的智能变频变幅核桃振动采收车，其特征在于：包括行走组件、升降组件、振动组件、夹持组件；振动机架一端开有两个圆孔，振动机架通过圆孔套设在连接架圆轴上且连接架圆轴处安装有弹簧；电机通过螺栓安装固定在振动机架上，第一竖轴下端通过推力球轴承和圆柱滚子轴承安装在振动机架下端且推力球轴承在圆柱滚子轴承正上方，第一竖轴上端通过圆柱滚子轴承安装在振动机架上端，第二竖轴、第三竖轴的安装方式与第一竖轴相同；主动斜齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在电机输出轴上，从动斜齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴上且从动斜齿轮与主动斜齿轮啮合，第一偏心块、第一齿轮分别通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第一竖轴相应的位置上；滑动齿轮通过平键安装在第二竖轴上，第一电磁铁和第二电磁铁通过螺栓安装固定在振动机架侧板上，第一电磁铁在滑动齿轮最高位置的正上方，第二电磁铁在滑动齿轮最低位置的正下方，第二齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第二竖轴上；第三齿轮通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴上，第二齿轮与第三齿轮啮合，第二偏心块通过平键和轴用弹性挡圈安装固定在第三竖轴上且第二偏心块的上端面第一偏心块的上端面重合；第一反光板安装固定在第一偏心块的正中间，第二反光板安装固定在第二偏心块的正中间，第一激光传感器和第二激光传感器分别通过传感器支架安装固定在振动机架上且两个传感器均安装固定在振动机架同一侧，当第一反光板随着第一偏心块转动到第一激光传感器的正下方，第二反光板随着第二偏心块转动到第二激光传感器的正下方时，第一偏心块与第二偏心块的两个平面相互平行，使第一偏心块产生的激振力和第二偏心块产生的激振力方向相同、大小相等。

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