CN114391361A - 一种自适应仿形平茬装备 - Google Patents

Abstract

本发明属于农林机械技术领域，尤其涉及一种针对呈“散射状”丛生的沙生灌木的自适应仿形平茬装备。本发明的目的在于提出一种适用于沙生灌木的自适应仿形平茬装备，主要解决对“散射状”丛生的沙生灌木的聚拢，以及解决在切割过程中出现的撕裂、毛刺等现象，提高灌木茬口的切割质量；为了更好地适应不同的地形，设计了3款不同的仿形切割装置，通过快换装置实现其与机架快速更换，从而保证平茬高低的一致性。

Description

一种自适应仿形平茬装备

技术领域

本发明属于农林机械技术领域，尤其涉及一种针对呈“散射状”丛生的沙生灌木的自适应仿形平茬装备。

背景技术

机械化平茬是灌木林抚育的重要手段，也是灌木林资源可持续化发展的关键因素。沙生灌木是我国西部地区的主要森林资源，其根系发达，枝叶繁茂，在防风固沙、保持水土流失和改善生态系统而等方面具有重要作用。同时，柠条枝条又含有丰富的粗蛋白，是理想的灌木饲草料，具有很高的经济价值和生物价值。根据沙生灌木的自身生物学特性，需每3~5年平茬复壮一次，否则会出现不同程度的萎焉、退化、病虫害等现象，致使涉及区域面临二次沙化风险。

沙生灌木多数呈“散射状”生长于沙石遍布、植株间距不均的场景下，在常年的风沙作用下，柠条簇的根部会隆起半圆形沙包。目前现有的牵引式或自走式柠条收获机多有机具功能单一与设备驱动性、切割刀具、仿形性差等方面的问题，这已成为制约柠条种植产业发展的突出问题。

针对上述现象，本发明提出在移动平台上安装可以上下升降、左右转动的外伸机械臂，在机械臂末端安装自适应仿形平茬装置的执行机构，通过液压系统驱动聚拢装置、平茬装置与仿形切割装置进行联合作业，实现对柠条的仿形平茬作业。为了更好地适应不同类型的地形，实现机具仿形，设计了3款不同的仿形切割装置，通过快换装置实现其与机架快速更换。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适用于沙生灌木的自适应仿形平茬装备，能够在不同的地形作业中随着地形的变化自适应调整相应位姿，从而保证平茬高低的一致性、茬口的平整性。主要内容：（1）提出一种自动拨禾聚拢装置，主要解决对呈“散射状”丛生的沙生灌木的聚拢问题；（2）提出一种“液压剪”式平茬装置，主要解决在切割过程中出现的撕裂、毛刺等现象，提高灌木茬口的切割质量；（3）提出3款（P₁、P₂、P₃）浮动式仿形切割装置，主要解决机具单一、仿形效果差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

1.一种自适应仿形平茬装备，其特征在于：包括搭有液压泵站的移动平台、操控面板、机械臂、浮动式自适应仿形平茬部件四个部分；移动平台为可在灌木林地形环境中行走的履带式、轮式机动车辆；浮动式自适应仿形平茬部件包含液压平茬切割装置、聚拢装置、总体支撑架、固定连接装置、仿形切割装置，可通过液压系统驱动聚拢装置、平茬装置与仿形切割装置进行联合作业。机械臂的末端与浮动式自适应仿形平茬部件连接，通过机械臂调整其与沙生灌木的相对位姿，控制其留茬高度；通过3款仿形切割装置与机架快速更换，以完成对不同地形的沙生灌木的仿形平茬收割。

2.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，液压平茬切割装置采用“液压剪”式结构，切割刀片通过螺栓与刀板铣槽固定连接，推力油缸分别位于刀板的两侧，通过调节液压油的流量、压力，控制刀板的往复闭合速度和切割力。

3.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，聚拢装置包括总体支撑架、聚拢爪、调节液压缸，三者组成四杆机构，通过控制调节液压缸的行程调整聚拢爪的开口度，以完成对不同地径沙生灌木的聚拢；其中聚拢爪采用斜面式。

4.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₁款仿形切割装置中仿形部件分别位于仿形支架的两侧，通过下浮动弹簧、上浮动弹簧、浮动支架块的联合作用，迫使仿形轮始终贴合地面仿形，控制仿形留茬高度。

5.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₂款仿形切割装置中仿形轮随地形起伏波动时，支架带动“十字”旋转轴绕轴线转动并在总体支撑架的滑槽内滑移限位；由于刀具切割组件和液压马达、支撑架等具有一定的自重，会迫使仿形轮与地面始终贴合，从而完成对地面的仿形。

6.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₃款仿形切割装置中钣金连接件的一端与旋转轴的末端通过螺栓固定连接，另一端与甩刀的铰接孔连接；当甩刀旋转切割时，遇到沙石等障碍物时，甩刀会绕其铰接点旋转一定角度，避免损伤刀具；支撑杆组与切割支撑架组成三角形支架，保证其杆组的稳定性；其仿形切割原理与P₂款仿形切割装置类似。

附图说明

图1为沙生灌木自适应仿形平茬装备的总体结构示意图；

图2为浮动式自适应仿形平茬部件的结构示意图（高效聚拢仿形平茬装部件）；

图3为液压平茬切割装置的结构示意图；

图4为聚拢装置的结构示意图；

图5a为P₁款仿形切割部件的结构示意图；

图5b为图5a中A部柔性调节部件的放大图；

图6a为P₂款仿形切割部件的结构示意图；

图6b为图6a中B部刀具组件的放大图；

图7a为P₃款仿形切割部件的结构示意图；

图7b为图7a中C部刀具组件的放大图。

附图标记：

1—搭有液压泵站的移动平台、2—操控面板、3—机械臂、4—浮动式自适应仿形平茬部件、41—液压平茬切割装置、42—聚拢装置、43—总体支撑架、44—连接固定装置、P—仿形切割装置、41a—切割刀片、41b—刀板、41c—保持支撑架、41d—推力液压缸、41e—液压缸固定座、42a—固定式聚拢爪、42b—调节液压缸、42c—活动式聚拢爪、P₁1—下浮动弹簧、P₁2—上浮动弹簧、P₁3—弹簧支架、P₁4—仿形支架、P₁5—仿形切割支架、P₁6—液压马达(a)、P₁7—仿形切割滚刀、P₁8—仿形轮(a)、P₁9—浮动支架块、P₂1—液压马达(b)、P₂2—支架、P₂3 —“十字”旋转轴(a)、P₂4—仿形轮(b)、P₂5—切割刀片、P₂6—刀辊、P₂7—刀辊支撑架、P₃1—减速器、P₃2—液压马达(c)、P₃3—“十字”旋转轴(b)、P₃4—切割支撑架、P₃5—支撑杆组、P₃6—仿形轮(c)、P₃7—甩刀、P₃8—旋转轴、P₃9—钣金连接件。

具体实施方式

为了更清楚表达本发明的目的、技术方案，下面结合附图对本发明专利做进一步详细说明。

本发明的沙生灌木自适应平茬装备，其具体实施方式如图1至图7所示：

如图1所示，本发明的沙生灌木自适应平茬装备包括搭有液压泵站的移动平台1、操控面板2、机械臂3、浮动式自适应仿形平茬部件4组成。

沙生灌木自适应平茬装备的移动平台1为可在灌木林区间行走的履带式小型挖机，也可以为其他搭载液压泵站的移动平台，如轮式车辆或牵引式车辆。

沙生灌木自适应平茬装备中机械臂3的末端与浮动式自适应仿形平茬部件4连接，通过调整机械臂3的关节参数控制浮动式自适应仿形平茬部件4与柠条簇根部的相对位姿。如图2所示，浮动式自适应仿形平茬部件4由液压平茬切割装置41、聚拢装置42、总体支撑架43、连接固定装置44、仿形切割装置P（P₁、P₂、P₃）组成；液压平茬切割装置41、聚拢装置42、仿形切割装置P分别与总体支撑架43的后端、前端、底部固定连接；总体支撑架43通过连接固定装置44与机械臂3末端连接。

液压平茬切割装置41分为切割部件和动力部件两个部分组成。其中切割部件由切割刀片41a、刀板41b、保持支撑架41c组成；如图3所示，两块刀板41b分别正反叠装在一起通过销轴与液压剪支撑架41c铰接，切割刀片41a通过螺栓与液压支撑架41c的内侧固定连接；动力部件是由推力液压缸41d、液压缸固定座41e组成，推力液压缸41d的两端分别与刀板41b和液压缸固定座41e铰接；通过调整进入推力液压缸41d液压油的流量、压力控制刀板41b的切割速度、切割力；通过控制推力液压缸41d的行程控制刀板41b的开口度。

如图4所示，聚拢装置42是由总体支撑架43、固定式聚拢爪42a、调节液压缸42b、活动式聚拢爪42c组成。固定式聚拢爪42a通过螺栓与总体支撑架43的前端左侧固定连接；而活动式聚拢爪42c通过销轴与总体支撑架42a的前端右侧铰接；调节液压缸42b的两端分别与总体支撑架43、活动式聚拢爪42c连接，通过控制调节液压缸42b的行程从而控制活动式聚拢爪42c的开口度，从而完成对不同地径的沙生灌木聚拢。

本发明设计的P₁款、P₂款、P₃款自适应仿形平茬装置均分为仿形切割部件和柔性调节部件两个部分。如图5a所示，其中P₁款仿形切割部件由仿形切割支架P₁5、液压马达(a)P₁6、仿形切割滚刀P₁7、仿形轮(a)P₁8组成；仿形切割刀具P₁7的两端分别通过轴承座与仿形切割支架P₁5的底部连接；液压马达(a)P₁6通过螺栓固定于仿形切割支架P₁5的上端，通过V带传动将扭矩传输到仿形切割滚刀P₁7上；仿形轮(a)P₁8与仿形切割支架P₁5的末端铰接，当仿形轮(a)P₁8随地面滚动时，会随着地形的上下起伏带动仿形切割支架P₁5绕仿形支架P₁4的铰接点上下摆动；在仿形支架P₁4的底部等间距开设仿形切割支架P₁5与仿形支架P₁4之间的铰接孔，通过铰接孔的孔距调整仿形切割支架P₁5之间的安装距离。P₁款柔性调节部件是由下浮动弹簧P₁1、上浮动弹簧P₁2、弹簧支架P₁3、仿形支架P₁4、浮动支架块P₁9组成；当仿形轮P₁8随地形波动时，会带动弹簧支架P₁3上下移动；如图5b所示，当弹簧支架P₁3向上移动时，会压缩下浮动弹簧P₁1、上浮动弹簧P₁2处于自然状态；当弹簧支架P₁3向下移动时，会压缩上浮动弹簧P₁2、下浮动弹簧P₁2处于自然状态；通过下浮动弹簧P₁1、上浮动弹簧P₁2、浮动支架块P₁9的联合作用，迫使仿形轮(a)P₁8始终贴合地面仿形，使仿形切割刀具P₁7离地高度始终为仿形轮(a)P₁8的半径，控制仿形留茬高度。

P₂款自适应仿形平茬装置中仿形切割部件由液压马达(b)P₂1、支架P₂2、仿形轮(b)P₂4、切割刀片P₂5、刀辊P₂6、刀辊支撑架P₂7组成；其中，如图6b所示，切割刀片P₂5通过螺栓与刀辊P₂6固定连接，并安装在刀辊支撑架P₂7上组成刀具切割组件；刀具切割组件与支架P₂2之间通过螺栓固定连接，仿形轮(b)P₂4分别安装在支架P₂2的两侧。P₂款柔性调节部件由总体支撑架43、“十字”旋转轴(a)P₂3、支架P₂2组成；如图6a所示，当仿形轮(b)P₂4随地形起伏波动时，支架P₂2带动“十字”旋转轴(a)P₂3绕轴线转动并在总体支撑架43的滑槽内滑移限位；由于刀具切割组件和液压马达(b)P₂1、支撑架等具有一定的自重，会迫使仿形轮(b)P₂4与地面始终贴合，从而完成对地面的仿形。

如图7a、7b所示，P₃款自适应仿形平茬装置中仿形切割部件由减速器P₃1、液压马达(c)P₃2、切割支撑架P₃4、仿形轮(c)P₃6、甩刀P₃7、旋转轴P₃8、钣金连接件P₃9组成。液压马达P₃2固定在切割支撑架P₃4上，通过减速器P₃1将动力传到旋转轴P₃8，最终将动力作用到甩刀P₃7上；如图7b所示，钣金连接件P₃9的一端与旋转轴P₃8的末端通过螺栓固定连接，另一端与甩刀P₃7铰接；当甩刀P₃7旋转切割时，遇到沙石等障碍物时，甩刀P₃7会绕其铰接点旋转，避免损伤刀具；仿形轮P₃6分别位于切割支撑架P₃4的两侧。P₃款柔性调节部件由总体支撑架43、“十字”旋转轴(b)P₃3、切割支撑架P₃4、支撑杆组P₃5组成。支撑杆组P₃5与切割支撑架P₃4组成三角形支架，保证其杆组的稳定性，当地面波动时，会带动“十字”旋转轴P₃3绕轴线转动并在总体支撑架43的滑槽内进行滑移限位，如图7a中箭头所示。其他基本原理同P₂款自适应仿形平茬装置类似。

在本发明描述中，“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示方位或位置关系时基于附图所示的范围或位置关系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自适应仿形平茬装备，其特征在于：包括搭有液压泵站的移动平台、操控面板、机械臂、浮动式自适应仿形平茬部件四个部分；移动平台为可在灌木林地形环境中行走的履带式、轮式机动车辆；浮动式自适应仿形平茬部件包含液压平茬切割装置、聚拢装置、总体支撑架、固定连接装置、仿形切割装置，可通过液压系统驱动聚拢装置、平茬装置与仿形切割装置进行联合作业。机械臂的末端与浮动式自适应仿形平茬部件连接，通过机械臂调整其与沙生灌木的相对位姿，控制其留茬高度；通过3款仿形切割装置与机架快速更换，以完成对不同地形的沙生灌木的仿形平茬收割。

2.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，液压平茬切割装置采用“液压剪”式结构，切割刀片通过螺栓与刀板铣槽固定连接，推力油缸分别位于刀板的两侧，通过调节液压油的流量、压力，控制刀板的往复闭合速度和切割力。

3.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，聚拢装置包括总体支撑架、聚拢爪、调节液压缸，三者组成四杆机构，通过控制调节液压缸的行程调整聚拢爪的开口度，以完成对不同地径沙生灌木的聚拢；其中聚拢爪采用斜面式。

4.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₁款仿形切割装置中仿形部件分别位于仿形支架的两侧，通过下浮动弹簧、上浮动弹簧、浮动支架块的联合作用，迫使仿形轮始终贴合地面仿形，控制仿形留茬高度。

5.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₂款仿形切割装置中仿形轮随地形起伏波动时，支架带动“十字”旋转轴绕轴线转动并在总体支撑架的滑槽内滑移限位；由于刀具切割组件和液压马达、支撑架等具有一定的自重，会迫使仿形轮与地面始终贴合，从而完成对地面的仿形。

6.根据权利要求1所述的自适应平茬装备，P₃款仿形切割装置中钣金连接件的一端与旋转轴的末端通过螺栓固定连接，另一端与甩刀的铰接孔连接；当甩刀旋转切割时，遇到沙石等障碍物时，甩刀会绕其铰接点旋转一定角度，避免损伤刀具；支撑杆组与切割支撑架组成三角形支架，保证其杆组的稳定性；其仿形切割原理与P₂款仿形切割装置类似。

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