CN114698473A - 一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体 - Google Patents

一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体 Download PDF

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Abstract

本发明属于农业机械领域，特别涉及一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，包括机架总成(1)、变速箱(2)、仿形装置(3)、传动总成(4)和粉碎装置(5)；粉碎装置(5)包括传动轴(51)、轴座(52)、护板(53)、粉碎刀(54)、刀板(55)、对称盘型凸轮(56)、滚轮(57)和滑轮(58)；传动总成(4)包括前置链轮(41)、传动链(42)和后置链轮(43)；本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体中的对称式盘形凸轮结构，能够有效地避免“偏心机构”带来的问题，减轻机具振动，并提高机构传动效率，进而提高机具作业效果。

Description

一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体
技术领域
本发明属于农业机械领域，特别涉及一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体。
背景技术
秸秆还田技术具有保墒保土、固碳减排等优势。现有的秸秆还田处理方式多利用秸秆粉碎装置/机具对地表的秸秆进行撕裂、击打、砍切等作用，随后抛撒至地表。现有的秸秆粉碎还田装置/机具多利用高速旋转的刀辊带动安装在刀辊周围的粉碎刀对秸秆进行粉碎，这种粉碎形式的粉碎效率较高、粉碎效果较好，但仍存在动力消耗过大、易将秸秆粉碎成丝瓤状从而造成后续的播种堵塞等问题。
中国发明专利ZL 202010527872.9的一种具有长度筛选功能的往复式多方向秸秆砍切粉碎装置，将田间地表的秸秆收集后进行粉碎，通过筛分装置可对秸秆粉碎后长度进行有效的控制，能够提高秸秆粉碎合格率，但该装置存在结构较为复杂，传动繁琐等缺陷。中国发明专利申请号为202111095804.0的可调速异步对砍式秸秆粉碎装置，以地表为支持，将行间秸秆切成段状，能够有效地避免播种堵塞问题，且可以调节同行的前后粉碎刀转速，进一步提高粉碎效果，但该装置仍存在行距不可调整从而导致漏切，粉碎刀易磨损，机具振动较高等问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，不仅能够对地表的秸秆进行全量粉碎，且能够根据地势的平整度来调整粉碎刀离地高度，以地面为支撑，并将秸秆切为段状，利于分解腐烂，避免播种堵塞；运用砍切机理，能够提高粉碎效果，降低粉碎功耗，通过对称式盘形凸轮结构能够减轻装置的振动，提高机构传动效率，通过仿形装置能够柔性调节粉碎刀片离地高度与入土深度，增加粉碎刀作业寿命，通过组合安装单体可改变粉碎幅宽，增加机具适应性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，包括机架总成1、变速箱2和仿形装置3；所述机架总成1包括支撑架11；支撑架11为框架结构，包括两侧的侧部架体、前部架体和后部架体；
支撑架11的侧部架体上设有朝向支撑架11外部的单体间安装结构110，支撑架11的前部架体和后部架体上分别设有朝向支撑架11内部的护板固定结构111；
所述秸秆粉碎单体还包括传动总成4和粉碎装置5；
所述粉碎装置5包括传动轴51、轴座52、护板53、粉碎刀54、刀板55、对称盘型凸轮56、滚轮57和滑轮58；
所述护板53包括刀板固定道531、护板安装孔532和传动轴安装孔533；所述护板53通过设置其前端和后端的护板安装孔532与护板固定结构111固定在机架总成1的支撑架11上；
所述轴座52固接在机架总成1上，护板53的中心设有传动轴安装孔533，传动轴安装孔533内设置轴承，所述传动轴51穿过护板53，并与传动轴安装孔533内的轴承配合安装在轴座52上，通过设置轴肩对传动轴51进行定位；
护板53的同侧设有上、下两个刀板固定道531，刀板固定道531内的前端和后端设有滑道；
所述刀板55包括滚轮安装孔551、滑轮安装孔552和粉碎刀安装孔553；刀板55的上、下两端分别穿过上、下两个刀板固定道531；所述刀板55的中部开有中间方形孔，与传动轴安装孔533配合供传动轴51通过；中间方形孔的上、下方均开有滚轮安装孔551，多个滑轮58通过滑轮安装孔552转动安装在刀板55两侧，滑轮58能够在护板53上的刀板固定道531的内部滑道中滑动，进而使得刀板55能够上下运动；
所述滚轮57通过滚轮安装孔551转动安装在刀板55上，所述对称盘型凸轮56通过其中间的孔安装在传动轴51上，所述对称盘型凸轮56位于滚轮57下方且与滚轮57接触，形成滚动副；
刀板55的下端设有粉碎刀安装孔553，所述粉碎刀54通过粉碎刀安装孔553固定安装在刀板55的下端；
所述传动总成4包括前置链轮41、传动链42和后置链轮43；所述前置链轮41安装在变速箱2的输出轴上，所述后置链轮43安装在传动轴51上，所述传动链42分别连接前置链轮41及后置链轮43。
所述对称盘型凸轮56由AB、BC、CD、DE、EF和FA六段曲线组成，其中曲线AB、BC关于对称盘型凸轮56的第一中心线P对称，曲线BC、CD关于对称盘型凸轮56的第二中心线L对称，曲线CD、DE关于对称盘型凸轮56的第三中心线O对称，曲线DE、EF关于对称盘型凸轮56的第一中心线P对称，曲线EF、FA关于对称盘型凸轮56的第二中心线L对称，曲线FA、AB关于对称盘型凸轮56的第三中心线O对称；
对称盘型凸轮56的轮廓曲线采用五次多项式运动规律，其中AB段曲线的曲线方程为：
Figure BDA0003595705200000041
其中，s为滚轮57的位移，单位为cm；δ0为对称盘型凸轮56转动的最大角度，为60°；δ为对称盘型凸轮56转动的角度，单位为°；h为滚轮57的最大位移，为20cm。
所述刀板55两侧开有多个滑轮安装孔552，其中刀板55上部开8个滑轮安装孔552，均匀分布在两侧，呈中心对称；下部开8个滑轮安装孔552，均匀分布在两侧，呈中心对称；且在同侧的上部4个和下部4个滑轮安装孔552的中心在同一直线上；16个滑轮58通过滑轮安装孔552设置在刀板55的两侧。
所述对称盘型凸轮56的一侧通过传动轴51上的轴肩定位，另一侧通过安装顶丝定位。
对称盘型凸轮56与护板53的距离为4～8cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体在工作状态下，以地面为支撑，将田间秸秆粉碎成段状(而非丝瓤状)，避免后续播种作业时秸秆缠绕在开沟器上等问题，且秸秆粉碎后长度可根据粉碎刀转速及机具前进速度进行调整。
2、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体中的对称式盘形凸轮结构，能够有效地避免“偏心机构”带来的问题，减轻机具振动，并提高机构传动效率，进而提高机具作业效果。
3、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体中的对称式盘形凸轮结构，其轮廓采用五次多项式运动规律设计，能够保证刀片在运动过程中既无刚性冲击、也无柔性冲击，且本凸轮呈三角形中心对称形式，当凸轮转动一周时，粉碎刀往复运动三次，即当粉碎刀频率一定时，其能够显著降低传动轴的转速。
4、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体中的仿形装置，能够随地势高低柔性调整粉碎刀离地高度与入土距离，有效地避免粉碎刀的破坏和磨损，增加粉碎刀作业寿命。
5、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体结构简单，安装方便，对地形地势适应能力强，能够在丘陵山区等小地块进行作业。
6、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体可通过不同单体间组合安装来调整作业幅宽，提高机具作业效率。
7、本发明的对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体中的粉碎刀板与凸轮间采用双滚轮结构，能够减少摩擦，增加机构传动效率，提高作业效果。
附图说明
图1为本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体的结构示意图；
图2为本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体的安装位置示意图；
图3为本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体的传动路线第一示意图；
图4为本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体的传动路线第二示意图；
图5为粉碎装置5的结构示意图；
图6为刀板55的结构示意图；
图7为护板53结构的第一示意图；
图8为护板53结构的第二示意图；
图9为刀板55上的滑轮58的结构示意图；
图10为仿形装置3的结构示意图；
图11为对称盘型凸轮56的结构示意图；
图12为对称盘型凸轮56的AB段曲线的轮廓曲线示意图；
图13为三组基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体挂接示意图。
其中的附图标记为：
1 机架总成 2 变速箱
3 仿形装置 4 传动总成
5 粉碎装置
10 三点悬挂装置 11 支撑架
110 单体间安装结构 111 护板固定结构
31 仿形架 32 仿形轮
33 弹簧
41 前置链轮 42 传动链
43 后置链轮
51 传动轴 52 轴座
53 护板 54 粉碎刀
55 刀板 56 对称盘型凸轮
57 滚轮 531 刀板固定道
532 护板安装孔 533 传动轴安装孔
551 滚轮安装孔 552 滑轮安装孔
553 粉碎刀安装孔 58 滑轮
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，包括机架总成1、变速箱2、仿形装置3、传动总成4和粉碎装置5。其中，变速箱2通过螺栓螺母固定在机架总成1的前侧。箭头V为机具前进方向。
如图2所示，所述机架总成1包括三点悬挂装置10、支撑架11和平台；支撑架11为框架结构，包括上部架体、两侧的侧部架体、前部架体和后部架体；所述平台的后端与支撑架11的前部架体连接，用于安装变速箱2及仿形装置3。支撑架11的侧部架体上设有朝向支撑架11外部的单体间安装结构110。支撑架11的前部架体和后部架体上分别设有朝向支撑架11内部的护板固定结构111。
三点悬挂装置10的上部固接在支撑架11的上部架体上，下部固接在支撑架11的平台上。
如图5所示，所述粉碎装置5包括传动轴51、轴座52、护板53、粉碎刀54、刀板55、对称盘型凸轮56、滚轮57和滑轮58。
如图7和图8所示，所述护板53包括刀板固定道531、护板安装孔532和传动轴安装孔533；所述护板53通过设置其前端和后端的护板安装孔532与护板固定结构111固定在机架总成1的支撑架11上。
所述轴座52通过螺栓螺母固接在机架总成1上。护板53的中心设有传动轴安装孔533。传动轴安装孔533内设置轴承，所述传动轴51穿过护板53，并与传动轴安装孔533内的轴承配合安装在轴座52上，通过设置轴肩对传动轴51进行定位。
护板53的同侧设有上、下两个刀板固定道531，刀板固定道531内的前端和后端设有滑道。
如图6所示，所述刀板55包括滚轮安装孔551、滑轮安装孔552和粉碎刀安装孔553；刀板55的上、下两端分别穿过上、下两个刀板固定道531。所述刀板55的中部开有中间方形孔，与传动轴安装孔533配合供传动轴51通过。中间方形孔的上、下方均开有滚轮安装孔551。如图9所示，多个滑轮58通过滑轮安装孔552转动安装在刀板55两侧。优选地，所述刀板55两侧开有多个滑轮安装孔552，其中刀板55上部开8个滑轮安装孔552，均匀分布在两侧，呈中心对称；下部开8个滑轮安装孔552，均匀分布在两侧，呈中心对称；且在同侧的上部4个和下部4个滑轮安装孔552的中心在同一直线上；16个滑轮58通过滑轮安装孔552设置在刀板55的两侧，滑轮58能够在护板53上的刀板固定道531的内部滑道中滑动，进而使得刀板55能够上下运动。
如图5、图6所示，所述滚轮57通过滚轮安装孔551转动安装在刀板55上。所述对称盘型凸轮56通过其中间的孔安装在传动轴51上，通过键连接进行动力的传递；进一步地，所述对称盘型凸轮56的一侧通过传动轴51上的轴肩定位，另一侧通过安装顶丝定位；对称盘型凸轮56位于滚轮57下方且与滚轮57接触，形成滚动副。所述对称盘型凸轮56与护板53的距离为4～8cm。
刀板55的下端设有粉碎刀安装孔553，所述粉碎刀54通过粉碎刀安装孔553固定安装在刀板55的下端。
如图3和图4所示，所述传动总成4包括前置链轮41、传动链42和后置链轮43；所述前置链轮41安装在变速箱2的输出轴上，一侧设置轴肩，另一侧设置顶丝来固定其位置，并采用键连接进行动力的传递。所述后置链轮43安装在传动轴51上，一侧设置轴肩，另一侧设置顶丝来固定其位置，并采用键连接进行动力的传递。所述传动链42分别连接前置链轮41及后置链轮43。
如图10所示，所述仿形装置3包括仿形架31、仿形轮32和弹簧33；所述仿形架31固接在机架总成1上的前方平台下方；所述仿形轮32安装在仿形架31上；所述弹簧33安装在仿形架31上。
如图11所示，所述对称盘型凸轮56由AB、BC、CD、DE、EF和FA六段曲线组成，其中曲线AB、BC关于对称盘型凸轮56的第一中心线P对称，曲线BC、CD关于对称盘型凸轮56的第二中心线L对称，曲线CD、DE关于对称盘型凸轮56的第三中心线O对称，曲线DE、EF关于对称盘型凸轮56的第一中心线P对称，曲线EF、FA关于对称盘型凸轮56的第二中心线L对称，曲线FA、AB关于对称盘型凸轮56的第三中心线O对称。由于六段曲线的轮廓曲线彼此两两对称，故六段曲线的轮廓曲线完全相同，仅需确定一段曲线的轮廓曲线即可，以下以曲线AB为例进行描述。
为保证滚轮57在对称盘型凸轮56上滚动时既无刚性冲击也无柔性冲击，对称盘型凸轮56的轮廓曲线采用五次多项式运动规律，其中AB段曲线如图12所示，其曲线方程为：
Figure BDA0003595705200000091
其中，s为滚轮57的位移，单位为cm；δ0为对称盘型凸轮56转动的最大角度，为60°；δ为对称盘型凸轮56转动的角度，单位为°；h为滚轮57的最大位移，为20cm。
进一步地，所述对称盘型凸轮56在转动一周时，滚轮57往复运动三次，即当粉碎刀54切割频率一定时，采用对称盘型凸轮56机构可降低传动轴51的转速，为粉碎刀54转速的三分之一。
如图13所示，每两个单体间可通过单体间安装结构110由螺栓螺母固定连接，所述单体间安装结构110在每个单体上有12个，均布在单体两侧，其中单侧有6个，均布在上、左、右三个方向，保证安装的可靠性；进一步地，所述两组单体间的传动轴通过联轴器连接，保证传动的平稳性。
本发明的工作过程如下：
拖拉机通过三点悬挂的方式与本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体的三点悬挂装置10连接，牵引秸秆粉碎单体前进作业。拖拉机动力输出轴通过万向节与变速箱2的输入轴连接，将拖拉机动力传递给变速箱2。变速箱2的输出轴通过前置链轮41、传动链42和后置链轮43将动力传递给传动轴51，传动轴51经由对称盘型凸轮56带动粉碎刀54做竖直方向上的直线运动，进行砍切作业。
秸秆粉碎单体作业过程中，田间秸秆首先经由仿形轮32进行初步的压实，以便于后续粉碎刀54的砍切。传动轴51获得动力后将动力传递给对称盘型凸轮56，使其进行转动。对称盘型凸轮56在转动的过程中带动其上下方两个滚轮57进行转动。由于凸轮的特殊结构，滚轮57在转动的同时也进行着竖直方向上的直线运动。随后，滚轮57带动刀板55进行竖直方向上的直线运动，进而带动粉碎刀54进行竖直方向上的直线运动，实现对秸秆的砍切。为保证机构的平稳性，在刀板55上安装滑轮，使其在护板53上的刀板固定道531内滑道进行移动。
随着单体的前进，粉碎刀54在凸轮机构的带动下对秸秆进行竖直方向上的往复砍切作业。当地表地势变化时，仿形装置3上的弹簧随地势变化进行压缩或拉伸，进而通过调整仿形轮32来调整粉碎刀54的离地高度与入土深度。
本发明一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体作业幅宽为40～50cm。针对丘陵山区等小地块区域，可挂接2～3组单体进行作业，作业幅宽为80～150cm；针对平原等大地块区域，可挂接5～6组单体进行作业，作业幅宽为200～300cm。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，但专利的保护范围不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，包括机架总成(1)、变速箱(2)和仿形装置(3)；所述机架总成(1)包括支撑架(11)；支撑架(11)为框架结构，包括两侧的侧部架体、前部架体和后部架体；
其特征在于：
支撑架(11)的侧部架体上设有朝向支撑架(11)外部的单体间安装结构(110)，支撑架(11)的前部架体和后部架体上分别设有朝向支撑架(11)内部的护板固定结构(111)；
所述秸秆粉碎单体还包括传动总成(4)和粉碎装置(5)；
所述粉碎装置(5)包括传动轴(51)、轴座(52)、护板(53)、粉碎刀(54)、刀板(55)、对称盘型凸轮(56)、滚轮(57)和滑轮(58)；
所述护板(53)包括刀板固定道(531)、护板安装孔(532)和传动轴安装孔(533)；所述护板(53)通过设置其前端和后端的护板安装孔(532)与护板固定结构(111)固定在机架总成(1)的支撑架(11)上；
所述轴座(52)固接在机架总成(1)上，护板(53)的中心设有传动轴安装孔(533)，传动轴安装孔(533)内设置轴承，所述传动轴(51)穿过护板(53)，并与传动轴安装孔(533)内的轴承配合安装在轴座(52)上，通过设置轴肩对传动轴(51)进行定位；
护板(53)的同侧设有上、下两个刀板固定道(531)，刀板固定道(531)内的前端和后端设有滑道；
所述刀板(55)包括滚轮安装孔(551)、滑轮安装孔(552)和粉碎刀安装孔(553)；刀板(55)的上、下两端分别穿过上、下两个刀板固定道(531)；所述刀板(55)的中部开有中间方形孔，与传动轴安装孔(533)配合供传动轴(51)通过；中间方形孔的上、下方均开有滚轮安装孔(551)，多个滑轮(58)通过滑轮安装孔(552)转动安装在刀板(55)两侧，滑轮(58)能够在护板(53)上的刀板固定道(531)的内部滑道中滑动，进而使得刀板(55)能够上下运动；
所述滚轮(57)通过滚轮安装孔(551)转动安装在刀板(55)上，所述对称盘型凸轮(56)通过其中间的孔安装在传动轴(51)上，所述对称盘型凸轮(56)位于滚轮(57)下方且与滚轮(57)接触，形成滚动副；
刀板(55)的下端设有粉碎刀安装孔(553)，所述粉碎刀(54)通过粉碎刀安装孔(553)固定安装在刀板(55)的下端；
所述传动总成(4)包括前置链轮(41)、传动链(42)和后置链轮(43)；所述前置链轮(41)安装在变速箱(2)的输出轴上，所述后置链轮(43)安装在传动轴(51)上，所述传动链(42)分别连接前置链轮(41)及后置链轮(43)。
2.根据权利要求1所述的基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，其特征在于：所述对称盘型凸轮(56)由AB、BC、CD、DE、EF和FA六段曲线组成，其中曲线AB、BC关于对称盘型凸轮(56)的第一中心线P对称，曲线BC、CD关于对称盘型凸轮(56)的第二中心线L对称，曲线CD、DE关于对称盘型凸轮(56)的第三中心线O对称，曲线DE、EF关于对称盘型凸轮(56)的第一中心线P对称，曲线EF、FA关于对称盘型凸轮(56)的第二中心线L对称，曲线FA、AB关于对称盘型凸轮(56)的第三中心线O对称；
对称盘型凸轮(56)的轮廓曲线采用五次多项式运动规律，其中AB段曲线的曲线方程为：
Figure FDA0003595705190000031
其中，s为滚轮(57)的位移，单位为cm；δ0为对称盘型凸轮(56)转动的最大角度，为60°；δ为对称盘型凸轮(56)转动的角度，单位为°；h为滚轮(57)的最大位移，为20cm。
3.根据权利要求1所述的基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，其特征在于：所述刀板(55)两侧开有多个滑轮安装孔(552)，其中刀板(55)上部开8个滑轮安装孔(552)，均匀分布在两侧，呈中心对称；下部开8个滑轮安装孔(552)，均匀分布在两侧，呈中心对称；且在同侧的上部4个和下部4个滑轮安装孔(552)的中心在同一直线上；16个滑轮(58)通过滑轮安装孔(552)设置在刀板(55)的两侧。
4.根据权利要求1所述的基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，其特征在于：所述对称盘型凸轮(56)的一侧通过传动轴(51)上的轴肩定位，另一侧通过安装顶丝定位。
5.根据权利要求1所述的基于对称式盘形凸轮传动的秸秆粉碎单体，其特征在于：对称盘型凸轮(56)与护板(53)的距离为4～8cm。
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