CN114737569A - 一种基于切比雪夫连杆的插草机构 - Google Patents

一种基于切比雪夫连杆的插草机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于切比雪夫连杆的插草机构,用于降低行进方向的冲击力并提高插草质量。该机构通过机架安装于草方格固沙车上,包括电机、传动装置和插草装置,传动装置包括上平行四边形机构和下平行四边形机构,本发明运行时,电机驱动动力传动轴转动,从而带动固定在动力传动轴上的曲柄做绕轴转动。曲柄进一步将动力传递给随动杆。随动杆一方面将动力传动给上平行四边形机构,实现对插草导向杆的运动控制;另一方面将动力传递给下平行四边形机构,实现对导轨的运动控制。插草导向杆与导轨在随动杆的带动下,共同影响滑块的运动轨迹,进而控制插草机构的运动轨迹。本发明在草方格固沙车进行草方格铺设时,通过使插草刀在地面周期性停留的特殊运动方式,减少沙土冲击对插草机构带来的疲劳破坏。

Description

一种基于切比雪夫连杆的插草机构
技术领域
本发明属于农用设备领域,涉及一种沙漠固沙车铺设草方格过程中,将草料压入沙土中的机构。
技术背景
当前我国面临着土地沙漠化问题,采用草方格固沙车铺设草方格的方法是防止土地沙漠化的有效手段,但在固沙作业时,传统的滚压式插草机构难以避免因为车辆行进造成的冲击,导致插草装置的连接位置发生较大破坏,并缩短了装置的使用寿命,增加了固沙成本。同时以滚压形式插草,草料不能牢固的插进土中,降低了草方格的固沙效果。
发明内容
本发明旨在提供一种能够降低行进方向冲击力并提高插草质量的基于切比雪夫连杆的插草机构。
具体技术方案如下:
一种基于切比雪夫连杆的插草机构,通过机架(2)安装于草方格固沙车上,包括电机(1)、传动装置和插草装置,传动装置包括:动力传动轴(3)、多个铰接轴(5)、滑块(6)、支撑轴(8)、曲柄(9)、支撑杆(10)、加强横杆(11)、辅助运动杆(12)、随动杆(14)、插草动力杆(15)、导轨(17)、插草导向杆(24);
传动装置与机架(2)有两处连接点,第一处为动力传动轴(3)与机架(2)铰接连接,第二处为支撑轴(8)与机架(2)固定连接;与动力传动轴(3)铰接的支撑杆(10)、与支撑轴(8)铰接的插草动力杆(15)、分别与支撑杆(10)和插草动力杆(15)铰接的加强横杆(11),以及机架(2)构成上平行四边形机构;插草导向杆(24)上端与置于插草动力杆(15)下端的铰接轴(5)固连,实现插草导向杆(24)与上平行四边形机构的连接;插草导向杆(24)下端通过铰接轴(5)与滑块(6)连接,其中,滑块(6)与铰接轴(5)固连,铰接轴(5)另一端与插草导向杆(24)铰接;滑块(6)底端通过与加强架(18)固连实现与插草装置的连接;
曲柄(9)上端与动力传动轴(3)固连,曲柄(9)的下端与铰接轴(5)固连,铰接轴(5)的另一端与随动杆(14)上部铰接,随动杆(14)中部通过铰接轴(5)与插草动力杆(15)下端铰接,随动杆(14)下端通过铰接轴(5)与导轨(17)左端铰接,导轨(17)右端通过铰接轴(5)与辅助运动杆(12)底端铰接,辅助运动杆(12)顶端通过铰接轴(5)与支撑杆(10)底端铰接,随动杆(14)、导轨(17)以及辅助运动杆(12)组成下平行四边形机构;
在本发明运行时,电机(1)工作,驱动动力传动轴(3)转动,从而带动固定在动力传动轴(3)上的曲柄(9)做绕轴转动。曲柄(9)通过铰接轴(5),将动力传递给随动杆(14)。随动杆(14)一方面通过中部的铰接轴(5)将动力传动给上平行四边形机构,实现对插草导向杆(24)的运动控制;另一方面通过下端的铰接轴(5)将动力传递给下平行四边形机构,实现对导轨(17)的运动控制。上平行四边形机构控制下的插草导向杆(24)与下平行四边形机构中的导轨(17)在随动杆(14)的带动下,共同影响滑块(6)的运动轨迹。
本发明的传动装置基于切比雪夫连杆设计,使本发明的插草运动模拟了人的行走状态,实现了减小行进方向冲击的功能。为保证插草机构运行时的稳定,本发明在切比雪夫连杆的基础上增加了支撑杆、加强横杆和辅助运动杆。然而,仅靠上述设计虽然减少了插草机构在行进方向受到的冲击,但插草刀接触地面时,对草料施加的作用力较小,插草效果并不理想,于是又增加了导轨,使插草刀在插入土壤时尽量保持竖直,增加了地面竖直方向受力,提高了插草质量。
通过更换与插草刀连接的连接板可以改变本发明草料插入的横向间隔。同时亦可以根据实际生产情况更换长度不同的插草刀,以改变两排草料的插入密度。
本发明安装在草方格固沙车后,可将行进方向上的两排草料插入沙土中。通过各部件运转实现草方格固沙车行进过程中的插草运动。本发明参照人行走模式,并参照切比雪夫连杆设计了插草刀的运动轨迹,减少了插草作业中,作用在插草刀上的行进方向冲击,增加了竖直方向压力,有效增加了整体结构的寿命、插草效率和插草质量。
本发明在草方格固沙车进行草方格铺设时,通过使插草刀在地面周期性停留的特殊运动方式,减少沙土冲击对插草机构带来的疲劳破坏。
附图说明
图1为本发明整体轴测图;
图2为本发明安装在草方格固沙车上的侧视图;
图3为本发明主视图;
图4为本发明安装在草方格固沙车上的俯视图;
图中:1、电机,2、机架,3、动力传动轴,4、轴承,5、铰接轴,6、滑块,7、螺母,8、支撑轴,9、曲柄,10、支撑杆,11、加强横杆,12、辅助运动杆,13、轴承端盖,14、随动杆,15、插草动力杆,16、轴向限位件,17、导轨,18、加强架,19、支撑板,20、连接板,21、插草刀,22、弹簧,23、连接件,24、插草导向杆,25、联轴器,26、草方格固沙车底盘,27、车轮,28、草料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的进行详细说明。
参照图2,草方格固沙车的行进方向为从右向左。本发明安装在草方格固沙车的底盘后部。在草方格固沙车行进过程中,电机(1)输出动力,带动传动装置运动。传动装置组成部件在运动中相互作用,实现滑块(6)的运动。插草装置会在滑块(6)的带动下运动。在草方格固沙车前进的同时,插草装置会将预先铺设在地面上的两排距离为一米的草料压入土中,实现插草功能。
参照附图,本发明的基于切比雪夫连杆的插草机构包括电机(1)、传动装置和插草装置三部分。
传动装置包括:动力传动轴(3)、轴承(4)、铰接轴(5)、滑块(6)、支撑轴(8)、曲柄(9)、支撑杆(10)、加强横杆(11)、辅助运动杆(12)、导轨(17)、随动杆(14)、插草动力杆(15)、插草导向杆(24)。
功能结构上,传动装置又包括上平行四边形机构和下平行四边形机构两部分。
上平行四边形机构包括:铰接轴(5)、插草动力杆(15)、支撑杆(10)、加强横杆(11)。
下平行四边形机构包括:铰接轴(5)、辅助运动杆(12)、导轨(17)、随动杆(14)。
机架(2)安装于草方格固沙车上,动力传动轴(3)与机架(2)铰接相连,支撑轴(8)与机架(2)固连。电机(1)通过联轴器(25)与动力传动轴(3)固连,曲柄(9)上端与动力传动轴(3)固连,下端与铰接轴(5)固连,铰接轴(5)另一端与随动杆(14)上部铰接。
随动杆(14)中部与铰接轴(5)固连,下端与铰接轴(5)铰接。
插草动力杆(15)上端与支撑轴(8)铰接相连,中部开圆孔,铰接轴(5)穿过该圆孔与加强横杆(11)铰接。插草动力杆(15)下端与铰接轴(5)铰接。
支撑杆(10)一端与动力传动轴(3)铰接,另一端与铰接轴(5)固连。
加强横杆(11)左右两端分别与铰接轴(5)铰接。
插草导向杆(24)上端与铰接轴(5)固连。下端与铰接轴(5)铰接。
辅助运动杆(12)上下端分别与铰接轴(5)铰接。
导轨(17)左右两端分别与铰接轴(5)固连。
滑块(6)与铰接轴(5)固连,由于导轨(17)的限制,实现相对于导轨(17)的竖直运动。
插草装置包括:加强架(18)、支撑板(19)、连接板(20)、插草刀(21)、弹簧(22)、连接件(23)。
为增强结构的强度与刚度,保证左右两个插草刀(21)受力均匀,本发明在插草装置中加入了加强架(18)与支撑板(19)。加强架(18)与支撑板(19)通过连接件(23)固定。由于插草过程中机构整体会受到竖直方向上的较大冲击,因此在支撑板(19)与连接板(20)之间加入弹簧(22),以起到缓冲、减振的作用。弹簧(22)套在连接件(23)上,实现位置的相对固定。插草刀(21)固定在连接板(20)上。
加强架(18)与滑块(6)固连,实现在本发明运行过程中,插草装置与滑块运动轨迹相同。
本发明中,导轨(17)与插草导向杆(24)的运动合成了滑块(6)的运动轨迹,从而实现插草装置类似于人行走模式的插草运动轨迹。
为减少铰接部位在绕轴转动过程中产生的摩擦和插草过程产生的竖直方向冲击,本发明在每个铰接部位安装了轴承(4)。同时为防止工作时沙土进入轴承,本发明在每个轴承所在位置增加了轴承端盖(13)。
动力传动轴由电机驱动,使固定在其上的曲柄转动。曲柄做圆周运动,通过铰接轴将动力传递给随动杆,使之随曲柄运动。随动杆的动力传动路线可以分为两条。通过中间铰接轴的动力会作用在插草动力杆、加强横杆、支撑杆、插草导向杆上。最终动力传动的影响是控制插草导向杆的运动轨迹;通过下端铰接轴的动力会作用在导轨、辅助运动杆上。最终动力传动的影响是控制导轨的运动轨迹。
导轨与插草导向杆的运动会共同限制滑块的运动轨迹。
随动杆两条具体传动路线如下:
在第一条传动路线中,随动杆通过中间的铰接轴,将动力传递给插草动力杆。使插草动力杆绕支撑轴转动。插草动力杆通过中间的铰接轴带动加强横杆运动,加强横杆通过铰接轴带动支撑杆绕动力传动轴转动,使支撑杆与插草动力杆做相对平行的运动。插草动力杆通过下端铰接轴将动力传递给插草导向杆。
在第二条传动路线中,随动杆通过下端的铰接轴,将动力传递给导轨。使导轨随随动杆运动。导轨右端通过铰接轴将动力传递给辅助运动杆,使辅助运动杆随导轨运动,并且与随动杆保持平行关系。
插草动力杆与支撑杆、辅助运动杆与随动杆绕各自回转轴做相对平行的运动,分担插草时插草机构受到的竖直冲击,保障了机构的稳定性。
插草导向杆通过一根铰接轴与滑块连接,带动滑块做相对于导轨的上下运动,与导轨实现对滑块运动的联合作用。插草机构在滑块的带动下,与滑块同步运动,最终产生插草运动轨迹。
导轨的运动轨迹为一个半圆弧。当插草刀插入沙土时其相对于地面静止不动,在插草刀抬起时其运动轨迹为圆弧。该运动轨迹一方面使插草刀竖直插入地面,保证了竖直方向上的插草压力最大;另一方面保证了固沙车行进和插草功能的配合,提高了插草效率。
当导轨相对于地面静止时,插草导向杆带动滑块向下滑动并短暂停留在地面上。在此过程中,插草装置做相对于导轨的竖直运动,使插草刀能够垂直插入沙土,增加了竖直方向的力,保证草料能稳固的插在土壤中。当导轨沿圆弧轨迹运动时,插草刀沿导轨向上运动。

Claims (2)

1.一种基于切比雪夫连杆的插草机构,通过机架(2)安装于草方格固沙车上,其特征在于:包括电机(1)、传动装置和插草装置,
传动装置包括:动力传动轴(3)、多个铰接轴(5)、滑块(6)、支撑轴(8)、曲柄(9)、支撑杆(10)、加强横杆(11)、辅助运动杆(12)、随动杆(14)、插草动力杆(15)、导轨(17)、插草导向杆(24);
传动装置与机架(2)有两处连接点,第一处为动力传动轴(3)与机架(2)铰接连接,第二处为支撑轴(8)与机架(2)固定连接;与动力传动轴(3)铰接的支撑杆(10)、与支撑轴(8)铰接的插草动力杆(15)、分别与支撑杆(10)和插草动力杆(15)铰接的加强横杆(11),以及机架(2)构成上平行四边形机构;插草导向杆(24)上端与置于插草动力杆(15)下端的铰接轴(5)固连,实现插草导向杆(24)与上平行四边形机构的连接;插草导向杆(24)下端通过铰接轴(5)与滑块(6)连接,其中,滑块(6)与铰接轴(5)固连,铰接轴(5)另一端与插草导向杆(24)铰接;滑块(6)底端通过与加强架(18)固连实现与插草装置的连接;
曲柄(9)上端与动力传动轴(3)固连,曲柄(9)的下端与铰接轴(5)固连,铰接轴(5)的另一端与随动杆(14)上部铰接,随动杆(14)中部通过铰接轴(5)与插草动力杆(15)下端铰接,随动杆(14)下端通过铰接轴(5)与导轨(17)左端铰接,导轨(17)右端通过铰接轴(5)与辅助运动杆(12)底端铰接,辅助运动杆(12)顶端通过铰接轴(5)与支撑杆(10)底端铰接,随动杆(14)、导轨(17)以及辅助运动杆(12)组成下平行四边形机构;
电机(1)通过联轴器(25)带动动力传动轴(3)运动,使固定在动力传动轴(3)上的曲柄(9)做圆周运动,曲柄(9)带动随动杆(14)运动,随动杆(14)一方面通过置于中部的铰接轴(5)带动插草动力杆(15)运动,进而通过上平行四边形机构带动滑块(6)运动,随动杆(14)另一方面作为动力源带动下平行四边形机构运动,进而带动导轨(17)运动,加强架(18)在滑块(6)和导轨(17)的共同作用下带动插草装置进行运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于切比雪夫连杆的插草机构,其特征在于:所述的插草装置包括加强架(18)、支撑板(19)、连接板(20)、插草刀(21)、弹簧(22)、连接件(23),加强架(18)与支撑板(19)通过连接件(23)固定连接,用于增强结构的强度与刚度,支撑板(19)与连接板(20)之间加入弹簧(22),用于缓冲减振,弹簧(22)套在连接件(23)上,插草刀(21)固定在连接板(20)两边。
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