CN114847271B - 一种施药机及其喷杆机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于施药机的喷杆机构，包括安装支架、第一喷杆组件以及第二喷杆组件，工作时，将安装支架与施药机的主体结构相连，第一喷杆组件中，调整第一驱动杆的长度，在第一连杆以及第二连杆的推动作用下，两组平行四杆机构绕安装支架转动，从而调整第三连杆以及与第三连杆相连的第一喷杆的高度，使得第一喷杆适应作物的作业高度，同样地，利用第二驱动杆带动第二喷杆组件转动，从而调整第二喷杆的作业高度，使得本发明的第一喷杆和第二喷杆能够适用于不同高度作物的施药，提高喷杆机构的灵活适应性，提高施药效率。本发明还提供一种包含上述喷杆结构的施药机，施药机能够用于套种作物的施药，适应不同高度的作物，提高施药工作效率。

Description

一种施药机及其喷杆机构
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种施药机及其喷杆机构。
背景技术
为了充分利用土地与光源，有效提高粮食产量与农业收入，现有大豆套种玉米的种植技术，即为玉米与大豆交叉种植。结合目前种植农艺，施药机在交叉种植田间作业时，需要分别对不同作物进行施药，以保证作物生长良好。
公开号为CN212116814U的中国专利，公开了一种具有调节功能的喷杆结构，喷杆组件通过主升降油缸驱动上下往复运动以调节喷杆组件的高度，只能实现喷杆整体的升降。对于作物套种的种植方式，每种作物最佳施药位置不同，而喷杆整体的升降无法完成多种作物同时达到施药最佳高度的目的，会影响施药效果。
因此，如何改变现有技术中，现有施药机无法同时对不同高度的作物进行施药的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种施药机及其喷杆机构，以解决上述现有技术存在的问题，使施药机能够适应不同高度作物的同时施药，提高施药机的作业效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种适用于施药机的喷杆机构，包括：
安装支架，所述安装支架能够与施药机的主体结构相连；
第一喷杆组件，所述第一喷杆组件包括第一升降架、第一喷杆以及第一驱动杆，所述第一升降架与所述安装支架铰接，所述第一升降架包括平行四杆机构、第一连杆、第二连杆以及第三连杆，所述平行四杆机构的数量为两组，两组所述平行四杆机构平行设置，两组所述平行四杆机构均与所述安装支架铰接，所述第一连杆连接两组所述平行四杆机构的顶部，所述第二连杆连接两组所述平行四杆机构的底部，且所述第一连杆以及所述第二连杆均平行于所述第一升降架的转动轴线，所述第一驱动杆的一端与所述第一连杆铰接，所述第一驱动杆的另一端与所述第二连杆铰接，所述第一驱动杆的长度能够调整，所述第三连杆连接两组所述平行四杆机构，所述第一喷杆设置于所述第三连杆上；
第二喷杆组件，所述第二喷杆组件包括第二升降架、第二喷杆以及第二驱动杆，所述第二升降架与所述安装支架铰接，所述第二升降架与所述第一升降架的结构相同，所述第二喷杆设置于所述第二升降架上，所述第二驱动杆的长度能够调整，所述第二驱动杆能够带动所述第二升降架运动。
优选地，所述第一喷杆组件设置有激光雷达传感器，所述激光雷达传感器能够检测待施药作物的高度；
所述第一喷杆组件与所述第二喷杆组件之间设置测量组件，所述测量组件包括安装件、角度传感器、摆臂以及球头连杆，所述安装件固定于所述第二升降架的底部，所述球头连杆固定于所述第一升降架的顶部，所述角度传感器固定于所述安装件上，所述摆臂的一端与所述角度传感器相连，且所述摆臂能够相对于所述安装件转动，所述摆臂的另一端可滑动地与所述球头连杆相连且所述摆臂与所述球头连杆铰接。
优选地，以所述角度传感器的转轴上一点为O，以所述第二驱动杆与所述第二升降架底部的铰接点为Q，以所述第一驱动杆与所述第一升降架底部的铰接点为M，以所述摆臂与所述球头连杆的铰接点为P，O与Q之间的距离为l1，M与P之间的距离为l2，Q与M之间的距离为l3，Q与P之间的距离为l4，OP与OQ之间的夹角为α，PM与MQ之间的夹角为β，MQ与OQ之间的夹角为γ，则：
所述第二喷杆与所述第一喷杆之间的夹角为：
优选地，所述第二喷杆可转动地与所述第二升降架相连；
所述第二喷杆与所述第二升降架之间设置喷杆悬架，所述第二喷杆与所述喷杆悬架铰接，所述喷杆悬架与所述第二喷杆之间设置折叠油缸，所述折叠油缸能够带动所述第二喷杆转动。
优选地，所述第二喷杆组件的数量为两组，两组所述第二喷杆组件以所述第一喷杆组件的中线为轴线对称设置。
优选地，所述安装支架为凸字形结构，所述安装支架包括安装杆和安装框，所述安装框与所述安装杆相连，所述第一喷杆组件与所述安装框相连，所述第二喷杆组件与所述安装杆相连。
优选地，所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆均为油缸。
优选地，所述的适用于施药机的喷杆机构还包括液压系统，所述液压系统包括油箱、过滤器以及液压泵，所述过滤器连接所述油箱以及所述液压泵，所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆均与所述液压泵相连通，所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆与所述液压泵之间均设置控制阀。
优选地，所述第一喷杆与所述第一升降架可拆卸连接，所述第二喷杆与所述第二升降架可拆卸连接。
本发明还提供一种施药机，包含上述的适用于施药机的喷杆机构。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的适用于施药机的喷杆机构，包括安装支架、第一喷杆组件以及第二喷杆组件，其中，安装支架能够与施药机的主体结构相连；第一喷杆组件包括第一升降架、第一喷杆以及第一驱动杆，第一升降架与安装支架铰接，第一升降架包括平行四杆机构、第一连杆、第二连杆以及第三连杆，平行四杆机构的数量为两组，两组平行四杆机构平行设置，两组平行四杆机构均与安装支架铰接，第一连杆连接两组平行四杆机构的顶部，第二连杆连接两组平行四杆机构的底部，且第一连杆以及第二连杆均平行于第一升降架的转动轴线，第一驱动杆的一端与第一连杆铰接，第一驱动杆的另一端与第二连杆铰接，第一驱动杆的长度能够调整，第三连杆连接两组平行四杆机构，第一喷杆设置于第三连杆上；第二喷杆组件包括第二升降架、第二喷杆以及第二驱动杆，第二升降架与安装支架铰接，第二升降架与第一升降架的结构相同，第二喷杆设置于第二升降架上，第二驱动杆的长度能够调整，第二驱动杆能够带动第二升降架运动。
本发明的适用于施药机的喷杆机构工作时，将安装支架与施药机的主体结构相连，从而使得第一喷杆和第二喷杆均与喷洒药液相连通，第一喷杆组件中，调整第一驱动杆的长度，在第一连杆以及第二连杆的推动作用下，两组平行四杆机构绕安装支架转动，从而调整第三连杆以及与第三连杆相连的第一喷杆的高度，使得第一喷杆适应作物的作业高度，同样地，利用第二驱动杆带动第二喷杆组件转动，从而调整第二喷杆的作业高度，使得本发明的第一喷杆和第二喷杆能够适用于不同高度作物的施药，提高喷杆机构的灵活适应性，提高施药效率。
本发明还提供一种包含上述喷杆结构的施药机，施药机能够用于套种作物的施药，适应不同高度的作物，提高施药工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的适用于施药机的喷杆机构的结构示意图；
图2为本发明的适用于施药机的喷杆机构的俯视示意图；
图3为本发明的适用于施药机的喷杆机构的结构简图；
图4为本发明的适用于施药机的喷杆机构的液压系统的工作原理图；
图5为本发明的适用于施药机的喷杆机构的工作流程图。
其中，1为安装支架，101为安装杆，102为安装框，2为第一喷杆组件，3为第二喷杆组件，4为第一升降架，5为第一喷杆，6为第一驱动杆，7为平行四杆机构，8为第一连杆，9为第二连杆，10为第三连杆，11为第二升降架，12为第二喷杆，13为第二驱动杆，14为激光雷达传感器，15为安装件，16为角度传感器，17为摆臂，18为球头连杆，19为油箱，20为过滤器，21为液压泵，22为单向节流阀，23为液控单向阀，24为三位四通换向阀，25为二位三通换向阀，26为折叠油缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种施药机及其喷杆机构，以解决上述现有技术存在的问题，使施药机能够适应不同高度作物的同时施药，提高施药机的作业效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-5，其中，图1为本发明的适用于施药机的喷杆机构的结构示意图，图2为本发明的适用于施药机的喷杆机构的俯视示意图，图3为本发明的适用于施药机的喷杆机构的结构简图，图4为本发明的适用于施药机的喷杆机构的液压系统的工作原理图，图5为本发明的适用于施药机的喷杆机构的工作流程图。
本发明提供一种适用于施药机的喷杆机构，包括安装支架1、第一喷杆组件2以及第二喷杆组件3，其中，安装支架1能够与施药机的主体结构相连；第一喷杆组件2包括第一升降架2、第一喷杆5以及第一驱动杆6，第一升降架2与安装支架1铰接，第一升降架2包括平行四杆机构7、第一连杆8、第二连杆9以及第三连杆10，平行四杆机构7的数量为两组，两组平行四杆机构7平行设置，两组平行四杆机构7均与安装支架1铰接，第一连杆8连接两组平行四杆机构7的顶部，第二连杆9连接两组平行四杆机构7的底部，且第一连杆8以及第二连杆9均平行于第一升降架2的转动轴线，第一驱动杆6的一端与第一连杆8铰接，第一驱动杆6的另一端与第二连杆9铰接，第一驱动杆6的长度能够调整，第三连杆10连接两组平行四杆机构7，第一喷杆5设置于第三连杆10上；第二喷杆组件3包括第二升降架11、第二喷杆12以及第二驱动杆13，第二升降架11与安装支架1铰接，第二升降架11与第一升降架2的结构相同，第二喷杆12设置于第二升降架11上，第二驱动杆13的长度能够调整，第二驱动杆13能够带动第二升降架11运动。
本发明的适用于施药机的喷杆机构工作时，将安装支架1与施药机的主体结构相连，从而使得第一喷杆5和第二喷杆12均与喷洒药液相连通，第一喷杆组件2中，调整第一驱动杆6的长度，在第一连杆8以及第二连杆9的推动作用下，两组平行四杆机构7绕安装支架1转动，从而调整第三连杆10以及与第三连杆10相连的第一喷杆5的高度，使得第一喷杆5适应作物的作业高度，同样地，利用第二驱动杆13带动第二喷杆组件3转动，从而调整第二喷杆12的作业高度，使得本发明的第一喷杆5和第二喷杆12能够适用于不同高度作物的施药，提高喷杆机构的灵活适应性，提高施药效率。
具体地，第一喷杆组件2设置有激光雷达传感器14，激光雷达传感器14能够检测待施药作物的高度；第一喷杆组件2与第二喷杆组件3之间设置测量组件，测量组件包括安装件15、角度传感器16、摆臂17以及球头连杆18，安装件15固定于第二升降架11的底部，球头连杆18固定于第一升降架2的顶部，角度传感器16固定于安装件15上，摆臂17的一端与角度传感器16相连，且摆臂17能够相对于安装件15转动，摆臂17的另一端可滑动地与球头连杆18相连且摆臂17与球头连杆18铰接。本发明设置激光雷达传感器14，检测到待施药作物的高度后，调整第一喷杆5的高度，使第一喷杆5调整至适应其作业范围内作物的作业高度，再利用角度传感器16测量出第一喷杆5与第二喷杆12之间的角度差值，进而计算出二者之间的高度差，再对第二喷杆12的作业高度进行调整，使之适应其作业范围内作物的高度。
更具体地，如图3所示，以角度传感器16的转轴上一点为O，以第二驱动杆13与第二升降架11底部的铰接点为Q，以第一驱动杆6与第一升降架2底部的铰接点为M，以摆臂17与球头连杆18的铰接点为P，O与Q之间的距离为l1，M与P之间的距离为l2，Q与M之间的距离为l3，Q与P之间的距离为l4，OP与OQ之间的夹角为α，PM与MQ之间的夹角为β，MQ与OQ之间的夹角为γ，则：
第二喷杆12与第一喷杆5之间的夹角为：
由激光雷达传感器14得到的第一喷杆5高度信息具有阶跃性，为了提高高度信息的采集精度，本发明提供了一种移动平均滤波算法对第一喷杆5高度值进行平滑：
式中，为当前周期所获得角度的平均值，单位为°；N为周期中取角度信号次数，单位为°；hi为当前倾角传感器获取的角度，单位为°；i为采样次数。
采用增量型PID控制算法：当Δh>0时，第一驱动杆6收缩，第一喷杆5高度降低；当Δh<0时，第一驱动杆6伸长，第一喷杆5高度升高；当Δh＝0时，第一喷杆5保持不动。
e(i)＝hd(i)-ha(i)
其中，e(i)为第一喷杆5目标高度值hd与第一喷杆5实际高度值ha的差值；i为采样次数，Ui为i次第一喷杆5升降控制器的输出信号。也就是e为角度误差值，KP、KI、KD分别为比例运算、积分运算、微分运算，分别为50、20、8。
另外，第二喷杆12可转动地与第二升降架11相连，使得第二喷杆12能够在非工作状态旋转一定角度从而折叠，减少喷杆机构的占用空间，方便运输以及存放；具体地，第二喷杆12与第二升降架11之间设置喷杆悬架，第二喷杆12与喷杆悬架铰接，喷杆悬架与第二喷杆12之间设置折叠油缸26，折叠油缸26能够带动第二喷杆12转动，折叠油缸26伸缩调整能够带动第二喷杆12转动，进而使第二喷杆12伸展工作或折叠收纳，进一步提高喷杆机构的灵活适应性。
在本具体实施方式中，第二喷杆组件3的数量为两组，两组第二喷杆组件3以第一喷杆组件2的中线为轴线对称设置，每一组所述第二喷杆组件3与第一喷杆组件2之间均设置测量组件，以根据第一喷杆5的高度对第二喷杆12的高度进行调整，设置两组第二喷杆组件3，进一步提高了喷杆机构的作业效率。
进一步地，安装支架1为凸字形结构，安装支架1包括安装杆101和安装框102，安装框102与安装杆101相连，第一喷杆组件2与安装框102相连，第二喷杆组件3与安装杆101相连，安装支架1上设置安装框102，避免第一喷杆组件2与第二喷杆组件3发生干涉。
还需要说明的是，第一驱动杆6以及第二驱动杆13均为油缸，方便调整第一驱动杆6以及第二驱动杆13的长度，在本发明的其他具体实施方式中，第一驱动杆6以及第二驱动杆13还可以采用伸缩杆等结构。与此同时，适用于施药机的喷杆机构还包括液压系统，液压系统包括油箱19、过滤器20以及液压泵21，过滤器20连接油箱19以及液压泵21，第一驱动杆6以及第二驱动杆13均与液压泵21相连通，第一驱动杆6以及第二驱动杆13与液压泵21之间均设置控制阀，第一驱动杆6与液压泵21的连接油路上以及第二驱动杆13与液压泵21的连接油路上，均设置有单向节流阀22、液控单向阀23以及三位四通换向阀24。液压系统开启工作状态时，液压油进入液压管路，控制器将与油箱19相连的二位三通换向阀25调至左位，实时采集激光雷达传感器14信号经过滤波算法后，对与第一驱动杆6相连的三位四通换向阀24发送控制指令，驱动第一驱动杆6伸缩，使第一喷杆5达到目标高度；控制器收到角度传感器16信号，控制与第二驱动杆13相连的三位四通换向阀24的阀芯位置，驱动第二驱动杆13达到目标高度。
本发明采用PID控制方法，根据当前第一喷杆5实际高度和当前时刻第一喷杆5期望高度生成当前控制信号，输出高低电平信号控制继电器通断，驱动电磁换向阀作业调节各段喷杆高度值，直至调到目标高度；确定PID控制模型中的PID参数，可灵活设置PID参数，很好的解决了当前现有技术存在局限性的问题。
还需要说明的是，第一喷杆5与第一升降架2可拆卸连接，第二喷杆12与第二升降架11可拆卸连接，方便拆装，提高喷杆机构的维护便捷性。
更进一步地，本发明还提供一种施药机，包含上述的适用于施药机的喷杆机构，可针对不同作物高度调整第一喷杆5以及第二喷杆12的高度，提高施药机的作业效率。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种适用于施药机的喷杆机构，其特征在于，包括：
安装支架，所述安装支架能够与施药机的主体结构相连；
第一喷杆组件，所述第一喷杆组件包括第一升降架、第一喷杆以及第一驱动杆，所述第一升降架与所述安装支架铰接，所述第一升降架包括平行四杆机构、第一连杆、第二连杆以及第三连杆，所述平行四杆机构的数量为两组，两组所述平行四杆机构平行设置，两组所述平行四杆机构均与所述安装支架铰接，所述第一连杆连接两组所述平行四杆机构的顶部，所述第二连杆连接两组所述平行四杆机构的底部，且所述第一连杆以及所述第二连杆均平行于所述第一升降架的转动轴线，所述第一驱动杆的一端与所述第一连杆铰接，所述第一驱动杆的另一端与所述第二连杆铰接，所述第一驱动杆的长度能够调整，所述第三连杆连接两组所述平行四杆机构，所述第一喷杆设置于所述第三连杆上；
第二喷杆组件，所述第二喷杆组件包括第二升降架、第二喷杆以及第二驱动杆，所述第二升降架与所述安装支架铰接，所述第二升降架与所述第一升降架的结构相同，所述第二喷杆设置于所述第二升降架上，所述第二驱动杆的长度能够调整，所述第二驱动杆能够带动所述第二升降架运动；
所述第一喷杆组件设置有激光雷达传感器，所述激光雷达传感器能够检测待施药作物的高度；
所述第一喷杆组件与所述第二喷杆组件之间设置测量组件，所述测量组件包括安装件、角度传感器、摆臂以及球头连杆，所述安装件固定于所述第二升降架的底部，所述球头连杆固定于所述第一升降架的顶部，所述角度传感器固定于所述安装件上，所述摆臂的一端与所述角度传感器相连，且所述摆臂能够相对于所述安装件转动，所述摆臂的另一端可滑动地与所述球头连杆相连且所述摆臂与所述球头连杆铰接。
2.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：
以所述角度传感器的转轴上一点为O，以所述第二驱动杆与所述第二升降架底部的铰接点为Q，以所述第一驱动杆与所述第一升降架底部的铰接点为M，以所述摆臂与所述球头连杆的铰接点为P，O与Q之间的距离为l1，M与P之间的距离为l2，Q与M之间的距离为l3，Q与P之间的距离为l4，OP与OQ之间的夹角为α，PM与MQ之间的夹角为β，MQ与OQ之间的夹角为γ，则：
所述第二喷杆与所述第一喷杆之间的夹角为：
3.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：所述第二喷杆可转动地与所述第二升降架相连；
所述第二喷杆与所述第二升降架之间设置喷杆悬架，所述第二喷杆与所述喷杆悬架铰接，所述喷杆悬架与所述第二喷杆之间设置折叠油缸，所述折叠油缸能够带动所述第二喷杆转动。
4.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：所述第二喷杆组件的数量为两组，两组所述第二喷杆组件以所述第一喷杆组件的中线为轴线对称设置。
5.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：所述安装支架为凸字形结构，所述安装支架包括安装杆和安装框，所述安装框与所述安装杆相连，所述第一喷杆组件与所述安装框相连，所述第二喷杆组件与所述安装杆相连。
6.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆均为油缸。
7.根据权利要求6所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：还包括液压系统，所述液压系统包括油箱、过滤器以及液压泵，所述过滤器连接所述油箱以及所述液压泵，所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆均与所述液压泵相连通，所述第一驱动杆以及所述第二驱动杆与所述液压泵之间均设置控制阀。
8.根据权利要求1所述的适用于施药机的喷杆机构，其特征在于：所述第一喷杆与所述第一升降架可拆卸连接，所述第二喷杆与所述第二升降架可拆卸连接。
9.一种施药机，其特征在于：包含权利要求1-8任一项所述的适用于施药机的喷杆机构。
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