CN115004885A - 一种智能南方残膜回收机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业机械技术领域。目的是提供一种智能南方残膜回收机，该回收机应能实现高效低成本的地膜回收。技术方案是一种智能南方残膜回收机，其特征在于：该回收机包括机架、设置在机架前部的摄像头与起膜机构、设置在机架后部的卸膜机构、设置在机架底部的行走机构、设置在机架内部的卷膜机构、清土机构、电池与控制器；所述卷膜机构设置在起膜机构与卸膜机构之间；所述控制器分别电连接摄像头、起膜机构、卷膜机构、卸膜机构、清土机构与行走机构。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种适用于南方土地的残膜回收机。
背景技术
地膜覆盖技术作为一种先进的农业种植技术，给农业生产带来了巨大的经济效益，在现代农业中被广泛使用。但由于人们“重使用、轻回收”，土壤中残留了大量的塑料地膜，很难被降解，降解后也可能产生有毒物质。不仅对下一季农作物的生长产生了影响，也给土壤和环境带来了较大的污染和危害。对于地膜回收，已成为当前急需解决的技术难题。
目前，在南方地区土壤中残留的地膜(简称“残膜”)主要依靠人工捡拾实现回收，机械回收技术还不成熟，存在回收率低、残膜与土壤黏附率高等问题。市场上的地膜回收机，应用范围有限，机型大、耗能高、排放污染、回收作业成本高、效率低。因此，面对南方严峻的地膜污染形势，急切需要一种实现机械化、自动化以及适用于南方土壤的残膜回收设备。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种智能南方残膜回收机，该回收机应能实现高效低成本的地膜回收。
本发明的技术方案是：
一种智能南方残膜回收机，其特征在于：该回收机包括机架、设置在机架前部的摄像头与起膜机构、设置在机架后部的卸膜机构、设置在机架底部的行走机构、设置在机架内部的卷膜机构、清土机构、电池与控制器；所述卷膜机构设置在起膜机构与卸膜机构之间；所述控制器分别电连接摄像头、起膜机构、卷膜机构、卸膜机构、清土机构与行走机构。
所述机架前部设有两个起膜机构；所述起膜机构包括起膜铲以及用于带动起膜铲摆动并与机架固定的起膜舵机；所述行走机构包括四个行走轮以及与分别驱动各行走轮转动的行走电机。
所述卷膜机构包括可前后摆动地定位机架上的卷膜架、驱动卷膜架前后摆动的卷膜舵机、可转动地定位在卷膜架上的卷膜圆筒、驱动卷膜圆筒转动的卷膜电机、可径向滑动地定位在卷膜圆筒上的弧形卸膜片、设置在卷膜圆筒外圆周面上的若干扎膜齿、对弧形卸膜片施加径向拉力的弹性绳。
所述卸膜机构设置在机架的后部；所述卸膜机构包括与机架固定并且设有滑轨的卸膜架、与滑轨滑动配合的滑台、平行于滑轨且可转动地定位在卸膜架上的丝杆、与丝杆啮合并与滑台固定的螺母、驱动丝杆转动的卸膜电机、固定在滑台上的切割电机、由切割电机驱动的切膜刀片、设置在弧形卸膜片上的铁块、设置在卸膜架下方的收集箱、设置在收集箱上方并与机架固定的电磁铁、设置在卷膜圆筒外圆周面上与切膜刀片配合的刀槽。
所述清土机构包括与起膜架固定的清土电机以及设置在起膜铲上方并由清土电机驱动的前置清土刷；所述清土机构还包括可转动地定位在卷膜架上的扫膜毛刷辊以及传递卷膜电机动力驱动扫膜毛刷辊转动的同步机构。
所述卷膜架的摆动轴线水平布置并且垂直于机架的长度方向；所述卷膜圆筒的转动轴线、卷膜架的摆动轴线、扫膜毛刷辊的转动轴线、滑轨的长度方向互相平行。
所述卷膜圆筒包括中心轴、固定在中心轴两端的端盖、连接端盖与卷膜电机转轴的连接块、包围住中心轴并且与端盖固定的圆形筒壳。
所述同步机构包括与卷膜圆筒固定的主动带轮、与扫膜毛刷辊固定的被动带轮、连接主动带轮与被动带轮的传动带；所述刀槽沿着筒壳的母线方向延伸；所述扎膜齿沿着筒壳的母线方向排列；所述主动带轮固定在连接块上。
所述弧形卸膜片上设有与扎膜齿滑动配合的滑动孔；所述筒壳上还设有通孔，弹性绳穿过通孔并且两端分别与中心轴及弧形卸膜片固定。
所述控制器分别电连接摄像头、起膜舵机、清土电机、卷膜舵机、卷膜电机、卸膜电机、切割电机、电磁铁。
本发明的有益效果是：
本发明实现了整体结构的小型化和轻量化，适应南方耕地面积较小、田垄间距较小、土壤湿度大的特殊农业种植环境使用；本发明采用电池代替柴油机作为供能方式，实现了污染物零排放；本发明的各机构均由控制器进行控制，实现了自动化的卷膜卸膜过程，解放了人力，节约了人工成本，提高了地膜回收效率；因此，本发明实现了南方地膜回收的智能化、小型化、轻量化、低能耗、零污染排放，大大提高了回收效率，降低了回收成本，填补南方地膜回收机械的市场空白。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的立体结构示意图(工作状态一)。
图2是图1的主视结构示意图。
图3是本发明的立体结构示意图(工作状态二)。
图4是图3的主视结构示意图。
图5是本发明的立体结构示意图(工作状态三)。
图6是图5的主视结构示意图。
图7是本发明的机架和行走机构的立体结构示意图。
图8是本发明的卷膜机构的立体结构示意图。
图9是本发明的卷膜架的立体结构示意图。
图10是本发明的卷膜圆筒的立体结构示意图。
图11是本发明的卷膜圆筒的剖面结构示意图。
图12是本发明的起膜机构的立体结构示意图。
图13是本发明的卸膜机构的立体结构示意图。
附图标记：1-机架，3-摄像头，4-舵机座，5-传动带，7-起膜架，8-第二支架杆，9-前置清土刷，10-起膜铲，10-1仿生鼓包，11-第一支架杆，12-起膜舵机，13-行走轮，14-行走电机，15-卷膜架，15-1主支架，15-2副支架，16-卷膜舵机，17-收集箱，18-卸膜架，19-卸膜电机，20-切膜刀片，21-电磁铁，22-螺母，23-被动带轮，24-扫膜毛刷辊，25-卷膜圆筒，26-清土电机，27-主动带轮，28-卷膜电机，29-滑台，31-切割电机，33-丝杆，34-弧形卸膜片，35-扎膜齿，36-铁块，37-端盖，38-中心轴，39-弹性绳，40-筒壳，41-筒壳，42-刀槽，43-连接块，44-滑动孔，45-滑轨45，50-地膜。
具体实施方式
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。
如图1所示，一种智能南方残膜回收机，包括机架1、摄像头3、起膜机构、清土机构、卷膜机构、卸膜机构、行走机构、控制器(图中省略)、电池(图中省略)。
所述起膜机构设置在机架的前部(图2的左侧)，卸膜机构设置在机架的后部(图2的右侧)，卷膜机构设置在机架的中部并且位于起膜机构与卸膜机构之间，清土机构设置在起膜机构与卷膜机构上。所述起膜机构用于铲起埋入土中的地膜，卷膜机构用于将地膜收集后运输到机架后部，清土机构用于清除地膜上的土壤，卸膜机构用于卸除卷膜机构上的地膜。
所述行走机构设置在机架的底部，行走机构用于驱动回收机移动，摄像头设置在机架的前部与顶部，摄像头用于获取回收机前方的图像，控制器分别电连接摄像头、起膜机构、清土机构、卷膜机构、卸膜机构与行走机构，电池用于对摄像头、起膜机构、清土机构、卷膜机构、卸膜机构、行走机构与控制器进行供电。
所述行走机构包括四个行走轮13与分别驱动各行走轮转动的四个行走电机14，行走电机与机架固定，通过控制各行走轮的转速可实现回收机的前进、后退与转向。
所述机架的前部设有两个起膜机构，这两个起膜机构分别位于机架前部的左右两侧。所述起膜机构包括起膜铲10、起膜架7、起膜舵机12、第一支架杆11。所述起膜舵机通过起膜架与机架固定，起膜铲通过第一支架杆11与起膜舵机转轴固定，起膜舵机用于带动起膜铲摆动。回收机工作时(图2所示)起膜舵机先带动起膜铲向下摆动，使得起膜铲从侧向切入土壤中，再由行走机构驱动回收机前进，起膜铲将土壤下的地膜抬起。起膜舵机带动起膜铲向上摆动(图1所示)时，起膜铲从土壤中退出，以便于回收机在非工作状态进行长距离移动。所述起膜铲上设有隆起的仿生鼓包10-1，可以降低起膜铲在土壤中推行时的阻力，减少粘土附着在起膜铲上。
所述卷膜机构包括卷膜架15、卷膜舵机16、卷膜圆筒25、卷膜电机28、弧形卸膜片34、弹性绳39。
所述卷膜架可摆动地定位机架上，卷膜架的摆动轴线水平布置并且垂直于机架的长度方向(图2的水平方向为机架的长度方向)。如图9所示，卷膜架包括主支架15-1以及固定在主支架两侧的副支架15-2，主支架的轴线与卷膜架的摆动轴线同轴布置。
如图8所示，所述卷膜舵机用于驱动卷膜架前后摆动(往机架的前部或后部摆动)。所述机架上设有两个卷膜舵机，这两个卷膜舵机通过舵机座4与机架固定并且分别设置在卷膜架的两侧，卷膜架同时与两个卷膜舵机转轴固定，卷膜舵机转轴与主支架轴线同轴布置。
所述卷膜圆筒可转动地定位在卷膜架上，卷膜圆筒布置在两侧的副支架之间，卷膜圆筒的转动轴线平行于卷膜架的摆动轴线。所述卷膜电机用于驱动卷膜圆筒转动，卷膜架上设有两个卷膜电机，这两个卷膜电机分别固定在两侧的副支架上，卷膜电机转轴与卷膜圆筒同轴布置。
所述卷膜圆筒上设有两个弧形卸膜片34，弧形卸膜片的形状与卷膜圆筒的外形相适合，弧形卸膜片可沿着卷膜圆筒的径向滑动，每个弧形卸膜片与卷膜圆筒之间设有一条弹性绳，弹性绳用于对弧形卸膜片施加径向拉力以使弧形卸膜片向卷膜圆筒靠拢。所述卷膜圆筒外圆周面上还设有刀槽42与若干扎膜齿35。
如图10和图11所示，所述卷膜圆筒中，中心轴38与卷膜电机转轴同轴布置，端盖37固定在中心轴两端，端盖通过连接块43与卷膜电机转轴固定，圆形的筒壳40包围住中心轴并且筒壳的两端与端盖固定，筒壳作为卷膜圆筒的外圆周面，刀槽与扎膜齿设置在筒壳上，刀槽沿着筒壳的母线方向延伸，扎膜齿沿着筒壳的母线方向排列，每个弧形卸膜片上设有两个滑动孔44，扎膜齿穿过滑动孔，滑动孔与扎膜齿形成滑动配合，扎膜齿作为引导弧形卸膜片滑动的导轨，筒壳上还设有通孔41，弹性绳的一端与中心轴固定，弹性绳的另一端穿过通孔并与弧形卸膜片固定。
如图13所示，所述卸膜机构中，卸膜架18固定在机架的后部，滑轨45固定在卸膜架上，滑轨的长度方向平行于卷膜架的摆动轴线，滑台29可水平滑动地定位在滑轨上，丝杆33平行于滑轨并且丝杆可转动地定位在卸膜架上，螺母22与丝杆啮合并与滑台固定，卸膜电机19固定在卸膜架上，卸膜电机转轴与丝杆同轴连接，切割电机31固定在滑台上，切割电机用于驱动切膜刀片20转动，收集箱17与机架固定并且收集箱设置在卸膜架的侧下方(图6中显示收集箱设置在卸膜架的左下方)，铁块36设置在弧形卸膜片上，电磁铁21设置在机架上并且电磁铁位于收集箱上方，卷膜架摆动到机架后部时，电磁铁的位置与铁块的位置上下对应。
所述清土机构中，每个起膜机构上还设有一个清土电机26，清土电机通过第二支架杆8与起膜架固定，前置清土刷9与清土电机转轴固定，清土电机转轴的轴线与水平面的夹角为45度，扫膜毛刷辊24可转动地定位在卷膜架的主支架上，同步机构传递卷膜电机动力驱动扫膜毛刷辊转动，扫膜毛刷辊的转动轴线与卷膜架的摆动轴线同轴布置。当起膜铲从土壤铲出地膜后，旋转的前置清土刷可将地膜上表面残留的土壤向两侧离心扫出，方便后续卷膜作业。在卷膜时，旋转的扫膜毛刷辊清理残留在地膜下表面的土壤。所述扫膜毛刷辊采用适合南方黏性土质的双螺旋毛刷辊。
所述同步机构包括主动带轮27、被动带轮23、传动带5。所述卷膜圆筒两端分别设置一个主动带轮，主动带轮固定在连接块上，扫膜毛刷辊两端分别固定一个被动带轮，同一侧的主动带轮与被动带轮之间通过传动带连接。
所述行走电机为直流电机，卸膜电机为步进电机，清土电机为无刷电机，切割电机为无刷电机。
所述控制器分别电连接摄像头、起膜舵机、清土电机、卷膜舵机、卷膜电机、卸膜电机、切割电机、电磁铁。所述控制器还内置卫星定位模块。本发明通过摄像头进行视觉导航，再配合卫星定位模块的卫星定位导航进行纠偏，实现自动确定行驶路线，提高了回收机行驶的精确性，保证了残膜回收的自动化与连续化。
本发明的各部件均为现有技术，可外购获得。
本发明的工作原理是：
1、初始状态，如图1和图2所示，回收机移动到地膜铺设的起点位置，摄像头获取前方的田间图像并传送至控制器，控制器结合卫星定位信号对图像进行特征点提取与路线拟合，确定行驶道路的中心位置，规划行驶路线，便于后续移动与有效避障；
2、如图3和图4所示，起膜机构将起膜铲放下，回收机向前移动一定距离后停止，起膜铲已将一定长度的地膜铲起，卷膜机构驱动卷膜圆筒转动一定角度(图4箭头所示方向)，卷膜机构驱动卷膜架向下方的地面摆动使得卷膜圆筒上的扎膜齿向下扎入被起膜铲铲出地面的地膜，卷膜圆筒再继续转动一定角度使得地膜缠绕在卷膜圆筒上；
3、如图5和图6所示，回收机继续向前移动，卷膜圆筒保持转动，同时，卷膜机构驱动卷膜架向机架后部摆动(图6箭头所示方向)，使得卷膜圆筒移动至机架的后部，被起膜铲铲出地面的地膜50在绕过扫膜毛刷辊后不断卷绕到卷膜圆筒上；
4、在回收机移动过程中，清土机构工作，将地膜上表面与下表面的残留土壤清除；
5、当回收机移动到地膜铺设的终点位置后，土壤中所有的地膜均被卷绕到卷膜圆筒上，此时卷膜机构调整卷膜圆筒的角度，使得卷膜圆筒的刀槽对准切膜刀片，弧形卸膜片上的铁块对准下方的电磁铁，电磁铁通电，铁块受到吸引带动弧形卸膜片向下移动一定距离，缠绕在卷膜圆筒上的地膜被弧形卸膜片撑开；
6、卸膜机构启动，旋转的切膜刀片沿着滑轨来回移动从而将卷膜圆筒上的地膜切断(刀槽可以避免切膜刀片与卷膜圆筒发生碰撞)，切断的地膜向下掉落到收集箱中，残膜回收工作完成。
此外，需要说明的是，以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种智能南方残膜回收机，其特征在于：该回收机包括机架(1)、设置在机架前部的摄像头(3)与起膜机构、设置在机架后部的卸膜机构、设置在机架底部的行走机构、设置在机架内部的卷膜机构、清土机构、电池与控制器；所述卷膜机构设置在起膜机构与卸膜机构之间；所述控制器分别电连接摄像头、起膜机构、卷膜机构、卸膜机构、清土机构与行走机构。
2.根据权利要求1所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述机架前部设有两个起膜机构；所述起膜机构包括起膜铲(10)以及用于带动起膜铲摆动并与机架固定的起膜舵机(12)；所述行走机构包括四个行走轮(13)以及与分别驱动各行走轮转动的行走电机(14)。
3.根据权利要求2所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述卷膜机构包括可前后摆动地定位机架上的卷膜架(15)、驱动卷膜架前后摆动的卷膜舵机(16)、可转动地定位在卷膜架上的卷膜圆筒(25)、驱动卷膜圆筒转动的卷膜电机(28)、可径向滑动地定位在卷膜圆筒上的弧形卸膜片(34)、设置在卷膜圆筒外圆周面上的若干扎膜齿(35)、对弧形卸膜片施加径向拉力的弹性绳(39)。
4.根据权利要求3所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述卸膜机构设置在机架的后部；所述卸膜机构包括与机架固定并且设有滑轨(45)的卸膜架(18)、与滑轨滑动配合的滑台(29)、平行于滑轨且可转动地定位在卸膜架上的丝杆(33)、与丝杆啮合并与滑台固定的螺母(22)、驱动丝杆转动的卸膜电机(19)、固定在滑台上的切割电机(31)、由切割电机驱动的切膜刀片(20)、设置在弧形卸膜片上的铁块(36)、设置在卸膜架下方的收集箱(17)、设置在收集箱上方并与机架固定的电磁铁(21)、设置在卷膜圆筒外圆周面上与切膜刀片配合的刀槽(42)。
5.根据权利要求4所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述清土机构包括与起膜架固定的清土电机(26)以及设置在起膜铲上方并由清土电机驱动的前置清土刷(9)；所述清土机构还包括可转动地定位在卷膜架上的扫膜毛刷辊(24)以及传递卷膜电机动力驱动扫膜毛刷辊转动的同步机构。
6.根据权利要求5所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述卷膜架的摆动轴线水平布置并且垂直于机架的长度方向；所述卷膜圆筒的转动轴线、卷膜架的摆动轴线、扫膜毛刷辊的转动轴线、滑轨的长度方向互相平行。
7.根据权利要求6所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述卷膜圆筒包括中心轴(38)、固定在中心轴两端的端盖(37)、连接端盖与卷膜电机转轴的连接块(43)、包围住中心轴并且与端盖固定的圆形筒壳(40)。
8.根据权利要求7所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述同步机构包括与卷膜圆筒固定的主动带轮(27)、与扫膜毛刷辊固定的被动带轮(23)、连接主动带轮与被动带轮的传动带(5)；所述刀槽沿着筒壳的母线方向延伸；所述扎膜齿沿着筒壳的母线方向排列；所述主动带轮固定在连接块上。
9.根据权利要求8所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述弧形卸膜片上设有与扎膜齿滑动配合的滑动孔(44)；所述筒壳上还设有通孔(41)，弹性绳穿过通孔并且两端分别与中心轴及弧形卸膜片固定。
10.根据权利要求9所述的一种智能南方残膜回收机，其特征在于：所述控制器分别电连接摄像头、起膜舵机、清土电机、卷膜舵机、卷膜电机、卸膜电机、切割电机、电磁铁。
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-
2022
- 2022-05-30 CN CN202210595958.4A patent/CN115004885B/zh active Active
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