CN115316371A - 一种拔草卷辊夹持装置及夹紧力自适应调节的拔草方法 - Google Patents
一种拔草卷辊夹持装置及夹紧力自适应调节的拔草方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于农业机械设备技术领域，具体涉及一种拔草卷辊夹持装置及夹紧力自适应调节的拔草方法。拔草卷辊夹持装置包括机架、卷辊电机、驱动机构、预紧机构和夹持机构；机架包括电机平台、底座和卡盘安装板；驱动机构包括驱动盘、驱动盘连接套、发条和卡盘；夹持机构包括卡爪和卷辊；预紧机构包括压紧电推杆、电推滑块、压紧滑块、压臂、压片、电推滑槽和摩擦片。本发明的拔草卷辊夹持装置具有结构简单、占用空间小、动力源需求数目小、针对不同的草调整夹紧力等优点，能够配合卷辊拔草装置完成作业。
Description
技术领域
本发明属于农业机械设备技术领域，具体涉及一种拔草卷辊夹持装置及夹紧力自适应调节的拔草方法。
背景技术
除草机械是农业机械装备中非常重要的一类机械装备。现有除草机械主要有纯机械式、气力式和液力式。纯机械式除草机械具有稳定性高、可靠性高、维护简单等优点，尤其在恶劣的作业环境下具有广阔的发展前景。针对部分茎秆韧性强、生长快、密丛高、分蘖能力强、根系分布较深的杂草而言，卷辊拔草机可以达到完全去除的目的。夹持装置是整个卷辊拔草机的核心部件，采用机床三爪卡盘的基本原理。装置工作时，卡爪夹持动作和卷辊旋转动作往往需要不同的动力源提供动力，且在许多工作步骤中需要人力调整，也无法实现针对不同作业对象的夹持力调节，工作效率和稳定性不够高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种拔草卷辊夹持装置。该装置具有结构简单、占用空间小、动力源需求数目小、针对不同的草调整夹紧力等优点，能够配合卷辊拔草装置完成作业。
本发明的另一目的是提供一种夹紧力自适应调节的拔草方法，减小人力投入，实现夹紧力的自适应调整，提升卷辊拔草装置的工作稳定性和工作效率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种拔草卷辊夹持装置，包括机架1、卷辊电机2、驱动机构3、预紧机构4和夹持机构5。
所述机架1包括电机平台101、底座102和卡盘安装板103；所述电机平台101水平地固接在底座102上，所述卡盘安装板103竖直地固接在在底座102上。
所述驱动机构3包括驱动盘301、驱动盘连接套302、发条303和卡盘304。
所述夹持机构5包括卡爪501和卷辊502。
所述卷辊电机2固定安装在电机平台101上，卷辊电机2的动力输出轴通过联轴器201与水平穿过卡盘安装板103下部的卷辊502的转轴连接。
所述卡盘304、驱动盘301和驱动盘连接套302依次套设在卷辊502的转轴上；其中，所述卡盘304罩在驱动盘301的外侧，且卡盘304和驱动盘301的盘面部位于卡盘安装板103前端面的前侧；所述驱动盘连接套302与卷辊502的转轴固接；驱动盘连接套302通过销钉305可拆卸地与驱动盘301固接。
所述驱动盘301的前盘面上设有螺旋槽307；所述卡盘304上沿其径向设有一限位槽306；所述卡爪501的后端面设有与驱动盘301的螺旋槽307相互啮合的卡爪螺纹504，卡爪501的后部左右两侧设有与限位槽306边缘相应的卡爪滑槽505，使得卡爪501能够随着驱动盘301的旋转沿限位槽306在驱动盘301的边缘与圆心之间移动。
所述发条303布置在驱动盘301的后盘面上，所述驱动盘301的后盘面上和卡盘304的内边缘处分别设有发条内勾卡槽311和发条外勾卡槽312；所述发条303的两端分别固接在发条内勾卡槽311和发条外勾卡槽312中。
所述预紧机构4包括压紧电推杆401、电推滑块402、压紧滑块403、压臂404、压片405、电推滑槽406和摩擦片407。
所述压紧电推杆401、电推滑槽406和摩擦片407从上至下依次固接在卡盘安装板103的上部；所述电推滑块402呈“L”形，具有一能够在电推滑槽406内滑动的竖直滑动部402-1和一与卡盘安装板103垂直的水平滑槽部402-2；所述竖直滑动部402-1的上端与压紧电推杆401固接；所述压紧滑块403设置在水平滑槽部402-2中，并能够在水平滑槽部402-2内自由滑动；所述压臂404包括互成一钝角的第一压臂404-1和第二压臂404-2；其中，所述第一压臂404-1的末端铰接在压紧滑块403上，第一压臂404-1与第二压臂404-2的连接处铰接在滑槽406的下端，所述压片405与第二压臂404-2的末端铰接，且压片405和摩擦片103分别位于卡盘304边缘的前侧和后侧。
所述卡爪501的下端面设有锯齿状齿纹506。
所述卷辊502的辊体上设有双螺旋纹路507。
所述驱动盘连接套302通过键与驱动盘连接套302上设置的连接套键槽308、卷辊502的转轴上设置的卷辊键槽503配合，与卷辊502的转轴固接。
所述驱动盘连接套302通过销钉305与驱动盘连接套302上设置的连接套销钉槽309、驱动盘301的轴套部上设置的驱动盘销钉槽310配合，与驱动盘301固接。
所述螺旋槽307的截面为矩形，所述矩形的长宽比a：b为2：1，螺旋槽307的螺距与螺旋槽307的截面矩形宽度比p：b为5:1。
优选地，所述竖直滑动部402-1与水平滑槽部402-2之间设有加强筋。
一种基于所述的拔草卷辊夹持装置的夹紧力自适应调节的拔草方法，包括如下步骤：
S1、将草均匀地放置于卷辊502与卡爪501之间，控制压紧电推杆401伸出，电推滑块402在压紧电推杆401的作用下在电推滑槽406中向下滑动，从而带动压紧滑块403沿水平滑槽部402-2向卡盘安装板103的远端运动，进而带动压臂404摆动，使压片405与摩擦片407之间产生预紧力将卡盘304压紧，使得卡盘304不能相对于卡盘安装板103转动；
S2、当卡盘304被压紧不能与卡盘安装板103相对转动时，卡爪501在驱动盘301的转动带动下在限位槽306内实现沿卡盘304的径向向卷辊502运动，卡爪501的下端面与卷辊502的辊体接触产生夹紧力将草夹住；若夹紧力小于压片405与摩擦片407之间的预紧力时，卡盘304继续被压紧不能与卡盘安装板103相对转动，卡爪501继续向卷辊502运动，进而使夹紧力增大；同时，发条303在驱动盘301与卡盘304的相对转动下完成蓄能动作；直至夹紧力大于预紧力时，压片405与摩擦片407对卡盘304形成的预紧力变为滑动摩擦力，卡盘304随着卷辊502、驱动盘301同步转动，卡爪501不再与卡盘304相对运动，即卡爪501与卷辊502夹紧草并同步转动，完成夹紧力自适应调节的拔草作业；
S3、拔草完成后，移除销钉305，断开驱动盘301与驱动盘连接套302之间的连接，此时卡爪501与卷辊502之间的夹紧力小于压片405与摩擦片407之间的预紧力，卡盘304被压紧，发条303借助积蓄的能量带动驱动盘301反转，卡爪501在驱动盘301的转动带动下与卷辊502分离并复位，清除卷辊502上的草，开始下一次拔草作业。
所述步骤S1中，压片405与摩擦片407之间产生预紧力根据草的类型和物理特性设定。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)只使用一个电机即可实现卡爪夹紧和卷辊转动，减少了装置动力源数量，便于与其他装置的配套使用；
(2)除开拔出销钉外，卡爪夹紧、卷辊转动、夹紧力自调整和装置复位等均不需要人力投入；
(3)卡盘受到压片与摩擦片共同作用下的摩擦力，利用这个摩擦力在静摩擦力和滑动摩擦力之间的转换实现卡爪夹紧力的自调整，保证工作过程中草不会由于夹紧力过小而松脱，或夹紧力过大而压溃；
(4)根据工作对象即草的类型和物理特性的不同，调整压紧电推杆的位移量和改变摩擦片的材料及厚度，以调整压片与摩擦片间的预紧力大小；
(5)发条利用工作过程中零部件的相对转动积蓄能量，并在拔草动作结束时利用这部分能量实现反转，进而带动卡爪自动复位。
附图说明
图1为本发明的拔草卷辊夹持装置的总体结构示意图；
图2为本发明的机架1的结构示意图；
图3为本发明的卡盘304、驱动盘301和发条303的结构示意图；
图4为本发明的驱动盘301、驱动盘连接套302与卷棍502的剖视结构示意图；
图5为本发明的卷棍502的结构示意图；
图6为本发明的螺旋槽307的截面结构示意图；
图7为本发明的预紧机构4的结构示意图；
图8为本发明的卡爪501与卡盘304的连接结构示意图；
图9为本发明的卡爪501的结构示意图；
图10为本发明的卡爪501与驱动盘301的连接结构示意图。
其中的附图标记为：
1、机架 101、电机平台
102、底座 103、卡盘安装板
2、卷辊电机 201、联轴器
3、驱动机构 301、驱动盘
302、驱动盘连接套 303、发条
304、卡盘 305、销钉
306、限位槽 307、螺旋槽
308、连接套键槽 309、连接套销钉槽
310、驱动盘销钉槽 311、发条内勾卡槽
312、发条外勾卡槽 4、预紧机构
401、压紧电推杆 402、电推滑块
402-1、竖直滑动部 402-2、水平滑槽部
403、压紧滑块 404、压臂
404-1、第一压臂 404-2、第二压臂
405、压片 406、电推滑槽
407、摩擦片
5、夹持机构 501、卡爪
502、卷辊 503、卷辊键槽
504、卡爪螺纹 505、卡爪滑槽
506、齿纹 507、双螺旋纹路
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，一种拔草卷辊夹持装置，包括机架1、卷辊电机2、驱动机构3、预紧机构4和夹持机构5；
如图2所示，所述机架1包括电机平台101、底座102和卡盘安装板103；所述电机平台101水平地固接在底座102上，所述卡盘安装板103竖直地固接在在底座102上。
如图3和图4所示，所述驱动机构3包括驱动盘301、驱动盘连接套302、发条303和卡盘304；
所述夹持机构5包括卡爪501和卷辊502；
如图1所示，所述卷辊电机2固定安装在电机平台101上，卷辊电机2的动力输出轴通过联轴器201与水平穿过卡盘安装板103下部的卷辊502的转轴连接，驱动卷辊502转动。
如图4和图5所示，所述卡盘304、驱动盘301和驱动盘连接套302依次套设在卷辊502的转轴上；其中，所述卡盘304罩在驱动盘301的外侧，且卡盘304和驱动盘301的盘面部位于卡盘安装板103前端面的前侧；所述驱动盘连接套302通过键与驱动盘连接套302上设置的连接套键槽308、卷辊502的转轴上设置的卷辊键槽503配合，与卷辊502的转轴固接；驱动盘连接套302通过销钉305与驱动盘连接套302上设置的连接套销钉槽309、驱动盘301的轴套部上设置的驱动盘销钉槽310配合，与驱动盘301固接，从而实现驱动盘301、驱动盘连接套302与卷辊502的同步转动。
如图10所示，所述驱动盘301的前盘面上设有螺旋槽307；如图8所示，所述卡盘304上沿其径向设有一限位槽306；如图9所示，所述卡爪501的后端面设有与驱动盘301的螺旋槽307相互啮合的卡爪螺纹504，卡爪501的后部左右两侧设有与限位槽306边缘相应的卡爪滑槽505，使得卡爪501能够随着驱动盘301的旋转沿限位槽306在驱动盘301的边缘与圆心之间移动；所述卡爪501的下端面设有锯齿状齿纹506。所述卷辊502的辊体上设有双螺旋纹路507。
如图3所示，所述发条303布置在驱动盘301的后盘面上，所述驱动盘301的后盘面上和卡盘304的内边缘处分别设有发条内勾卡槽311和发条外勾卡槽312；所述发条303的两端分别固接在发条内勾卡槽311和发条外勾卡槽312中。
优选地，如图6所示，所述螺旋槽307的截面为矩形，所述矩形的长宽比a：b为2：1，螺旋槽307的螺距与螺旋槽307的截面矩形宽度比p：b为5:1。
如图7所示，所述预紧机构4包括压紧电推杆401、电推滑块402、压紧滑块403、压臂404、压片405、电推滑槽406和摩擦片407；
所述压紧电推杆401、电推滑槽406和摩擦片407从上至下依次固接在卡盘安装板103的上部；所述电推滑块402呈“L”形，具有一能够在电推滑槽406内滑动的竖直滑动部402-1和一与卡盘安装板103垂直的水平滑槽部402-2；优选地，所述竖直滑动部402-1与水平滑槽部402-2之间设有加强筋。所述竖直滑动部402-1的上端与压紧电推杆401固接；所述压紧滑块403设置在水平滑槽部402-2中，并能够在水平滑槽部402-2内自由滑动；所述压臂404包括互成一钝角的第一压臂404-1和第二压臂404-2；其中，所述第一压臂404-1的末端铰接在压紧滑块403上，第一压臂404-1与第二压臂404-2的连接处铰接在滑槽406的下端，所述压片405与第二压臂404-2的末端铰接，且压片405和摩擦片103分别位于卡盘304边缘的前侧和后侧。
一种基于所述拔草卷辊夹持装置的夹紧力自适应调节的拔草方法，包括如下步骤：
S1、将草均匀地放置于卷辊502与卡爪501之间，控制压紧电推杆401伸出，电推滑块402在压紧电推杆401的作用下在电推滑槽406中向下滑动，从而带动压紧滑块403沿水平滑槽部402-2向卡盘安装板103的远端运动，进而带动压臂404摆动，使压片405与摩擦片407之间产生预紧力将卡盘304压紧，使得卡盘304不能相对于卡盘安装板103转动；
S2、当卡盘304被压紧不能与卡盘安装板103相对转动时，卡爪501在驱动盘301的转动带动下在限位槽306内实现沿卡盘304的径向向卷辊502运动，卡爪501的下端面与卷辊502的辊体接触产生夹紧力将草夹住；若夹紧力小于压片405与摩擦片407之间的预紧力时，卡盘304继续被压紧不能与卡盘安装板103相对转动，卡爪501继续向卷辊502运动，进而使夹紧力增大；同时，发条303在驱动盘301与卡盘304的相对转动下完成蓄能动作；直至夹紧力大于预紧力时，压片405与摩擦片407对卡盘304形成的预紧力变为滑动摩擦力，卡盘304随着卷辊502、驱动盘301同步转动，卡爪501不再与卡盘304相对运动，即卡爪501与卷辊502夹紧草并同步转动，完成夹紧力自适应调节的拔草作业；
S3、拔草完成后，移除销钉305，断开驱动盘301与驱动盘连接套302之间的连接，此时卡爪501与卷辊502之间的夹紧力小于压片405与摩擦片407之间的预紧力，卡盘304被压紧，发条303借助积蓄的能量带动驱动盘301反转，卡爪501在驱动盘301的转动带动下与卷辊502分离并复位，清除卷辊502上的草，开始下一次拔草作业。
所述步骤S1中，压片405与摩擦片407之间产生预紧力根据草的类型和物理特性设定。
Claims (9)
1.一种拔草卷辊夹持装置，其特征在于，包括机架(1)、卷辊电机(2)、驱动机构(3)、预紧机构(4)和夹持机构(5)；
所述机架(1)包括电机平台(101)、底座(102)和卡盘安装板(103)；所述电机平台(101)水平地固接在底座(102)上，所述卡盘安装板(103)竖直地固接在在底座(102)上；
所述驱动机构(3)包括驱动盘(301)、驱动盘连接套(302)、发条(303)和卡盘(304)；
所述夹持机构(5)包括卡爪(501)和卷辊(502)；
所述卷辊电机(2)固定安装在电机平台(101)上，卷辊电机(2)的动力输出轴通过联轴器(201)与水平穿过卡盘安装板(103)下部的卷辊(502)的转轴连接；
所述卡盘(304)、驱动盘(301)和驱动盘连接套(302)依次套设在卷辊(502)的转轴上；其中，所述卡盘(304)罩在驱动盘(301)的外侧，且卡盘(304)和驱动盘(301)的盘面部位于卡盘安装板(103)前端面的前侧；所述驱动盘连接套(302)与卷辊(502)的转轴固接；驱动盘连接套(302)通过销钉(305)可拆卸地与驱动盘(301)固接；
所述驱动盘(301)的前盘面上设有螺旋槽(307)；所述卡盘(304)上沿其径向设有一限位槽(306)；所述卡爪(501)的后端面设有与驱动盘(301)的螺旋槽(307)相互啮合的卡爪螺纹(504)，卡爪(501)的后部左右两侧设有与限位槽(306)边缘相应的卡爪滑槽(505)，使得卡爪(501)能够随着驱动盘(301)的旋转沿限位槽(306)在驱动盘(301)的边缘与圆心之间移动；
所述发条(303)布置在驱动盘(301)的后盘面上，所述驱动盘(301)的后盘面上和卡盘(304)的内边缘处分别设有发条内勾卡槽(311)和发条外勾卡槽(312)；所述发条(303)的两端分别固接在发条内勾卡槽(311)和发条外勾卡槽(312)中；
所述预紧机构(4)包括压紧电推杆(401)、电推滑块(402)、压紧滑块(403)、压臂(404)、压片(405)、电推滑槽(406)和摩擦片(407)；
所述压紧电推杆(401)、电推滑槽(406)和摩擦片(407)从上至下依次固接在卡盘安装板(103)的上部；所述电推滑块(402)呈“L”形，具有一能够在电推滑槽(406)内滑动的竖直滑动部(402-1)和一与卡盘安装板(103)垂直的水平滑槽部(402-2)；所述竖直滑动部(402-1)的上端与压紧电推杆(401)固接；所述压紧滑块(403)设置在水平滑槽部(402-2)中，并能够在水平滑槽部(402-2)内自由滑动；所述压臂(404)包括互成一钝角的第一压臂(404-1)和第二压臂(404-2)；其中，所述第一压臂(404-1)的末端铰接在压紧滑块(403)上，第一压臂(404-1)与第二压臂(404-2)的连接处铰接在滑槽(406)的下端，所述压片(405)与第二压臂(404-2)的末端铰接，且压片(405)和摩擦片(103)分别位于卡盘(304)边缘的前侧和后侧。
2.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，所述卡爪(501)的下端面设有锯齿状齿纹(506)。
3.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，所述卷辊(502)的辊体上设有双螺旋纹路(507)。
4.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，所述驱动盘连接套(302)通过键与驱动盘连接套(302)上设置的连接套键槽(308)、卷辊(502)的转轴上设置的卷辊键槽(503)配合，与卷辊(502)的转轴固接。
5.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，驱动盘连接套(302)通过销钉(305)与驱动盘连接套(302)上设置的连接套销钉槽(309)、驱动盘(301)的轴套部上设置的驱动盘销钉槽(310)配合，与驱动盘(301)固接。
6.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，所述螺旋槽(307)的截面为矩形，所述矩形的长宽比a：b为2：1，螺旋槽(307)的螺距与螺旋槽(307)的截面矩形宽度比p：b为5:1。
7.根据权利要求1所述的拔草卷辊夹持装置，其特征在于，所述竖直滑动部(402-1)与水平滑槽部(402-2)之间设有加强筋。
8.一种基于如权利要求1-7任一项所述的拔草卷辊夹持装置的夹紧力自适应调节的拔草方法，其特征在于，所述拔草方法包括如下步骤：
S1、将草均匀地放置于卷辊(502)与卡爪(501)之间，控制压紧电推杆(401)伸出，电推滑块(402)在压紧电推杆(401)的作用下在电推滑槽(406)中向下滑动，从而带动压紧滑块(403)沿水平滑槽部(402-2)向卡盘安装板(103)的远端运动，进而带动压臂(404)摆动，使压片(405)与摩擦片(407)之间产生预紧力将卡盘(304)压紧，使得卡盘(304)不能相对于卡盘安装板(103)转动；
S2、当卡盘(304)被压紧不能与卡盘安装板(103)相对转动时，卡爪(501)在驱动盘(301)的转动带动下在限位槽(306)内实现沿卡盘(304)的径向向卷辊(502)运动，卡爪(501)的下端面与卷辊(502)的辊体接触产生夹紧力将草夹住；若夹紧力小于压片(405)与摩擦片(407)之间的预紧力时，卡盘(304)继续被压紧不能与卡盘安装板(103)相对转动，卡爪(501)继续向卷辊(502)运动，进而使夹紧力增大；同时，发条(303)在驱动盘(301)与卡盘(304)的相对转动下完成蓄能动作；直至夹紧力大于预紧力时，压片(405)与摩擦片(407)对卡盘(304)形成的预紧力变为滑动摩擦力，卡盘(304)随着卷辊(502)、驱动盘(301)同步转动，卡爪(501)不再与卡盘(304)相对运动，即卡爪(501)与卷辊(502)夹紧草并同步转动，完成夹紧力自适应调节的拔草作业；
S3、拔草完成后，移除销钉(305)，断开驱动盘(301)与驱动盘连接套(302)之间的连接，此时卡爪(501)与卷辊(502)之间的夹紧力小于压片(405)与摩擦片(407)之间的预紧力，卡盘(304)被压紧，发条(303)借助积蓄的能量带动驱动盘(301)反转，卡爪(501)在驱动盘(301)的转动带动下与卷辊(502)分离并复位，清除卷辊(502)上的草，开始下一次拔草作业。
9.根据权利要求8所述的拔草方法，其特征在于，所述步骤S1中，压片(405)与摩擦片(407)之间产生预紧力根据草的类型和物理特性设定。
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