CN115341547B - 一种可调式三角形草沙障自动铺设装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，该装置主要由车体、固定插草机构、移动插草机构、送料装置等部分组成。整个装置安装在车体上，随车体整体移动；固定插草机构随车体运动，实现三角形草沙障底边的连续铺设；移动插草机构垂直于车体行进方向运动，实现三角形草沙障侧边的连续铺设。送料装置含两个分区，分别将草料输送到两个插草机构中。通过调整移动插草机构的运动行程，可以实现三角形高度的变化；通过调整移动插草机构的移动速度，可以实现三角形宽度的变化。通过此类调节，可以适应不同的作业需求。

Description

一种可调式三角形草沙障自动铺设装置

技术领域

本发明涉及防风固沙机械设备技术领域，尤其涉及一种可调式三角形草沙障自动铺设装置。

背景技术

目前，对生态环境的治理方式越来越多样化，应用草方格沙障压沙具有环保、施工技术要求不高、便于操作等诸多优点，得到沙区群众或林业部门的广泛应用。但目前现有的草方格固沙机械普遍存在智能化程度不高，所使用的器械多以机械为主，人工为辅，多需人工将草料铺平整后，由车辆的滚刀压入沙地当中，耗费人力和时间。

有研究表明，单个网格面积为1m²的沙障，三角形沙障的防风效能都显著高于正方形沙障。草沙障高度为0.2m时，正方形沙障的防风效能比三角形沙障低12％；高度为0.3m时，低11％；高度为0.5m时，低9％。由此可见在特定条件下，正方形沙障并非固沙的最优选择。根据不同环境状况，有针对地采用不同形状的草沙障铺设，将有效地提高草沙障固沙效果。

现有的自动草沙障铺设机构大多以铺设方形草沙障为主，且需要分别铺设方形草沙障的各边，无法在铺设车辆行进过程中一次性完成方形草沙障所有边的铺设；此外，现有技术大多也只能实现固定形状、固定尺寸的草沙障铺设，对不同环境、不同需求的适应性不强。针对以上存在的问题，设计一种具有高度机械化和自动化的固沙机械。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种具有高度机械化和自动化的，可调式三角形草沙障自动铺设装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，其特征在于：包括车体以及设置在所述车体上的固定插草机构、移动插草机构，所述固定插草机构包括滚轮、滚轮摇杆、摇杆支架，所述滚轮连接在所述滚轮摇杆的下端，滚轮摇杆的上端通过所述摇杆支架与所述车体相连，所述滚轮沿着平行于所述车体行进方向设置，所述移动插草机构包括丝杆、丝杆滑台、插刀组件、丝杆电机，所述丝杆与车体相连接并沿着垂直于车体行进方向设置，所述丝杆滑台与丝杆螺纹连接，所述插刀组件通过移动支架连接于丝杆滑台下方，所述丝杆电机连接并驱动丝杆转动。

进一步的，所述固定插草机构包括受拉接触力弹簧，所述滚轮摇杆的上端和所述摇杆支架相互铰接，滚轮摇杆能够绕着铰接点转动，所述受拉接触力弹簧的一端连接滚轮摇杆，一端连接摇杆支架。

进一步的，所述插刀组件包括插刀、插刀转板、固定轮、转动轮、插刀电机，所述固定轮和转动轮的大小相同，所述插刀电机设置在所述移动支架上，所述插刀转板的中心连接插刀电机的转轴，所述转动轮等距转动连接在插刀转板的两端，所述固定轮固定连接在移动支架上，且固定轮的中心与插刀电机的转轴处于同一直线上，固定轮和转动轮的侧面均设置有环形槽，固定轮和转动轮之间通过设置在所述环形槽中的皮带连接，所述插刀设置在转动轮的外侧。

进一步的，在所述丝杆上远离所述丝杆电机的一端设置有光电编码器，丝杆的两端设置有行程传感器。

进一步的，所述车体上还设置有送料装置，所述送料装置包括固定送料料斗、移动送料料斗、摩擦滚轮，所述固定送料料斗通过滑轨将草料送至所述滚轮的前方，所述移动送料料斗通过柔性套管将草料送至所述插刀处，所述摩擦滚轮设置在固定送料料斗和移动送料料斗的底部，通过一对啮合齿轮驱动旋转并向下输送草料，所述啮合齿轮通过送料电机驱动。

进一步的，所述送料电机和插刀电机通过电位计调节转速。

进一步的，所述车体包括驱动装置、转向装置、控制系统硬件安放装置、支撑结构，所述固定插草机构、移动插草机构、送料装置连接在所述支撑结构上，所述驱动装置和转向装置均与车轮连接。

进一步的，所述驱动装置和丝杆电机均与单片机连接，用于控制方向和转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.实现不同形状草沙障的铺设。通过设置移动插草机构和固定插草机构的配合速度，可实现不同角度的三角形草沙障的铺设。移动插草机构的使用，实现了插草机构和沙地的非连续性接触，较有效解决了合成运动角度不同时沙地对移动插草机构的阻力。针对荒漠化程度、环境风力大小的不同，可以选择不同的草沙障，提高防风固沙效果。

2.实现不同尺寸草沙障的铺设。即使是同一形状的草沙障，在尺寸不同的情况下，其防风固沙效果依然是不同的。在形状确定的情况下，通过调节行程传感器的位置，可实现不同尺寸比例的草沙障铺设，灵活地适应固沙需求。

3.实现草沙障的连续铺设。一次工作后可实现一列三角形草沙障的连续铺设，而无需针对几何图形不同的边分步骤进行，极大地提高了工作效率。

4.设备运行使用单片机控制。采用反馈控制，控制的稳定性强；采用蓝牙无线控制，提高控制的简易性及其自动化水平；可编程性高，通过加入自动轨迹规划程序，可进一步提高设备的自动化程度。

5.特有的插刀组件结构能够让插刀沿着插刀转板做圆周运动时刀尖所指方向相对机架始终不变，以便更好地完成插草工作。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图一；

图2为本发明实施例结构示意图二；

图3为本发明实施例固定插草机构结构示意图；

图4为本发明实施例移动插草机构结构示意图；

图5为本发明实施例插刀组件正视图；

图6为本发明实施例插刀组件侧视图；

图7为本发明实施例送料装置剖面俯视图；

图8为本发明实施例三角形沙障铺设方式示意图。

其中：101-驱动装置，102-转向装置，103-控制系统硬件安放装置，104-支撑结构，105-车轮，2-固定插草机构，201-摇杆支架，202-滚轮摇杆，203-滚轮，204-受拉接触力弹簧，205-铰接点，3-移动插草机构，301-丝杆，302-丝杆滑台，303-丝杆电机，304-移动支架，305-插刀，306-插刀转板，307-固定轮，308-转动轮，309-插刀电机，310-环形槽，311-皮带，312-光电编码器，313-行程传感器，4-送料装置，401-固定送料料斗，402-移动送料料斗，403-摩擦滚轮，404-滑轨，405-啮合齿轮，406-送料电机。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1-7示出了一种可调式三角形草沙障自动铺设装置的具体实施例，包括车体以及设置在车体上的固定插草机构2、移动插草机构3、送料装置4。如图1、2所示，车体包括驱动装置101、转向装置102、控制系统硬件安放装置103以及支撑结构104，固定插草机构2、移动插草机构3、送料装置4连接在支撑结构104上，驱动装置101和转向装置102均与车轮105连接。

如图3所示，固定插草机构2包括摇杆支架201、滚轮摇杆202、滚轮203、受拉接触力弹簧204。滚轮203连接在滚轮摇杆202的下端，滚轮摇杆202的上端通过摇杆支架201与车体支撑结构104相连，滚轮摇杆202的上端和摇杆支架201相互铰接，滚轮摇杆202可绕铰接点205转动，滚轮203可绕其滚轮摇杆202的连接点转动。受拉接触力弹簧204的一端连接滚轮摇杆202，一端连接摇杆支架201。受拉接触力弹簧204向滚轮摇杆202施加使之向下转动的拉力，确保滚轮203和沙地间的接触力。调整受拉接触力弹簧204末端位置或更换不同刚度系数的弹簧，可实现滚轮203和沙地的不同接触力，进而改变滚轮203插草的深度。

如图4，移动插草机构3包括丝杆301、丝杆滑台302、移动支架304、插刀组件、丝杆电机、行程传感器313、光电编码器312。丝杆301与车体相连接并沿着垂直于车体行进方向设置，丝杆滑台302与丝杆301螺纹连接，丝杆电机303连接并驱动丝杆301转动，使得丝杆滑台302可以沿着丝杆301往复运动，通过固连于丝杆滑台302上的移动支架304带动末端插刀组件运动。其中，如图5、6所示，插刀组件具体包括插刀305、插刀转板306、固定轮307、两个转动轮308、插刀电机309，固定轮307和转动轮308的大小相同，插刀电机309设置在移动支架304上，插刀转板306的中心连接插刀电机309的转轴，转动轮308连接在插刀转板306的两端，并且可以转动，固定轮307固定连接在移动支架304上，且固定轮307的中心与插刀电机309的转轴处于同一直线上，固定轮307和转动轮308的侧面均设置有环形槽310，固定轮307和两端的转动轮308之间通过设置在环形槽310中的皮带311连接，插刀305设置在转动轮308的外侧，插刀电机309带动插刀转板306绕中心旋转，通过两侧的转动轮308带动插刀305以固定轮307为中心做圆周运动。丝杆滑台302的运动边界由两侧的行程传感器313确定。丝杆301上远离丝杆电机303的一端设置有光电编码器312，捕获丝杆电机303转速作为反馈输入。

如图7所示，送料装置4具体包括固定送料料斗401、移动送料料斗402、摩擦滚轮403，固定送料料斗401通过滑轨404将草料送至滚轮203的前方，移动送料料斗402通过柔性套管将草料送至插刀305处，摩擦滚轮403设置在固定送料料斗401和移动送料料斗402的底部，通过一对啮合齿轮405驱动旋转并向下输送草料，放入草料时，便可通过摩擦力使草料不断向下传出。啮合齿轮405通过送料电机406驱动。

如图8，通过移动插草机构3和车体的速度合成，便可以形成具有一定倾斜角度的三角形侧边；通过改变两者的相对速度，便可实现三角形侧边的倾斜角度的变化，进而实现不同形状三角形的铺设。行程传感器313安置在丝杆301的两端，其一端一般固定不动，确保草沙障底边和侧边的连接；另一端可在一定范围内自由调节，以改变所铺设草沙障的尺寸。通过丝杆滑台302的往复运动，可以实现三角形侧边的连续铺设。

优选地，驱动装置101通过联轴器和车轮轴连接，车轮轴通过轴两端的轴承和轴承支座实现固定，最后连接到车轮105中，驱动车轮105。驱动装置101具有配套的霍尔传感器，通过将其接入单片机，便可实时获取转速，进而实现反馈控制调节，使电机机械特性具有较高硬度，维持速度稳定。

丝杆电机303通过联轴器连接丝杆301，并在另一端连接光电编码器312。光电编码器312和霍尔传感器作用相同，亦可捕获电机转速作为反馈输入。

送料电机406和插刀电机309通过电位计手动调节转速。由于两者没有高精度速度控制要求，故可采用原理较简单的电位计转速调节方式。

单片机控制驱动装置101和丝杆电机303的转速和方向，并接受速度反馈实现两者的速度配合。同时连接用于无线远程控制速度、方向、启停的蓝牙模块。这一控制方式实现了设备的自动化。

供电电池以24V电压为驱动装置101、丝杆电机303、送料电机406、插刀电机309直接提供电力，通过降压模块为单片机提供5V的电力。由电源开关控制总电路通断。

移动插草机构上插刀组件的工作原理如下：

插刀套到转动轮308上，转动轮308可绕插刀转板306的中心轴旋转，而固定轮307是绝对固定的，不产生转动。这三个轮都是双槽的圆带轮，两边转动轮308分别和中间固定轮307用皮带311交错连接。假设插刀转板306固定、固定轮307相对插刀转板306以角速度ω转动，由于皮带311的作用，转动轮308始终保持与固定轮307相同的旋转角速度ω；而当固定轮307固定、插刀转板306相对固定轮307以角速度ω转动时，可知固定轮307相对插刀转板306旋转角速度为-ω。由先前推论知，转动轮308相对插刀转板306角速度亦为-ω。而此时插刀转板306相对绝对参考系的牵连角速度为ω，故由ω-ω＝0知，转动轮308的绝对角速度为0，不产生旋转。由此，插刀305相对机架角度始终无变化，得以较好实现取草、插草功能。

上述实施例的具体操作方法如下：

源开关打开后，按下遥控器的启动按键，整个装置以默认的速度参数运行，车体前进的同时，固定插草机构2上的滚轮203在受拉接触力弹簧204的拉力作用下，向下紧压在沙地上，用于铺设三角形草沙障对应的三角形底边；移动插草机构3上的丝杆滑台302在随着车体向前运行的同时，左右沿着丝杆301移动，从而带动插刀组件上的插刀305在沙地上沿着三角形的侧边移动，从而铺设出具有一定角度的草沙障。由于固定轮307为固定结构，故在皮带311的作用下，会相应地促使转动轮308绕自身回转轴转动，补偿插刀转板306使其带来的角度变化。如上，则转动轮308相对机架始终无转动，而只有质心的圆周运动。由此，插刀305相对机架角度始终无变化，得以较好实现取草、插草功能。如需改变三角草沙障角度，应按下遥控器中相对加减速按键，以控制固定插草机构2和移动插草机构3的相对速度，最终实现合成速度方向变化。如需改变机构整体运行速度，则应按下遥控器中绝对加减速按键；如需改变铺设草沙障尺寸，则应手动调节行程传感器313位置，行程传感器313之间的距离越短，则草沙障三角形侧边的长度相应越短。

上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，其特征在于：包括车体以及设置在所述车体上的固定插草机构（2）、移动插草机构（3），所述固定插草机构（2）包括滚轮（203）、滚轮摇杆（202）、摇杆支架（201），所述滚轮（203）连接在所述滚轮摇杆（202）的下端，滚轮摇杆（202）的上端通过所述摇杆支架（201）与所述车体相连，所述滚轮（203）沿着平行于所述车体行进方向设置，所述移动插草机构（3）包括丝杆（301）、丝杆滑台（302）、插刀组件、丝杆电机（303），所述丝杆（301）与车体相连接并沿着垂直于车体行进方向设置，所述丝杆滑台（302）与丝杆（301）螺纹连接，所述插刀组件通过移动支架（304）连接于丝杆滑台（302）下方，所述丝杆电机（303）连接并驱动丝杆（301）转动；

所述插刀组件包括插刀（305）、插刀转板（306）、固定轮（307）、转动轮（308）、插刀电机（309），所述固定轮（307）和转动轮（308）的大小相同，所述插刀电机（309）设置在所述移动支架（304）上，所述插刀转板（306）的中心连接插刀电机（309）的转轴，所述转动轮（308）等距转动连接在插刀转板（306）的两端，所述固定轮（307）固定连接在移动支架（304）上，且固定轮（307）的中心与插刀电机（309）的转轴处于同一直线上，固定轮（307）和转动轮（308）的侧面均设置有环形槽（310），固定轮（307）和转动轮（308）之间通过设置在所述环形槽（310）中的皮带（311）连接，所述插刀（305）设置在转动轮（308）的外侧；

所述车体上还设置有送料装置（4），所述送料装置（4）包括固定送料料斗（401）、移动送料料斗（402）、摩擦滚轮（403），所述固定送料料斗（401）通过滑轨（404）将草料送至所述滚轮（203）的前方，所述移动送料料斗（402）通过柔性套管将草料送至所述插刀（305）处，所述摩擦滚轮（403）设置在固定送料料斗（401）和移动送料料斗（402）的底部，通过一对啮合齿轮（405）驱动旋转并向下输送草料，所述啮合齿轮（405）通过送料电机（406）驱动；

所述车体包括驱动装置（101）、转向装置（102）、控制系统硬件安放装置（103）、支撑结构（104），所述固定插草机构（2）、移动插草机构（3）、送料装置（4）连接在所述支撑结构（104）上，所述驱动装置（101）和转向装置（102）均与车轮（105）连接，所述控制系统硬件安放装置（103）设置在支撑结构（104）上；

所述驱动装置（101）和丝杆电机（303）均与单片机连接，用于控制方向和转速。

2.根据权利要求1所述一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，其特征在于：所述固定插草机构（2）包括受拉接触力弹簧（204），所述滚轮摇杆（202）的上端和所述摇杆支架（201）相互铰接，滚轮摇杆（202）能够沿着铰接点（205）转动，所述受拉接触力弹簧（204）的一端连接滚轮摇杆（202），一端连接摇杆支架（201）。

3.根据权利要求2所述一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，其特征在于：在所述丝杆（301）上远离所述丝杆电机（303）的一端设置有光电编码器（312），丝杆（301）的两端设置有行程传感器（313）。

4.根据权利要求3所述一种可调式三角形草沙障自动铺设装置，其特征在于：所述送料电机（406）和插刀电机（309）通过电位计调节转速。