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CN112974068B - 具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统 - Google Patents

具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统，属于农作物保护机械技术领域，该喷雾机喷杆包含有顶升机构、减振机构、悬架、二级喷杆、全球定位传感器、控制器。顶升机构与喷雾机车体悬挂连接，减振机构安装在顶升机构上，悬架柔性地安装在减振机构上，二级喷杆分布于悬架机构两侧，全球定位传感器搭建在二级喷杆两端，控制器安装在喷雾机上。本发明的喷杆系统可实现主动平衡和被动平衡。二级喷杆在驱动元件的带动下，调整喷杆局部姿态，实现地面仿形。本发明可应用于地面起伏大的大田、草坪、苗圃等复杂作业环境。

Description

具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，具体为用于农业植保机械作业时，所需的具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统。
背景技术
我国是农业生产的病虫害高发区，农作物主要依靠喷雾机的药液喷洒系统进行病虫害的防治，为提高防治效率，一般采用折叠式，多喷头的喷洒平台。因此，喷杆式喷雾机被广泛应用在大田、草坪、苗圃，成为重要植物保护机具之一。
在喷雾机作业过程中，作业速度快，作业环境恶劣，喷杆展示出的振荡、横摆、侧倾等运动姿态都对作业效果起着消极影响。所以，要求喷雾机喷杆在行进中根据地面起伏变化和局部地形突变情况，实时调整高度和姿态，保证喷杆与地面保持平行，防止喷杆与地面刚性碰撞。
为了提高喷雾作业质量，本发明提出一种具有自平衡、借助全球定位传感器检测喷杆高度并进行仿形控制的地面仿形功能的喷雾机喷杆系统。
发明内容
针对现有技术问题，本发明的技术目的是提供一种解决现存技术问题的具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统，技术方案为：
具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统，包括顶升机构、减振机构、悬架、二级喷杆、全球定位传感器、控制器，顶升机构与喷雾机车体悬挂连接，减振机构安装在顶升机构的顶升框上，减振机构柔性连接在悬架机构上，二级喷杆分布于悬架两侧，全球定位传感器搭建在二级喷杆上，控制器安装在喷雾机上。
顶升机构包括垂直导轨、顶升框、顶升油缸、导向轮，顶升油缸固接在垂直导轨的中心线处，顶升框与顶升油缸铰接，通过顶升油缸伸缩带动铰接的顶升框上下移动，以改变喷杆整体在垂直方向的高度，导向轮安装在顶升框侧面，导向轮在垂直导轨表面滚动，保证顶升框的运动稳定。
减振机构包括上铰接连杆、下铰接连杆、纵向弹簧阻尼，上铰接连杆分别铰接在顶升框和中心框架的上部，下铰接连杆分别铰接在顶升框、中心框架的下部，上铰接连杆、下铰接连杆、顶升框、中心框架组成四边形结构，纵向弹簧阻尼与上铰接连杆连接，并与顶升框底部固连，可防止喷雾机行进过程中喷杆整体前倾，衰减车体在起伏大的路面产生的振动。
悬架包括中心框架、上部座式轴承、下部座式轴承、上部光轴、下部光轴、中心喷杆、导向约束轮、摆式铸件、摆动液压油缸、横向弹簧阻尼，中心框架为六面体结构，两个上部座式轴承固接在悬架中心框的顶部中心线处，上部光轴穿过上部座式轴承，两个摆式铸件挂在上部光轴上，依靠上部光轴实现摆动，导向约束轮置于中心喷杆的顶部中心线位置，并可在摆式铸件的弧形凸台上滚动，从而带动中心喷杆小范围摆动，中心喷杆的底部中心线处固接有一下部座式轴承，下部光轴穿过下部座式轴承和摆式铸件，横向弹簧阻尼分别与中心框架、摆式铸件铰接，降低喷杆整体在水平方向晃动程度，实现喷杆被动平衡，摆动液压油缸分别铰接在中心喷杆和摆式铸件上，当喷雾机行进至起伏不大的路面时，通过摆动液压油缸的伸缩带动中心喷杆绕下部光轴小范围摆动，实现喷杆主动平衡。
二级喷杆包括桁架、提升液压油缸、折叠液压油缸、回转连接件、双回转自由度连接件、回转轴，回转轴连接在中心喷杆两侧，回转连接件置于回转轴上端，双回转自由度连接件置于回转轴下端，提升液压油缸通过铰接方式连接桁架和回转连接件，二级喷杆通过调节提升液压油缸的行程，带动桁架上下摆动，避免喷杆碰及地面，实现地面仿形功能，二级喷杆下侧的折叠液压油缸与桁架、双回转自由度连接件铰接，利用折叠液压油缸的伸缩，带动桁架在回转轴回转，实现二级喷杆折叠，缩短喷杆非作业状态幅宽。
全球定位传感器、控制器与控制系统连接,喷杆高度的姿态控制方法如下：安装在二级喷杆的全球定位传感器实时接收卫星信号，信号经过调理后输入到控制器，控制器根据全球定位传感器实时的高程、经纬度信息和已知的高程、经纬度信息做比较，与理想的喷雾高度值对比，计算喷杆高度调整值，通过算法处理，输出相应的控制信号控制顶升油缸、摆动液压油缸、提升液压油缸伸缩，实现喷杆高度和姿态控制。
附图说明
图1为本发明仿形喷杆的正视图；
图2为本发明仿形喷杆的左视图；
图3为本发明仿形喷杆顶升机构的立体结构示意图；
图4为本发明仿形喷杆减振机构的立体结构示意图；
图5为本发明仿形喷杆悬架的正视图；
图6为本发明仿形喷杆二级喷杆的正视图；
图7为摆式铸件的立体结构示意图；
图8为控制方法流程图；
图中：1.顶升机构、2.减振机构、3.悬架、4.二级喷杆、5.全球定位传感器、6.控制器、101.垂直导轨、102.顶升框、103.顶升油缸、104.导向轮、201.上铰接连杆、202.下铰接连杆、203.纵向弹簧阻尼、301.中心框架、302.上部座式轴承、303.下部座式轴承、304.上部光轴、305.下部光轴、306.中心喷杆、307.导向约束轮、308.摆式铸件、309.摆动液压油缸、310.横向弹簧阻尼、401.桁架、402.提升液压油缸、403.折叠液压油缸、404.回转连接件、405.双回转自由度连接件、406.回转轴。
具体实施方式
为阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做详细的介绍。
如图1、图2所示具有地面仿形功能的喷雾机喷杆外形。喷杆包括顶升机构1、减振机构2、悬架3、二级喷杆4、全球定位传感器5、控制器6，顶升机构1与喷雾机车体悬挂连接，减振机构2安装在顶升机构1的顶升框102上，减振机构2柔性连接在悬架机构3上，二级喷杆4分布于悬架3两侧，全球定位传感器5搭建在二级喷杆4上，控制器6安装在喷雾机上。
如图3所示，顶升机构1包括垂直导轨101、顶升框102、顶升油缸103、导向轮104。顶升油缸103固接在垂直导轨101框架的中心线处，在本实施例中顶升框102与顶升油缸103铰接，铰接点在顶升框102中心横杆的对称线处，通过顶升油缸103伸缩带动铰接的顶升框102执行上下往复移动，以改变喷杆与地面的水平高度。导向轮104安装在顶升框102侧面，导向轮104在垂直导轨101槽型轨道表面滚动，保证往复运动平顺稳定。
如图4所示，减振机构2包括上铰接连杆201、下铰接连杆202、纵向弹簧阻尼203。上铰接连杆201分别铰接在顶升框102和中心框架301的上部，使得顶升框102和中心框架301在水平方向平行，下铰接连杆202分别铰接在顶升框102、中心框架301的下部。在本实施例中上铰接连杆201、下铰接连杆202、顶升框102、中心框架301组成四边形结构，与纵向弹簧阻尼203配合实现本发明所需的柔性连接，纵向弹簧阻尼203与上铰接连杆201连接，并与顶升框102底部固连，防止喷雾机行进过程喷杆整体前倾，衰减车体在起伏大的路面产生的振动。
如图5所示，悬架3设有中心框架301、上部座式轴承302、下部座式轴承303、上部光轴304、下部光轴305、中心喷杆306、导向约束轮307、摆式铸件308、摆动液压油缸309、横向弹簧阻尼310。中心框架301为六面体结构，两个上部座式轴承302固接在悬架中心框301的顶部中心线处，上部光轴304穿过上部座式轴承302。两个摆式铸件308挂在上部光轴304上，依靠上部光轴304实现两个摆式铸件308水平方向左右摆动，导向约束轮307置于中心喷杆306的顶部中心线位置，并可在摆式铸件308的弧形凸台上滚动，起到稳定运动的作用，通过驱动执行件从而带动中心喷杆306小范围摆动。中心喷杆306的底部中心线处固接有一下部座式轴承303，下部光轴305穿过下部座式轴承303和两个摆式铸件308。在本实施例中横向弹簧阻尼310分别与中心框架301、摆式铸件308铰接，降低喷杆整体在水平方向晃动程度，实现喷杆被动平衡。在本实施例中摆动液压油缸309分别铰接在中心喷杆306和摆式铸件308上，喷雾机在起伏不大的作业路面工作时系统控制液压油缸流量，通过摆动液压油缸309的伸缩带动中心喷杆306绕下部光轴305小范围摆动，从而实现喷杆主动平衡。
如图6所示，二级喷杆4包括桁架401、提升液压油缸402、折叠液压油缸403、回转连接件404、双回转自由度连接件405、回转轴406。回转轴406安装在中心喷杆306两侧，回转连接件404置于回转轴406上端，双回转自由度连接件405置于回转轴406下端，提升液压油缸402通过铰接方式连接桁架401和回转连接件404。本实施例中二级喷杆4通过调节提升液压油缸402的行程，带动两侧桁架401上下摆动，实现地面仿形功能，避免二级喷杆4与地面刚性碰撞。本实施例中二级喷杆4下侧的折叠液压油缸403与桁架401、双回转自由度连接件405铰接，利用折叠液压油缸403的伸缩，带动桁架401在回转轴406上回转，实现二级喷杆4折叠运动，缩短喷杆非作业状态时幅宽，便于喷雾机转场、运输。
如图1、图8所示，具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统控制方法如下：安装在二级喷杆4的全球定位传感器5实时接收卫星信号，信号经过信号调理后输入到控制器6，控制器6根据全球定位传感器5采集到的高程、经纬度信息与已知的高程、经纬度信息进行对比，与理想的喷雾高度值对比，计算喷杆高度调整值，通过算法处理，输出相应的控制信号，输出的控制信号通过数模转化，通过驱动电路控制顶升油缸103、摆动液压油缸309、提升液压油缸402伸缩进而实现喷杆高度和姿态控制。
本发明旨在解决喷雾机在作业过程中车体带来的振动，所造成喷雾机喷杆震荡、摆动、前倾等问题，以及改进受地面起伏变化和局部地形突变因素影响喷杆易受到刚性碰撞的缺陷。通过减振机构2、悬架3实现喷杆所需的主动平衡、被动平衡。通过顶升机构1、二级喷杆4实现喷杆所需的地面仿形功能。本发明中的减振机构2仅为可行方案的一种，减振机构2的减振元件可用弹簧、液压阻尼、空气阻尼等实现。本发明中的悬架3仅为可行方案的一种，悬架机构3的驱动装置可用气缸、丝杆、齿轮齿条来实现，悬架3的被动平衡装置可用弹簧、液压阻尼、空气阻尼等替代实现。
上述实施例仅为本发明较佳的实施例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的从业人员，在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内做出的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的权利要求保护范围。

Claims (1)

1.具有地面仿形功能的喷雾机喷杆系统，包括顶升机构(1)、减振机构(2)、悬架(3)、二级喷杆(4)、全球定位传感器(5)、控制器(6)，其特征在于：顶升机构(1)与喷雾机车体悬挂连接，减振机构(2)安装在顶升机构(1)的顶升框(102)上，减振机构(2)柔性连接在悬架(3)上，二级喷杆(4)分布于悬架(3)两侧，全球定位传感器(5)搭建在二级喷杆(4)上，控制器(6)安装在喷雾机上；
所述顶升机构(1)包括垂直导轨(101)、顶升框(102)、顶升油缸(103)、导向轮(104)，所述顶升油缸(103)固接在垂直导轨(101)的中心线处，所述顶升框(102)与顶升油缸(103)铰接，通过顶升油缸(103)伸缩带动铰接的顶升框(102)上下移动，所述导向轮(104)安装在顶升框(102)侧面，导向轮(104)在垂直导轨(101)表面滚动；
所述减振机构(2)包括上铰接连杆(201)、下铰接连杆(202)、纵向弹簧阻尼(203)，所述上铰接连杆(201)分别铰接在顶升框(102)和中心框架(301)的上部，所述下铰接连杆(202)分别铰接在顶升框(102)、中心框架(301)的下部，所述上铰接连杆(201)、下铰接连杆(202)、顶升框(102)、中心框架(301)组成四边形结构，所述纵向弹簧阻尼(203)与上铰接连杆(201)连接，并与顶升框(102)底部固连，用于衰减车体的振动；
所述悬架(3)包括中心框架(301)、上部座式轴承(302)、下部座式轴承(303)、上部光轴(304)、下部光轴(305)、中心喷杆(306)、导向约束轮(307)、摆式铸件(308)、摆动液压油缸(309)、横向弹簧阻尼(310)，所述中心框架(301)为六面体结构，两个所述上部座式轴承(302)固接在悬架中心框架(301)的顶部中心线处，所述上部光轴(304)穿过上部座式轴承(302)，两个 所述摆式铸件(308)挂在上部光轴(304)上，所述导向约束轮(307)置于中心喷杆(306)的顶部中心线位置，并可在摆式铸件(308)的弧形凸台上滚动，从而带动中心喷杆(306)摆动，所述中心喷杆(306)的底部中心线处固接有一下部座式轴承(303)，所述下部光轴(305)穿过下部座式轴承(303)和摆式铸件(308)，所述横向弹簧阻尼(310)分别与中心框架(301)、摆式铸件(308)铰接，降低喷杆整体在水平方向晃动程度，所述摆动液压油缸(309)分别铰接在中心喷杆(306)和摆式铸件(308)上，通过摆动液压油缸(309)的伸缩带动中心喷杆(306)绕下部光轴(305)摆动；
所述二级喷杆(4)包括桁架(401)、提升液压油缸(402)、折叠液压油缸(403)、回转连接件(404)、双回转自由度连接件(405)、回转轴(406)，所述回转轴(406)连接在中心喷杆(306)两侧，所述回转连接件(404)置于回转轴(406)上端，所述双回转自由度连接件(405)置于回转轴(406)下端，所述提升液压油缸(402)通过铰接方式连接桁架(401)和回转连接件(404)，所述二级喷杆(4)通过调节提升液压油缸(402)的行程，带动桁架(401)上下摆动，实现地面仿形功能，所述二级喷杆(4)下侧的折叠液压油缸(403)与桁架(401)、双回转自由度连接件(405)铰接，利用折叠液压油缸(403)的伸缩，带动桁架(401)回转，实现二级喷杆(4)折叠运动，缩短喷杆非作业状态时的幅宽；
所述全球定位传感器(5)、控制器(6)与控制系统连接,喷杆高度的姿态控制方法为，安装在二级喷杆(4)的全球定位传感器(5)实时接收卫星信号，信号经过调理后输入到控制器(6)，控制器(6)根据全球定位传感器(5)实时的高程、经纬度信息与已知的高程、经纬度信息做比较，与理想的喷雾高度值对比，计算喷杆高度调整值，通过算法处理，输出相应的控制信号控制顶升油缸(103)、摆动液压油缸(309)、提升液压油缸(402)伸缩，实现喷杆高度和姿态控制。
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