全方位仿形割臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全方位仿形割臺，其中間仿形組件與連接機架鉸接，通過縱向仿形油缸控制其相對于連接機架的俯仰動作和進(jìn)行縱向仿形，左仿形組件和右仿形組件分別從兩側(cè)與中間仿形組件鉸接，通過橫向仿形油缸控制其實現(xiàn)橫向仿形動作。在仿形組件前端設(shè)置圓盤切割器；仿形組件下方布置仿形傳感器接收地表高度變化信號，控制仿形油缸驅(qū)動仿形組件動作，保證割茬高度一致、割茬平整，不產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，滿足平茬復(fù)壯的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。
【專利說明】全方位仿形割臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種灌木收割機械，特別是涉及一種能夠針 對起伏地面上灌木進(jìn)行平茬收割的仿形收割機械。

【背景技術(shù)】
[0002] 豆科錦雞兒屬灌木飼用植物俗稱檸條，是我國西北、華北、東北西部水土保持和固 沙造林的重要樹種之一。此類植物中蛋白質(zhì)、微量元素、礦物質(zhì)、氨基酸和植物纖維極為豐 富，加工處理后可成為畜、禽的良好飼料，或者作為生物質(zhì)能燃料、木材加工原料等，利用價 值較高。
[0003] 根據(jù)檸條的生物學(xué)特性，一般在3?5年生長期內(nèi)需要進(jìn)行平茬復(fù)壯，撫育管理， 以促進(jìn)其生長和生物量積累，否則它的生長速度會變慢，甚至停止。
[0004] 檸條種植區(qū)大都為丘陵山地，而且生長多年的檸條，由于其固土固沙的作用，遠(yuǎn) 離根部的土壤被逐步侵蝕，圍繞其根部形成小土丘，且成行分布，土丘底部直徑約300? 1500mm，丘高一般達(dá)到100?500mm。檸條平茬收割的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求較高，不僅要求割茬平 整，不產(chǎn)生撕裂破壞，而且割茬高度以剛露出地表為宜，通?？刂圃?0?50mm之間，否則達(dá) 不到復(fù)壯的效果，甚至由于收割不當(dāng)造成人為死亡。這就對檸條平茬收割機的仿形和切割 性能提出了較高的要求。一方面，檸條植株直徑差別較大，一般在3?40mm之間，多年生產(chǎn) 實踐表明，采用圓盤鋸齒式切割器可獲得理想的切割效果。另一方面，由于圓盤鋸齒式切割 器結(jié)構(gòu)布置困難，為保證較低的割茬高度，要求割臺及仿形組件不僅具有縱向仿形功能，還 要具有橫向仿形功能，以適應(yīng)龜背地形的變化，滿足檸條平茬收割的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。
[0005] 國內(nèi)學(xué)者在檸條平茬收割機仿形機構(gòu)方面進(jìn)行了較多的探索和研究。中國農(nóng)業(yè)機 械化科學(xué)研究院呼和浩特分院劉志剛、楊世昆等研制開發(fā)了 4GN-1. 0多功能自走式灌木平 茬收割機（ZL200920156056.0)。該機以裝載機為主機，配套動力59kW，并列布置兩個圓盤 鋸齒式切割器，鋸盤直徑510mm，兩鋸盤中心距500mm，鋸片轉(zhuǎn)速1800r/min，工作速度0? 6km/h，通過橫向浮動機構(gòu)的左右擺動和縱向浮動機構(gòu)的上下擺動，隨地形變化進(jìn)行仿形切 割。
[0006] 呼和浩特市蒙翔農(nóng)牧業(yè)機械有限公司開發(fā)的4G-2型自走式灌木平茬多功能收 割機主要采用東方紅800、804、900、1000型拖拉機改裝，掛接圓盤切割式割臺，配套動力 58. 8kW，割幅2. 0?2. 3m，割茬高度彡7cm，切割器轉(zhuǎn)速1500?2000r/min，料箱容積5. 6m3， 生產(chǎn)率0. 7?I. Ihm2A (檸條)，最大允許切割直徑彡80mm，提刀高度43cm，可一次性完成 切割、喂入、鍘切、拋送、自動裝車等作業(yè)。但該機械沒有仿形裝置，依靠駕駛員手動控制割 臺高度，很難滿足檸條平茬收割的技術(shù)要求。
[0007] 大同市機械化農(nóng)業(yè)生態(tài)項目實驗管理站研制了 9GN-1. 2型檸條平茬機，該機與小 型輪式拖拉機配套，由發(fā)動機主軸傳遞動力，經(jīng)皮帶輪和齒輪箱變向變速，帶動圓鋸片高速 旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對檸條枝干的切割，并在排送裝置作用下，切割后的枝條向兩側(cè)排放。配套動力 19kW，作業(yè)速度1. 8?2km/h，刀盤轉(zhuǎn)速936r/min，割幅1200mm，割刀數(shù)量2片，割茬高度 < 80_，割茬高度通過液壓升降閥手動控制，不具有自動仿形功能。
[0008] 福建師范大學(xué)福清分校電信系林文廣、李燕娜研制了一種龜背地形下檸條收割機 仿形裝置。該機與拖拉機的連接采用后懸掛方式，通過拖拉機三點懸掛裝置掛接，仿形機構(gòu) 分為縱向和橫向兩部分。這種收割機橫向并列布置兩組相互獨立的圓盤切割器，難以覆蓋 一個種植行內(nèi)分布的所有植株，割幅寬度不夠，割刀運動軌跡不能保證與龜背地形全方位 平行，不僅生產(chǎn)效率低，而且割巷高度不一致。米用后懸掛方式，拖拉機將植株I. 5m以上朽1 條壓倒后，給后續(xù)切割輸送帶來困難，影響切割質(zhì)量，甚至由于輸送不暢造成堵塞而無法正 常作業(yè)。
[0009] 國外關(guān)于灌木(檸條）收割機的研究主要采用"SLASHBUSTER"方法，即"亂割法"， 將灌木枝條割裂和破碎，以恢復(fù)植被為目的，并不要求平茬和復(fù)壯，對割茬平整度沒有要 求。代表性的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)如美國RHINO公司生產(chǎn)的FX、TX、SR、DB等系列機型，與輪式拖 拉機配套，采用后懸掛方式，包括正牽引、偏牽引等型式，普遍采用圓盤式切割器（ROTARY ⑶TTER)，仿形輪機械仿形。工作時將被切割物料封閉在箱式空間內(nèi)完成切割，適用于牧草 和植株高度較小的灌叢植物收割。D@B Machine Division公司生產(chǎn)的HD、SG、XL系列機型 多數(shù)與挖掘機或裝載機配套，利用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，圓盤式刀座上布置有軸向、切向和周向刀 齒，屬重型切割器，其仿形及升降通過手動操作挖掘機或裝載機的升降臂實現(xiàn)，主要用于大 型灌木和樹種的破碎和分解，目的是為了恢復(fù)植被，不考慮割茬平整性要求，難以適應(yīng)我國 檸條平茬和復(fù)壯的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種適合于灌木平茬收割的全方位仿形割臺，以保證灌木的 割茬高度一致，割茬平整，不產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，滿足平茬復(fù)壯的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。
[0011] 本發(fā)明提供的全方位仿形割臺包括連接機架、仿形組件和圓盤切割器，所述仿形 組件由中間仿形組件及對稱設(shè)置連接在中間仿形組件兩側(cè)的左仿形組件和右仿形組件構(gòu) 成，其中： 所述中間仿形組件鉸接在連接機架上，縱向仿形油缸一端固定在中間仿形組件上，另 一端與連接機架連接，通過縱向仿形油缸的伸縮，驅(qū)動中間仿形組件繞連接機架軸線上下 擺動； 所述左仿形組件和右仿行組件分別鉸接在中間仿形組件的兩側(cè)縱梁上，在中間仿形組 件與左仿形組件和右仿形組件之間分別連接有垂直于縱向仿形油缸的橫向仿形油缸，通過 橫向仿形油缸的伸縮，驅(qū)動左仿形組件和/或右仿形組件繞中間仿形組件兩側(cè)縱梁上下擺 動； 所述圓盤切割器分別安裝在中間仿形組件、左仿形組件和右仿形組件的前端，隨各自 仿形組件的擺動動作。
[0012] 為更好實現(xiàn)仿形，本發(fā)明還在所述中間仿形組件、左仿形組件和右仿形組件上圓 盤切割器的下方分別安裝有仿形傳感器，所述安裝在中間仿形組件上的仿形傳感器接收地 表高度變化信號，控制縱向仿形油缸驅(qū)動中間仿形組件帶動左仿形組件和右仿形組件繞連 接機架軸線上下擺動，所述安裝在左仿形組件和右仿形組件上的仿形傳感器接收地表高度 變化信號，控制橫向仿形油缸驅(qū)動左仿形組件和/或右仿形組件繞中間仿形組件兩側(cè)縱梁 上下擺動。
[0013] 其中，所述左、右仿形傳感器分別鉸接在左仿形組件和右仿形組件上，通過連桿機 構(gòu)與中間仿形組件連接，由中間仿形組件、左仿形組件或右仿形組件與連桿機構(gòu)構(gòu)成平行 四桿機構(gòu)，所述左和/或右仿形組件在仿形過程中，左和右仿形傳感器的工作位置始終與 中間仿形組件平行。
[0014] 進(jìn)一步地，所述連桿機構(gòu)包括一個連桿以及鉸接在所述連桿兩端的第一連桿架和 第二連桿架，所述第一連桿架的另一端固定在中間仿形組件上，所述第二連桿架的另一端 與所述左或右仿形傳感器鉸接。
[0015] 本發(fā)明的全方位仿形割臺上，所述相鄰仿形組件的圓盤切割器交錯重疊設(shè)置，圓 盤切割器之間具有足夠的垂直方向工作間隙。
[0016] 進(jìn)而，所述圓盤切割器由2個鋸齒形圓盤刀交錯重疊構(gòu)成，所述2個鋸齒形圓盤刀 之間留有間隙。
[0017] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還在所述圓盤切割器上設(shè)置有滾筒輸送器。所述滾筒輸送器垂 直設(shè)置于每個鋸齒形圓盤刀上，隨鋸齒形圓盤刀同步轉(zhuǎn)動。
[0018] 本發(fā)明的全方位仿形割臺還包括有螺旋輸送裝置，所述螺旋輸送裝置固定安裝在 中間仿形組件上，其螺旋輸送輥位于圓盤切割器上方，由安裝于螺旋輸送裝置上的輸送液 壓馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)動。
[0019] 在所述螺旋輸送輥上對稱設(shè)置有兩個螺旋方向相反的葉片。
[0020] 其中，全方位仿形割臺上所述縱向仿形油缸為兩個，對稱安裝在中間仿形組件的 兩側(cè)。
[0021] 本發(fā)明提供的全方位仿形割臺采用了中間仿形組件、左仿形組件和右仿形組件三 組獨立的切割組件，每組組件的結(jié)構(gòu)基本相同，其中中間仿形組件與主機的連接機架鉸接， 可實現(xiàn)俯仰動作，左右兩個仿形組件與中間仿形組件沿縱向鉸接，不僅可隨中間仿形組件 實現(xiàn)俯仰動作，而且相對于中間仿形組件分別繞縱向軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)橫向仿形動作。這種結(jié) 構(gòu)布置形式覆蓋一個種植行內(nèi)的所有植株，并使切割器的有效工作部位盡可能地逼近檸條 植株生長的龜背地形，保證割茬高度及其一致性滿足平茬收割的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。
[0022] 本發(fā)明三組仿形組件的動作通過液壓油缸驅(qū)動，由專門設(shè)計的仿形傳感器接受地 表變化信號，經(jīng)過邏輯判斷和處理，由電磁閥實時控制。切割后的檸條枝條通過與圓盤式切 割器同步轉(zhuǎn)動的滾筒輸送器和位于其上部的螺旋輸送裝置，將其分送到及其兩側(cè)，便于后 續(xù)的撿拾和利用等作業(yè)。
[0023] 本發(fā)明根據(jù)我國北方檸條種植特點，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)新穎的割臺全方位仿形機 構(gòu)，其一方面采用圓盤鋸式切割器，以保證割茬平整，不產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，滿足平茬復(fù)壯的農(nóng) 業(yè)技術(shù)要求；另一方面，切割器的工作位置隨龜背地形的起伏變化而變化，保持所有切割部 位相對于地面的高度為20?50mm，保證了割茬高度的一致性。同時，每個收割行程至少覆 蓋一個種植行的寬度，避免重復(fù)作業(yè)，影響作業(yè)效率和質(zhì)量。
[0024] 本發(fā)明的全方位仿形割臺適合于我國北方地區(qū)多年生檸條的平茬收割要求，解決 了仿形難度大、割茬較高、割茬一致性差等技術(shù)難題，為提高檸條的機械化綜合利用提供了 有效裝備，對實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明全方位仿形割臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明全方位仿形割臺的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明全方位仿形割臺去掉螺旋輸送裝置后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4是圖1中中間仿形組件的縱向仿形機構(gòu)圖。
[0029] 圖5是中間仿形組件縱向仿形機構(gòu)動力學(xué)分析示意圖。
[0030] 圖6是縱向仿形油缸作用力F隨油缸工作長度變化規(guī)律圖。
[0031] 圖7是圖1中右仿形組件的橫向仿形機構(gòu)圖。
[0032] 圖8是右仿形組件橫向仿形機構(gòu)的動力學(xué)分析示意圖。
[0033] 圖9是橫向仿形油缸作用力F隨油缸工作長度變化規(guī)律圖。
[0034] 圖10是仿形組件之間的干涉性分析示意圖。
[0035] 圖11是仿形傳感組件與仿形組件之間連接剖面圖。
[0036] 圖12是仿形傳感器與仿形組件之間的連接機構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0037] 全方位仿形割臺的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，主要由中間仿形組件1、左仿形組件 2、右仿形組件3、縱向仿形油缸4、仿形傳感器5、連接機架6、液壓馬達(dá)7、橫向仿形油缸8、 圓盤切割器9、螺旋輸送裝置10以及連桿機構(gòu)12組成。
[0038] 中間仿形組件1與連接機架6之間鉸接，通過縱向仿形油缸4控制其相對位置，實 現(xiàn)割臺相對于連接機架6的俯仰動作和進(jìn)行縱向仿形。左仿形組件2和右仿形組件3分別 從兩側(cè)與中間仿形組件1鉸接，并通過橫向仿形油缸8控制其相對位置，實現(xiàn)橫向仿形動 作。
[0039] 布置在各仿形組件下方的仿形傳感器5獲得各仿形組件的位置信息，并經(jīng)仿形控 制系統(tǒng)分析判斷后產(chǎn)生控制信號，通過電磁閥分別控制縱向仿形油缸4和橫向仿形油缸8 的動作，保證理想的割茬高度。
[0040] 在每個仿形組件的前端分別布置有圓盤切割器9,每個圓盤切割器9由2個直徑 為400mm的鍋齒式圓盤刀901構(gòu)成，兩鍋齒式圓盤刀901的中心距為310mm，橫向方向相互 重疊90mm，高度方向間隔7mm。鍋齒式圓盤刀901的轉(zhuǎn)動由液壓馬達(dá)7通過各仿形組件內(nèi) 的齒輪傳動驅(qū)動。在鋸齒形圓盤刀901上垂直設(shè)置有滾筒輸送器902,隨鋸齒形圓盤刀901 同步轉(zhuǎn)動。
[0041] 理想工作狀態(tài)下，中間仿形組件1與連接機架6之間鉸接中心距地面高度為 450mm，這時整機工作角度為20°，鋸齒式圓盤刀901的工作區(qū)段距地面高度為20?50mm。
[0042] 圖4為中間仿形組件的縱向仿形機構(gòu)圖。中間仿形組件1與連接機架6鉸接，兩 個縱向仿形油缸4對稱安裝在中間仿形組件的兩側(cè)，縱向仿形油缸4兩端分別與連接機架6 和中間仿形組件1鉸接，共同組成油缸機構(gòu)，通過縱向仿形油缸4的伸縮，控制中間仿形組 件1的位置。
[0043] 縱向仿形油缸4采用DG63-100型車輛油缸，其工作長度范圍417?517mm。根據(jù) 機構(gòu)運動學(xué)仿真結(jié)果，相對于地表水平工作狀態(tài)來說，圓盤切割器9工作部位上、下仿形的 范圍分別為588mm和297mm，仿形范圍較大，能滿足檸條平茬收割的縱向仿形要求。
[0044] 圖5為中間仿形組件縱向仿形機構(gòu)動力學(xué)分析示意圖。以中間仿形組件1與連接 機架6的鉸接點A為坐標(biāo)原點，機組后退方向為X軸，建立右手系直角坐標(biāo)系。AC表示中間 仿形組件1，矢量為, BC表示縱向仿形油缸4,矢量為5(7 = ? , AB表示連接機架6, 矢量為45 = F1，對應(yīng)的位置角度分別為巧，巧和名，這樣可建立矢量方程：

【權(quán)利要求】
1. 一種全方位仿形割臺，包括連接機架、仿形組件和圓盤切割器，所述仿形組件由中間 仿形組件以及對稱設(shè)置連接在中間仿形組件兩側(cè)的左仿形組件和右仿形組件構(gòu)成，其中， 所述中間仿形組件鉸接在連接機架上，縱向仿形油缸一端固定在中間仿形組件上，另 一端與連接機架連接，通過縱向仿形油缸的伸縮，驅(qū)動中間仿形組件繞連接機架軸線上下 擺動； 所述左仿形組件和右仿行組件分別鉸接在中間仿形組件的兩側(cè)縱梁上，在中間仿形組 件與左仿形組件和右仿形組件之間分別連接有垂直于縱向仿形油缸的橫向仿形油缸，通過 橫向仿形油缸的伸縮，驅(qū)動左仿形組件和/或右仿形組件繞中間仿形組件兩側(cè)縱梁上下擺 動； 所述圓盤切割器分別安裝在中間仿形組件、左仿形組件和右仿形組件的前端，隨各自 仿形組件的擺動動作； 在所述中間仿形組件、左仿形組件和右仿形組件上圓盤切割器的下方分別安裝有仿形 傳感器，所述安裝在中間仿形組件上的仿形傳感器接收地表高度變化信號，控制縱向仿形 油缸驅(qū)動中間仿形組件帶動左仿形組件和右仿形組件繞連接機架軸線上下擺動，所述安裝 在左仿形組件和右仿形組件上的仿形傳感器接收地表高度變化信號，控制橫向仿形油缸驅(qū) 動左仿形組件和/或右仿形組件繞中間仿形組件兩側(cè)縱梁上下擺動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位仿形割臺，其特征是所述左、右仿形傳感器分別鉸接 在左仿形組件和右仿形組件上，通過連桿機構(gòu)與中間仿形組件連接，由中間仿形組件、左仿 形組件或右仿形組件與連桿機構(gòu)構(gòu)成平行四桿機構(gòu)，所述左和/或右仿形組件在仿形過程 中，左和右仿形傳感器的工作位置始終與中間仿形組件平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位仿形割臺，其特征是所述相鄰仿形組件的圓盤切割器 交錯重疊設(shè)置，圓盤切割器之間具有足夠的垂直方向工作間隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的全方位仿形割臺，其特征是所述圓盤切割器由2個鋸齒 形圓盤刀交錯重疊構(gòu)成，所述2個鋸齒形圓盤刀之間留有間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的全方位仿形割臺，其特征是在所述圓盤切割器上設(shè)置有 滾筒輸送器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全方位仿形割臺，其特征是所述滾筒輸送器垂直設(shè)置于每個 鋸齒形圓盤刀上，隨鋸齒形圓盤刀同步轉(zhuǎn)動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位仿形割臺，其特征是所述全方位仿形割臺還包括有螺 旋輸送裝置，所述螺旋輸送裝置固定安裝在中間仿形組件上，其螺旋輸送輥位于圓盤切割 器上方，由安裝于螺旋輸送裝置上的輸送液壓馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全方位仿形割臺，其特征是在所述螺旋輸送輥上對稱設(shè)置有 兩個螺旋方向相反的葉片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位仿形割臺，其特征是所述縱向仿形油缸為兩個，對稱 安裝在中間仿形組件的兩側(cè)。
【文檔編號】A01D47/00GK104255175SQ201410533610
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】鄭德聰, 郭玉明, 張培增, 崔清亮, 張秀全, 武志明 申請人:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)