一種轉動式水田激光平地機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種轉動式水田激光平地機，包括懸掛架、調平轉動架、同步運動桿、同步運動架、平地鏟刀；調平轉動架與懸掛架通過軸承座連接，其特征在于：它還包括兩個鉸接座，鉸接座的下端與平地鏟刀的下部固定，上端與同步運動架鉸接；調平轉動架、同步運動桿、同步運動架、鉸接座連同平地鏟刀、調平轉動架依次鉸接組成平行四邊形機構，且平地鏟刀的上端的鉸接點與鉸接座的鉸接點的連線位于平行四邊形的一條邊上，同步運動架和調平轉動架豎直設置；同步運動架帶動激光接收器同步升降。本實用新型實現轉動式的平地鏟刀與平動式的激光接收器的高程的同步，平地精度更高，屬于農業水田耕整機具技術領域。
【專利說明】
一種轉動式水田激光平地機
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種農業水田耕整機具，特別涉及一種轉動式水田激光平地機。
【背景技術】
[0002] 當前，在我國的農業灌溉中，地面灌溉占主導地位，而灌溉水利用率較低，還有較 大的節水潛力。土地精細平整是改善地面灌溉系統性能的重要前提條件之一，是提高地面 灌水質量的重要基礎措施之一。激光平地系統最重要特點是節約農業用水，可提高農業用 水效果，節水30%~50%;由于平整后的耕地平整度高，有利于提高作物灌溉出苗率，改善 作物的生長環境，提高農產品的產量，高精度的土地平整作業，農作物產量可提高20%~ 30%;利用激光精密平整后，施用化肥都被保存在作物根部，分布均勻且不會出現肥料流失 和脫肥現象，減少環境污染，肥料利用率提高20 %。
[0003] 目前，我國水田激光平地機一般是通過液壓驅動與平行連桿末端鉸接的平地鏟豎 直上下運動，從而實現平地鏟的高程調節。由于平地鏟較重，平地鏟上升和下降的相對壓力 差較大，嚴重影響平地機的重心平穩和平地鏟高程自動調節控制。因此，對于水田激光平地 機需要一種新型水田激光平地機，以滿足水田精準激光平整的需求。
[0004] CN103583101A公開了一種水田激光平地機的平地鏟高程調節機構，采用平行四邊 形機構對平地鏟的高程進行調節，將平地鏟作為平行四邊形機構的一條邊，易于控制和提 高水田激光平地機的平整精度。然而這種結構存在如下缺點：1.平地鏟是轉動而激光接收 器是平動，平地鏟的高程變化和激光接收器的高程變化不同步，誤差較大。2.平地鏟刀無法 折疊，寬度較大，運輸不便。 【實用新型內容】
[0005] 針對現有技術中存在的技術問題，本實用新型的目的是:對現有的轉動式平地鏟 高程調節機構進行結構優化，提供一種使平地鏟刀高程變化與激光接收器高程變化近似同 步，平地效果更為精準且平地效率更高的轉動式水田激光平地機。
[0006] 為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0007] -種轉動式水田激光平地機，包括懸掛架、調平轉動架、同步運動桿、同步運動架、 平地鏟刀；調平轉動架與懸掛架通過軸承座連接，其特征在于：它還包括兩個鉸接座，鉸接 座的下端與平地鏟刀的下部固定，上端與同步運動架鉸接;調平轉動架、同步運動桿、同步 運動架、鉸接座連同平地鏟刀、調平轉動架依次鉸接組成平行四邊形機構，且平地鏟刀的上 端的鉸接點與鉸接座的鉸接點的連線位于平行四邊形的一條邊上，同步運動架和調平轉動 架豎直設置;同步運動架帶動激光接收器同步升降。
[0008] 調平轉動架和平地鏟刀的鉸接點為0,取過0點豎直向上為Y軸正方向，垂直于Y軸 從同步運動架指向懸掛架為Z軸正方向，平地鏟刀的幅寬方向為X軸方向，建立XYZ直角坐標 系;在YZ平面上，同步運動架和鉸接座的鉸接點為A，平地鏟刀的下鏟面最低點為B，A垂直于 鏟面的交點C，過0點且平行于鏟面交平地鏟的底面的交點為D，i3為OD與Y軸負方向的夾角， S Γ = F, - +(OD-HCy cos β arelanf-^-+ ^(OD: + DB2)cos(/y-aretan -)優 0Σ) - β￡) 0D u -1 ? 化后Δ T = Tmax-Tmin彡9.5mm，使平地|產刀高程變化與激光接收器高程近似同步。此處所說 的近似同步，指的是工作區域內的高程誤差很小，可達4.75%。
[0009] 同步運動架呈倒U形;鉸接座的數量為兩個，分別與同步運動架的倒U形的下端連 接。
[0010] 平地鏟刀包括一個主鏟刀、兩個左右副鏟刀、兩個驅動左右副鏟刀相對于主鏟刀 向前折疊的折疊驅動裝置;與鉸接座連接的主鏟刀位于中間，兩個左右副鏟刀分別位于主 鏟刀的左右兩側，且左右副鏟刀與主鏟刀轉動式連接。
[0011]取主鏟刀的幅寬為X7軸，鏟面為X7V平面，從平面指向主鏟刀的正面為Z'軸 的正方向，建立V V Z7直角坐標系；左右副鏟刀相對于主鏟刀轉動的轉動軸線為L，L平行于 r Z7平面，且L在Y7 Z7上的投影與r軸的夾角為α，6° 10° ;左右副鏟刀相對于主鏟刀向 前上方折疊。
[0012] 折疊驅動裝置為折疊液壓油缸，一個折疊液壓油缸對應一個左右副鏟刀；折疊液 壓油缸的一端與主1廣刀纟父接，另一端與左右副1廣刀纟父接;折置液壓油缸縮至最短時，主1廣刀 與左右副鏟刀位于同一平面;折疊液壓油缸伸長時，左右副鏟刀向主鏟刀的正面折疊，減小 幅。
[0013] 主鏟刀和左右副鏟刀的背面均設有鉸接耳，主鏟刀和左右副鏟刀之間通過鉸接耳 連接，主鏟刀和折疊液壓油缸通過鉸接耳連接，左右副鏟刀和折疊液壓油缸通過鉸接耳連 接。
[0014] 懸掛架上設有沿著前后方向延伸的調平轉動主軸，調平轉動架上裝有軸承座和軸 承，通過調平轉動主軸和軸承的配合，調平轉動架繞調平轉動主軸轉動;懸掛架上還安裝有 調平液壓油缸，調平液壓油缸的伸縮端與調平轉動架鉸接，調平液壓油缸伸縮時，調平轉動 架相對于懸掛架左右擺動。
[0015] 一種轉動式水田激光平地機，還包括接收器安裝桿和接收器升降液壓油缸;激光 接收器固定在豎直設置的接收器安裝桿的上端，安裝在同步運動架上的接收器升降液壓油 缸驅動接收器安裝桿的升降，調節激光接收器與激光平面的相對位置。
[0016] 總的說來，本實用新型具有如下優點：
[0017] 1.對現有的一種水田激光平地機的平地鏟高程調節機構（CN103583101A)進行優 化，通過設置鉸接座，將平地鏟刀的后端下降，使得平地鏟刀作為平行四邊形機構的一個組 成部分卻不位于平行四邊形的一條邊上，由此使平地鏟刀高程變化與激光接收器高程變化 盡量靠近。當其滿足特定公式時，使得平地鏟刀和激光接收器的高程差最小，實現轉動式的 平地鏟刀與平動式的激光接收器的高程的同步運動，平地精度更高。
[0018] 2.采用折疊式的平地鏟刀結構，減小幅寬達到方便運輸的目的。
[0019] 3.左右副鏟刀采用向前上方的傾斜式折疊方式，向前折疊90度時，左右副鏟刀的 刀尖向上抬起，增加了該刀尖到地面的距離，使刀尖到地面的距離大于主鏟刀到地面的距 離，保護刀尖，以達到方便進出水田、機耕道行走的目的。
[0020] 4.通過設置在背面的鉸接耳進行鉸接固定，上端的鉸接耳較長，而下端的鉸接耳 較短，由此即可以簡易的結構實現轉動軸線L的傾斜式結構。
[0021] 5.采用調平轉動主軸、軸承、軸承座、調平液壓油缸配合的結構，并通過傾角傳感 器對調平轉動架的傾角進行測量，實時調整調平轉動架的位置，使之始終保持在水平位置。
[0022] 6.通過接收器升降液壓油缸自動控制激光接收器的升降，方便調節激光接收器與 激光發射器所建立的激光平面的相對高度，實現平地機操作人員在座位上即可設置與調 節，節約時間，提高作業效率。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型的側視圖。
[0024]圖2是本實用新型的立體圖。
[0025]圖3是折疊式的平地鏟刀的使用狀態圖，本圖中夾角為0度，即僅采用前方折疊的 方式。
[0026]圖4是平地鏟刀的傾斜折疊方式的原理圖。
[0027]圖5a是平地鏟刀的傾斜折疊結構的爆炸圖。
[0028]圖5b是圖5a的裝配圖。
[0029] 圖6是折疊式的平地鏟刀的使用狀態圖，本圖中夾角大于0度，即采用前上方折疊 的方式。
[0030] 圖7是平行四邊形機構的原理圖。
[0031] 其中，圖中，1為懸掛架、2為平地鏟刀、3為調平轉動架、4為同步運動架、5為同步運 動桿、6為主鏟刀、7為左右副鏟刀、8為折疊液壓油缸、9為高程油缸支架、10為軸承座、11為 調平轉動主軸、12為高程液壓油缸、13為接收器安裝桿、14為接收器升降液壓油缸、15為激 光接收器、16為激光發射器、17為調平液壓油缸、18為激光信號、19為三點懸掛、20為鉸接 座、21為拖拉機后輪、22為鉸接耳、23為著力斜板。
【具體實施方式】
[0032] 下面來對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0033] 一種轉動式水田激光平地機，包括平地鏟刀、調平轉動架、同步運動架、同步運動 桿和懸掛架五個部分，還包括兩個鉸接座。設定平行于平地鏟刀的鏟幅方向為X軸，豎直方 向為Y軸，垂直于XY平面指向三點懸掛方向為Z軸，建立XYZ直角坐標系。設定平行于平地鏟 刀的鏟幅方向為f軸，平地鏟刀的鏟面為V軸，垂直于X 7 V平面指向平地鏟刀正前方的方 向為Z軸，建立直角坐標系。
[0034]平地鏟刀包括一個主鏟刀、兩個左右副鏟刀和兩個折疊液壓油缸。主鏟刀的左側 和右側均包括與左右副鏟刀鉸接的鉸接耳和與折疊液壓油缸鉸接的鉸接耳，左右副鏟刀包 與主鏟刀鉸接的鉸接耳和與折疊液壓油缸鉸接的鉸接耳。主鏟刀的鉸接耳和左右副鏟刀的 鉸接耳鉸接形成轉動軸線L，L平行于V Z'平面且在Y' Z'面的投影與V的夾角為α，即L為傾 斜式設計。鉸接耳位于主鏟刀和左右副鏟刀的背面，在構成一條轉動軸線的一組鉸接耳中， 上端的鉸接耳的長度大于下端的鉸接耳的長度，因此轉動軸線上端到鏟面的距離大于轉動 軸線下端到鏟面的距離。左右副鏟刀在主鏟刀兩側對稱設置。
[0035]在折疊液壓油缸的作用下，左右副鏟刀相對于主鏟刀向前上方折疊。當在田間作 業時，兩折疊液壓油缸縮到最短，左右副鏟刀完全打開與主鏟刀處于同一平面。左右副鏟刀 和主鏟刀均設置著力斜板，左右副鏟刀完全打開時，主鏟刀的著力斜板與左右副鏟刀的著 力斜板完全貼合，起到限位和著力的作用，使兩折疊液壓油缸在平地作業時不受力。當兩折 疊液壓油缸伸到最長時，左右副鏟刀向前上方90°折疊。主鏟刀和左右副鏟刀的轉動軸線， 折疊油缸和主鏟刀的轉動軸線交平地鏟刀的鏟面為α，使左右副鏟刀向前90°折疊后其底面 相對于主鏟刀底面成α角度，在平地機通過拖拉機三點懸掛機構向上提升時，增加左右副鏟 刀刀尖與地面距離。左右副鏟刀向前90°折疊和角α實現平地鏟刀折疊以減少幅寬，達到方 便進出水田、機耕道行走和運輸等目的。
[0036] 平地鏟刀的上端與調平轉動架的下端鉸接，其鉸接處的中軸線與X軸平行;高程油 缸支架位于調平轉動架中部，其一端與調平轉動架固定，另一端與高程液壓油缸的上端鉸 接，而高程液壓油缸的下端則與主鏟刀的中部鉸接;通過高程液壓油缸的伸縮驅動平地鏟 刀繞平地鏟刀與調平轉動架鉸接中軸線上下轉動，從而調節平地鏟刀的底面與泥面的相對 高度，實現水田激光平地機的高程調節。繞鉸接中軸線轉動實現高程調節，不僅高程液壓油 缸的受力小，而且高程液壓油缸的響應速度更快、線性度好，提高了高程控制精度，實現精 準平地。
[0037] 同步運動架呈倒U形，左右兩豎直連桿下端與鉸接座的上端鉸接，同步運動桿的一 端與同步運動架鉸接，另一端與調平轉動架鉸接，從而使調平轉動架、平地鏟刀連同鉸接 座、同步運動架和同步運動桿通過相互鉸接構成平行四邊形機構。在平地鏟刀轉動過程中 同步運動架始終保持豎直，且平地鏟刀的高程變化量與同步運動架的高程變化量相同，從 而使平地鏟刀的高程變化能通過激光接收器測量準確獲得。鉸接座的上端與同步運動架鉸 接，下端與平地鏟刀固定，從而將平地鏟刀的下端下沉，使之既成為平行四邊形機構的一個 組成部分，又不位于平行四邊形的一條邊上。鉸接座的設計需滿足下式：
[0038]
[0039] Δ T = Tmax-Tmin彡9.5mm，使平地鏟刀高程變化與激光接收器高程近似同步，其 中，T為鉸接座的鉸接點和平地鏟刀底面在Y軸方向的坐標差，△ T為平地鏟刀高程轉動范圍 內的平地鏟刀高程與激光接收器的高程差，高程差等于零，使平地鏟刀的高程變化與激光 接收器的高程變化相同。
[0040] 接收器升降液壓油缸固定在同步運動架的橫桿中部，接收器安裝桿與接收器升降 液壓油缸通過螺紋連接固定，接收器安裝桿的上端安裝激光接收器。接收器升降液壓油缸 方便調節激光接收器與激光發射器所建立的激光平面的相對高度，實現平地機操作人員在 座位上設置與調節，節約時間，提高作業效率。
[0041] 懸掛架前端設置有三點懸掛，與拖拉機三點懸掛機構連接。懸掛架后端設置有平 行于Z軸的調平轉動主軸，調平轉動主軸通過軸承和軸承座與調平轉動架連接。懸掛架的中 部放置液壓系統和增速箱等部件。
[0042] 調平轉動架通過軸承與懸掛架后端的調平轉動主軸轉動式連接，軸承座固定在調 平轉動架中部，調平液壓油缸安裝在懸掛架上，下端與調平轉動架右側鉸接，通過調平液壓 油缸的伸縮而使調平轉動架在作業時始終保持水平，同步運動架和激光接收器始終保持豎 直。
[0043 ]平地|產刀在作業時始終保持水平，通過傾角傳感器測量拖拉機或懸掛架的橫向傾 角，通過控制調平液壓油缸伸縮調節平地鏟刀保持水平，調平液壓油缸的伸長量通過位移 傳感器測量形成閉環控制。
[0044]平地鏟刀在進出水田、運輸時，為減少幅寬需左右副鏟刀向前折疊，又由于當拖拉 機三點懸掛機構將水田激光平地機整機提高時，水田激光平地機整機向前傾斜α度，折疊后 的左右副鏟刀鏟刀尖離地面的距離小于水田激光平地機整機的提升高度，且隨著左右副鏟 刀幅寬的增加而進一步減小，甚至左右副鏟刀的刀尖接觸地面，導致進出水田困難或無法 正常使用，如圖3所示。
[0045]如圖4、圖5a、圖5b所示，當高程液壓油缸伸到最長時，平地鏟刀處于豎直位置，此 時為使左右副鏟刀向前以α度折疊，其中主鏟刀和左右副鏟刀的轉動軸線與主鏟刀豎直面 交線方向成α度夾角，為保證平地鏟刀打開時，左右副鏟刀鏟面與主鏟刀鏟面共面，則當左 右副鏟刀鏟面與主鏟刀鏟面處于同一平面時，主鏟刀鉸接點中軸線、左右副鏟刀鉸接點中 軸線相互平行且在YOZ平面的投影共線；為使左右副鏟刀能不發生干涉向前90°折疊，此時 折疊油缸鉸接耳的中軸線平行于YOZ平面且與鏟面的夾角為α，當折疊液壓油缸驅動左右副 鏟刀繞鉸接點中軸線轉動90°后，左右副鏟刀與主鏟刀夾角α，即與Z軸正方向夾角為α;為使 左右副鏟刀打開時左右副鏟刀邊線與主鏟刀邊線重合，左右副鏟鉸接耳中軸線到鏟邊線的 距離與主鏟刀鉸接耳中軸線到邊線的距離相等;如圖6所示，達到了既減小幅寬達到方便運 輸的目的，又使整機被拖拉機三點懸掛機構提時折疊后的左右副鏟刀平行地面或往上翹一 定角度，增加平地鏟左右副鏟刀刀尖與地面距離。
[0046] 田間工作:激光發射器水平安裝，并通過旋轉其所發射的激光信號，為激光接收器 建立一基準平面，此基準平面在工作過程中始終保持不變。由于水田泥腳軟硬不同，高低不 平，當掛接激光平地機的拖拉機在田間工作時，機身肯定會忽高忽低或左右傾斜。當機身與 初始平面相比變高時，激光接收器下端接收到激光信號，并轉化為電信號，控制高程液壓油 缸伸長驅動平地鏟下降，使平地鏟刀和激光接收器始終保持在原來工作平面上。當左右傾 斜時，通過調平液壓油缸伸縮，調節調平轉動架及平地鏟刀始終保持在水平位置。因為高程 液壓油缸驅動主鏟刀轉動，再通過鉸接座0帶動同步運動架整體保持豎直運動，主鏟刀將繞 〇點的轉動轉化為同步運動架在豎直方向上的平動，必定會使平地鏟刀高程變化與激光接 收器高程變化不一致，從而導致較大的平地誤差;如圖7所示，為使平地誤差變小，鉸接座需 滿足：
[0047]
[0048] Λ T = Tmax-Tmin,其中，T為鉸接座鉸接點和平地鏟底面在Y軸方向的坐標差，Δ T 為平地鏟刀高程轉動范圍內的平地鏟刀高程與激光接收器的高程差，高程差等于零可使平 地鏟刀高程變化與激光接收器高程變化相同。而現實中A T只能取保證同步運動架的運動 的穩定性及排除構件之間的干涉的前提下的最優解，優化后鉸接座的鉸接點使平地鏟刀高 程變化與接收器高程變化A T<9.5mm，而整個高程調節區域為400mm，誤差僅為4.75 %，可 忽略不計，所以優化后可將平地鏟刀高程與激光接收器高程調節運動視為完全同步運動。 [0049]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種轉動式水田激光平地機，包括懸掛架、調平轉動架、同步運動桿、同步運動架、平 地鏟刀；調平轉動架與懸掛架通過軸承座連接，其特征在于：它還包括兩個鉸接座，鉸接座 的下端與平地鏟刀的下部固定，上端與同步運動架鉸接;調平轉動架、同步運動桿、同步運 動架、鉸接座連同平地鏟刀、調平轉動架依次鉸接組成平行四邊形機構，且平地鏟刀的上端 的鉸接點與鉸接座的鉸接點的連線位于平行四邊形的一條邊上，同步運動架和調平轉動架 豎直設置;同步運動架帶動激光接收器同步升降。2. 按照權利要求1所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于：調平轉動架和平 地鏟刀的鉸接點為0,取過0點豎直向上為Y軸正方向，垂直于Y軸從同步運動架指向懸 掛架為Z軸正方向，平地鏟刀的幅寬方向為X軸方向，建立XYZ直角坐標系；在YZ平面 上，同步運動架和鉸接座的鉸接點為A，平地鏟刀的下鏟面最低點為B，A垂直于鏟面的 交點C，過0點且平行于鏟面交平地鏟的底面的交點為D，i3為0D與Y軸負方向的夾角，滿足優化后 夕 Δ T = Tmax-Tmin^；9.5mm〇3. 按照權利要求1所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:所述同步運動架呈 倒U形;鉸接座的數量為兩個，分別與同步運動架的倒U形的下端連接。4. 按照權利要求1所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:所述平地鏟刀包括 一個主鏟刀、兩個左右副鏟刀、兩個驅動左右副鏟刀相對于主鏟刀向前折疊的折疊驅動裝 置;與鉸接座連接的主鏟刀位于中間，兩個左右副鏟刀分別位于主鏟刀的左右兩側，且左右 副鏟刀與主鏟刀轉動式連接。5. 按照權利要求4所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:取主鏟刀的幅寬為 V軸，鏟面為f Y'平面，從f Y'平面指向主鏟刀的正面為Z '軸的正方向，建立直角坐 標系；左右副鏟刀相對于主鏟刀轉動的轉動軸線為L，L平行于Y' Z'平面，且L在V Z'上的投 影與疒軸的夾角為α，6° <α<1〇° ;左右副鏟刀相對于主鏟刀向前上方折疊。6. 按照權利要求4所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:所述折疊驅動裝置 為折疊液壓油缸，一個折疊液壓油缸對應一個左右副鏟刀；折疊液壓油缸的一端與主鏟刀 ?父接，另一端與左右副1廣刀纟父接;折置液壓油缸縮至最短時，主1廣刀與左右副1廣刀位于同一 平面;折疊液壓油缸伸長時，左右副鏟刀向主鏟刀的正面折疊。7. 按照權利要求6所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:所述主鏟刀和左右 副鏟刀的背面均設有鉸接耳，主鏟刀和左右副鏟刀之間通過鉸接耳連接，主鏟刀和折疊液 壓油缸通過鉸接耳連接，左右副鏟刀和折疊液壓油缸通過鉸接耳連接。8. 按照權利要求1所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:所述懸掛架上設有 沿著前后方向延伸的調平轉動主軸，調平轉動架上裝有軸承座和軸承，通過調平轉動主軸 和軸承的配合，調平轉動架繞調平轉動主軸轉動;懸掛架上還安裝有調平液壓油缸，調平液 壓油缸的伸縮端與調平轉動架鉸接，調平液壓油缸伸縮時，調平轉動架相對于懸掛架左右 擺動。9. 按照權利要求1所述的一種轉動式水田激光平地機，其特征在于:它還包括接收器安 裝桿和接收器升降液壓油缸;激光接收器固定在豎直設置的接收器安裝桿的上端，安裝在 同步運動架上的接收器升降液壓油缸驅動接收器安裝桿的升降。
【文檔編號】A01B35/20GK205726907SQ201620504225
【公開日】2016年11月30日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】羅錫文, 許奕, 胡煉, 可欣榮, 林潮興, 楊偉偉, 周浩
【申請人】華南農業大學