一种转动式水田激光平地机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种转动式水田激光平地机，包括悬挂架、调平转动架、同步运动杆、同步运动架、平地铲刀；调平转动架与悬挂架通过轴承座连接，其特征在于：它还包括两个铰接座，铰接座的下端与平地铲刀的下部固定，上端与同步运动架铰接；调平转动架、同步运动杆、同步运动架、铰接座连同平地铲刀、调平转动架依次铰接组成平行四边形机构，且平地铲刀的上端的铰接点与铰接座的铰接点的连线位于平行四边形的一条边上，同步运动架和调平转动架竖直设置；同步运动架带动激光接收器同步升降。本实用新型实现转动式的平地铲刀与平动式的激光接收器的高程的同步，平地精度更高，属于农业水田耕整机具技术领域。
【专利说明】
一种转动式水田激光平地机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种农业水田耕整机具，特别涉及一种转动式水田激光平地机。
【背景技术】
[0002] 当前，在我国的农业灌溉中，地面灌溉占主导地位，而灌溉水利用率较低，还有较 大的节水潜力。土地精细平整是改善地面灌溉系统性能的重要前提条件之一，是提高地面 灌水质量的重要基础措施之一。激光平地系统最重要特点是节约农业用水，可提高农业用 水效果，节水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 作物的生长环境，提高农产品的产量，高精度的土地平整作业，农作物产量可提高20%~ 30%;利用激光精密平整后，施用化肥都被保存在作物根部，分布均匀且不会出现肥料流失 和脱肥现象，减少环境污染，肥料利用率提高20 %。
[0003] 目前，我国水田激光平地机一般是通过液压驱动与平行连杆末端铰接的平地铲竖 直上下运动，从而实现平地铲的高程调节。由于平地铲较重，平地铲上升和下降的相对压力 差较大，严重影响平地机的重心平稳和平地铲高程自动调节控制。因此，对于水田激光平地 机需要一种新型水田激光平地机，以满足水田精准激光平整的需求。
[0004] CN103583101A公开了一种水田激光平地机的平地铲高程调节机构，采用平行四边 形机构对平地铲的高程进行调节，将平地铲作为平行四边形机构的一条边，易于控制和提 高水田激光平地机的平整精度。然而这种结构存在如下缺点：1.平地铲是转动而激光接收 器是平动，平地铲的高程变化和激光接收器的高程变化不同步，误差较大。2.平地铲刀无法 折叠，宽度较大，运输不便。 【实用新型内容】
[0005] 针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是:对现有的转动式平地铲 高程调节机构进行结构优化，提供一种使平地铲刀高程变化与激光接收器高程变化近似同 步，平地效果更为精准且平地效率更高的转动式水田激光平地机。
[0006] 为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] -种转动式水田激光平地机，包括悬挂架、调平转动架、同步运动杆、同步运动架、 平地铲刀；调平转动架与悬挂架通过轴承座连接，其特征在于：它还包括两个铰接座，铰接 座的下端与平地铲刀的下部固定，上端与同步运动架铰接;调平转动架、同步运动杆、同步 运动架、铰接座连同平地铲刀、调平转动架依次铰接组成平行四边形机构，且平地铲刀的上 端的铰接点与铰接座的铰接点的连线位于平行四边形的一条边上，同步运动架和调平转动 架竖直设置;同步运动架带动激光接收器同步升降。
[0008] 调平转动架和平地铲刀的铰接点为0,取过0点竖直向上为Y轴正方向，垂直于Y轴 从同步运动架指向悬挂架为Z轴正方向，平地铲刀的幅宽方向为X轴方向，建立XYZ直角坐标 系;在YZ平面上，同步运动架和铰接座的铰接点为A，平地铲刀的下铲面最低点为B，A垂直于 铲面的交点C，过0点且平行于铲面交平地铲的底面的交点为D，i3为OD与Y轴负方向的夹角， S Γ = F, - +(OD-HCy cos β arelanf-^-+ ^(OD: + DB2)cos(/y-aretan -)优 0Σ) - β￡) 0D u -1 ? 化后Δ T = Tmax-Tmin彡9.5mm，使平地|产刀高程变化与激光接收器高程近似同步。此处所说 的近似同步，指的是工作区域内的高程误差很小，可达4.75%。
[0009] 同步运动架呈倒U形;铰接座的数量为两个，分别与同步运动架的倒U形的下端连 接。
[0010] 平地铲刀包括一个主铲刀、两个左右副铲刀、两个驱动左右副铲刀相对于主铲刀 向前折叠的折叠驱动装置;与铰接座连接的主铲刀位于中间，两个左右副铲刀分别位于主 铲刀的左右两侧，且左右副铲刀与主铲刀转动式连接。
[0011]取主铲刀的幅宽为X7轴，铲面为X7V平面，从平面指向主铲刀的正面为Z'轴 的正方向，建立V V Z7直角坐标系；左右副铲刀相对于主铲刀转动的转动轴线为L，L平行于 r Z7平面，且L在Y7 Z7上的投影与r轴的夹角为α，6° 10° ;左右副铲刀相对于主铲刀向 前上方折叠。
[0012] 折叠驱动装置为折叠液压油缸，一个折叠液压油缸对应一个左右副铲刀；折叠液 压油缸的一端与主1广刀纟父接，另一端与左右副1广刀纟父接;折置液压油缸缩至最短时，主1广刀 与左右副铲刀位于同一平面;折叠液压油缸伸长时，左右副铲刀向主铲刀的正面折叠，减小 幅。
[0013] 主铲刀和左右副铲刀的背面均设有铰接耳，主铲刀和左右副铲刀之间通过铰接耳 连接，主铲刀和折叠液压油缸通过铰接耳连接，左右副铲刀和折叠液压油缸通过铰接耳连 接。
[0014] 悬挂架上设有沿着前后方向延伸的调平转动主轴，调平转动架上装有轴承座和轴 承，通过调平转动主轴和轴承的配合，调平转动架绕调平转动主轴转动;悬挂架上还安装有 调平液压油缸，调平液压油缸的伸缩端与调平转动架铰接，调平液压油缸伸缩时，调平转动 架相对于悬挂架左右摆动。
[0015] 一种转动式水田激光平地机，还包括接收器安装杆和接收器升降液压油缸;激光 接收器固定在竖直设置的接收器安装杆的上端，安装在同步运动架上的接收器升降液压油 缸驱动接收器安装杆的升降，调节激光接收器与激光平面的相对位置。
[0016] 总的说来，本实用新型具有如下优点：
[0017] 1.对现有的一种水田激光平地机的平地铲高程调节机构（CN103583101A)进行优 化，通过设置铰接座，将平地铲刀的后端下降，使得平地铲刀作为平行四边形机构的一个组 成部分却不位于平行四边形的一条边上，由此使平地铲刀高程变化与激光接收器高程变化 尽量靠近。当其满足特定公式时，使得平地铲刀和激光接收器的高程差最小，实现转动式的 平地铲刀与平动式的激光接收器的高程的同步运动，平地精度更高。
[0018] 2.采用折叠式的平地铲刀结构，减小幅宽达到方便运输的目的。
[0019] 3.左右副铲刀采用向前上方的倾斜式折叠方式，向前折叠90度时，左右副铲刀的 刀尖向上抬起，增加了该刀尖到地面的距离，使刀尖到地面的距离大于主铲刀到地面的距 离，保护刀尖，以达到方便进出水田、机耕道行走的目的。
[0020] 4.通过设置在背面的铰接耳进行铰接固定，上端的铰接耳较长，而下端的铰接耳 较短，由此即可以简易的结构实现转动轴线L的倾斜式结构。
[0021] 5.采用调平转动主轴、轴承、轴承座、调平液压油缸配合的结构，并通过倾角传感 器对调平转动架的倾角进行测量，实时调整调平转动架的位置，使之始终保持在水平位置。
[0022] 6.通过接收器升降液压油缸自动控制激光接收器的升降，方便调节激光接收器与 激光发射器所建立的激光平面的相对高度，实现平地机操作人员在座位上即可设置与调 节，节约时间，提高作业效率。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的侧视图。
[0024]图2是本实用新型的立体图。
[0025]图3是折叠式的平地铲刀的使用状态图，本图中夹角为0度，即仅采用前方折叠的 方式。
[0026]图4是平地铲刀的倾斜折叠方式的原理图。
[0027]图5a是平地铲刀的倾斜折叠结构的爆炸图。
[0028]图5b是图5a的装配图。
[0029] 图6是折叠式的平地铲刀的使用状态图，本图中夹角大于0度，即采用前上方折叠 的方式。
[0030] 图7是平行四边形机构的原理图。
[0031] 其中，图中，1为悬挂架、2为平地铲刀、3为调平转动架、4为同步运动架、5为同步运 动杆、6为主铲刀、7为左右副铲刀、8为折叠液压油缸、9为高程油缸支架、10为轴承座、11为 调平转动主轴、12为高程液压油缸、13为接收器安装杆、14为接收器升降液压油缸、15为激 光接收器、16为激光发射器、17为调平液压油缸、18为激光信号、19为三点悬挂、20为铰接 座、21为拖拉机后轮、22为铰接耳、23为着力斜板。
【具体实施方式】
[0032] 下面来对本实用新型做进一步详细的说明。
[0033] 一种转动式水田激光平地机，包括平地铲刀、调平转动架、同步运动架、同步运动 杆和悬挂架五个部分，还包括两个铰接座。设定平行于平地铲刀的铲幅方向为X轴，竖直方 向为Y轴，垂直于XY平面指向三点悬挂方向为Z轴，建立XYZ直角坐标系。设定平行于平地铲 刀的铲幅方向为f轴，平地铲刀的铲面为V轴，垂直于X 7 V平面指向平地铲刀正前方的方 向为Z轴，建立直角坐标系。
[0034]平地铲刀包括一个主铲刀、两个左右副铲刀和两个折叠液压油缸。主铲刀的左侧 和右侧均包括与左右副铲刀铰接的铰接耳和与折叠液压油缸铰接的铰接耳，左右副铲刀包 与主铲刀铰接的铰接耳和与折叠液压油缸铰接的铰接耳。主铲刀的铰接耳和左右副铲刀的 铰接耳铰接形成转动轴线L，L平行于V Z'平面且在Y' Z'面的投影与V的夹角为α，即L为倾 斜式设计。铰接耳位于主铲刀和左右副铲刀的背面，在构成一条转动轴线的一组铰接耳中， 上端的铰接耳的长度大于下端的铰接耳的长度，因此转动轴线上端到铲面的距离大于转动 轴线下端到铲面的距离。左右副铲刀在主铲刀两侧对称设置。
[0035]在折叠液压油缸的作用下，左右副铲刀相对于主铲刀向前上方折叠。当在田间作 业时，两折叠液压油缸缩到最短，左右副铲刀完全打开与主铲刀处于同一平面。左右副铲刀 和主铲刀均设置着力斜板，左右副铲刀完全打开时，主铲刀的着力斜板与左右副铲刀的着 力斜板完全贴合，起到限位和着力的作用，使两折叠液压油缸在平地作业时不受力。当两折 叠液压油缸伸到最长时，左右副铲刀向前上方90°折叠。主铲刀和左右副铲刀的转动轴线， 折叠油缸和主铲刀的转动轴线交平地铲刀的铲面为α，使左右副铲刀向前90°折叠后其底面 相对于主铲刀底面成α角度，在平地机通过拖拉机三点悬挂机构向上提升时，增加左右副铲 刀刀尖与地面距离。左右副铲刀向前90°折叠和角α实现平地铲刀折叠以减少幅宽，达到方 便进出水田、机耕道行走和运输等目的。
[0036] 平地铲刀的上端与调平转动架的下端铰接，其铰接处的中轴线与X轴平行;高程油 缸支架位于调平转动架中部，其一端与调平转动架固定，另一端与高程液压油缸的上端铰 接，而高程液压油缸的下端则与主铲刀的中部铰接;通过高程液压油缸的伸缩驱动平地铲 刀绕平地铲刀与调平转动架铰接中轴线上下转动，从而调节平地铲刀的底面与泥面的相对 高度，实现水田激光平地机的高程调节。绕铰接中轴线转动实现高程调节，不仅高程液压油 缸的受力小，而且高程液压油缸的响应速度更快、线性度好，提高了高程控制精度，实现精 准平地。
[0037] 同步运动架呈倒U形，左右两竖直连杆下端与铰接座的上端铰接，同步运动杆的一 端与同步运动架铰接，另一端与调平转动架铰接，从而使调平转动架、平地铲刀连同铰接 座、同步运动架和同步运动杆通过相互铰接构成平行四边形机构。在平地铲刀转动过程中 同步运动架始终保持竖直，且平地铲刀的高程变化量与同步运动架的高程变化量相同，从 而使平地铲刀的高程变化能通过激光接收器测量准确获得。铰接座的上端与同步运动架铰 接，下端与平地铲刀固定，从而将平地铲刀的下端下沉，使之既成为平行四边形机构的一个 组成部分，又不位于平行四边形的一条边上。铰接座的设计需满足下式：
[0038]
[0039] Δ T = Tmax-Tmin彡9.5mm，使平地铲刀高程变化与激光接收器高程近似同步，其 中，T为铰接座的铰接点和平地铲刀底面在Y轴方向的坐标差，△ T为平地铲刀高程转动范围 内的平地铲刀高程与激光接收器的高程差，高程差等于零，使平地铲刀的高程变化与激光 接收器的高程变化相同。
[0040] 接收器升降液压油缸固定在同步运动架的横杆中部，接收器安装杆与接收器升降 液压油缸通过螺纹连接固定，接收器安装杆的上端安装激光接收器。接收器升降液压油缸 方便调节激光接收器与激光发射器所建立的激光平面的相对高度，实现平地机操作人员在 座位上设置与调节，节约时间，提高作业效率。
[0041] 悬挂架前端设置有三点悬挂，与拖拉机三点悬挂机构连接。悬挂架后端设置有平 行于Z轴的调平转动主轴，调平转动主轴通过轴承和轴承座与调平转动架连接。悬挂架的中 部放置液压系统和增速箱等部件。
[0042] 调平转动架通过轴承与悬挂架后端的调平转动主轴转动式连接，轴承座固定在调 平转动架中部，调平液压油缸安装在悬挂架上，下端与调平转动架右侧铰接，通过调平液压 油缸的伸缩而使调平转动架在作业时始终保持水平，同步运动架和激光接收器始终保持竖 直。
[0043 ]平地|产刀在作业时始终保持水平，通过倾角传感器测量拖拉机或悬挂架的横向倾 角，通过控制调平液压油缸伸缩调节平地铲刀保持水平，调平液压油缸的伸长量通过位移 传感器测量形成闭环控制。
[0044]平地铲刀在进出水田、运输时，为减少幅宽需左右副铲刀向前折叠，又由于当拖拉 机三点悬挂机构将水田激光平地机整机提高时，水田激光平地机整机向前倾斜α度，折叠后 的左右副铲刀铲刀尖离地面的距离小于水田激光平地机整机的提升高度，且随着左右副铲 刀幅宽的增加而进一步减小，甚至左右副铲刀的刀尖接触地面，导致进出水田困难或无法 正常使用，如图3所示。
[0045]如图4、图5a、图5b所示，当高程液压油缸伸到最长时，平地铲刀处于竖直位置，此 时为使左右副铲刀向前以α度折叠，其中主铲刀和左右副铲刀的转动轴线与主铲刀竖直面 交线方向成α度夹角，为保证平地铲刀打开时，左右副铲刀铲面与主铲刀铲面共面，则当左 右副铲刀铲面与主铲刀铲面处于同一平面时，主铲刀铰接点中轴线、左右副铲刀铰接点中 轴线相互平行且在YOZ平面的投影共线；为使左右副铲刀能不发生干涉向前90°折叠，此时 折叠油缸铰接耳的中轴线平行于YOZ平面且与铲面的夹角为α，当折叠液压油缸驱动左右副 铲刀绕铰接点中轴线转动90°后，左右副铲刀与主铲刀夹角α，即与Z轴正方向夹角为α;为使 左右副铲刀打开时左右副铲刀边线与主铲刀边线重合，左右副铲铰接耳中轴线到铲边线的 距离与主铲刀铰接耳中轴线到边线的距离相等;如图6所示，达到了既减小幅宽达到方便运 输的目的，又使整机被拖拉机三点悬挂机构提时折叠后的左右副铲刀平行地面或往上翘一 定角度，增加平地铲左右副铲刀刀尖与地面距离。
[0046] 田间工作:激光发射器水平安装，并通过旋转其所发射的激光信号，为激光接收器 建立一基准平面，此基准平面在工作过程中始终保持不变。由于水田泥脚软硬不同，高低不 平，当挂接激光平地机的拖拉机在田间工作时，机身肯定会忽高忽低或左右倾斜。当机身与 初始平面相比变高时，激光接收器下端接收到激光信号，并转化为电信号，控制高程液压油 缸伸长驱动平地铲下降，使平地铲刀和激光接收器始终保持在原来工作平面上。当左右倾 斜时，通过调平液压油缸伸缩，调节调平转动架及平地铲刀始终保持在水平位置。因为高程 液压油缸驱动主铲刀转动，再通过铰接座0带动同步运动架整体保持竖直运动，主铲刀将绕 〇点的转动转化为同步运动架在竖直方向上的平动，必定会使平地铲刀高程变化与激光接 收器高程变化不一致，从而导致较大的平地误差;如图7所示，为使平地误差变小，铰接座需 满足：
[0047]
[0048] Λ T = Tmax-Tmin,其中，T为铰接座铰接点和平地铲底面在Y轴方向的坐标差，Δ T 为平地铲刀高程转动范围内的平地铲刀高程与激光接收器的高程差，高程差等于零可使平 地铲刀高程变化与激光接收器高程变化相同。而现实中A T只能取保证同步运动架的运动 的稳定性及排除构件之间的干涉的前提下的最优解，优化后铰接座的铰接点使平地铲刀高 程变化与接收器高程变化A T<9.5mm，而整个高程调节区域为400mm，误差仅为4.75 %，可 忽略不计，所以优化后可将平地铲刀高程与激光接收器高程调节运动视为完全同步运动。 [0049]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种转动式水田激光平地机，包括悬挂架、调平转动架、同步运动杆、同步运动架、平 地铲刀；调平转动架与悬挂架通过轴承座连接，其特征在于：它还包括两个铰接座，铰接座 的下端与平地铲刀的下部固定，上端与同步运动架铰接;调平转动架、同步运动杆、同步运 动架、铰接座连同平地铲刀、调平转动架依次铰接组成平行四边形机构，且平地铲刀的上端 的铰接点与铰接座的铰接点的连线位于平行四边形的一条边上，同步运动架和调平转动架 竖直设置;同步运动架带动激光接收器同步升降。2. 按照权利要求1所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于：调平转动架和平 地铲刀的铰接点为0,取过0点竖直向上为Y轴正方向，垂直于Y轴从同步运动架指向悬 挂架为Z轴正方向，平地铲刀的幅宽方向为X轴方向，建立XYZ直角坐标系；在YZ平面 上，同步运动架和铰接座的铰接点为A，平地铲刀的下铲面最低点为B，A垂直于铲面的 交点C，过0点且平行于铲面交平地铲的底面的交点为D，i3为0D与Y轴负方向的夹角，满足优化后 夕 Δ T = Tmax-Tmin^；9.5mm〇3. 按照权利要求1所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:所述同步运动架呈 倒U形;铰接座的数量为两个，分别与同步运动架的倒U形的下端连接。4. 按照权利要求1所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:所述平地铲刀包括 一个主铲刀、两个左右副铲刀、两个驱动左右副铲刀相对于主铲刀向前折叠的折叠驱动装 置;与铰接座连接的主铲刀位于中间，两个左右副铲刀分别位于主铲刀的左右两侧，且左右 副铲刀与主铲刀转动式连接。5. 按照权利要求4所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:取主铲刀的幅宽为 V轴，铲面为f Y'平面，从f Y'平面指向主铲刀的正面为Z '轴的正方向，建立直角坐 标系；左右副铲刀相对于主铲刀转动的转动轴线为L，L平行于Y' Z'平面，且L在V Z'上的投 影与疒轴的夹角为α，6° <α<1〇° ;左右副铲刀相对于主铲刀向前上方折叠。6. 按照权利要求4所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:所述折叠驱动装置 为折叠液压油缸，一个折叠液压油缸对应一个左右副铲刀；折叠液压油缸的一端与主铲刀 ?父接，另一端与左右副1广刀纟父接;折置液压油缸缩至最短时，主1广刀与左右副1广刀位于同一 平面;折叠液压油缸伸长时，左右副铲刀向主铲刀的正面折叠。7. 按照权利要求6所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:所述主铲刀和左右 副铲刀的背面均设有铰接耳，主铲刀和左右副铲刀之间通过铰接耳连接，主铲刀和折叠液 压油缸通过铰接耳连接，左右副铲刀和折叠液压油缸通过铰接耳连接。8. 按照权利要求1所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:所述悬挂架上设有 沿着前后方向延伸的调平转动主轴，调平转动架上装有轴承座和轴承，通过调平转动主轴 和轴承的配合，调平转动架绕调平转动主轴转动;悬挂架上还安装有调平液压油缸，调平液 压油缸的伸缩端与调平转动架铰接，调平液压油缸伸缩时，调平转动架相对于悬挂架左右 摆动。9. 按照权利要求1所述的一种转动式水田激光平地机，其特征在于:它还包括接收器安 装杆和接收器升降液压油缸;激光接收器固定在竖直设置的接收器安装杆的上端，安装在 同步运动架上的接收器升降液压油缸驱动接收器安装杆的升降。
【文档编号】A01B35/20GK205726907SQ201620504225
【公开日】2016年11月30日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】罗锡文, 许奕, 胡炼, 可欣荣, 林潮兴, 杨伟伟, 周浩
【申请人】华南农业大学