一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置

摘要

本发明公开了一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置，其包括履带车架、旋耕装置、叉架升降平台、发动机、旋耕单作用电磁离合器、割草单作用电磁离合器、差速箱、切根装置、割草装置、驱动传动锥齿轮对以及割草传动锥齿轮对，切根装置通过三杆机构固定连接于车架后部，随着车辆前行进行作业；叉架升降平台通过双“X”型叉架连接于履带车架上方，由电动推杆提供其升降动力；割草装置由叉架连接于车架底部，通过内外花键轴的配合将锥齿轮安装轴的动力传递给刀具进行除草作业；旋耕装置由平行四杆机构连接于履带车架，由发动机为其提供作业动力。

说明书

技术领域

本发明涉及林业技术领域，尤其涉及一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置。

背景技术

树林与农田不同，树木生长期长，管理周期长，因此林间杂物和杂草数量远多于频繁作业的农田，其中切根除草是林木抚育中极为重要的一环，对树苗切根可以保证营养流向主干，促进树木生长。杂草是其生长的竞争者，也是林间作业的障碍，如果只是切断其根系会致使杂草越发生长茂盛，所以需要对杂草定期剔除，但割草作业前需要清理林间石块，防治导致后续作业刀具损坏，而切断后的杂草如果混入土壤中腐烂是一种天然干净富含营养的肥料。但是由于林间杂草生长力旺盛，种类多样且茂盛，一次切割难以保证除尽所有杂草，如果直接使用旋耕进行灭茬作业又出频繁出现杂草缠绕道具的情况，因此需要一种既可以切根，割草，杂草还田，还可以顺便清理林间杂物的工具。

果林种植地区大多坡度大，林间距小且不规则，冠层低矮，农田用的大型农业机械设备难以进入林间进行机械化及智能化作业，且轮式机械不具备足够的爬坡能力，容易打滑；目前所用的林间作业机械大多为剪枝以及果实采摘服务，林间抚育机械较少，一般为单一的割草装置，无法避免撞刀的情况发生，也无法充分发挥杂草的绿肥价值。但是果林空间有限，无法在同时空操作多类作业装备对林木进行杂草管理。

现有的林间作业机械为单一动力输出，不同工序使用的作业机械为独立单一整机，对于多工序抚育作业将占据大量林下空间，大量操作时间以及大量能源消耗，缺乏多动力输出方向的作业装置去实现“一条龙式”的林间管理作业。

发明内容

为了改善林间幼苗树木生长的环境，增强土壤肥力，解决缠草问题，减少运送机械至林间的空行程时间以及能源消耗，本发明的目的旨在提供一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置，实现以一个履带机体在林下高通过行走，并以单一动力源一次性进行切根、除杂、割草、还田的林间抚育工作，既缩短操作各类作业机械进入林下的时间，减小机械作业时所占据的空间，还能节省能源消耗，保证作业装置的安全，避免撞刀以及缠草问题，优化作业流程。本发明实现作业机械在林木间稳定行驶及灵活高效的机械式林间管理作业同时依靠平台搭建的超声波雷达，进行林间作业情况的实时监察，保证作业安全性和智能性。

本发明通过以下技术方案实现以上目的：

本发明设计一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置。为了保证装置在林间地形的越障能力，该装置选择履带作为行走装置，依次在履带车架前端设置有切根装置，上部设置叉架升降平台，发动机，下部设置割草装置，后部设置旋耕装置。在进行林间抚育过程中，由切根刀切断幼苗的侧生根进行促生，割断杂草相连的根部并带走较大石块，后由割草刀以一定留茬高度去除林间较长的杂草，设计S型刀盘增加旋转惯性，避免杂草缠绕，并用带弯曲角度的甩刀断草，减小切割阻力，最后由旋耕装置进行松土灭茬，杂草还田。由于割草装置已将杂草割断，因此避免了在松土与杂草还田过程中旋耕刀被杂草缠绕。

优选的，所述发动机可通过带皮带轮的单作用电磁离合器在向后提供旋耕动力，控制动力的连接与断离，通过皮带轮向前传递动力，由装配于中间传动轴的割草传动锥齿轮对向下传递动力。整个装置行走动力由向前传递的动力提供，通过驱动传动锥齿轮对连接差速箱实现转向。所述旋耕装置由后传动力驱动，其动力的通断由旋耕单作用电磁离合器实现。所述割草装置的驱动动力为向下传递的动力，由割草单作用电磁离合器实现该部分动力的通断。后部悬挂切根装置借助行驶动力，可实现从动式作业。

优选的，所述叉架升降平台可搭载需要供电控制的超声波装置，两侧对称分布双X支架与滑块滑槽，通过电动推杆一端的伸缩与其圆周运动带动双X型叉架推杆与水平面的夹角大小变化，实现整个平台的升降，由于有滑槽限位，保证了平台水平稳定性，不发生倾翻的危险。

优选的，所述超声波雷达装置通过联轴器与舵机，通过舵机摆头相连扩大探测场，舵机固定于法兰盘上，再通过法兰盘装配在平台上。

优选的，所述切根装置的切根刀组通过内侧平行四杆机构与外侧三角形三杆机构连接于履带车架，可保持刀架水平状态进行升降，使整个装置稳固连接于履带车架。外侧三角形三杆机构通过销轴连接于履带车架外部多孔支架，通过连接不同孔位实现高度调节，满足不同切根深度作业。

优选的，所述割草装置的驱动电机固定于履带车架上，通过内外花键轴的连接实现同时将动力传递给割草部件，且不干涉升降机构调整割草高度的运动。

优选的，所述割草部件包括S型刀盘与两把甩刀。两把甩刀对称分布于S型刀盘的两端，与刀盘通过销轴连接，工作时依靠离心力使刀具伸出，避免刀具在接触硬物后由于车辆不停止而造成刀具损伤甚至断刀。

优选的，所述升降机构由连接于割草刀罩外侧的两个X型叉架组成。每侧叉架位于同水平面的两端中一端转动连接于刀罩或车架，另一端通过滑块滑槽滑动连接与同一零件，而同一叉架相对端通过相同连接方式与另一零件的水平面连接。两个叉架以相同连接方式对称分布于割草刀罩与履带车架底部之间。

优选的，所述旋耕装置的旋耕机架由两个对称分布的平行四杆机构与履带车架连接。电动推一端转动连接于履带车，另一端连接于旋耕机，由于有平行四杆与车架连接使其围绕连接点做维持整机水平的圆周运动，满足在避免车架与旋耕装置干涉的情况下，提起旋耕装，在林间地势起伏变化较大情况下改变旋耕高度以保持作业深度一致性，满足在非作业路程中抬起作业装置的需求。

附图说明

图1为林间履带式多功能作业装置（拆除超声波装置）结构示意图

图2为拆除平台平板林间履带式多功能作业装置俯视图

图3为林间履带式多功能作业装置底部结构示意图

图4前传动轴与传动零件装配示意图

图5中间传动轴与前传动轴的连接关系示意图

图6为旋耕装置结构示意图

图7旋耕装置与车架连接示意图

图8为升降平台结构示意图

图9为切根装置结构示意图

图10切根装置与车架连接示意图

图11为割草装置结构示意图

图12割草装置与车架连接示意图

图13超声波雷达避障装置示意图

其中附图标记为：

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1至图13所示本发明的一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置，从前到后依次在履带车架1，前端设置有切根装置2，上部设置叉架升降平台3，发动机4，车后罩5，后端设置旋耕装置2，下部设置割草装置7。发动机4连接后传动轴14，后传动轴14装配旋耕单作用电磁离合器13和皮带轮对8，皮带轮对8连接中间传动轴15，中间传动轴15上靠近皮带轮依此装配驱动传动锥齿轮对9，割草单作用电磁离合器11和割草传动锥齿轮对12，驱动传动锥齿轮对9连接差速箱10动力输入轴实现左右转向行走作业。旋耕装置6对林间土地进行平整作业以及短小杂草进行灭茬处理；切根装置切断作物根系；叉架升降平台3上装配超声波雷达16，实时探测前方道路情况，实现避障行走。

具体的，切根装置2包含切根刀201、刀盘202、方形刀架203、内侧上部连杆204、内侧下部连杆205、外侧连杆206，4个刀盘202等距分布并固定连接于方形刀架203，切根刀201固定连接于每个刀盘202上，方形刀架203上端与内侧上部连杆204转动连接，下端与内侧下部连杆205转动连接，中部与外侧连杆206转动连接，内侧上部连杆204以及内侧下部连杆205分别与履带车架1的内侧支架上下部连接，外侧连杆206与履带车架1外部多孔支架连接用开口销实现固定，内侧构成平行四杆机构，可保持刀架水平状态进行升降，外侧构成三角形机构，使整个切根装置2具有稳固连接于履带车架，需要不同切根深度作业时可将外侧连杆206连接不同孔位实现高度调节。切根装置2依靠车辆前行动力进行从动式切根作业，无其他形式的运动模式，作业模式简单。

具体的，叉架升降平台3包括打孔水平平板301、第一平台适配滑块302、第二平台适配滑块303、第一升降连杆304、第二升降连杆305、第三升降连杆306、第四升降连杆307以及1号电动推杆308组成，打孔水平平板301对称分布滑槽、加强肋以及支座，第一平台适配滑块302置于滑槽中与打孔水平平板301滑动连接，第一升降连杆304与第一平台适配滑块302转动连接，第二升降连杆305通过打孔水平平板301的支座实现转动连接。第一升降连杆304与第三升降连杆306转动连接，第三升降连杆306与履带车架1的支座转动连接，第二升降连杆305与第四升降连杆307转动连接，第四升降连杆307与第二平台适配滑块303转动连接，第二平台适配滑块303与履带车架1的滑槽滑动连接。打孔水平平板301平台处搭建超声波雷达16，超声波雷达16装配在带有舵机17的底座上，再与平台通过4个螺栓连接固定，舵机17以一定周期来回转动，可以实时获取林间障碍物信息，在作业过程中，超声波就可以自主发送一定频率的方波，然后等待信号的返回；若有信号返回，单片机IO口就立刻输出一高电平，利用高电平产生的时间可以计算装置与障碍物的距离，进行避障，保证作业的安全性，实现装置的自主避障功能，体现作业的智能性；平台第一升降连杆304与第三升降连杆306以及第二升降连杆305与第四升降连杆307的双“X”连接可灵活变动高度；使用1号电动推杆308推动支架下端单侧长销轴309，使打孔水平平板301变化高度，由于有滑槽限位，保证了平台水平稳定性，不发生倾翻的危险。

具体的，旋耕装置6包含旋耕刀601、圆形刀盘602、六棱刀轴603、皮带轮604、三根V型皮带605、减速装置606、旋耕机架207、3号电动推杆608、下部水平连杆609、H型一体连杆610、上部水平连杆611、短连杆612， 所述旋耕刀601在圆形刀盘602上以90°为两把相邻旋耕刀601夹角，圆周分布四把旋耕刀601，与圆形刀盘602固定连接。圆形刀盘602通过六棱刀轴603与减速装置进行传动连接，其中3组固连旋耕刀601的圆形刀盘602以等间距固连于六棱刀轴603上，分布在齿轮箱的一侧，另一侧对称布置旋耕刀组，六棱刀轴603装配于旋耕机架607上的轴承座孔，可轴向转动。所述旋耕机架607连接短连杆612一端、H型一体连杆610一端以及下部水平连杆609一端，可转动，H型一体连杆610另一端、下部水平连杆609另一端与履带车架1转动连接，构成平行四杆机构，通过3号电动推杆608的伸缩改变旋耕装置2的高度，3号电动推杆608一端转动连接于履带车架1，另一端连接于旋耕机架607，由于有平行四杆与车架连接使其围绕连接点做维持整机水平的圆周运动，满足在避免机架与旋耕装置干涉的情况下，提起旋耕装置6，在林间地势起伏变化较大情况下改变旋耕高度以保持作业深度一致性，满足在非作业路程中抬起作业装置的需求，短连杆612另一端与上部水平连杆611一端连接，上部水平连杆611与履带车架1进行转动连接以加强整体连接的稳固性，减速装置606连接皮带轮604，皮带轮604通过三根V型皮带连接发动机4，发动机4将动力传输给后端悬挂的旋耕装置6，以提供足够的驱动动力。

具体的，割草装置7包括锥齿轮安装轴701、外花键轴702、内花键轴703、S型刀盘704，甩刀Ⅰ705、甩刀Ⅱ706、割草刀罩707、第一刀罩适配滑块708、第二刀罩适配滑块709、第一割草升降连杆710、第二割草升降连杆711、2号电动推杆712，甩刀Ⅰ705和甩刀Ⅱ706与S型刀盘704转动连接，对称分布，工作时依靠离心力使刀具伸出，避免刀具在接触硬物后由于车辆不停止而造成刀具损伤甚至断刀，S型刀盘704与内花键轴703连接，内花键轴703与外花键轴702连接，外花键轴702连接锥齿轮安装轴701，锥齿轮安装轴701轴向固定于履带车架1上，由发动机动力驱动刀盘转动，通过花键联接将刀具的升降动作实现在旋转刀具的同时调节部件的作业高度，第一刀罩适配滑块708与割草刀罩707滑动连接，与第一割草升降连杆710转动连接，第一割草升降连杆710与履带车架1转动连接，第二割草升降连杆711与履带车架1滑动连接，与割草刀罩707转动连接，第一割草升降连杆710与第二割草升降连杆711中心转动连接提高稳定性，两连杆构成“X”型，2号电动推杆712推动连杆可满足不同作业环境对杂草不同的留茬高度需求。

具体的，使用该发明在林间作业工序如下：

步骤一：启动发动机4和超声波雷达16，超声波就可以自主发送一定频率的方波，然后等待信号的返回；若有信号返回，单片机IO口就立刻输出一高电平，利用高电平产生的时间可以计算装置与障碍物的距离。最终距离就是高电平持续时间乘以声音在空气中传播的速度再除以2，可以反复测量距离，让该装置行走至林间作业起点处，并实时躲避障碍；

步骤二：停止发动机，暂停行走，通过改变外侧连杆206与履带车架1连接的孔位调整切根装置的高度，接通割草单作用电磁离合器11使割草装置开始作业，调整2号电动推杆712改变留茬高度，通过改变3号电动推杆608伸出长度调整旋耕装置的高度，启动发动机并接通旋耕单作用电磁离合器13，使旋耕装置开始作业；按照规定路线进行作业。