CN102091682A - 自平衡喷杆喷雾机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自平衡喷杆喷雾机，属于植保喷洒机械领域。本发明包括机构部分和控制部分。机构部分由行走底盘、喷雾机主体、移动架、喷杆、静液压缸和动液压缸等组成。移动架、静液压缸、动液压缸共同实现对喷杆的位姿调整。喷杆从长度方向看呈“L”形，这在保证喷杆的垂直刚度的同时大幅提高了喷杆的水平刚度，同时该结构还有利于实现风幕式喷雾和对靶喷雾。控制部分由位传感器、数字传送器/模拟变送器、处理器、比例控制器和比例换向阀组成。本发明所构建的自平衡喷杆喷雾机作业时可实时监测喷杆的位姿，并进行实时补偿，能大幅减小喷杆弹性变形和刚性运动，进而提高喷雾均匀性。

Description

自平衡喷杆喷雾机

技术领域：

    本发明涉及一种自平衡喷杆喷雾机，属于植保喷洒机械领域。

背景技术

由于化学防治见效快，效率高等优点已经并且在可预见的未来仍将成为农业病虫害防治的主要手段。但是，由于化学防治造成的农药残留、环境污染以及出于经济性和对施药者健康等因素考虑，人们在保证病虫害防治效果前提下，希望尽可能提高农药的使用效率以降低施药用量。因此，具有能满足以上需求潜力的喷杆喷雾机，以其高效、快速、可控和自动化等优势，成为了人们研究的热点，并在世界范围内得到了广泛的应用。

喷杆喷雾机的显著特点是具有较长的喷杆。当喷杆喷雾机的喷杆和喷雾机主体之间采用刚性连接时（如专利申请号为200420018588.5、200520031026.9和200820103556.3），喷杆喷雾机施药时轻微的外部激励都可能造成喷杆末端的剧烈运动，这不但影响沉积均匀性的，还可能造成喷杆末端触地，损坏作物甚至机具本身。所以无论是出于对喷雾质量的要求还是对喷杆喷雾机稳定性、安全性和经济性考虑，都必须降低喷杆的弹性变形，同时对喷杆的刚性运动进行平衡补偿。

目前可以看到的专利中，大部分的喷杆结构为杆式结构（如专利申请号为200820161811和03206296.6）和面式结构（如专利申请号为200820041049.1）。杆式结构就是指喷杆总体上为一根细长杆。该结构显然刚度较差。具有该结构喷杆的喷雾机，作业时往往难以达到较大的施药质量。面式结构是指喷杆在垂直面内，有多杆组成框架结构。该框架结构只能保证喷杆在垂直面内的刚度，对喷杆水平面内的刚度无任何改善。

喷雾机作业时在喷杆和喷雾机主体之间增设机械式自平衡装置（如专利申请号为200620021828.6）可减小喷杆的运动，并能一定程度上提高喷雾均匀性。但喷杆喷雾机作业时，外界环境和喷杆喷雾机本身的***参数均为时变参数，单靠机械式自平衡装置的平衡效果往往非常有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有独特结构的喷杆结构和具有该结构的自平衡喷杆喷雾机，用于减小喷雾机作业时喷杆各种弹性变形和刚性运动，提高喷杆喷雾机的喷施均匀性。

本发明是对现有喷杆喷雾机的喷杆结构进行重新思考的基础上，设计出从长度方向看呈 “L”形结构的喷杆。该喷杆和位姿传感器、数据处理器和喷杆位姿补偿执行器等，共同组成喷杆位姿主动平衡控制的闭环***。该平衡控制***可在喷杆喷雾机作业过程中，实时监测喷杆的位姿，并进行补偿，能大幅减小喷杆的弹性变形和刚性运动，进而提高喷施均匀性。

本发明包括机械部分和控制部分。

机械部分包括：行走底盘、喷雾机主体、移动架、喷杆组件、静液压缸和动液压缸等。喷雾机主体安装在行走底盘上；喷雾机主体上设有垂直导轨；移动架通过静液压缸连接在喷雾机主体上的垂直导轨上，静液压缸可带动移动架沿垂直导轨上下滑动；喷杆组件铰接在移动架上；静液压缸通过移动架带动喷杆组件上下移动实现喷施高度的调整；喷杆组件和移动架之间还装有动液压缸；动液压缸带动喷杆组件进行角度调整。

上述喷杆组件可以是一体式刚性结构，也可以采用折叠或伸缩结构（出于运输和出入库的方便）；喷杆组件由垂直构架和水平构架垂直相连组成从长度方向看呈 “L”形的结构；所述垂直构架从后方向前看成矩形、等腰梯形或上侧位圆弧的弦形；所述水平构架从顶部向下看成矩形；该垂直构架的下边沿和水平构架的左边沿共边；所述垂直构架和水平构架的内部可设一根或多根连接杆用于提高构架的刚度和稳定性。

本发明具有以下有益效果，为了方便说明，假设垂直构架上边沿处为A点，垂直构架下边沿和水平构架左边沿共边处为B点，水平构架右边沿处为C点：

一、从长度方向看呈“L”形结构的喷杆，在保证喷杆的水平刚度的同时，大大提高了喷杆的水平刚度。

二、从长度方向看呈“L”形结构的喷杆，可有利于实现风幕辅助式喷雾。将风幕辅助式喷雾***中的风筒安装于“L”形的右上部。由于风筒的断面为圆形，且在风筒下部，垂直对称轴的两侧设有出风口，因此当喷头安装在喷杆的C点时，很容易使喷头出于两出风口的中间。同时，风筒也很容易固定在A点、B点和C点。

三、从长度方向看呈“L”形结构的喷杆，可方便实现喷杆喷雾机的自动对靶喷雾。对靶喷雾的基本原理和控制流程是：1、作物位置检测传感器检测到作物位置；2、控制***给喷头发送施药指令；3、喷头执行施药。采用横断面为“L”形的喷杆时，可将作物位置检测传感器安装于B点，喷头安装于C点。喷雾机施药时，B点和C点风别出于喷雾机前进的前方和后方。当B点的传感器检测到作物位置时，作物正处于喷头下方。由于控制***对信号的处理及喷头动作的机械延迟，所以设置恰当的喷雾机的行驶速度和B点和C点的间距，可实现当喷头开始施药时，C点正好移动到作物上方。

四、采用喷杆位姿的闭环控制***可有效较小喷杆喷雾机作业时喷杆的运动。

控制部分由位传感器、数字传送器/模拟变送器、处理器、比例控制器和比例换向阀组成喷杆位姿的闭环控制***。

附图说明

图1为本发明所涉及的机械结构的轴测图。

图2为移动架的总成。

图3为中间架的总成。

图4为左悬杆的总成。

图5为控制***实施方案一的组成图。

图6为控制***实施方案二的组成图。

图中，1左悬杆，101  长方钢杆，102  前圆钢杆，103  加强杆，104  后圆钢杆，105  竖圆钢杆，106  方钢拉杆，107  侧铰接杆，2  短拉杆，3  长拉杆，4  喷雾机主架，5  行走底盘，6  右悬杆，7  传感器，8  中间架，801  左铰接杆，802  左斜杆，803  主横杆，804  中前圆钢杆，805  中加强杆，806  中后圆钢杆，807  竖方钢杆，808  右斜杆，809  右铰接杆，9   移动架，901  左竖杆，902  下横杆，903  上横杆，904  右横杆，10  静液压缸，11  调整座，12  动液压缸。

具体实施方式---

行走底盘5作为喷雾机主架4载体的同时还为喷杆平衡补偿提供动力。

喷雾机主架4有两根平行的长竖梁；两根长竖梁与地面垂直；两根长竖梁上均设有导轨；两根长竖梁上的导轨平行。长竖梁的下部有一水平梁或者水平板。

如图2所示，移动架9为矩形，由左竖梁901、下横梁902、上横梁903和右竖梁904组成。左竖梁901和右竖梁904上均设有滑动槽或滑轮。上横梁903上有固定孔和上调整孔。固定孔位于上横梁903的前面，上调整孔位于上横梁903的后面。固定孔位于移动架9的对称中心。上调整孔位于移动架9对称轴的一侧，数量为6-20个，并沿上横梁903长度方向等间距分布。下横梁902的中心设有前铰支座。

如图1所示，喷杆组件包括左悬杆1、两件短拉杆2、两件长拉杆3、右悬杆6、中间架8和调整座11。

如图4所示，左悬杆1包括长方钢杆101、前圆钢杆102、加强杆103、后圆钢杆104、竖圆钢杆105、方钢拉杆106和侧铰接杆107。左悬杆1从长度方向看为“L”形。长方钢杆101一端弯曲；弯曲的部分的端部和前圆钢杆102的端部垂直相连。长方钢杆101和前圆钢杆102的另外一端分别和方钢拉杆106的两端相连。长方钢杆101和方钢拉杆106的连接处设有左拉杆座。长方钢杆101和前圆钢杆102的连接处和侧铰接杆107的一端相连。侧铰接杆107垂直于长方钢杆101和前圆钢杆102所在平面。侧铰接杆107上设有铰接部件。侧铰接杆107的另一端和后圆钢杆104垂直相连。后圆钢杆104的另一端弯曲并连接到前圆钢杆102和长方钢杆101的连接处。后圆钢杆104和前圆钢杆102间有一个或多个加强杆103相连。前圆钢杆102和长方钢杆101之间有一个或多个竖圆钢杆105相连。

短拉杆2和长拉杆3的两端各设有一个通孔。短拉杆2比长拉杆3略短。

右悬杆6结构上和左悬杆1对称。

中间架8如图3所示，包括：左铰接杆801、左斜杆802、主横杆803、中前圆钢杆804、中加强杆805、中后圆钢杆806、竖方钢杆807、右斜杆808、右铰接杆809。从长度方向看中间架8成“L”形。该“L”形的底部水平，且为矩形结构。矩形结构由左铰接杆801、中前圆钢杆804、右铰接杆809和中后圆钢杆806首尾相连组成。左铰接杆801和右铰接杆809上设有铰接部件。中前圆钢杆804和中后圆钢杆806之间有一个或多个中加强杆805相连。中前圆钢杆804的左右两端分别和左斜杆802和右斜杆808的一端相连，且左斜杆802和右斜杆808分别垂直于左铰接杆801和右铰接杆809。左斜杆802和右斜杆808的另一端分别和主横杆803的两端相连。横杆803平行于中前圆钢杆804。横杆803平行于中前圆钢杆804之间有一个或多个竖方钢杆807相连。横杆803的中间设有后铰支座，后铰支座和横杆803之间有加强筋。横杆803的两端，与左斜杆802和右斜杆808的连接处设有上拉杆座。在两上拉杆座的内侧分别设有传感器安装孔。

调整杆11为长杆形，沿长度方向等间距设有3-10个下调整孔。

左悬杆1通过侧铰接杆107上的铰接部件和中间架8上左铰接杆801上的铰接部件与中间架8铰接。左悬杆1上的左拉杆座和一根短拉杆2的一端铰接，短拉杆2的另一端和长拉杆3的一端铰接，长拉杆3的另一端和中间架8上的左端的拉杆座铰接。右悬杆6以同样的方式，经由另一根短拉杆2、长拉杆3和中间架8相连。

调整座11安装在中间架8的横杆803的上侧；调整座11和横杆803平行。

喷雾机主架4为对称结构并安装在行走底盘5的后方。移动架9通过滑槽或滑轮、喷雾机主架4上的导轨安装在喷雾机主架4上。移动架9可以在喷雾机主架4上沿导轨自由上下滑动而不脱离导轨。移动架9 的上横梁903和静液压缸10的伸出端铰接；静液压缸10的另一端垂直安装在喷雾机主架4上的水平梁或者水平板上。中间架8通过后铰支座和铰支座与移动架9铰接。动液压缸12的一端安装在上调整孔上；另一端安装在下调整孔上。中间架8两端的传感器安装孔的分别安装传感器7。

本发明的控制部分有两种实施方式：

实施方式1如图5所示，由两只传感器、数字变送器、处理器、比例控制器、比例换向阀组成。传感器为倾角传感器，用于对喷杆水平角度的测试；数字变送器将两只传感器信号合并，并转换为数字信号；处理器接受数字变送器的数字信号，实现对数据的处理，并输出控制信息；处理器输出的控制信息通过比例控制器放大后，转换为比例换向阀的开度信息。实现对喷杆的位姿控制。

实施方式2如图6所示，由两只传感器、模拟变送器、比例控制器、比例换向阀组成反馈控制***。传感器为倾角传感器，用于对对喷杆水平角度的测试；模拟变送器实现将两只传感器信号合并放大为合适的模拟量，该模拟量可以是电压信号也可以是电流信号；该模拟信号作为比例控制器的模拟控制输入信号；比例控制器将模拟控制信号放大后控制比例换向阀的开度，实现对喷杆的位姿控制。

Claims (4)

1.一种自平衡喷杆喷雾机，其特征在于，包括机械部分和控制部分；

机械部分包括：喷雾机主架(4)、行走底盘(5)、移动架(9)、静液压缸(10)、动液压缸(12)和喷杆组件；所述喷雾机主架(4)包括两根平行的长竖梁，两根长竖梁与地面垂直；两根长竖梁均有导轨；所述导轨相互平行；长竖梁的下部设有一水平梁；所述移动架(9)通过滑槽或滑轮和喷雾机主架(4)上的导轨安装在喷雾机主架(4)上，静液压缸(10)设于水平梁上，静液压缸(10)驱动移动架(9)在喷雾机主架(4)上沿导轨自由上下滑动而不脱离导轨；所述喷杆组件从长度方向看呈 “L”形，该“L”形的底部水平，且为矩形结构；喷杆组件通过移动架(9)的前铰支座设于移动架(9)上；动液压缸(12) 的一端设于移动架(9)上，另一端设于喷杆组件上，动液压缸(12) 驱动喷杆组件绕前铰支座摆动；

所述控制部分可以由两只倾角传感器(7)、数字变送器、处理器、比例控制器、比例换向阀组成；或者由两只倾角传感器(7)、模拟变送器、比例控制器、比例换向阀组成。

2.根据权利要求1所述的自平衡喷杆喷雾机，其特征在于，所述移动架(9)为矩形，由左竖梁(901)、下横梁(902)、上横梁(903)和右竖梁(904)组成；左竖梁(901)和右竖梁(904)上均设有滑动槽或滑轮；上横梁(03)9上有固定孔和上调整孔；固定孔位于上横梁(903)的后面，上调整孔位于上横梁(903)的前面；固定孔于移动架(9)的对称中心；上调整孔位于移动架(9)对称轴的一侧，数量为6-20个，并沿上横梁(903)长度方向等间距分布；下横梁(902)的中心位置设有前铰支座。

3.根据权利要求1所述的自平衡喷杆喷雾机，其特征在于，所述喷杆组件包括左悬杆(1)、中间架(8)、右悬杆(6)，所述左悬杆(1)、中间架(8)和右悬杆(6)长度方向看呈 “L”形，依次连接呈一整体。

4.根据权利要求2所述的自平衡喷杆喷雾机，其特征在于，所述喷杆组件对应上调整孔处设有下调整孔，所述动液压缸(12)安装于上调整孔和下调整孔之间。

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