一种升降喷杆装置的制作方法

本发明涉及一种喷雾机器，尤其是涉及其中的一种可用于升降的喷杆装置。

背景技术：

我国是一个农业大国，作物的植保以及施肥作业水平直接影响着农作物的产量。目前我国的农业机械化与自动化水平还比较低，缺乏大田高效施药的机具，同时对于具有复杂喷雾施药地形的作物(如水稻以及高秆作物等)，常规机械无法下田，所以大多靠人力或人机结合，导致效率低下、劳动强度大、规模效应差等问题。专利申请号为CN201520140029.X的专利履带自走风送式喷雾机采用传统履带结构，对于复杂地形具有一定适应能力，但是通过性不好，且喷雾范围有限，无法适应大田高秆作物的喷雾要求。专利申请号为CN201310288169.7的专利一种拖拉机行走装置采用三角履带结构，对复杂地形有一定适应能力，但是用于农业应用中仍然存在装置重心过高、通过性无法适应高秆作物等问题。针对以上具有复杂喷雾施药地形的大田喷雾所存在的弊端，设计了一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机。采用履带结构以及无人驾驶智能控制方式以适应复杂喷雾施药地形的影响，另外，三段式高度可调长喷杆可满足大田作物不同生长时期的喷雾施药需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计了一种可升降的升降喷杆装置，能适应大田以及具有复杂喷雾地形作物的喷雾要求，能提高喷雾施药效率的喷雾机。

本发明的技术方案为：一种升降喷杆装置，包括四棱锥机架、链条牵引装置、混药装置、喷杆装置；

所述四棱锥机架包括支撑架、支撑横板，位于底端的支撑横板与其上面的支撑架组成四棱锥结构，所述支撑横板为四边形结构的平板；

所述链条牵引装置设置在四棱锥机架内，包括带槽滑轨、齿轮、直流无刷电机以及链条；带槽滑轨包括带孔滑块和滑槽，滑槽下端通过连接件垂直固连支撑横板，滑槽上端固连在支撑架顶板上，带孔滑块安装在带槽滑轨上，带孔滑块中间圆孔用于安放喷杆装置；齿轮位于带槽滑轨的一侧，上部的齿轮固定在上齿轮固定件上，下部的齿轮则是与直流无刷电机同轴连接，两个齿轮中心在同一条垂线上，直流无刷电机固定在底部的支撑横板上；

所述混药装置包括水箱、药箱以及药液箱，水箱与药箱是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱中，喷雾机车遇到恶劣地形条件无法驶出时，能将水箱的水放掉减负；所述药液箱和喷杆装置相连；

所述喷杆装置为三段式结构，两侧的履带式行走机构之间为内喷杆，内喷杆的两侧为外喷杆，喷杆装置上均布喷嘴。

进一步，所述四棱锥机架上的支撑架可用两根金属支撑架顶点焊接替代，组成三角形支撑架，三角形支撑架底端固定在支撑横板两侧的中间位置。

进一步，所述内喷杆穿过两侧的带孔滑块并加以固定，喷杆装置可以在直流无刷电机、齿轮的带动下进行一定范围的上下移动。

进一步，还包括电动推杆，所述内喷杆与外喷杆通过转轴连接在一起，电动推杆两端分别固定在转轴上方的内喷杆与外喷杆上，垂直折叠起来的外喷杆卡在四棱锥机架顶端的喷杆卡槽中；内喷杆两头各延伸一个喷杆底槽，外喷杆水平放置时正好卡在喷杆底槽中。

进一步，还包括控制装置，所述控制装置包括嵌入式车载控制单元，以及分别与嵌入式车载控制单元相连的升降电机驱动、推杆电机驱动、抽水泵驱动、药液泵驱动、混合液泵驱动、电磁阀驱动，所述升降电机驱动与直流无刷电机相连，所述推杆电机驱动与电动推杆相连，所述抽水泵驱动与抽水泵相连，所述药液泵驱动和药液泵相连，所述混合液泵驱动和混合液泵相连，所述电磁阀驱动和喷杆电磁阀相连。

本发明的有益效果是，水箱、药液箱等水路各部件以及车载电池、驱动器等电路部分全部集中于两边梯形履带内部，拉低了重心，有别于其它履带行走机构，使得行走更为稳健，只通过喷雾机高处的三根固定杆来固定的结构，使得喷雾机中间通过性好，适应各种高低隙作物喷雾条件；宽幅喷杆可根据作物实际高度上下调整，能满足多种作物不同生长时期的喷雾要求，在喷雾结束时，三段式喷杆的两边两段可以向内折叠，三段式喷杆形成正三角结构，中心对称，重心较稳，有别于其它向后折叠的喷杆，喷杆不会上下、左右摆动，有利于喷雾机的行走与运输；喷雾机采用水药分离、实时混药水路系统，在喷雾机遇到恶劣地形条件不能驶出时，可以释放掉水箱的清水为自身减负，有利于应对恶劣地形条件且不对环境造成污染；通过所发明的高地隙无人驾驶智能履带喷雾机，提高了在大田中喷雾施药的效率，减轻了劳动强度，自动化水平较高，规模效应较好。

附图说明

图1是一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机斜面整体结构示意图；

图2是一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机正面结构示意图；

图3是一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机车架部分结构图；

图4为链条牵引装置示意图；

图5为内喷杆与外喷杆连接结构示意图；

图6是一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机控制系统原理图。

其中：1-轮毂电机驱动轮；2-行走轮；3-履带；4-导向轮；5-支撑轮；6-水箱；7-药箱；8-药液箱；9-梯形支架组件；10-支撑架；11-支撑横板；12-主固定杆；13-辅助固定杆；14-带槽滑轨；15-齿轮；16-直流无刷电机；17-内喷杆；18-外喷杆；19-喷嘴；20-电动推杆；21-喷杆底槽；22-转轴；23-喷杆卡槽；24-盖板；25-嵌入式车载控制单元；26-摄像头；27-陀螺仪；28-电子罗盘；29-GPS；30-速度传感器；31-液位传感器；32-压力传感器；33-喷嘴流量计；34-遥控器；35-参数显示屏；36-图像实时显示屏；37-手机应用；38-轮毂电机驱动；39-升降电机驱动；40-推杆电机驱动；41-抽水泵驱动；42-抽水泵；43-药液泵驱动；44-药液泵；45-混合液泵驱动；46-混合液泵；47-电磁阀驱动；48-喷杆电磁阀；49-抽水流量计；50-喷杆电磁阀；51-支撑架顶板；52-上齿轮固定件；53-连接件；54-带孔滑块；55-链条；56-支撑横板、57-支撑斜板、58-轮毂支撑支架、59-轮毂支撑横板。

具体实施方式

如图1、2、4、5所示，本发明的一种升降喷杆装置，包括四棱锥机架、链条牵引装置、混药装置、喷杆装置；

所述四棱锥机架包括支撑架10、支撑横板11，位于底端的支撑横板11与其上面的支撑架10组成四棱锥结构，所述支撑横板11为四边形结构的平板；

所述链条牵引装置设置在四棱锥机架内，包括带槽滑轨14、齿轮15、直流无刷电机16以及链条55；带槽滑轨14包括带孔滑块54和滑槽，滑槽下端通过连接件53垂直固连支撑横板11，滑槽上端固连在支撑架顶板51上，带孔滑块54安装在带槽滑轨14上，带孔滑块54中间圆孔用于安放喷杆装置；齿轮15位于带槽滑轨14的一侧，上部的齿轮15固定在上齿轮固定件52上，下部的齿轮15则是与直流无刷电机同轴连接，两个齿轮中心在同一条垂线上，直流无刷电机16固定在底部的支撑横板11上；

所述混药装置包括水箱6、药箱7以及药液箱8，水箱6与药箱7是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱8中，喷雾机车遇到恶劣地形条件无法驶出时，能将水箱的水放掉减负；所述药液箱8和喷杆装置相连；

所述喷杆装置为三段式结构，两侧的履带式行走机构之间为内喷杆17，内喷杆17的两侧为外喷杆18，喷杆装置上均布喷嘴19。

所述四棱锥机架上的支撑架10可用两根金属支撑架顶点焊接替代，组成三角形支撑架，三角形支撑架底端固定在支撑横板11两侧的中间位置。

所述内喷杆17穿过两侧的带孔滑块54并加以固定，喷杆装置可以在直流无刷电机、齿轮的带动下进行一定范围的上下移动。

本发明的一种升降喷杆装置还包括电动推杆20，所述内喷杆17与外喷杆18通过转轴22连接在一起，电动推杆20两端分别固定在转轴22上方的内喷杆17与外喷杆18上，垂直折叠起来的外喷杆18卡在四棱锥机架顶端的喷杆卡槽23中；内喷杆17两头各延伸一个喷杆底槽21，外喷杆18水平放置时正好卡在喷杆底槽21中。

所述控制装置包括嵌入式车载控制单元25，以及分别与嵌入式车载控制单元25相连的升降电机驱动39、推杆电机驱动40、抽水泵驱动41、药液泵驱动43、混合液泵驱动45、电磁阀驱动47，所述升降电机驱动39与直流无刷电机16相连，所述推杆电机驱动40与电动推杆20相连，所述抽水泵驱动41与抽水泵42相连，所述药液泵驱动43和药液泵44相连，所述混合液泵驱动45和混合液泵46相连，所述电磁阀驱动47和喷杆电磁阀48相连。

下面结合示意图具体说明所发明的一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机的工作过程。

一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机，包括喷雾机行走设备、喷雾机升降机构、喷雾机构，控制装置；所述喷雾机行走设备由两个带有轮毂电机驱动的履带式行走机构组成，两侧的履带式行走机构由固定杆相连，两侧的履带式行走机构顶端均设有喷雾机升降机构，所述喷雾机构包括混药装置和喷杆装置；每个履带式行走机构内部均装配有梯形支架组件；混药装置和控制装置均置于两侧的梯形支架组件内侧，喷杆装置设置在喷雾机升降机构上并与混药装置相连，随着喷雾机升降机构的牵引上下移动；所述控制装置分别与轮毂电机、喷雾机升降机构、喷雾机构相连，分别实现对轮毂电机驱动控制，喷雾机升降机构的升降控制，以及喷雾机构的喷雾控制。

所述梯形支架组件外围被履带3包裹，梯形支架组件9为梯形支撑结构，由支撑板固定连接组成，梯形支架组件四边固定的轮子能够和履带3配合，进而带动履带3行进。

如图1-2所示，所述履带式行走机构包括轮毂电机驱动轮1、行走轮2、履带3、导向轮4、支撑轮5，所述轮毂电机驱动轮1、行走轮2、导向轮4、支撑轮5均通过中间轴装配在梯形支架组件9的各个连接端的预留通孔两侧，其中轮毂电机驱动轮1与导向轮4分别装配在梯形支架组件9的底边两侧的中间轴上，两个支撑轮5装配在梯形支架组件9的上边两侧的中间轴上，4个行走轮2每两个一组，装配在梯形支架组件9底边的三角支架上，轮毂电机驱动轮1与梯形支架组件9的连接是采用跨接方式，轮毂电机驱动轮1安装在轮毂支撑支架58、轮毂支撑横板59相配合的半口状支架内侧的中间轴上；所述行走轮2、导向轮4、支撑轮5都是双轮同轴结构；履带3将整个梯形支架组件9外围包裹，且同轮毂电机驱动轮1、行走轮2、导向轮4、支撑轮5相接触。

所述喷雾机构中，所述混药装置包括水箱6、药箱7以及药液箱8，所述水箱6、药箱7、药液箱8、控制装置固定于梯形履带内侧梯形支架组件9的内部；重心下放，喷雾机在行走过程中更加稳健，并且梯形履带高度较高，使得药箱的容量较大，适合大田喷雾。水箱6与药箱7是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱8中，喷雾机车遇到恶劣地形条件无法驶出时，可以将水箱的水放掉减负，而不会对环境造成污染。

所述喷杆装置为三段式结构，两侧的履带式行走机构之间为内喷杆17，内喷杆17的两侧为外喷杆18，喷杆装置上均布喷嘴19。所述喷雾机构中还包括电动推杆20，所述内喷杆17与外喷杆18通过转轴22连接在一起，电动推杆20两端分别固定在转轴22上方的内喷杆17与外喷杆18上，垂直折叠起来的外喷杆18卡在主固定杆两端的喷杆卡槽23中；内喷杆17两头各延伸一个喷杆底槽21，外喷杆18水平放置时正好卡在喷杆底槽21中。

上述喷杆装置设置的好处是，既能承载两边外喷杆的压力，同时防止因为风以及颠簸的原因，导致外喷杆18的前后摆动。电动推杆20两端分别固定在内喷杆17与外喷杆18上，在喷雾结束后，将喷杆通过直流无刷电机以及链条齿轮下放到带槽滑轨14底端，通过电动推杆20折叠作用，三段式喷杆的两边两段可以向内折叠到喷杆卡槽23中，与传统喷雾机喷杆向喷雾机后方折叠的方式相比，三段式喷杆形成正三角结构，重心较稳，有利于喷雾机的行进与运输；在开始喷雾前，则通过电动推杆20将两个外喷杆放平，然后根据目标植株的高度调节喷杆到合适的高度，再执行喷雾动作。

如图2所示，本发明还包括盖板24，盖板24固定在履带3两侧，尺寸稍小于履带3，将梯形支架组件9以及水箱6、药箱7、药液箱8、控制装置全部封盖住，固定在各轮外侧的中间轴上。盖板24能较好地保护内部机构、水箱以及控制器等不受恶劣环境的污染、侵蚀。

如图3所示，本发明所给出的梯形支架组件9的一个实施例。

该梯形支架组件9包括支撑横板56、支撑斜板57、轮毂支撑支架58、轮毂支撑横板59，所述支撑横板56、支撑斜板57、轮毂支撑支架58、轮毂支撑横板59合围成梯形支架，通过焊接方式连接；所述支撑横板56和支撑斜板57的连接处、支撑横板56和轮毂支撑支架58的连接处、支撑斜板57和轮毂支撑横板59的连接处、轮毂支撑支架58和轮毂支撑横板59的连接处均预留有供中间轴穿过的通孔；所述轮毂支撑支架58靠近支撑横板56的一端为横板，另一端固连有半口状支架A(为“П”状)；所述轮毂支撑横板59靠近支撑斜板57的一端为横板，另一端固连有半口状支架B，轮毂支撑横板59的半口状支架B卡合在轮毂支撑支架58的半口状支架A内侧，二者通过中间轴连接；所述轮毂支撑横板59底部固定连接两个三角支架，三角支架底边两侧预留有供中间轴穿过的通孔。

如图3-4所示，所述喷雾机升降机构包括四棱锥机架和链条牵引装置；所述四棱锥机架包括支撑架10、支撑横板11，位于底端的支撑横板11与其上面的支撑架10组成四棱锥结构，所述支撑横板11为四边形结构的平板；所述支撑横板11为金属平板，金属平板四角下部延伸出四根三角铁板，四根三角铁板跨接在支撑轮5外部两侧延伸出的中间轴上；支撑横板11和四根三角铁板焊接，上齿轮固定件52和支撑架顶板51焊接。

所述链条牵引装置设置在四棱锥机架内，包括带槽滑轨14、齿轮15、直流无刷电机16、链条55；带槽滑轨14包括带孔滑块54和滑槽，滑槽下端通过连接件53垂直固连支撑横板11，滑槽上端固连在支撑架顶板51上，带孔滑块54安装在带槽滑轨14上，带孔滑块54中间圆孔用于安放喷杆；齿轮15位于带槽滑轨14的一侧，上部的齿轮15固定在上齿轮固定件52上，下部的齿轮15则是与直流无刷电机同轴连接，两个齿轮中心在同一条垂线上，直流无刷电机16固定在底部的支撑横板11上。

作为本发明的一个实施例，所述四棱锥机架上的支撑架10也可以选用两根金属支撑架顶点焊接组成三角形支撑架，三角形支撑架底端固定在支撑横板11两侧的中心位置，使得三角形支撑架与下部的梯形支架组件9从侧面看形成牢固的三角形结构。

每一边两个支撑架10头部相接，底部延伸出两根杆跨接在支撑轮外部两侧，两个支撑架10底部用支撑横板拼接起来，这样的三角架加横板结构，在空间上构成一个四棱锥，具有稳定性。从喷雾机侧面看，梯形履带内侧的梯形支架组件9与上方的两个支撑架10组合成一个三角形，即采用整体三角结构，具有稳定性，从下到上逐渐变窄，行走起更加稳健。

本发明的两侧的履带式行走机构相同，通过一根主固定杆12与两根辅助固定杆13相连接，主固定杆12两头分别与每边的两个支撑架10头部相接处连接，辅助固定杆13两头分别固定在每边支撑架10的两根边柱上，通过3根固定杆以及上面的10个固定点能较稳固地将两边的机构连接在一起，行走起来具有稳定性。

如图4所示，为链条牵引带槽滑轨，包括带槽滑轨14、连接件53、带孔滑块54、链条55；支撑横板11；齿轮15；直流无刷电机16；支撑架顶板51；上齿轮固定件52；其中，带槽滑轨14上端固定在支撑架顶板51中心，下端通过一个底座固定在支撑横板11中部，带孔滑块54安装在带槽滑轨14上，带孔滑块54中间圆孔用于喷杆安放，上齿轮固定件52与支撑架顶板51焊接在一起，直流无刷电机16固定在支撑横板11上，相对于带槽滑轨14偏向一边，直流无刷电机16带动齿轮15转动，链条55与带孔滑块54连接在一起，进而带动带孔滑块54的上下移动，两边装置保持同步，则带动三段式喷杆的上下移动。

作为本发明的实施例，所述喷雾机的履带3靠轮毂电机齿轮1驱动，且梯形履带高度约为1.2米；所述智能履带喷雾机靠轮毂电机齿轮结构驱动，轮毂电机封闭性好，无需额外减速箱结构，节约了整机空间和重量，适应各种复杂地形的行走要求，满足高地隙作物喷雾的高度要求。

所述喷杆为三段式结构，内喷杆17采用钛合金材料，不易变形，支撑能力强，长度1.5米，两边外喷杆18碳纤维材料，长度2米，内喷杆17与外喷杆18全部展开长达5.5米；由于外喷杆长度较长，使用钛合金既能满足强度要求，又能减轻自重，不会因为过重而变形；而且，内喷杆与外喷杆全部展开长达5.5米，适应大田作物喷雾作业。传统的是向后折叠，本发明的重心集中在履带上稳定性高，各节喷杆重力承受力小。

所述内喷杆17穿过两边的带槽滑轨14的带孔滑块54，喷杆可以在直流无刷电机16、齿轮15的带动下进行一定范围(1.2m-1.8m)的上下移动，且直流无刷电机16带自锁功能；对于高地隙作物(如水稻后期以及高秆作物等)具有较好的适用性。

如图6所示，一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机控制系统，摄像头用于实时采集喷雾机前方作物的图像信息，控制单元将其传输到图像实时显示屏上，供操作者观察喷雾机前方环境特征。陀螺仪主要用于检测由于地面不平整而造成的喷雾机车姿态角的偏差信息，并通过控制单元传输到参数显示屏。同理，电子罗盘与GPS主要用于喷雾机车航向角以及位置信息的测量，并通过控制单元传输到参数显示屏，作为操作者操纵喷雾机车行驶方向的依据。高度传感器主要用于测量作物的高度信息，控制单元据此信息控制直流无刷电机，使得喷杆喷雾处于适当的高度。速度传感器、液位传感器、压力传感器、喷嘴流量计分别用于测量喷雾机车的行进速度、药液箱的液位、喷杆的水压以及喷嘴喷雾的流量，控制单元根据各传感器的反馈的信息对轮毂电机驱动轮、抽水泵、药液泵、混合液泵进行控制。抽水流量计用于实时检测抽水泵抽取的水量，控制单元根据抽水泵抽取的水量控制药液泵抽取一定的药液量进行混药过程，使得水和药液按照一定的比例进行混合。喷杆是三段式结构，每个部分对应一个电磁阀，混合液泵与电磁阀的配合使用，使喷杆内水压稳定，喷嘴为压力式，达到一定水压即喷雾。手机应用通过4G网络与嵌入式车载控制单元相连，用于手机远程观测喷雾状况以及对喷雾过程进行控制；遥控器通过2.4G与嵌入式车载控制单元相连，可以通过遥控器上的图像实时显示屏回传的喷雾机车前方作物的实时图像以及参数显示屏的各种信息，远程控制喷雾机车。

高地隙无人驾驶智能履带喷雾机控制系统工作流程：在开始喷雾前，通过电动推杆将两个外喷杆放平，然后根据目标植株的高度通过直流无刷电机调节喷杆到合适的高度，然后通过遥控器控制喷雾机的前进方向，同时执行喷雾动作；在喷雾过程中，操作者根据摄像头、陀螺仪、电子罗盘、GPS等采集的信息对喷雾机行进方向进行有效合理的控制，控制单元根据速度传感器、液位传感器、压力传感器、喷嘴流量计等回传的信息对轮毂电机驱动轮、抽水泵、药液泵、混合液泵以及电磁阀进行控制，对喷雾机速度、混药过程以及喷雾过程进行控制。抽水流量计用于实时检测抽水泵抽取的水量，控制单元根据抽水泵抽取的水量控制药液泵抽取一定的药液量进行混药过程，使得水和药液按照一定的比例进行混合。喷杆是三段式结构，每个部分对应一个电磁阀，混合液泵与电磁阀的配合使用，使喷杆内水压稳定，喷嘴为压力式，达到一定水压即喷雾。在喷雾结束后，将喷杆通过直流无刷电机以及齿轮下放到带槽滑轨底端，通过电动推杆折叠作用，三段式喷杆的两边两段可以向内折叠到喷杆卡槽中，三段式喷杆形成正三角结构，有利于喷雾机的行进与运输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。