一种用于小区玉米果穗收获的四连杆式智能玉米采穗装置的制作方法

本发明属于属农业机械技术领域，特别涉及一种用于小区玉米果穗收获的四连杆式智能玉米采穗装置。

背景技术：

中国玉米播种面积约为35000千公顷，每年玉米种子的需求量巨大。目前，玉米品种的小区育种的机械化程度极低，导致玉米种子的培育、收获以及清选大多由人工完成，工作效率低，因而间接影响了玉米种子的价格。传统的玉米收获机存在使玉米籽粒破碎、果穗掉落，损失率偏高等问题。因此，不可能直接将一般的玉米收获机作为玉米小区精准收获机械，需要研制出新型的玉米种子收获机。

此外，国外的玉米小区精准收获机械化技术已经日臻成熟，在世界各国的玉米品种小区育种试验基地中得到了广泛的推广和应用。国内小区育种玉米联合收获技术的研究基本上处于空白阶段，不但降低了玉米新品种的推出效率，而且影响了我国玉米育种行业的快速、健康发展。国内市场上还没有成型的玉米小区育种试验的联合收获机械，育种科研院所、高等院校及育种公司以人工收获为主，不仅造成科研人员人力的浪费，而且试验数据得不到及时采集，无形中影响了育种试验的精度，阻碍了中国良种工程的良好实施和发展。

因此急需一种设备以解决小区育种机械化程度低、收获时玉米籽粒破碎、果穗掉落，损失率偏高等问题，来填补国内对小区育种玉米联合收获技术的研究空白。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的问题，本发明公开了一种用于小区玉米果穗收获的四连杆式智能玉米采穗装置，其特征在于，包括：电动机、动力传输机构和四连杆式采穗机构，其中动力传输机构由传动箱、皮带轮和传动轴组成；传动箱栓接于机架上，传动轴为阶梯轴，传动轴通过轴承ⅰ和轴承ⅱ安装在传动箱内并与传动箱形成转动连接，皮带轮安装于传动轴的小径端；电动机安装于玉米收获机的机架上，皮带轮和电动机通过三角带相连；动力通过三角带、皮带轮和传动轴传递至四连杆式采穗机构；

四连杆采穗机构由采穗筒、动力杆和连杆组成，动力杆安装于传动轴的大径端，传动箱的箱体上焊接有连接杆，连杆通过轴承安装于传动箱的连接杆上，且连杆与动力杆都位于传动箱的同侧，连接杆和传动轴的轴线平行，四连杆采穗机构由传动轴提供动力，采穗筒的两端分别与动力杆和连杆铰接，四连杆采穗机构和传动箱构成双曲柄机构。

所述采穗筒中采穗筒体的截面呈跑道形，底座ⅰ及底座ⅱ分别固接于采穗筒体下方的两端，且底座ⅰ及底座ⅱ上分别开有底座ⅰ销孔和底座ⅱ销孔；

所述动力杆的两端分别为销孔端和轴孔端，其中轴孔端上开有轴孔，轴孔内设有键槽ⅲ，销孔端内开有销孔ⅰ，销孔ⅰ和底座ⅰ通过联接销ⅰ销接；

所述连杆的两端分别开有销孔ⅱ和安装孔；销孔ⅱ和底座ⅱ通过联接销ⅱ销接。

所述底座ⅰ销孔和所述底座ⅱ销孔之间的孔距为450mm；所述销孔ⅰ和所述轴孔之间的孔距为470mm，所述销孔ⅱ与所述安装孔之间的孔距为660mm；所述采穗筒体的长度为480mm。

所述单片机对收货时压在称重传感器上的玉米果穗根据重量分为200g以下、200g—350g和350g以上三类。

所述连杆的销孔ⅱ的一端外固接有挡穗底板；挡穗底板的外形与所述采穗筒体的截面相匹配。

所述挡穗底板的中央装有称重传感器，且称重传感器通过a/d转换器与单片机相连；单片机通过电流调节器与电动机相连，lcd显示器与单片机相连；

所述称重传感器为电阻应变式传感器，所述单片机的型号为stc15w408s。

所述传动轴和所述连接杆之间的中心距离为220mm。

所述箱体的长度为400mm、宽度为450mm、高度为300mm。

所述传动箱包括箱体和焊接于箱体底部的底座，底座通过底座螺栓与玉米收获机的机架栓接，箱体的两侧设有轴承端盖ⅰ和轴承端盖ⅱ，轴承端盖ⅰ和轴承端盖ⅱ通过螺栓ⅰ和螺栓ⅱ分别安装于箱体的两侧；

所述传动轴通过轴承ⅰ和轴承ⅱ与传动箱形成转动连接，轴承ⅰ由轴承端盖ⅰ固定以限制传动轴的轴向位移，轴承ⅱ由轴承端盖ⅱ固定以限制传动轴轴向位移，传动轴的小径端设有键槽ⅱ，传动轴的大径端设有键槽ⅰ。

本发明的有益效果为：

采用四连杆机构进行玉米采收，最大限度地减少对玉米果穗的损伤，智能测重可以对育种的果穗进行质量检测和分类，克服了传统辊式摘穗装置结构复杂、装置笨重、动力消耗大，工作效率低等缺点，提供了一种模仿人工掰穗的玉米采穗装置，具有仿生效果好、动力消耗小、结构简单、对玉米的损伤小的优点，可用于小区玉米种子的收获机。

附图说明

图1为本发明一种用于小区玉米果穗收获的四连杆式智能玉米采穗装置实施例的侧视图；

图2为本发明实施例在抛穗时的侧视图；

图3a为本发明实施例中动力传输机构的俯视图；

图3b为本发明实施例中动力传输机构的剖视图；

图3c为本发明实施例中动力传输机构的内部结构示意图；

图4为本发明实施例中传动轴的立体结构示意图；

图5为本发明实施例中动力杆的立体结构示意图；

图6为本发明实施例中采穗筒的立体结构示意图；

图7为本发明实施例中连杆的立体结构示意图；

图8为本发明实施例中智能测重系统的流程框图；

图中，1--传动箱，2--采穗筒，3--夹持装置，4--电动机，5--三角带，6--皮带轮，7--传动轴，8--连杆，9--动力杆，10--玉米果穗，11--联接销ⅰ，12--联接销ⅱ，13--电阻应变式测重传感器，101--连接杆，102--箱体，103--轴承端盖ⅰ，104--轴承端盖ⅱ，105--底座，106--底座螺栓，107--螺栓ⅰ，108--螺栓ⅱ，201--底座ⅰ，202--采穗筒体，203--底座ⅱ，601--带轮螺栓，701--轴承ⅰ，702--轴承ⅱ，703--键槽ⅰ，704--螺纹孔ⅰ，705--键槽ⅱ，706--螺纹孔ⅱ，801--挡穗底板，802--销孔ⅱ，803--安装孔，901--定位螺杆，902--键槽ⅲ，903--销孔ⅰ，904--轴孔。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进行描述。

如图1和图2所示，本发明一种用于小区玉米果穗收获的四连杆式智能玉米采穗装置的实施例包括：电动机4、动力传输机构、四连杆式采穗机构和智能测重系统，其中动力传输机构由传动箱1、皮带轮6和传动轴7组成；传动箱1栓接于机架上，传动轴7为阶梯轴，传动轴7安装并穿过传动箱1，皮带轮6安装于传动轴7的小径端，皮带轮6和电动机4通过三角带5相连，整个装置的动力由安装于玉米收获机上的电动机4提供，动力通过三角带5、皮带轮6和传动轴7传递至四连杆式采穗机构；

如图3a、图3b、图3c和图4所示，动力传输机构由传动箱1、皮带轮6和传动轴7组成，传动箱1包括箱体102和底座105，底座105焊接于箱体102的底部且为整个装置的连接部件，底座105上的底座螺栓106使传动箱1与玉米收获机的机架栓接，箱体102一侧焊接有用于安装连杆8的连接杆101，箱体102的两侧有轴承端盖ⅰ103和轴承端盖ⅱ104，轴承端盖ⅰ103和轴承端盖ⅱ104通过螺栓ⅰ107和螺栓ⅱ108与箱体102两侧栓接，箱体102的长度为400mm、宽度为450mm、高度为300mm；

皮带轮6安装在传动轴7的小径端，皮带轮6通过传动键限制其周向转动，传动轴7通过轴承ⅰ701和轴承ⅱ702与传动箱1形成转动连接，轴承ⅰ701由轴承端盖ⅰ103固定以限制传动轴7的轴向位移，轴承ⅱ702由轴承端盖ⅱ104固定以限制传动轴7轴向位移，传动轴7的小径端设有键槽ⅱ705，安装于键槽ⅱ705内的传动键保证将皮带轮6所提供的扭矩传递到传动轴7上，传动轴7的大径端还设有键槽ⅰ703，安装于键槽ⅰ703内的传动键保证将传动轴7上的扭矩传递到四连杆采穗机构；

安装时，先将传动键放入键槽ⅰ703内，然后将皮带轮6推入传动轴7的小径段，随后将螺栓601拧于螺纹孔ⅱ706内，以实现皮带轮6轴向定位；传动轴7用于传递皮带轮6提供的动力，

安装时，先将传动键放入键槽ⅱ705内，然后将动力杆9的轴孔推入传动轴7的小径段，并将螺栓901拧入螺纹孔ⅰ704内，以限制动力杆9轴向位移；安装于键槽ⅱ705内的传动键，将皮带轮6所提供的扭矩传递至传动轴7。

如图5、图6和图7所示，四连杆采穗机构主要由采穗筒2、动力杆9和连杆8组成，动力杆9安装于传动轴7的大径端，连杆8通过轴承安装于传动箱1的连接杆101上，且与动力杆9都位于传动轴7大径端的同侧，也就是传动箱1的同侧，连接杆101和传动轴7的轴线平行，四连杆采穗机构由传动轴7提供动力，采穗筒2的两端分别与动力杆9和连杆8铰接，四连杆采穗机构和传动箱1构成双曲柄机构；

采穗筒2中采穗筒体202的截面呈跑道形，底座ⅰ201及底座ⅱ203分别固接于采穗筒体202下方的两端，且底座ⅰ201及底座ⅱ203上分别开有底座ⅰ销孔和底座ⅱ销孔；

动力杆9的两端分别为销孔端和轴孔端，其中轴孔端上开有轴孔904，轴孔904内设有键槽ⅲ902，传动键安装在键槽ⅲ902和键槽ⅰ703之间以传递扭矩；销孔端内开有销孔ⅰ903，销孔ⅰ903和底座ⅰ201通过联接销ⅰ11销接，使动力杆9与采穗筒2构成转动连接；定位螺杆901安装于动力杆9的轴孔端以限制动力杆9的轴向滑动；

连杆8的两端分别开有销孔ⅱ802和安装孔803；销孔ⅱ802和底座ⅱ203通过联接销ⅱ12销接，使连杆8与采穗筒2构成转动连接；挡穗底板801的外形与采穗筒体202的截面相匹配；称重传感器13安装于挡穗底板801的中央，称重传感器13为电阻应变式传感器；

动力杆9的两端分别为销孔端和轴孔端904，其中轴孔端904径向留有与定位螺杆901匹配的螺栓孔，轴孔端904内开有键槽ⅲ902；联接销ⅰ11穿过销孔端的销孔ⅰ903与采穗筒2的底座ⅰ201销接，

采穗筒2由采穗筒体202和固接于采穗筒体202两端下方的底座ⅰ201及底座ⅱ203构成，采穗筒体202的截面呈跑道形，采穗筒体202的长度为480mm；联接销ⅱ12穿过连杆8的销孔ⅱ802与采穗筒2的底座ⅱ203销接；

当采穗筒2采收到玉米果穗10时，为防止果穗掉落，连杆8上焊接有一挡穗底板801，安装孔803使连杆8安装于传动箱1上的连接杆101，构成一个完整的四连杆机构；传动轴7和连接杆101之间的中心距离为220mm，所述底座ⅰ销孔和所述底座ⅱ销孔之间的孔距为450mm；所述销孔ⅰ903和所述轴孔904之间的孔距为470mm，所述销孔ⅱ802与所述安装孔803之间的孔距为660mm；所述采穗筒体202的长度为480mm；四段长杆满足四连杆机构的杆长条件，且最短杆为机架。

智能测重系统包括：称重传感器13、a/d转换器、stc15w408s单片机、lcd显示器和电流调节器，其中称重传感器13通过a/d转换器与单片机相连；单片机通过电流调节器与电动机4相连，lcd显示器与单片机相连；

单次智能测重系统的工作流程如图8所示：

1、当玉米果穗10进入采穗筒体202后，智能测重系统由称重传感器13对采穗筒体202内的果穗进行测重，将玉米果穗10的重量分为三个区间：200g以下、200g—350g、350g以上，

2、由a/d转换器将电阻应变式测重传感器13测出玉米果穗10的质量由模拟信号转换成数字信号，再将转换出的数字信号交由stc15w408s单片机进行信号处理，

3、stc15w408s单片机作出判断后，由stc15w408s单片机对电流调节器发出指令，使电动机4的电流发生变化，同时，将得出的玉米果穗的重量在lcd显示器中显示，

4、电动机4转速根据电流变化而发生相应的变化，电动机4的转速直接影响四连杆式采穗机构的力度，从而通过改变采穗筒体202的甩出力度将不同重量的玉米果穗进行分类。

如图8所示，本实施例的完整工作过程为：

1)进行采收玉米果穗10时，需要设置于玉米收割机内的夹持装置3先将玉米植株夹持固定，夹持装置3在水平面上垂直于玉米植株布置；

2)当采穗筒2在采收玉米果穗10时，连杆8上的挡穗板801恰好成为采穗筒2的筒底，防止采到的玉米果穗10在采穗机构运动时被甩出；

3)进入智能测重系统的工作流程；

4)当连杆8旋转到一定位置时，采穗筒2运动至将玉米果穗甩出的位置，此时挡穗板801恰好不再阻止玉米果穗10被甩出，整个采穗过程完成，由于采穗筒体202甩出力度的变化，不同重量的果穗将进行分类放置；

随后返回2)继续从夹持装置3上采收玉米果穗10。