一种棉花智能打顶机构的制作方法

本实用新型涉及一种智能打顶机构，具体为一种棉花智能打顶机构，属于农业机械技术领域。

背景技术：

棉花是关系国计民生的战略物资，是涉及农业和纺织业两大产业的重要物品，也是仅次于粮食的第二大农作物，还是我国重要的出口创汇商品，因此棉花的生产、流通、加工和消费与人民群众的生活息息相关，对国民经济的发展也有着重要影响。

我国作为全球最大的棉花生产国，不断提高棉花的产量、品质具有重要意义，并且随着我国人工成本的提高，耕地资源的重新分配，因此，使用机械化生产作业，逐步提高单株棉花产量具有重要意义。

然而，当前使用的棉花的打顶机构存在以下缺陷：打顶刀盘高度固定无法调整或是调整准确度不高、调整的反应速度慢，使棉花的单株产值还有提升空间；制造复杂，无法实现功能拓展；使用成本高，装配困难无法实现快速拆装；刀盘过大、无保护措施，易对工作人员造成意外伤害，也会造成棉花的倒伏。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决现有技术的不足，目的在于提供一种棉花智能打顶机构。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种棉花智能打顶机构，包括升降系统、位置检测装置、控制系统和打顶装置，升降系统包括整机升降装置和打顶升降装置，打顶升降装置设置在整机升降装置上，打顶装置与打顶升降装置滑动连接；整机升降装置为平行四连杆机构，该平行四连杆机构上设置有液压系统，位置检测装置设置在打顶装置上；整机升降装置、打顶升降装置、位置检测装置、液压系统和打顶装置均与控制系统相连。

本实用新型进一步的改进在于，打顶升降装置包括打顶工作室，打顶工作室内设置有减速机、支架、齿轮和齿条，减速机的输出轴与齿轮相连，齿轮与齿条相啮合；减速机带动齿轮转动，齿轮带动齿条升降，齿条连接有滑动导轨，滑动导轨上设置有滑块，打顶装置设置在滑块上。

本实用新型进一步的改进在于，打顶工作室固定在平行四连杆机构上，打顶工作室上下顶面装有限位开关。

本实用新型进一步的改进在于，打顶装置包括直流电机、刀盘和扶禾器，刀盘设置在直流电机的输出轴上，扶禾器设置在滑块上，扶禾器顶面开有两个通孔。

本实用新型进一步的改进在于，直流电机通过支架安装在扶禾器的顶面上。

本实用新型进一步的改进在于，位置检测装置为超声波传感器。

本实用新型进一步的改进在于，超声波传感器设置在扶禾器的底面上。

本实用新型进一步的改进在于，液压系统包括液压泵、二位换向阀、三位换向阀和液压缸；液压缸位于平行四连杆机构的对称轴线上，液压泵的吸油口和液压缸的出油口均设置有过滤器；液压泵的出油口与三位换向阀的进油口相连，三位换向阀的两个出油口分与二位换向阀、液压缸的出油口处的过滤器相连。

本实用新型进一步的改进在于，打顶升降装置和打顶装置的数量均为4个。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：本实用新型通过设置升降系统、位置检测装置、控制系统和打顶装置，升降系统包括整机升降装置和打顶升降装置，打顶升降装置设置在整机升降装置上，打顶装置在打顶升降装置上滑动连接；整机升降装置为平行四连杆机构，该平行四连杆机构上设置有液压系统，位置检测装置设置在打顶装置上；通过控制系统控制整机升降装置、打顶升降装置、位置检测装置、液压系统和打顶装置实现棉花的打顶，控制系统对整机升降装置、打顶升降装置、液压系统和打顶装置的调整准确度高，不易对农作物造成破坏，适用于棉花田棉花打顶期的打顶作业。本实用新型的装置结构简单，易于实现，并且成本低。

进一步的，多部打顶装置通过相应减速机实现刀盘的升降，实现了每一行植株不同高度的检测，提高了打顶准确度，并提高了升降反应速度；

进一步的，本实用新型的升降系统、打顶装置、位置检测装置均可以通过标准件或具有快速拆装特性的卡箍连接而成，制造、装配快速，丰富了植保机的使用场景。

进一步的，采用超声波传感器间接采集高度信号，避免棉花田杂物对系统的干扰。

进一步的，采用扶禾器和垂直打顶的方式，避免了不同行植株的干扰也避免了打顶机造成的倒伏现象；扶禾器材质为工程塑料，易塑性好，在减轻重量的同时，有利于实现功能后期的扩展。

附图说明

图1是本实用新型的实际挂载示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型的整机升降装置结构示意图。

图4是本实用新型的卡箍连接结构示意图。

图5是本实用新型的液压原理图。

图6是本实用新型的打顶升降装置结构示意图。

图7是本实用新型的打顶装置结构示意图。

图中标记说明：1为高地隙植保机；2为智能打顶机构；3为整机升降装置；4为打顶升降装置；5为打顶装置；6为支架方钢；7为定位卡箍；8为夹紧卡箍；9为槽钢；10为铰接方钢；11为工作室方钢；12为液压缸；13为缸体端耳环；14为三位换向阀；15为液压泵；16为过滤器；17为二位换向阀；18为打顶工作室；19为齿条；20为连接钢板；21为滑动导轨；22为齿轮；23为减速机；24为支架；25为扶禾器；26为超声波传感器；27为刀盘；28为电机支座；29为直流电机；30为液压杆端耳环；31为支撑钢板；32为滑块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型中附图构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

如图1-7所示，本实用新型的棉花智能打顶机构包括升降系统、位置检测装置、控制系统和打顶装置5，升降系统主要包括整机升降装置3和打顶升降装置4，打顶升降装置4设置在整机升降装置3上，打顶装置5设置在打顶升降装置4上，并且打顶装置5与打顶升降装置4滑动连接，整机升降装置3为平行四连杆机构，该平行四连杆机构上设置有液压系统，位置检测装置设置在打顶装置5上；整机升降装置3、打顶升降装置4、位置检测装置、液压系统和打顶装置5均与控制系统相连。

参见图3和图4，整机升降装置3为由若干工作室方钢11、支架方钢6、铰接方钢10、槽钢9、定位卡箍7和夹紧卡箍8相互连接共同构成的平行四连杆机构，具体的，四根铰接方钢10水平平行设置，分别为第一铰接方钢、第二铰接方钢、第三铰接方钢与第四铰接方钢，第一铰接方钢的两端与第二铰接方钢两端之间通过两根槽钢9，第一铰接方钢、第二铰接方钢与两根槽钢9形成长方形，两根槽钢9的两端通过两个支架方钢6相连，两个槽钢9和两个支架方钢6形成长方形。

第三铰接方钢的两端与第四铰接方钢两端之间同样通过两根槽钢9，第三铰接方钢、第四铰接方钢与两根槽钢9形成长方形；第三铰接方钢、第四铰接方钢与两根槽钢9形成长方形，两根槽钢9之间设置有两根工作方钢11，其中，一根工作方钢11与两个槽钢9的底端固定，另一工作方钢11能够槽钢9上下移动；上方的支架方钢6上设置有缸体端耳环13，能够移动的工作方钢11上设置有液压杆端耳环30，缸体端耳环13与液压杆端耳环30之间设置有液压缸12。

两根支架方钢6与两根工作室方钢11均通过定位卡箍7和夹紧卡箍8与槽钢9连接，定位卡箍7内壁凸起处与所需连接的方钢的凹槽处相配合，定位卡箍7内壁各面紧贴所需连接的方钢的各面，每个定位卡箍7与两个夹紧卡箍8通过四个螺钉连接并且夹紧卡箍8的螺钉连接面紧贴所需连接的方钢表面，夹紧卡箍8通过铰接螺栓与槽钢9连接，槽钢9通过铰接螺栓与铰接方钢10铰接连接，工作室方钢11、槽钢9、铰接方钢10、定位卡箍7、夹紧卡箍8相互连接共同构成平行四连杆机构。整机升降装置3在液压缸12作用下完成升降过程。

参见图2和图6，打顶升降装置4由打顶工作室18、减速机23、支架24、齿轮22、齿条19和滑动导轨21组成，减速机23的输出轴与齿轮22相连，齿轮22与齿条19相啮合；减速机23带动齿轮22和齿条19的啮合动作完成齿条19的升降，从而带动打顶升降装置4升降；在打顶升降装置4中，打顶工作室18通过焊接而成，通过螺栓连接固定在工作室方钢11上，打顶工作室18上下顶面装有限位开关，打顶工作室18内部还设置有支撑板，减速机23通过支架24固定在打顶工作室18内部的支撑板上，齿条19设置在连接钢板20上，连接钢板20与支撑钢板31相连，滑动导轨21设置在支撑钢板31上，滑动导轨21上设置有滑块32，滑块32与滑动导轨21滑动连接，并能够沿滑动导轨21滑动，滑块32上设置有打顶装置5；齿条19升降带动连接钢板20升降，从而使支撑钢板31升降，进而滑动导轨21上的滑块32升降，从而实现打顶装置5的升降。

参见图2和图7，打顶装置5主要包括直流电机29、电机支座28、刀盘27和扶禾器25，刀盘27设置在直流电机29的输出轴上，直流电机29通过电机支座28安装在扶禾器25的顶面，扶禾器25设置在连接钢板20上，并且扶禾器25设置在滑块32上，扶禾器25顶面开有两个通孔，用于收集作业残留物和喷洒农药等。通过直流电机29带动刀盘27高速旋转完成打顶动作。

本实用新型的智能打顶机构具有一套整机升降装置3、四套打顶升降装置4和四套打顶装置5，每套打顶升降装置4配有一套打顶装置5，从而总共有四台减速机23、四台直流电机29和四个位置检测装置。

参见图7，位置检测装置为超声波传感器26，通过测距的方式间接采集棉花顶端高度信号；超声波传感器26固定在安装有电机支座28的扶禾器25的底面，即超声波传感器26固定在扶禾器25的底面，且每套打顶装置5的扶禾器25上均装有至少一个超声波传感器26。

控制系统以一台PC为上位机、一台PLC主机和多台PLC扩展为下位机组成；上位机、主机与下位机通过线路连接各零部件，共同控制整机可靠准确运行。本实用新型的控制系统中，一台PLC主机和多个PLC扩展能够同时控制一套液压系统、四台减速机23、四台直流电机29，并同时接收四个超声波传感器26输入信号；PC主机为PLC的实时在线上位机，能够监测机构运行情况并针对不同棉花田作业的不同情况对PLC各参数进行在线修改。

参见图1和图2，设置液压缸12的支架方钢6的两端开有螺栓通孔，通过螺栓连接使智能打顶机构2挂载在高地隙植保机1上。

参见图3和图5，液压系统由液压泵15、二位换向阀17、三位换向阀14和液压缸12、过滤器16等组成，液压缸12通过液压缸12的缸体端耳环13与支架方钢6螺栓连接，液压缸12的液压杆端耳环30与工作室方钢11螺栓连接，液压缸12位于平行四连杆机构的对称轴线处，液压泵15的吸油口和液压缸12的出油口均设置有过滤器16。液压泵15的出油口接三位换向阀14的进油口，三位换向阀的两个出油口分与液压缸12的出油口处的过滤器16、二位换向阀17相连。本实用新型的控制系统提供两种工作模式：手动模式和自动模式。其中手动模式，又可称为点动模式，具有控制整机升降装置3的升降功能、打顶升降装置4的升降功能和直流电机29带动刀盘27的高速旋转功能，在手动模式中不能实现打顶作业的操作；在自动模式下，除液压系统外，各系统均能实现协同工作，实现智能打顶工作，主要包括对位置检测装置、打顶升降装置4、打顶装置5的控制。在手动模式和自动模式中均有安全保护装置，在紧急情况时可一键停机，系统内部数据全部清零，减速机23和直流电机29均立刻停机，液压系统断路，液压缸12无法控制；在手动模式和自动模式中均有防误触功能，在准备就绪的情况下分别按下开始按钮和自动控制按钮整机方可运行启动；手动模式和自动模式有互锁功能，在自动控制模式下，手动模式无法启动，在手动模式下，自动模式无法启动。

本实用新型的整机升降装置3的使用方法如下：整机升降装置3仅能在手动模式使用，当液压缸12液压杆伸出，即带动平行四连杆机构做下降运动时，启动液压泵15，二位换向阀17和三位换向阀14同时处于右位工作状态，为下降运动提供一种较慢速度的工作状态；液压缸12液压杆收缩，即带动平行四连杆机构做上升运动时，启动液压泵15，三位换向阀14处于左位工作状态，此时当二位换向阀17处于左位工作状态时，为上升运动提供较快速度的工作状态，当二位换向阀17处于右位工作状态时，为上升运动提供较慢的工作状态。

本实用新型的打顶升降装置4的使用方法如下：打顶升降装置4可以在手动模式和自动模式两种工作模式使用，二者区别在于控制方法不同，当处于手动模式时，按下减速机23调整按钮时，减速机23带动打顶装置5向下运动，若齿条19触碰到打顶工作室18下位限位开关时，减速机23带动打顶装置5向上运动，若齿条19触碰到打顶工作室18上位限位开关时，减速机23带动打顶装置5向下运动，由此反复直到弹出减速机23调整按钮；当处于自动模式时，减速机23的旋向由超声波传感器26采集的高度信号输入到控制系统的PLC内实现控制的，若齿条19触碰到打顶工作室18下位限位开关时，减速机23停止运动，若齿条19触碰到打顶工作室18上位限位开关时，减速机23停止运动。

本实用新型的位置检测装置的使用方法如下：采用超声波传感器26测距直接得到距离信号，将距离信号输入控制系统间接得到高度信号，当超声波传感器26在棉花田株距的范围内若测得物体，则减速机23带动打顶装置5上移，直到距离信号大于株距或信号消失处控制减速机23停止上升；当超声波传感器26在棉花田株距的范围外若测得物体，则减速机23持续下移，直到距离信号小于株距时控制减速机23停止下降。

本实用新型的使用方法如下：准备工作状态时，按下手动模式按钮，按下打顶装置5按钮，再按下开始按钮，此时四台直流电机29同时工作，继续通过调整升降系统，将打顶装置5调整到合适的工作高度，完成准备工作状态；进入工作状态时，按下自动控制按钮，此时位置检测装置工作，整机在控制系统的控制下协调平稳工作；完成工作后，按下手动模式按钮，弹出打顶装置5按钮，此时四台直流电机29停止工作，继续通过调整升降系统，将整机调整到合适的行走高度。

本实用新型的升降系统、打顶装置、位置检测装置均通过标准件或具有快速拆装特性的卡箍连接而成，制造、装配快速，丰富了植保机的使用场景；四部打顶装置通过四台减速机实现刀盘的升降，实现了每一行植株不同高度的检测，提高了打顶准确度，并提高了升降反应速度；采用超声波传感器间接采集高度信号，避免棉花田杂物对系统的干扰；采用扶禾器和垂直打顶的方式，避免了不同行植株的干扰也避免了打顶机造成的倒伏现象；扶禾器采用工程塑料，易塑性好，在减轻重量的同时，有利于实现功能后期的扩展。