一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机

本发明属于农业机械领域，尤其是涉及一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机。

背景技术：

东北林业大学马岩等自主研发的一款自走式割灌机具有结构简单、操作方便的优点，具有一定的地面仿形功能。但这种地面仿形技术精度不高，不能实现浅山丘陵地带灌木的高质量平茬收割，且该设备需与专用车辆进行配合，因此并不适合大范围推广。中国农机研究院研发的4mg-200型联合收割机能够在一定程度上满足灌木的平茬收获需求。然而此种设备的缺点十分明显。在现场实验过程中，该设备经常发生灌木茎秆卡住切割刀盘的状况，致使工作中断，且存在切割效果不好、切割效率低、切割输送不协调等问题。呼和浩特农机院研制的9gz-0.5型平茬机在上述基础上进行了改进，增加了在沙石环境下的工作能力。然而该机型依然具有地面仿形精度低，平茬质量差的问题。

柠条、沙柳、红柳等灌木是治理沙漠的先行植物、是我国三北防护林防风固沙的重要植物，其生长环境与人工种植的植物差异很大，地面凹凸不平，地形地貌情况复杂，还存在大量的沙丘、杂草、乱石等，现有的灌木收割机械、平茬机械、青贮机等无法根据地形地貌自动调整高度以适应复杂地形，以及灌木的收割平茬质量低，因此有必要设计一种全新的具有地形自适应功能且灌木的收割平茬质量好的灌木平茬机。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机，通过计算机与检测装置配合实现地形自适应，从而提高灌木的收割平茬质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机，包括机架、姿态可调的切割装置、可移升降移动平台、输送铺放装置和高度可调的拨禾装置，所述的可移升降移动平台放置在机架的前端底部，所述的高度可调的拨禾装置设置在机架的前端顶部；所述的姿态可调的切割装置设置在可移升降移动平台的前端底部，所述的输送铺放装置设置在可移升降移动平台的中后部，在可移升降移动平台内靠近姿态可调的切割装置处设有定位测距装置，所述的定位测距装置和计算机终端电连接，所述的机架安装在拖拉机前端；

所述的定位测距装置将检测信号反馈给计算机终端，计算机终端控制调整可移升降移动平台及姿态可调的切割装置的姿态，以实现地形自适应，使灌木植株留茬高度一致；

高度可调的拨禾装置拨动灌木植株，使其向可移升降移动平台方向倒伏，同时姿态可调的切割装置将灌木植株从根部切断，切割下来的灌木植株在输送铺放装置及姿态可调的拨禾装置的共同作用下，向拖拉机后方传送，最终被铺放在拖拉机底部。

进一步的，所述姿态可调的切割装置包括中部切割组件、边侧切割组件和二维移动组件，所述边侧切割组件设置两个且对称设置在中部切割组件的左右两侧，每个边侧切割组件安装在一个二维移动组件上，所有切割组件调整角度对灌木植株切割统一断面，二维移动组件带动相应的边侧切割组件水平及竖直方向移动适应地形使灌木植株留茬高度一致。

进一步的，所有切割组件的结构均相同，且均包括圆锯片、切割马达、切刀支架、下压板、轴套和摆动马达，所述圆锯片设置在相应的切割马达的输出轴上，且由下压板和轴套以及螺栓固定在相应的切刀支架上，所述切刀支架安装在摆动马达的输出轴上，且在摆动马达输出轴上设置角位移传感器和安装板。

进一步的，所述二维移动组件包括垂直移动滑台驱动马达、横向移动滑台驱动马达、垂直移动滑台、横向移动滑台和两组丝杆螺母组件，所述横向移动滑台安装在垂直移动滑台上，所述垂直移动滑台驱动马达通过其中一组丝杆螺母组件使得垂直移动滑台竖直运动，所述横向移动滑台驱动马达通过另一组丝杆螺母组件使得横向移动滑台水平运动；两个边侧切割组件分别通过各自的安装板安装在对应的横向移动滑台上。

进一步的，所述可移升降移动平台包括割台抬升装置驱动缸、平台框架、导套和外罩，所述外罩安装在平台框架上，二维移动组件安装在外罩内，外罩上设有分禾面、分禾器及辊道安装孔，所述割台抬升装置驱动缸固定在机架上，割台抬升装置驱动缸带动平台框架上下移动，在外罩的中部对应输送铺放装置处设有分禾通道。

进一步的，所述丝杆螺母组件包括滑块、丝母、导柱和丝杆，所述丝杆和导柱平行且穿过滑块并安装在相应的移动滑台上，所述丝母与丝杆配合，所述滑块固定在丝母上，两组所述丝杆螺母组件的滑块及中部切割组件的安装板均固定在平台框架上，所述平台框架固定在机架上，在平台框架上还设有监测垂直移动滑台和横向移动滑台运动位移的直线位移传感器。

进一步的，切刀支架的承托切割马达的部分以水平为基准向下倾斜5°，三个圆锯片所属的切割组件初始时呈“品”字形排列。

进一步的，所述输送铺放装置包括辊道组件和铺禾组件，所述辊道组件安装在可移升降移动平台的外罩的中部正上方，通过辊道安装孔进行定位，所述辊道组件包括转杆、主动滚轮、马达支架、辊道驱动马达、链条和从动滚轮，辊道驱动马达安装在马达支架上，马达支架固定在平台框架上，所述从动滚轮设置三个，主动滚轮和三个从动滚轮通过链条连接，每个转杆与一从动滚轮配合，在辊道驱动马达的驱动下，主动滚轮通过链条带动三个从动滚轮同步滚动，从而带动三个转杆同步转动；

所述铺禾组件包括铺禾轮、铺禾轮马达和铺禾轮支臂，所述铺禾轮支臂设置两个，且平行设置在铺禾轮的左右两侧，两个铺禾轮支臂的底端均与平台框架相连，所述铺禾轮马达安装在其中一个铺禾轮支臂的上端，铺禾轮安装在铺禾轮马达的输出轴上，铺禾轮马达带动铺禾轮转动，铺禾轮马达的输出轴由两个铺禾轮支臂支撑。

进一步的，所述高度可调的拨禾装置包括拨禾轮抬升装置驱动缸、驱动缸接头、连接销、拨禾轮支臂、拨禾轮马达和拨禾轮，拨禾轮由拨禾轮马达驱动，所述拨禾轮通过拨禾轮支臂安装在机架的前端上方，拨禾轮抬升装置驱动缸的缸尾以一定角度固定在机架上，拨禾轮抬升装置驱动缸的驱动缸接头通过连接销与拨禾轮支臂铰接，拨禾轮抬升装置驱动缸带动拨禾轮支臂摆动，从而带动拨禾轮摆动。

进一步的，所述定位测距装置为激光测距仪，包括一字线激光器、摄像头和微处理器。

相对于现有技术，本发明所述的一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机具有以下优势：

具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机主要用于复杂地形地区灌木的收割、平茬及铺放，能够有效地解决传统割灌机、收割机、平茬机在地形自适应方面的短板。该平茬机安装在拖拉机的前端，在计算机的控制下调整切割装置相对于地面及灌木的位姿，多自由调节，以达到地形自适应的效果。工作过程中，切割下来的灌木在输送铺放装置的作用下向后传送，最终铺放在拖拉机的底部。这种铺放方式使工作场地更规整有序，方便后续对灌木的收集、处理。

本发明区别于其他平茬铺放机构，在实现灌木平茬铺放的同时增添了地形自适应的性能，而且通过计算机控制的特点为其提供了更高的精度与效率，使其在面对复杂地形时既能保证留茬高度一致和留茬质量，又能缩短作业时间。本发明还减轻了操作人员的工作量，使操作步骤简便，生产效率得到提高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机的结构示意图；

图2为去除外罩后的一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的姿态可调的切割装置中中部切割组件的结构示意图；

图4为姿态可调的切割装置中两侧割刀的结构示意图；

图5为可移升降移动平台的结构示意图；

图6为平台框架的结构示意图；

图7为输送铺放装置中辊道的结构示意图；

图8为输送铺放装置中铺禾装置的结构示意图；

图9为高度可调的拨禾装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-机架，2-姿态可调的切割装置，3-可移升降移动平台，4-输送铺放装置，5-高度可调的拨禾装置，6-圆锯片，7-切割马达，8-切刀支架，9-下压板，10-轴套，11-角位移传感器，12-安装板，13-摆动马达，14-垂直移动滑台驱动马达，15-垂直移动滑台，16-直线位移传感器，17-滑块，18-丝母，19-导柱，20-丝杆，21-横向移动滑台，22-割台抬升装置驱动缸，23-平台框架，24-导套，25-外罩，26-辊道安装孔，27-分禾面，28-轴承座，29-转杆，30-滚动轴承，31-主动滚轮，32-马达支架，33-辊道驱动马达，34-链条，35-从动滚轮，36-铺禾轮，37-铺禾轮马达，38-铺禾轮支臂，39-拨禾轮抬升装置驱动缸，40-驱动缸接头，41-连接销，42-拨禾轮支臂，43-拨禾轮马达，44-拨禾轮，45-定位测距装置，46-横向移动滑台驱动马达，47-分禾器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图9所示，一种具有地形自适应功能的多自由度灌木平茬机，包括机架1、姿态可调的切割装置2、可移升降移动平台3、输送铺放装置4和高度可调的拨禾装置5，所述的可移升降移动平台3放置在机架1的前端底部，所述的高度可调的拨禾装置5设置在机架1的前端顶部；所述的姿态可调的切割装置2设置在可移升降移动平台3的前端底部，所述的输送铺放装置4设置在可移升降移动平台3的中后部，在可移升降移动平台3内靠近姿态可调的切割装置2处设有定位测距装置45，所述的定位测距装置45和计算机终端电连接，所述的机架1安装在拖拉机前端；

所述的定位测距装置45将检测信号反馈给计算机终端，计算机终端控制调整可移升降移动平台3及姿态可调的切割装置2的姿态，以实现地形自适应，使灌木植株留茬高度一致；

高度可调的拨禾装置5拨动灌木植株，使其向可移升降移动平台3方向倒伏，同时姿态可调的切割装置2将灌木植株从根部切断，切割下来的灌木植株在输送铺放装置4及姿态可调的拨禾装置5的共同作用下，向拖拉机后方传送，最终被铺放在拖拉机底部。

所述姿态可调的切割装置2包括中部切割组件、边侧切割组件和二维移动组件，所述边侧切割组件设置两个且对称设置在中部切割组件的左右两侧，每个边侧切割组件安装在一个二维移动组件上，所有切割组件调整角度对灌木植株切割统一断面，二维移动组件带动相应的边侧切割组件水平及竖直方向移动适应地形使灌木植株留茬高度一致。

所有切割组件的结构均相同，且均包括圆锯片6、切割马达7、切刀支架8、下压板9、轴套10和摆动马达13，所述圆锯片6设置在相应的切割马达的输出轴上，且由下压板9和轴套10以及螺栓固定在相应的切刀支架上，所述切刀支架安装在摆动马达的输出轴上，且在摆动马达输出轴上设置角位移传感器11和安装板12，角位移传感器11控制使得割刀能实现绕前进方向轴的±15°转动。

所述二维移动组件包括垂直移动滑台驱动马达14、横向移动滑台驱动马达46、垂直移动滑台15、横向移动滑台21和两组丝杆螺母组件，所述横向移动滑台21安装在垂直移动滑台15上，所述垂直移动滑台驱动马达14通过其中一组丝杆螺母组件使得垂直移动滑台15竖直运动，所述横向移动滑台驱动马达46通过另一组丝杆螺母组件使得横向移动滑台21水平运动；两个边侧切割组件分别通过各自的安装板安装在对应的横向移动滑台上。

所述可移升降移动平台3包括割台抬升装置驱动缸22、平台框架23、导套24和外罩25，所述外罩25安装在平台框架23上，二维移动组件安装在外罩25内，外罩25上设有辊道安装孔26、分禾面27和分禾器47，所述割台抬升装置驱动缸22固定在机架1上，割台抬升装置驱动缸22带动平台框架23上下移动，在外罩25的中部对应输送铺放装置4处设有分禾通道，具体的，外罩包括依次连接且一体设置的左侧罩体、中间罩体和右侧罩体，左侧罩体和右侧罩体结构相同，且对称布置在中间罩体的两侧，中间罩体的高度小于边侧罩体的高度，中间罩体的正上方形成分禾通道，在左侧罩体的前端和右侧罩体的前端对称切割两个分禾面27，两分禾面的下端均向前延伸形成分禾器47，如此设置在提供分禾功能的同时能够减轻装备重量，减小装备体积，且延伸出的分禾器能更大范围地聚拢植株，防止有的枝条因过度倒伏不能被分禾面聚拢。

所述丝杆螺母组件包括滑块17、丝母18、导柱19和丝杆20，所述丝杆20和导柱19平行且穿过滑块17并安装在相应的移动滑台上，所述丝母18与丝杆20配合，所述滑块17固定在丝母18上，两组所述丝杆螺母组件的滑块及中部切割组件的安装板均固定在平台框架23上，所述平台框架23固定在机架1上，在平台框架23上还设有监测垂直移动滑台15和横向移动滑台21运动位移的直线位移传感器16。

切刀支架8的承托切割马达7的部分以水平为基准向下倾斜5°，能够有效防止圆锯片6触碰地面产生损坏，三个圆锯片6所属的切割组件初始时呈“品”字形排列，如此设置来配合复杂地形。

所述输送铺放装置4包括辊道组件和铺禾组件，所述辊道组件安装在可移升降移动平台3的外罩25的中部正上方，通过辊道安装孔26进行定位，所述辊道组件包括转杆29、主动滚轮31、马达支架32、辊道驱动马达33、链条34和从动滚轮35，辊道驱动马达33安装在马达支架32上，马达支架32固定在平台框架23上，所述从动滚轮35设置三个，主动滚轮31和三个从动滚轮35通过链条34连接，每个转杆29与一从动滚轮配合，在辊道驱动马达33的驱动下，主动滚轮31通过链条34带动三个从动滚轮35同步滚动，从而带动三个转杆29同步转动；每个转杆的两端分别设有一滚动轴承30，且每个滚动轴承配合一轴承座28，通过轴承座28与两侧的结构进行连接固定；

所述铺禾组件包括铺禾轮36、铺禾轮马达37和铺禾轮支臂38，所述铺禾轮支臂38设置两个，且平行设置在铺禾轮36的左右两侧，两个铺禾轮支臂38的底端均与平台框架23相连，所述铺禾轮马达37安装在其中一个铺禾轮支臂的上端，铺禾轮36安装在铺禾轮马达的输出轴上，铺禾轮马达37带动铺禾轮36转动，铺禾轮马达37的输出轴由两个铺禾轮支臂38支撑。

所述高度可调的拨禾装置5包括拨禾轮抬升装置驱动缸39、驱动缸接头40、连接销41、拨禾轮支臂42、拨禾轮马达43和拨禾轮44，拨禾轮44由拨禾轮马达43驱动，所述拨禾轮44通过拨禾轮支臂42安装在机架1的前端上方，拨禾轮抬升装置驱动缸39的缸尾以一定角度固定在机架1上，拨禾轮抬升装置驱动缸39的驱动缸接头40通过连接销41与拨禾轮支臂42铰接，拨禾轮抬升装置驱动缸39带动拨禾轮支臂42摆动，从而带动拨禾轮44摆动。工作时，拨禾轮抬升装置驱动缸39推动拨禾轮支臂42以实现拨禾轮44的±15°摆动，这一运动由工作人员手动控制。

所述定位测距装置45为激光测距仪，包括一字线激光器、摄像头和微处理器。摄像头结合一字线激光器，采用三角形测距法测距，可采集灌木形状尺寸及地表环境信息，在此基础上计算机终端能够计算出割刀与灌木根部的距离和割刀距地面的高度，从而调整可移升降移动平台3和三把割刀的位置，保证割茬质量。

所有的马达均为液压马达，且为所有马达配有液压系统，提供的力平稳牢固。

工作时，灌木平茬机的定位测距装置45将获取到的地表环境信息(包括中间高两边低的情形、中间低两边高的情形)与灌木形状尺寸反馈给计算及终端，计算出姿态可调的切割装置2相对于地面及灌木植株的位置后驱动液压系统控制可移升降移动平台3及切割装置2的位姿，具体为，针对中间高两边低的地势时，可移升降移动平台3降低到中间切割组件符合高度后，二维移动组件动作使得两侧的切割组件向下运动，从而使得三组切割组件切割后的灌木植株的相对地面的留茬高度一致，不破坏灌木植株的再次生长，利于灌木植株的再次生长；针对中间低两边高的地势时，二维移动组件动作使得两侧的切割组件先横向移动，然后再向上运动，可移升降移动平台3降低到中间切割组件符合高度后，二维移动组件动作使得两侧的切割组件再向上运动，从而使得三组切割组件切割后的灌木植株的相对地面的留茬高度一致；三组切割组件的摆动马达启动，使得割刀能实现绕前进方向轴的±15°转动，摆动到圆锯片与待切割灌木植株呈垂直状态，启动切割时，保证切割灌木植株的切割断面一致，保证留茬高度一致和留茬质量，配合人工调整拨禾装置5的高度，启动各驱动马达后开始平茬收获工作，具体表现为：启动姿态可调的切割装置2的切割马达使圆锯片转动，人工调整拨禾装置5的高度，高度可调的拨禾装置5拨动灌木植株向可移升降移动平台3方向倒伏，同时姿态可调的切割装置2对灌木植株根部进行切割，被切断的灌木植株进入输送铺放装置4，在其作用下向后移动，最终通过机架1的空隙脱离灌木平茬收获机，被铺放在拖拉机底部。

本申请主要用于柠条等沙生灌木的平茬、收割及铺放。适用于：(1)工作时间长，范围大，但工作环境粗糙的场合；(2)工作地形复杂不平整，需要经常调整刀台、拨禾轮位置，对地形自适应功能有要求的场合；(3)需收割、平茬、铺放植株株型不规则，茎秆直径相差较大的场合；(4)对平茬切割断面质量要求高的场合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。