一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置

本发明属于农业用具技术领域，具体涉及一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置。

背景技术：

在农业生产中，虽说现代化生产已经较为普遍，但是喷雾器的使用仍然极其广泛。主要原因是因为庄稼长出来之后，为了不损坏庄稼，一些大型的农用喷洒装置不方便进入农田，而在庄稼刚长出来的时候是特别脆弱的，这时是最怕虫害毁坏的，所以目前最常用的办法还是药农背着喷雾器进入田地去打农药，这样便耗费了大量的人力，而且对于年纪稍微大的农民来说，给农田打药便成了非常头疼的事，尤其是在炎热的天气背着喷雾器打药是非常辛苦的。

传统的喷雾器是人们左手上下往复摇摆喷雾器的手摇装置，目的是给药罐里面加压使得农药能通过内外压力差排出来，在此基础上，市场上出现了一种稍微减轻人力的喷雾器，改进后的喷雾器则用一个小型泵施加压力使农药排出来，这一改进彻底的解放了药农们的左手，但依旧没有解决最根本的问题，药农们仍然需要背着沉重的喷雾器去打药，作业效率低下且费时费力。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置，解决了现有技术中存在的农药喷雾器完全依靠人工，作业过程中费时费力的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置，包括尺寸相互匹配的前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体之间设置有喷射装置，后箱体的外壁设置有药箱，药箱的下方设置有可伸缩腿，可伸缩腿末端设置有滚轮，可伸缩腿之间设置有除草装置。

前箱体上设置有滑块轨道口，滑块轨道口下方设置有步进电机箱体，步进电机箱体内设置有步进电机，前箱体的内壁通过螺栓安装有喷射装置，前箱体和后箱体四个角均设置有相对应的连接孔，前箱体和后箱体之间通过双头螺柱连接。

后箱体内壁设置有驱动器与电源箱体，其内部电源连接有步进电机。

喷射装置包括机架，机架的末端通过螺栓连接有曲柄，机架与曲柄连接处曲柄的外侧连接有步进电机的输出轴，曲柄的末端通过螺栓连接有连杆，在连杆的末端滑块上设置有连接装置连接有药管接口。

滚轮为可刹车万向轮。

药箱的侧壁设置有水泵箱体，水泵箱体上设置有水管预留孔和水泵接线孔，水泵箱体里的水泵一端接外部水源，另一端连接喷雾器的进水口，水泵还连接有电源。

药箱上设置有手把，手把上通过螺栓安装有风扇，风扇连接有电源。

可伸缩退上设置有锁紧装置。

除草装置包括相互连接的除草装置伸缩机构上和除草装置伸缩机构下，除草装置伸缩机构下方通过可折叠机构连接有微型电机，微型电机连接有电源，微型电机的输出轴连接有刀刃轴，刀刃轴上均匀设置有除草刀刃。

本发明的有益效果为：

通本文设计了一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置；该装置能有效减轻药农的劳动强度。具体益处如下：

(1)将喷雾器放在车厢中解放了人们肩膀沉重的负担；

(2)该装置小巧轻便，适用于各种农田喷洒农药；

(3)四个轮胎采用灵活的万向轮，有利于方便调整方向；

(4)可伸缩的支撑腿适用于不同身高的人使用，具有通用性；

(5)喷射装置与后面箱体为可拆式连接，所以可单独使用在不同的农用工具上。

(6)同时具备虫草两除的功能，且安装的小型风扇具有采凉功能。

附图说明

图1为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置的伸缩腿与箱体结构图；

图2为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置的立体图；

图3为为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中除草装置的结构图；

图4为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中除草装置的结构拆分图；

图5为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中喷射装置主视图；

图6为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中喷射装置的结构图；

图7为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中电源箱结构图；

图8为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中喷射装置的原理图；

图9为本发明一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置中喷射装置的原理图。

图中：1.前箱体，2.连接孔a，3.滑块轨道口，4.连杆，5.药管接口，6.滑块，7.连接装置，8.步进电机箱体，9.螺栓b，10.双头螺柱，11.螺栓b，12.机架，13.连接件，14.曲柄，15.后箱体，16.驱动器与电源箱体，17.风扇，18.螺栓c，19.手把，20.水泵箱体，21.水管预留孔，22.水泵接线孔，23.可伸缩腿，24.锁紧装置，25.除草装置伸缩机构上，26.除草刀刃，27.刀刃轴，28.可折叠机构，29.连接孔d，30.除草装置伸缩机构下，31.步进电机，32.微型电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种基于曲柄滑块机构的人手模拟喷雾助推装置，如图1和图2所示，包括尺寸相互匹配的前箱体1和后箱体15，所述前箱体1和后箱体15之间设置有喷射装置，后箱体15的外壁设置有药箱，药箱的下方设置有可伸缩腿23，可伸缩腿23末端设置有滚轮，可伸缩腿23之间设置有除草装置。

前箱体1上设置有滑块轨道口3，滑块轨道口3下方设置有步进电机箱体8，步进电机箱体8内设置有步进电机31，前箱体1的内壁通过螺栓安装有喷射装置，前箱体1和后箱体15四个角均设置有相对应的连接孔2，前箱体1和后箱体15之间通过双头螺柱连接。

后箱体15内壁设置有电机驱动器与电源箱体16，如图7所示，装载电源和驱动器(本文中未具体画出)后连接有步进电机31。

如图5、图6和图7所示，喷射装置包括机架12，机架12的末端通过螺栓连接有曲柄14，机架12与曲柄14连接处曲柄14的外侧连接有步进电机31的输出轴，曲柄14的末端通过螺栓连接有连杆4，连杆4的末端通过连接装置7连接有药管接口5。

滚轮为可刹车万向轮。

药箱的侧壁设置有水泵箱体20，水泵箱体20上设置有水管预留孔21和水泵接线孔22，水泵箱体里的水泵一端接外部水源，另一端连接喷雾器的进水口，水泵还连接有电源箱16内的电源。

药箱上设置有手把19，手把19上通过螺栓18安装有风扇17，风扇17连接有电源箱16内的电源。

可伸缩腿23上设置有锁紧装置24。

除草装置包括相互连接的除草装置伸缩机构上25和除草装置伸缩机构下30，除草装置伸缩机构30下方通过可折叠机构28连接有微型电机32，微型电机32连接有电源箱16内的电源，微型电机32的输出轴连接有刀刃轴27，刀刃轴27上均匀设置有除草刀刃26。

本发明使用一种小型推车来装载沉重的喷雾器，该装置包括模拟人手臂左右摆动的喷射装置，装载喷雾器的箱体，可伸缩的架子腿，除草装置以及可以自由活动的可刹车万向轮，既简单又轻便。

本发明的工作原理为：

本发明主要应用于农田打药，发明了一种小型推车辅助装置来代替人力去背喷雾器。其中，喷射装置应用了平面四杆机构的运动学原理，采用一种急回特性不明显的曲柄滑块机构来实现喷头处的往复直线运动。根据曲柄滑块机构的运动学知识结合农田每行庄稼之间的宽度，可以求出滑块直线运动轨迹的范围，即为药管喷头在使用时的有效覆盖长度；根据喷雾器的大小设计出药箱的尺寸；四个支撑腿的间隔距离根据农田每行庄稼的距离合理设计，并且为了不同身高的人使用，设计出了可伸缩型支撑腿；在药箱的左侧设计了小型水泵，方便每次往药罐内灌水；手把中间设计了小风扇，可以在天气热的时候使用，有效的提高了人们的舒适性；四个轮子采用较为简便的万向轮；四个轮子中间设计了除草装置，所以此装置具有虫草两除的功能。

1.模拟人手臂摆动的喷射装置

在模拟人手臂左右摆动时，采用了可以左右平移运动的曲柄滑块机构，该机构设计简单且应用广泛。通过农田实地考察和询问药农们可知，他们平时打药时手臂的摆动范围大概为500mm，因此该设计的滑块有效运动长度要求大于500mm。为了节省空间，进一步取偏距e＝100mm。其中设a为曲柄长度，b为连杆长度，e为偏距，p为滑块实际运动长度，如下图8和图9所示为曲柄滑块机构两个极限位置的示意图，其中c为曲柄滑块机构一个极限位置距偏距的水平距离。

根据曲柄滑块机构的运动学原理以及几何关系，可以得出如下方程：

(a+b)²-e²＝(c+p)²

(b-a)²-e²＝c²

其中通过初步取a和b的值来确定其它参数，最后经过一系列验证决定取a＝232.2mm，b＝367.8mm，进而求得有效长度p＝592mm，c＝91.58mm。由于有效长度p＝592mm且滑块两边还要预留15*2mm的空间，所以此处在前箱盖的滑块移动空间预留大小为640mm。在滑块的前端设置锁紧装置用来固定药管，此处只是简化图。在该模型中，曲柄滑块机构的原动件曲柄需要步进电机来带动。

2.箱体与架子腿设计

箱体的尺寸根据喷雾器的尺寸来设计，经过调查，喷雾器的尺寸一般是长*宽*高为410*220*520mm，所以箱体的尺寸长*宽*高为500*280*300mm；在其左侧设计了安装水泵的矩形空间，以方便每次往药罐中抽水，矩形空间也按照其尺寸设计，喷射装置箱中的电源可用来给其供电；并在其手把中间安装了小型风扇，该小型风扇方向可以调节，能够满足不同身高的人使用。

四个架子腿横向间隔400mm，纵向间隔170mm，且为了方便不同身高的人使用，上半截设计为直径50mm的圆柱，且在端部设计直径为60mm长为10mm的圆柱；下半截为内径60mm，端部内径为50mm的圆柱，与上半截端部的凸起圆柱进行纵向固定；

在本设计中由于该装置的重量小于140千克，所以选择规格为3寸的万向轮。

3.除草装置的设计

为了做到草虫两除，该装置还添加了除草功能，如下图3和图4所示，该装置下面为除草刀刃，在使用时该装置可以拉下来固定住，在其刀刃轴的轴端内部添加了电机装置，如下图电机添加在可折叠装置28的内部，且两段轴都为空心轴，即内部电机供电可以从空心轴内部连接到喷射装置的电源上，可折叠装置28与刀刃轴27具有相对转动副，所以使用时可以开启电机使得除草装置下端的刀刃轴自动旋转。在不需要除草时，该装置可以收起来。下端刀刃轴可以合上去，而下除草伸缩机构的轴则可以收缩到上除草伸缩机构轴上，隐藏于药箱的底端。

本发明的工作过程为：

将喷雾器放入箱体中，药管通过绳索或者卡槽紧固装置固定在滑块前端，通过启动按键，将安装在曲柄上的电机启动，之后带动曲柄滑块机构运动，因为电机是可调速的，所以喷雾器药管的移动速度可以由人们调节，因此当启动时，药农只要推着该装置在农田里移动就可以给农田打药；当需要除草时，只需用将除草装置拉下来，展开后开启电机开关，便可以自动除草，在不需要除草时，该装置可以收起来。下端刀刃轴可以合上去，而下除草伸缩机构的轴则可以收缩到上除草伸缩机构轴上，隐藏于药箱的底端。真正做到了虫草两除且方便实用。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的其他技术人员来说，再不脱离本发明构想的前提下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。