一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种农业水田平整机具，尤其涉及一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置。
【背景技术】
[0002]农田表面平整状况对灌溉质量和效率有着重要影响，土地被平整后可提高作物产量20%~30%，可节约水30%~50%，水田土地利用率大大提高，并可减少农药、化肥和除草剂的使用量。水田平地机的工作效率、精度很大程度上影响了农作物的产量。
[0003]水稻生产对水田平整要求很高。为保证水稻种植时水田湿润而基本无水层，必须进行水田平整，以有利于插播后灌水均匀不造成淹苗。抛秧的稻田更需要保证一定的平整程度，地不平，水层深浅不一致，将导致抛秧后水层深处漂苗，没水处秧苗根扎不进泥浆中。
[0004]水稻田面平整有利于机器在田间进行各项工作。如果田面不平整，种植管理期和收获期排水后，低洼的地方排水不好，影响作业机械的行走和作业质量。
[0005]因此，需要一种控制精准、性能可靠、作业效率高的水田平地装置。本发明设计的一种具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，正是实现这一目标的一种水田平整机具。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种水田平地作业范围广、结构紧凑且稳定可靠的具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置。本发明应用对象为农业水田，而农业水田的特点是耕种面积大，土壤上方有一定深度的水层，土壤由于长时间浸泡在水中比较松软。根据水田的特点，需利用较长的刮刀4m，5m，6m或者根据需要设定的长度，以提高水田平整效率且刮刀具有应一定强度和耐磨性，可以在刀背上用螺栓等方式安装可拆卸的耐磨刀片，延长刮刀的使用寿命。长刮刀平整水田需要大牵引力，本水田平地装置通过拖拉机或有类似功能及可自带标准三点式悬挂装置的牵引车辆的标准后悬挂装置连接，利用拖拉机上的液压动力输出控制装置，通过控制液压缸动作实现刮刀的水平位置，达到水田平整的目的。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案为:具有球铰连接及液压缸组成连杆机构的水田平地装置，所述水田平地装置通过三点式悬挂装置2连接拖拉机1，所述装置可实现刮刀四个自由度的运动，即刮刀升降、刮刀摆动、刮刀平摆以及刮刀角度变换；所述装置由连接板3、机架4、摆架5、Y型座8、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12、刮刀角变液压缸11、角位器9、刮刀10、牵引架13和球铰机构14组成，其中:机架4一端与连接板3固接，另一端与摆架5固接，3个Y型座8分别与摆架5铰接，其中2个Y型座8分别位于摆架5左右两侧铰接，第3个Y型座8位于摆架5 —侧下部铰接；刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的耳轴分别与相应的位于摆动架5左右两侧的Y型座8铰接，刮刀摆动液压缸12的耳轴与位于摆架5 —侧下部的Y型座8铰接；刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的耳环相对应的分别与位于牵引架13上的三个球铰连接；所述刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12分别能绕着相应的Y型座8相对转动，3个Y型座8通过其铰接轴能分别相对于摆架5转动，实现刮刀升降、刮刀摆动和刮刀侧移平摆；牵引架13前端为第一球铰15，与安装在连接板3上的球面轴承座组成球铰机构14，形成球铰式连接，使牵引架13形成绕球铰机构中心的运动；所述球铰机构14的球头在关节轴承座内可实现三个自由度运动，分别为绕着球铰中心的X轴即拖拉机直行方向旋转、绕着y轴即平地装置侧向旋转和绕着z轴即垂直于水平面方向旋转；实现以球头为旋转中心，牵引架13及刮刀10通过刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的驱动与机架4形成相对运动；两刮刀角变液压缸11对称布置于牵引架13两侧，刮刀角变液压缸11 一端耳环与牵引架13上两侧翼板铰接，另一端耳环与固定在刮刀10上的角位器9连接，角变液压缸11，可根据刮刀长度，缩减为一根液压缸位于牵引架12的中央的前方或后方，形成推或拉的连接形式。所述刮刀10与角位器9通过螺栓连接，使之能一体运动。
[0008]本发明中，刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12的初始安装位置为:刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压6为竖直方向，刮刀摆动液压缸12为倾斜，使刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12与摆架5和牵引架13构成空间连杆机构形式。
[0009]本发明中，刮刀摆动液压缸12倾斜安装在平行于刮刀左提升液压缸7和刮刀右提升液压缸6的平面内的前方或后方，向左或向右倾斜。
[0010]本发明中，位于牵引架13上两侧翼板上的两根刮刀角变液压缸11，可根据刮刀长度，缩减为一根液压缸位于牵引架12的中央的前方或后方，形成推或拉的连接形式。
[0011]本发明中的连接板3向前与标准三点式悬挂装置2铰接，向后与机架4刚性连接或焊接。连接板3应具有一定高度，使机架4与牵引架13的相对位置能够实现复杂的运动要求。连接板3具有足够的强度，在作业过程中，所受X轴方向的力，通过牵引架13及球铰机构14、角位器9、刮刀10组成的整体传递到连接板3所受y轴方向的力，通过机架4传递至连接板3。
[0012]本发明中，机架4与摆架5组成整体，摆架5刚性连接或焊接在机架4 一端的端面上。机架4应具有足够强度与刚度，以承受z轴方向的力。由于机架4为悬臂状态，其长度在满足要求的情况下尽可能缩短，为进一步加强机架4的刚度，在机架4与连接板3之间可增加加强板。为避免刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12之间的运动干涉，摆架5具有一定的宽度和高度，满足三个Y型座8安装位置的要求。
[0013]本发明中，球铰机构14、牵引架13、角位器9和刮刀10组成一个整体。一个较大球铰焊接于牵引架13前端，成为球铰机构14的第一球铰15，焊接在牵引架上。其余三个分别为刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6、刮刀摆动液压缸12与牵引架13相连的第三球铰17、第四球铰18、第二球铰16。为避免刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和刮刀摆动液压缸12之间的运动干涉，牵引架13具有一定宽度，满足与液压缸相连的球铰位置具有一定距离的要求，且牵引架13的长度与机架4相适应。角位器9具有一定长度且翼板具有一定高度，使刮刀角变液压缸11离水面有一定距离，角位器9和刮刀角变液压缸11共同实现刮刀切削角度变换，实现一个改变刮刀角度的辅助功能。刮刀10应具有较大宽度，以提高作业效率。刮刀表面可通过螺栓连接耐磨钢板，以延长提高刮刀使用寿命，且方便更换。
[0014]在水田平整作业过程中，水田土壤可能高低不平，因此需要根据平整土壤的深度要求水平调节刮刀的上下位置；水田需要挖沟或者在倾斜刮坡作业中，需要刮刀绕着X轴旋转一个角度，实现刮刀倾斜；平整田埂附件的土壤，拖拉机很难精确地驾驶到所需位置，刮刀可从拖拉机侧向伸出，刮平未平整过的土壤；不同水田土壤状况不一样，为了适应不同的土壤，刮刀切削角度需根据实际情况进行调整，更好地实现平整效果。
[0015]根据水田平整的需要，本发明能实现刮刀多自由度运动，其原理为:
水田平地装置作业过程中，为实现水田平整，刮刀的四个自由度运动，即刮刀升降运动、刮刀摆动、刮刀平摆及刮刀角度变换。实现铲刀多个自由度运动的关键是由牵引架及前段的球铰机构以及连杆机构。球铰机构可实现三个自由度的转动，即能使牵引架及刮刀以球心为运动中心，绕着X轴、y轴、z轴旋转；与液压缸连接的Y型座实现两个自由度的转动即胡克副，即Y型座本身绕着I，轴相对于摆架的转动和液压缸绕着X’轴相对于Y型座的转动。刮刀摆动液压缸12、刮刀左提升液压缸7、刮刀右提升液压缸6和牵引架组成连杆机构。铰点位置分别为与三个液压缸相连的三个胡克副和三个球铰副处，三个液压缸驱动，实现牵引架及刮刀、角位器、刮刀角变液压缸等组成的整体在空间中多自由度的运动。球铰机构三个自由度的转动及Y型座两个自由度的转动均能够配合四连杆机构的运动，使得刮刀实现多自由度运动。正是这种刮刀可实现的多自由度运动，可以使得刮刀实现各种繁杂的水田平整作用，包括倾斜刮平作用。
[0016]在水田平地装置中，共有七个活动构件，分别为刮刀左提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀右提升液压缸的缸体和活塞杆、刮刀摆动液压缸的缸体和活塞以及牵引架。液压缸通过Y型座与摆架之间连接形成的胡克副可以等效为球销副19，共有三个，液压缸的缸体和活塞杆之间的连接为移动副20共有三个，三个液压缸活塞杆与牵引架之间的连接为球面副21共有三个，牵引架与连接板之间的连接为球面副21共有一个。每个活动构件在空间中具有六个自由度，每个球销副19具有两个自由度和四个约束，每个球面副21具有三个自由度和三个约束，每个移动副20具有一个自由度和五个约束。在水田平地装置中