一种智能犁土刨根秸秆处理机及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能犁土刨根秸秆处理机及其使用方法，属于农用机械领域。该装置包括秸秆集运装置、秸秆梳理装置、犁土刨根装置、横向秸秆输送装置、横向秸秆绞碎装置、纵向秸秆喂进装置、纵向秸秆切碎装置；秸秆集运装置将田地里的有序摆放或杂乱放置的秸秆收集到机器中，并向后侧装置输送；秸秆梳理装置对纵向摆放的秸秆进行梳理，并将倾斜放置的秸秆拨正；通过集运装置后，横向摆放的秸秆由横向秸秆输送带送至绞碎装置中绞碎，纵向摆放的秸秆由纵向秸秆喂进装置送入切刀口切碎；犁土刨根装置可将农作物的根茎刨出，然后对其处理。本发明可对多种农作物秸秆以及其根茎进行粉碎处理，并能将粉碎的秸秆用于收集或就地掩埋还田，提高工作效率。
【专利说明】
一种智能犁土刨根秸秆处理机及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种智能犁土刨根秸杆处理机及其使用方法，属于农用机械领域。
【背景技术】
[0002]农作物秸杆具有很多利用价值，比如可以用于造纸、制作饲料、培养微生物、制作沼气等，即使将其还田也能提高土壤质量，提高来年农作物的产量。然而，秸杆无论是用于制造、养殖，还是用于还田，都需要先进行粉碎以便于运输和覆盖还田或掩埋还田。然而，秸杆粉碎是一项耗时耗力的工作，许多农民为图省事，选择就地将秸杆焚烧，不仅浪费资源，而且污染空气环境。
[0003]尽管现在的农业机械中已经有了大型的水稻联合收割机和玉米联合收割机，可以在收获谷物的同时将秸杆粉碎还田或收集起来作它用。但是，这些联合收割机也存在不足之处。首先，带有秸杆粉碎功能的联合收割机体积一般较大，只适合于工作在地势平坦的平原地区进行大面积作业，限制了其应用范围；其次，这些大型联合收割机价格昂贵，一般都是承包运营，普通农民无力购买，使其难以普及;最后，联合收割机并非秸杆处理的专业机械，还田技术不够完善，大多数只能做到将粉碎的秸杆直接覆盖还田，不能进行掩埋还田。
[0004]目前市面上也存在专业的秸杆处理机械，如秸杆粉碎机、玉米秸杆还田机等。这些机器也存在着处理秸杆对象单一、自动化水平低、效率不高、对土地地面条件要求高等缺点。如:玉米秸杆还田机只能处理玉米秸杆；固定式的秸杆粉碎机还需要人工收集和整理秸杆才能进行粉碎;手扶式的秸杆还田机效率低下；一些专业的秸杆处理机器也只侧重秸杆粉碎功能，仍不能进行掩埋还田。
[0005]对于功能单一的专业机械，效率、适用面的宽广是决定其市场推广的重要因素。通过设计合理的机械结构和增加必要的机械结构可以使秸杆处理机适应多种秸杆对象，并具备更完善的还田技术;通过增大机器的功率和尺寸可以达到提高其效率的目的，除此之外的有效方法就是提高其自动化程度甚至使其迈向智能化。
[0006]目前，无人驾驶智能技术在汽车领域得到飞速发展，谷歌、丰田、比亚迪等汽车制造公司已经纷纷推出了自己的无人驾驶智能汽车。无人驾驶智能技术已经较为成熟，只是由于道路交通系统情况十分复杂，现阶段还无法将无人驾驶智能汽车商业化。然而，农用机械的行驶路况远没有道路交通系统复杂，其作业时的路径规划相对简单，所需要的操作功能也不用像无人驾驶智能汽车那样多，因此将无人驾驶智能汽车的部分技术应用于农用机械，既能提高其自动化程度，提高作业效率，又不会过多增加农用机械成本。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种智能犁土刨根秸杆处理机，可对水稻、玉米等多种农作物秸杆以及其根茎进行粉碎处理，并能将粉碎的秸杆用于收集或就地掩埋还田的专用型秸杆处理机。
[0008]本发明提供的一种智能犁土刨根秸杆处理机，包括秸杆集运装置、秸杆梳理装置、犁土刨根装置、横向秸杆输送装置、横向秸杆绞碎装置、纵向秸杆喂进装置、纵向秸杆切碎装置以及履带式底盘、液压油箱、液压栗、驾驶室、机架、出料管；
所述秸杆集运装置由支柱、拨头、输禾带、带轮、输禾板、活动液压缸、上横板、下横板、输茎板组成;所述支柱固定在上横板和下横板上，上横板和下横板平行设置，支柱与上、下横板垂直连接，最外侧两根支柱侧面装有2块竖板，每根支柱前端各装有一个拨头;所述上横板通过铰链直接与履带式底盘上的机架相连，下横板通过铰链与活动液压缸连接;所述活动液压缸另一端通过铰链与机架连接;所述带轮为每两个一组，输禾带为环形设置，在一组输禾带内上、下位置分别设有一组带轮，一组输禾带由两条组成，两条输禾带中间均匀设有一组输禾板，一组输禾板包括若干块输禾板，每块输禾板两端分别固定在一组输禾带上；每组输禾带两端分别设有支柱，支柱嵌在输禾带一侧，所述输禾带上表面比支柱上表面高8?12mm;上横板、下横板安装在输禾带内，带轮与上横板、下横板平行设置;所述输茎板位于输禾带下方，上端为半圆弧形表面；
所述秸杆集运装置、犁土刨根装置和秸杆梳理装置固定连接为一个整体，由支柱及上、下横板支撑；
所述秸杆梳理装置由梳刀、梳禾链、链轮、前盖和侧盖组成;所述梳禾链分别对应设置在支柱的上方，每条梳禾链配有3个链轮，3个链轮使每条梳禾链被分成三段，使梳禾链呈三角形，贴近支柱的一段为最长链段且与支柱平行设置;所述每条梳禾链上固定有16?20个梳刀，每个梳刀顶端带有倒钩;梳禾链上方设有前盖，两侧设有侧盖;平行设置的链轮由三根轴分别连接，轴两端分别固定在侧盖上;所述两个侧盖固定在最外侧的两个支柱上；
所述犁土刨根装置由支架、犁头、横梁、固定液压缸、竖板、刨刀刀架、若干刨刀和连接杆组成;所述支架前端分别设置犁头，支架另一端通过横梁连接成一个整体;横梁两侧分别各设有一台固定液压缸，所述固定液压缸通过竖板固定在最外侧的支柱上，两个固定液压缸分别与两侧的支柱连接，固定液压缸与支柱为平行设置，其两活塞杆分别固定在横梁两端;所述刨刀刀架位于支柱下方，刨刀刀架通过两根连接杆固定在横梁上，所述连接杆与支柱平行设置，刨刀刀架上装有8?12组刨刀，每组四个沿圆周方向均匀设置，每个刨刀顶端带有倒钩；
所述犁土刨根装置上的刨刀左侧正对输茎板圆弧表面边缘处所开的凹槽;刨刀随刨刀刀架转动时从输茎板上的凹槽穿过。
[0009]所述活动液压缸、固定液压缸带动秸杆集运装置、犁土刨根装置和秸杆梳理装置一起绕上横板铰接孔轴线转动;所述活动液压缸、固定液压缸分别通过液压管与机架上的液压油箱连接，在机架上还设有驱动油栗；
所述横向秸杆输送装置由一块输送带及其两端的辊轮组成;横向秸杆输送装置连接秸杆梳理装置和横向秸杆铰碎装置;所述辊轮的传动轴固定在机架两侧的机壳上；
所述横向秸杆铰碎装置包括铰碎轴、若干铰碎刀、橡胶挡片、风机、出料管以及铰碎箱、漏料开关和接料板;所述铰碎轴包括水平放置的前铰碎轴和后铰碎轴，每根铰碎轴上装有10?15组铰碎刀，每组两把;所述风机位于两根铰碎轴端部，出料管管口正对铰碎轴另一端部;铰碎轴通过轴承座固定在铰碎箱内；所述铰碎箱底部设有10?20个漏料口，漏料开关位于漏料口下方，控制漏料口开启和关闭;接料板设置在铰碎箱下方，接料板另一端位于刨刀下方； 所述纵向秸杆喂进装置由螺旋轴、进料斗、顶壳、底壳组成，螺旋轴上设有两组旋向相反的螺旋片;所述进料斗进口截面为矩形，出口截面为圆形;所述螺旋轴固定在机架两侧的机壳上;螺旋轴上方设有顶壳，下方设有底壳;所述底壳呈半圆弧状，包覆螺旋轴下圆表面；所述纵向秸杆切碎装置由切碎刀和出料通道组成;所述切碎刀正对进料斗出口，切碎刀有两片刀刃;所述出料通道为L形，出料通道的截面为矩形，出口连通横向秸杆铰碎装置；所述驾驶室设置在机架上方，机架下方为履带式底盘，机架侧面为L形出料通道;所述驾驶室设有基础操控部件以及控制盘，以手动控制固定液压缸和活动液压缸的伸缩、风机的开启和关闭、漏料开关的开启和关闭。
[0010]上述装置中，还包括无人驾驶系统，所述无人驾驶系统由识别模块、控制面板、智能控制模块、执行模块以及预警模块组成。进一步地，所述识别模块包含摄像头和图像处理器，摄像头在无人驾驶智能系统开启时对机器前进方向进行摄像，并将其转换成连续的图像发送至图像处理器;所述执行模块接收来自智能控制模块的指令，自动控制转向手柄、刹车、油门和离合器的工作;所述识别模块能够自动识别坎、沟、人以及移动的物体，当识别到前方有人、移动物及无法跃过的坎、沟时，智能控制模块控制预警模块发出报警，并同时控制执行模块踩下刹车，松开油门和离合器，使机器停止前行。
[0011 ]对于识别到的人和移动物，当其离开机器前进路线时，机器自动解除警报，并继续前进;遇到超过给定高度或宽度的沟和坎，摄像头按照机器规划路径的下一个转弯方向转动10?15度，若在转动后的摄像范围内无沟、坎，则机器从摄像头的转动方向绕过前方的沟坎。
[0012]上述装置中，所述秸杆集运装置的上横板和下横板两端均设有凸耳，凸耳上有铰接孔。
[0013]上述装置中，所述秸杆集运装置的每块输禾板上方有2?4个凹槽，输禾板与输禾带外表面之间的夹角为45±5°;所述输茎板上端圆弧端部设有凹槽，正对刨刀，所述凹槽为宽5?10mm、深15?20cm的凹槽，凹槽宽度比刨刀最厚处的宽度大2?4mm，使刨刀在转动时可以从凹槽中穿过。
[0014]上述装置中，所述活动液压缸与机架铰链连接，液压缸的活塞杆通过铰链连接在下横板的凸耳上；当活塞杆伸缩时，可带动整个秸杆集运装置绕其与机架连接的铰接孔正反旋转；当液压缸活塞杆完全收缩时，支柱与地平面之间的平角为45°?50°，当液压缸活塞杆完全伸展时，支柱与地平面之间的夹角为15°?20° ；
所述固定液压缸与竖板连接，液压缸的活塞杆与支架固定连接，活塞杆伸缩可带动整个犁土刨根装置沿平行于支柱的方向往复移动；当固定液压缸完全收缩时，支柱上的拨头比支架上的犁头在竖直方向的高度低10?15cm;当2个固定液压缸完全伸出时，拨头比犁头在竖直方向上高25?30cmo
[0015]上述装置中，所述前、后铰碎轴上的铰碎刀，在同一圆周平面上相隔180度设置，且两根铰碎轴上相邻的铰碎刀之间相互错开。
[0016]上述装置中，所述输送带与支柱所在平面之间的夹角为90?100°;输送带的宽度为500?600mm;输送带连接秸杆集运装置和铰碎箱，将集运装置整理好的秸杆运送到铰碎装置中。
[0017]上述装置中，所述横向秸杆铰碎装置的前、后铰碎轴固定在铰碎箱上壁，橡胶挡片上端固定在铰碎箱上壁，下端距离转到水平位置最近的铰碎刀刀尖4?5cm;漏料开关的右侧与铰碎箱下壁铰链连接。
[0018]所述梳禾链的移动线速度是输禾板移动线速度的1.5?2倍。
[0019]所述秸杆集运装置的链轮、横向秸杆输送装置的辊轮顺时针方向旋转;秸杆装置的带轮、秸杆喂进装置的两根螺旋轴、刨刀刀架逆时针方向旋转;两根铰碎轴旋转方向相反。
[0020]本发明的工作原理:
(I)当秸杆处理机行驶在公路上时，秸杆集运装置、梳理装置、横向和纵向秸杆输送装置、犁土刨根装置、秸杆铰碎和切碎装置以及无人驾驶智能系统皆不工作;两个液动液压缸和两个固定液压缸活塞杆完全收缩，从而将4根支柱抬起，使秸杆集运装置、梳理装置和犁土刨根装置远离地面，秸杆处理机得以完全、快速地行驶在公路上，由人工驾驶或由其它运载车辆把可无人驾驶的智能犁土刨根秸杆处理机运输到指定的地点。
[0021](2)当秸杆处理机到达目的农田后，首先使两个活动液压缸活塞伸展，将支柱及其支撑的装置放下，然后开启秸杆集运装置、梳理装置、横向和纵向秸杆输送装置、犁土刨根装置、秸杆铰碎和切碎装置和无人驾驶智能系统。采用人工操作时，无人驾驶智能系统不启用;不需要对根茎进行粉碎时，犁土刨根装置不启动。
[0022](3)当采用人工操作机器，不需要对根茎进行粉碎时，直接将机器开向秸杆。此时4个拨头贴近土地表面，将地上的秸杆铲起。秸杆集运装置上的输禾板负责将秸杆收集起来并向后运输。秸杆梳理装置对秸杆也有一定的收集和运输作用，同时还能对秸杆进行梳理，将倾斜的秸杆摆正，使其朝纵向摆放向后运输。
[0023]通过集运装置和梳理装置后的横向秸杆，在自身重力下落到横向秸杆运输装置的运送带上，进入铰碎箱由铰碎刀铰碎;纵向秸杆则可以伸到螺旋轴上，由于两螺旋轴的旋转方向相同，螺旋片旋向相反，在螺旋轴的旋转作用下，秸杆一方面继续向后输送，另一方面向中间聚集，再加上螺旋轴后的进料斗截面逐渐缩小，秸杆最终在进料斗的圆截面出口聚集送出。聚集而出的纵向秸杆较单根秸杆不易弯曲，更容易被出口处高速旋转的切碎刀切断。
[0024]切碎的秸杆通过矩形截面落料通道进入横向秸杆铰碎箱，与铰碎的秸杆混合在一起。启动铰碎轴后的风机，并关闭漏料开关，可将碎秸杆从输料管吹出，便于收集。
[0025](4)采用人工操作，当需要刨根粉碎时，先使刨刀刀架运转起来，然后使秸杆处理机在田地里缓慢爬行，驱动两个固定液压缸，使犁土刨根装置缓慢放下，犁头逐步犁入土里。
[0026]犁头将土犁松后，刨刀可轻易钩起根茎。当刨刀穿过输茎板圆弧平面的凹槽时，锋利的倒钩将根茎切断，根茎进入输茎板，并在输禾板的作用下与秸杆一同向后运输，最终与横向秸杆一起在铰碎箱内被铰碎。
[0027]混有碎根茎的碎秸杆不适合收集起来作其它用途。此时打开漏料开关，碎秸杆和碎根茎从漏料口漏出，并通过接料板落到刨刀刀架后。刨刀在钩起根茎的同时也翻动泥土将落下的碎秸杆和碎根茎覆盖。
[0028]若既需要刨根粉碎，又需要将粉碎的秸杆收集起来利用，则可将秸杆粉碎过程和根茎粉碎过程分开，先处理秸杆，再刨根粉碎根茎。
[0029](5)当采用无人驾驶智能系统来驾驶和操作秸杆处理机时，也需要视情况手动选择需要开启的装置，然后切换到无人驾驶智能模式。此时机器还没有移动，操作人员下车，通过遥控器开启无人驾驶智能。作业过程中，随时可以通过遥控器使机器停止运行，以方便人员上车进行人工操作。
[0030]无人驾驶智能系统负责控制机器的转向、制动、油门、刹车、离合器、液压缸，其它装置的开启和关闭则手动完成。
[0031]切换到无人驾驶智能模式之前，操作人员也可以通过输入三个及以上的坐标点，将机器的行驶范围限制在输入坐标点与机器所在坐标点围成的多边形区域内，秸杆处理机内置的计算芯片会自动计算出行驶路径。此外，操作人员也可以自行规划秸杆处理机的行驶路径。
[0032]本发明的有益效果:
(I)本发明提供的可无人驾驶的智能犁土刨根秸杆处理机，能够自动拾取田地里的秸杆，同时能对秸杆自行进行梳理，使之能够处理杂乱摆放在田地里的秸杆。
[0033](2)能够对玉米、水稻、花生、小麦等多种长短不同、硬脆程度不同的秸杆进行粉碎处理。其中，短而软的秸杆主要通过秸杆铰碎装置进行铰碎;长而脆的秸杆主要通过切碎装置进行切碎。
[0034](3)粉碎的秸杆可以通过出料管收集起来加以利用，也可以从出料管出口撒到田地里，直接进行覆盖还田，还可以从铰碎箱的漏料口出进行掩埋还田。
[0035](4)能够同时犁土和刨根，并将根茎一同粉碎，能一次性完成犁土、秸杆粉碎、根茎粉碎、掩埋还田或收集的工作，效率高，功能完善。
[0036](5)保留人工操作功能的同时，附带了无人驾驶智能系统，可实现机器的自行工作，节省人力。
【附图说明】
[0037]图1为可无人驾驶的智能犁土刨根秸杆处理机主视图；
图2为图1的分解图；
图3为图1立体效果图；
图4为秸杆集运装置中输禾板、输禾带、带轮的连接关系示意图；
图5为秸杆处理机工作装置的传动示意图；
图6为无人驾驶智能系统模块图；
图中:I一犁头;2一支架;3一拨头;4一输莖板;5一带轮;6一输禾板;7一支柱;8一输禾带;9一链轮;10—梳刀；11一前盖;12—梳禾链;13—下横板;14一竖板;15—上横板;16—棍轮；17—底壳；18—铰碎刀；19一前铰碎轴；20—螺旋轴；21—顶壳;22—进料斗；23—驾驶室；24—铰碎箱；25—出料通道；26 —出料管；27—机架；28—履带式底盘；29—橡胶挡片；30—漏料开关；31 —输送带；32—接料板；33—活动液压缸；34—固定液压缸；35—刨刀；36—连接杆；37—横梁；38—刨刀刀架；39—侧盖;40—后铰碎轴；41 一切碎刀；42—风机；43一驱动轴。
【具体实施方式】
[0038]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0039]实施例:如附图1?4所示的可无人驾驶的犁土刨根秸杆处理机，秸杆集运装置由4根支柱(7)、4个拨头(3)、6条输禾带(8)、12个带轮(5)、20~30块输禾板(6)、两个活动液压缸
(33)、上横板(15)、下横板(13)和输茎板(4)组成;4根支柱(7)平行、首末对齐放置，每根支柱头部各装有一个拨头(3)，支柱中部和尾部固定连接下横板(13)和上横板(I 5);上、下横板使4根支柱(7)的相对位置固定，同时上、下横板两端设置的凸耳通过铰链与机架(27)及机架上的活动液压缸(33)的活塞杆连接，从而通过活塞杆的伸缩，使下横板(13)带动4根支柱(7)及整个秸杆集运装置绕上横板凸耳铰接孔旋转；
12个带轮(5)分别设置在两根轴上，轴穿过输禾带(8)内部，带轮(5)为每两个一组，每两组带轮上装有一组输禾带，两组带轮分别设置在输禾带的上、下方，输禾带共有6条，为环形设置，每两条输禾带为一组，每组输禾带固定一组输禾板(6);支柱嵌在输禾带一侧，SP4根支柱分别设在每组输禾带两侧，所述输禾带(8)上表面比支柱(7)上表面高8?12mm;带轮
(5)通过轴承座及轴承安装在支柱(7)上方，并位于相邻支柱中间的空隙中；支柱与上横板、下横板平行设置。
[0040]所述输茎板(4)位于支柱下方，输茎板(4)上端为半圆弧，将带轮(5)包裹在其中，下端为向下弯曲的凸圆弧，且边缘处均匀设有凹槽。
[0041 ]秸杆梳理装置由12个链轮(9 )、4条梳禾链(12 )、4组梳刀(1 )、前盖(11)和两个侧盖(39)组成;每3个链轮(9)为一组，呈三角形布置，最长边两端的链轮大小相同，起传动作用，另一个链轮位于下方，则起张紧作用，下方的链轮大小可与另两个链轮(9)不同，也可以相同;4条梳禾链(12)分别缠绕在4组链轮(9)上，每条梳禾链(12)在3个链轮(9)的作用下分成三条边，其中最长边与前盖(11)平行设置，第二长边与支柱(7)平行;4组链轮中，同一水平位置的不同组之间的4个链轮(9)共用一根轴，轴两端分别连接在装置的两端侧盖(39)上;每条梳禾链上固定有10?20把梳刀(10);
所述两块侧盖(39)固定在支柱(7)及上、下横板上，每块侧盖(39)上有三个孔，与链轮(9)的轴相连;前盖(11)固定在侧盖(39)上，位于梳禾链(12)上方，并与梳禾链(12)的最长边平行;前盖(11)头部为半圆弧，包裹4个同轴链轮(9);末端为半圆弧，且在边缘处延伸，将上方链轮轴包裹在内。
[0042]犁土刨根装置由竖板(14)、7根支架(2)、横梁(37)、7个犁头(1)、2根连接杆(36)、2个固定液压缸(34)、刨刀刀架(38)以及8?12组刨刀(35)组成;所述竖板(14)固定在支柱(7)上，与2个固定液压缸(34)连接;所述固定液压缸(34)的活塞杆与横梁(37)的上表面连接；所述横梁(37)上表面内侧固定有2根连接杆(36);所述7根支架(2)头部各装有一个犁头
(I)，支架(2)的尾部固定连接在横梁(37)上；
所述2根连接杆(36 )中间装有一个刨刀刀架(38 )，可绕连接杆(36 )转动，刨刀刀架(38 )上装有8?12组刨刀(35)，每组四个沿圆周方向均匀设置;所述刨刀(35)前凹后凸，刀尖处有倒钩；
所述刨刀刀架(38)外圆表面靠近输茎板(4)后边缘，间隔I?2cm，当刨刀刀架(38)转动时，刨刀(35)从输茎板(4)圆弧面上的凹槽中穿过。
[0043]纵向秸杆喂进装置由顶壳(21)、底壳(17)、两根螺旋轴(20)和进料斗(22)组成;所述顶壳(21)后端固定在驾驶室(23)上，位于螺旋轴(20)上方，顶壳(21)前端与前盖(11)之间有空隙，保证前盖(11)随支柱(7)旋转时与顶壳(21)不发生触碰;所述底壳(17)呈半圆，包裹螺旋轴(20)下部，保证纵向秸杆从螺旋轴(20)上方喂进，并在旋向相反的两片螺旋片作用下向两根螺旋轴(20)中间汇聚，进入进料斗(22)中；所述进料斗(22)固定在驾驶室
(23)上，位于螺旋轴(20)后，进料斗(22)水平方向的中心线与螺旋轴(20)轴线在竖直方向上的高度差与螺旋片的外缘外径相等;所述进料斗(22)进口截面为矩形，出口为圆形。
[0044]纵向秸杆切碎装置由切碎刀(41)和出料通道(25 )组成；所述L形进料通道(25 )固定在驾驶室(23)下方左侧(图1中位置)，截面为矩形，L形出料通道上设置了两个孔，上方的大孔正对进料斗(22)出口处，大孔下方设有一个小孔供切碎刀运转;所述大孔宽度与进料斗(22)出口直径相等；
所述切碎刀(41)的转动轴穿过L形出料通道(25 )的小孔，刀片位于L形出料通道内部。
[0045]横向秸杆输送装置由2个辊轮(16)、输送带(31)组成，所述输送带(31)连接在2个辊轮(16)上；
横向秸杆铰碎装置位于纵向秸杆喂进装置下方，由铰碎箱(24)、10?20块橡胶挡片
(29)、前铰碎轴(19)、后铰碎轴(40)、风机(42)、漏料开关(30)、接料板(32)及出料管(26)组成；
所述铰碎箱(24)位于螺旋轴(20)下方，内置前铰碎轴(19)和后铰碎轴(40)，上壁贴有20?30块橡胶挡片(29);所述前、后铰碎轴上各装有8?12组铰碎刀(18)，每组2把沿圆周呈180°夹角设置，两根铰碎轴上的铰碎刀(18)位置相互错开;所述铰碎箱(24)两侧一面固定有风机(42)，另一面连接出料管(26)。
[0046]如附图5所示的秸杆处理机各装置传动示意图，所述螺旋轴(20)与最上方的链轮
(9)在水平方向的距离为40?50cm，在竖直方向上螺旋轴(20)比最上方链轮(9)高8?12cm;所述输送带上的棍轮(16)上端位于最上方带轮(5)后侧，轴心比带轮(5)圆心在竖直方向低5?6cm，辊轮(16)下端位于铰碎箱(24)底面前方;驱动轴(43)通过齿轮机构将运动传递到前铰碎轴(19)和后铰碎轴(40)，前铰碎轴(19)和后铰碎轴(40)平行设置，带轮(5)、链轮(9)和辊轮(16)皆为链传动；切碎刀(41)则需两级传动，其中第一级为锥齿轮传动，第二级为带传动，第一级传动机构中的两个锥齿轮、第二级传动机构中的两个传动带轮皆与驱动轴(43)、切碎刀(41)处于同一水平面;具体传动关系及其一组可选的传动比为:驱动轴(43):前铰碎轴(19):后铰碎轴(40)=1:1:1;驱动轴(43):前铰碎轴(19):螺旋轴(20):链轮(9)=1:1:0.1:
0.3;驱动轴(43):辊轮(16):带轮(5)=1:0.3:0.2;驱动轴(43):切碎刀(41)=1:3。
[0047]如附图6所示的可无人驾驶的智能犁土刨根秸杆处理机智能系统模块图，包含控制面板、识别模块、智能控制模块、执行模块和预警模块；
所述控制面板布置在驾驶室控制台上，功能包括:无人/有人驾驶模式切换、工作范围指定、工作路径手动规划;所述无人/有人驾驶模式的切换是通过控制面板的开启/关闭来完成，当控制面板开启机器即进入无人驾驶模式，反之当控制面板关闭时则切换到有人驾驶模式;所述有人驾驶模式是指秸杆处理机的所有动作皆由人手动操作完成;所述无人驾驶模式则指在人为完成必要的手动操作后，处理机在无人干预的情况完成秸杆的处理工作；
所述工作范围指定通过向控制面板输入坐标来完成，其中坐标原点设置为处理器的重心位置，并以秸杆处理机的前进方向为横坐标，相应垂直横坐标的方向为纵坐标； 所述路径手动规划通过向控制面板输入指令及坐标来完成;所述指令共有8个，分别为:前进指令、后退指令、暂停指令、左转指令、右转指令、“之”字形循环指令、“回”字形循环指令、速度指令;所述速度指令后接速度值，用于指定进车速度;所述前进指令、后退指令、左转指令、右转指令后接单个坐标，控制机车以相应动作移动到该坐标点；暂停指令后接时间值，是指定停车时间；“之”字形循环指令和“回”字形循环指令后接3个以上坐标，表示处理机将按“之”字形或“回”字形的工作方式对输入多个坐标围成的面积进行作业；
所述智能控制模块包含控制单元和寄存器;所述控制单元将控制面板的输入、识别模块的数据和预警模块的信号转换成统一指令，存入寄存器中；所述寄存器按照顺序读取指令，控制执行模块各部件协调完成相应的指令动作；
划定工作范围后，所述控制单元也能自行规划路径并生成相应的控制指令；
所述识别模块由摄像头和图像处理器组成；所述摄像头在切换到无人驾驶模式时工作，连续对机车前方进行摄影，并以5帧/s~20帧/s的速度将图片传送至图像处理器;所述图像处理器内置图像数据库，将摄像头传来的图像进行画面处理后与图像数据库中已有图像进行比对，已判断摄像头所拍摄之物是否为不能通过的沟、坎及其他障碍物，并根据连续图像上物体的相对位置判断物体是否移动;若在行驶路径上遇到为沟、坎或其他不能通过的障碍物，控制单元发出后退、左转或右转指令绕过沟、坎、障碍物;若前方为移动物体，控制单元发出暂时指令，使处理机停止前进，并暂停工作；
所述预警模块由警报器、信号接收器、信号发生器组成;所述警报器在处理机工作出现异常或摄像头拍摄到无头识别的物体时发出报警铃声;所述信号发生器在警报器报警时将警报信号发送至遥控器，使遥控器报警;所述信号接收器接收遥控器发出的暂停/继续、停止信号，将通过信号发生信传送至控制单元，使处理机暂停或继续工作，或完成熄火停止作业；
所述执行模块控制通过电机控制转向器转向；通过油栗控制油门、刹车、离合器和液压缸的动作;通过电磁铁控制变速器变速。
[0048]本发明能够对玉米、水稻、花生、小麦等多种长短不同、硬脆程度不同的秸杆进行粉碎处理。其中，短而软的秸杆主要通过秸杆铰碎装置进行铰碎;长而脆的秸杆主要通过切碎装置进行切碎。
[0049]本发明秸杆处理机的使用方法如下:
人工控制时包括以下步骤:
(1)当秸杆处理机到达目的农田后，首先使两个活动液压缸活塞伸展，将支柱及其支撑的装置放下，然后开启秸杆集运装置、秸杆梳理装置、横向秸杆输送装置、横向秸杆绞碎装置、纵向秸杆喂进装置、纵向秸杆切碎装置;采用人工操作时，无人驾驶智能系统不启用;初始阶段不需要对根茎进行粉碎时，犁土刨根装置不启动；
(2)当采用人工操作机器，直接将机器开向秸杆;此时4个拨头贴近土地表面，将地上的秸杆铲起;秸杆集运装置上的输禾板负责将秸杆收集起来并向后运输;秸杆梳理装置对秸杆也能起到收集和运输作用，同时还能对秸杆进行梳理，将倾斜的秸杆摆正，使其朝纵向摆放向后运输；
通过秸杆集运装置和秸杆梳理装置后的横向秸杆，在自身重力下落到横向秸杆输送装置的输送带上，进入铰碎箱由铰碎刀铰碎;纵向秸杆则伸到螺旋轴上，由于两螺旋轴的旋转方向相同，螺旋片旋向相反，在螺旋轴的旋转作用下，秸杆一方面继续向后输送，另一方面向中间聚集，再加上螺旋轴后的进料斗截面逐渐缩小，秸杆最终在进料斗的圆形截面出口聚集送出；聚集而出的纵向秸杆较单根秸杆不易弯曲，更容易被出口处高速旋转的切碎刀切断；
切碎的秸杆通过矩形截面落料通道进入横向秸杆铰碎箱，与铰碎的秸杆混合在一起；启动铰碎轴后的风机，并关闭漏料开关，将碎秸杆从输料管吹出，便于收集；
(3 )需要刨根粉碎时，先使刨刀刀架运转起来，然后使秸杆处理机在田地里缓慢爬行，驱动两个固定液压缸，使犁土刨根装置缓慢放下，犁头逐步犁入土里；
犁头将土犁松后，刨刀可轻易钩起根茎;当刨刀穿过输茎板圆弧平面的凹槽时，锋利的倒钩将根茎切断，根茎进入输茎板，并在输禾板的作用下与秸杆一同向后运输，最终与横向秸杆一起在铰碎箱内被铰碎；
混有碎根茎的碎秸杆不适合收集起来作其它用途，此时打开漏料开关，碎秸杆和碎根茎从漏料口漏出，并通过接料板落到刨刀刀架后；刨刀在钩起根茎的同时也翻动泥土将落下的碎秸杆和碎根茎覆盖；
若既需要刨根粉碎，又需要将粉碎的秸杆收集起来利用，则将秸杆粉碎过程和根茎粉碎过程分开，先处理秸杆，再刨根粉碎根茎。
[0050]无人驾驶时包括以下步骤:(需要预先设定好参数)
采用无人驾驶智能系统来驾驶和操作秸杆处理机时，视情况手动选择需要开启的装置，然后切换到无人驾驶智能模式;此时机器还没有移动，操作人员下车，通过遥控器开启无人驾驶智能;作业过程中，随时可以通过遥控器使机器停止运行，以方便人员上车进行人工操作；
无人驾驶智能系统负责控制机器的转向、制动、油门、刹车、离合器、液压缸，其它装置的开启和关闭则手动完成；
切换到无人驾驶智能模式之前，操作人员也能通过输入三个及以上的坐标点，将机器的行驶范围限制在输入坐标点与机器所在坐标点围成的多边形区域内，秸杆处理机内置的计算芯片会自动计算出行驶路径;此外，操作人员也可以自行规划秸杆处理机的行驶路径。
【主权项】
1.一种智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:包括秸杆集运装置、秸杆梳理装置、犁土刨根装置、横向秸杆输送装置、横向秸杆绞碎装置、纵向秸杆喂进装置、纵向秸杆切碎装置以及履带式底盘、液压油箱、液压栗、驾驶室、机架、出料管； 所述秸杆集运装置由支柱、拨头、输禾带、带轮、输禾板、活动液压缸、上横板、下横板、输茎板组成;所述支柱固定在上横板和下横板上，上横板和下横板平行设置，支柱与上、下横板垂直连接，最外侧两根支柱侧面装有2块竖板，每根支柱前端各装有一个拨头;所述上横板通过铰链直接与履带式底盘上的机架相连，下横板通过铰链与活动液压缸连接;所述活动液压缸另一端通过铰链与机架连接;所述带轮为每两个一组，输禾带为环形设置，在一组输禾带内上、下位置分别设有一组带轮，一组输禾带由两条组成，两条输禾带中间均匀设有一组输禾板，一组输禾板包括若干块输禾板，每块输禾板两端分别固定在一组输禾带上；每组输禾带两端分别设有支柱，支柱嵌在输禾带下方，所述输禾带上表面比支柱上表面高8?12mm;上横板、下横板安装在输禾带内，带轮与上横板、下横板平行设置； 所述输莖板位于输禾带下方，上端为半圆弧形表面； 所述秸杆集运装置、犁土刨根装置和秸杆梳理装置固定连接为一个整体，由支柱及上、下横板支撑； 所述秸杆梳理装置由梳刀、梳禾链、链轮、前盖和侧盖组成;所述梳禾链分别对应设置在支柱的上方，每条梳禾链配有3个链轮，3个链轮使每条梳禾链被分成三段，使梳禾链呈三角形，贴近支柱的一段为最长链段且与支柱平行设置;所述每条梳禾链上固定有16?20个梳刀，每个梳刀顶端带有倒钩;梳禾链上方设有前盖，两侧设有侧盖;平行设置的链轮由三根轴分别连接，轴两端分别固定在侧盖上;所述两个侧盖固定在最外侧的两个支柱上； 所述犁土刨根装置由支架、犁头、横梁、固定液压缸、竖板、刨刀刀架、若干刨刀和连接杆组成;所述支架前端分别设置犁头，支架另一端通过横梁连接成一个整体;横梁两侧分别各设有一台固定液压缸，所述固定液压缸通过竖板固定在最外侧的支柱上，两个固定液压缸分别与两侧的支柱连接，固定液压缸与支柱为平行设置，其两活塞杆分别固定在横梁两端;所述刨刀刀架位于支柱下方，刨刀刀架通过两根连接杆固定在横梁上，所述连接杆与支柱平行设置，刨刀刀架上装有8?12组刨刀，每组四个沿圆周方向均匀设置，每个刨刀顶端带有倒钩； 所述犁土刨根装置上的刨刀左侧正对输茎板圆弧表面边缘处所开的凹槽； 所述活动液压缸、固定液压缸带动秸杆集运装置、犁土刨根装置和秸杆梳理装置一起绕上横板铰接孔轴线转动;所述活动液压缸、固定液压缸分别通过液压管与机架上的液压油箱连接，在机架上还设有驱动油栗； 所述横向秸杆输送装置由一块输送带及其两端的辊轮组成;横向秸杆输送装置连接秸杆梳理装置和横向秸杆铰碎装置;所述辊轮的传动轴固定在机架两侧的机壳上； 所述横向秸杆铰碎装置包括铰碎轴、若干铰碎刀、橡胶挡片、风机、出料管以及铰碎箱、漏料开关和接料板;所述铰碎轴包括水平放置的前铰碎轴和后铰碎轴，每根铰碎轴上装有10?15组铰碎刀，每组两把;所述风机位于两根铰碎轴端部，出料管管口正对铰碎轴另一端部;铰碎轴通过轴承座固定在铰碎箱内；所述铰碎箱底部设有10?20个漏料口，漏料开关位于漏料口下方，控制漏料口开启和关闭;接料板设置在铰碎箱下方，接料板另一端位于刨刀下方； 所述纵向秸杆喂进装置由螺旋轴、进料斗、顶壳、底壳组成，螺旋轴上的螺旋片旋向相反;所述进料斗进口截面为矩形，出口截面为圆形;所述螺旋轴固定在机架两侧的机壳上；所述顶壳设置在螺旋轴上方，底壳设置在螺旋轴下方且包覆螺旋轴下半圆； 所述纵向秸杆切碎装置由切碎刀和出料通道组成;所述切碎刀正对进料斗出口，切碎刀有两片刀刃;所述出料通道为L形，出料通道的截面为矩形，出口连通横向秸杆铰碎装置； 所述驾驶室设置在机架上方，机架下方为履带式底盘，机架侧面为L形出料通道;所述驾驶室设有基础操控部件以及控制盘，以手动控制固定液压缸和活动液压缸的伸缩、风机的开启和关闭、漏料开关的开启和关闭。2.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:还包括无人驾驶系统，所述无人驾驶系统由识别模块、控制面板、智能控制模块、执行模块以及预警模块组成；所述识别模块包含摄像头和图像处理器，摄像头在无人驾驶智能系统开启时对机器前进方向进行摄像，并将其转换成连续的图像发送至图像处理器;所述执行模块接收来自智能控制模块的指令，自动控制转向手柄、刹车、油门和离合器的工作;所述识别模块能够自动识别坎、沟、人以及移动的物体，当识别到前方有人、移动物及无法跃过的坎、沟时，智能控制模块控制预警模块发出报警，并同时控制执行模块踩下刹车，松开油门和离合器，使机器停止前行。3.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述秸杆集运装置的上横板和下横板两端均设有凸耳，凸耳上设有铰接孔。4.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述秸杆集运装置的每块输禾板上方有2?4个凹槽，输禾板与输禾带外表面之间的夹角为45±5° ;所述输茎板上端圆弧端部设有凹槽，正对刨刀，所述凹槽为宽5?10mm、深15?20cm的凹槽，其宽度比刨刀最厚处的宽度大2?4mm，使刨刀在转动时可以从凹槽中穿过。5.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述两个活动液压缸活塞杆铰接在下横板外侧两个凸耳上，当活塞杆伸缩时，可带动整个秸杆集运装置绕其与机架连接的铰接孔正反旋转；当液压缸活塞杆完全收缩时，支柱与地平面之间的平角为45°?50°，当液压缸活塞杆完全伸展时，支柱与地平面之间的夹角为15°~20° ; 所述固定液压缸与竖板连接，液压缸上的活塞杆与支架固定连接，活塞杆伸缩可带动整个犁土刨根装置沿平行于支柱的方向往复移动；当固定液压缸完全收缩时，支柱上的拨头比支架上的犁头在竖直方向的高度低10?15cm;当2个固定液压缸完全伸出时，拨头比犁头在竖直方向上高25?30cm。6.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述前、后铰碎轴上的铰碎刀，在同一圆周平面上相隔180度设置，且两根铰碎轴上相邻的铰碎刀之间相互错开。7.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述输送带与支柱所在平面之间的夹角为90?100° ;输送带的宽度为500?600mm，输送带连接秸杆集运装置和铰碎箱。8.根据权利要求1所述的智能犁土刨根秸杆处理机，其特征在于:所述横向秸杆铰碎装置的前、后铰碎轴通过轴承座及轴承固定在铰碎箱上壁，橡胶挡片上端固定在铰碎箱上壁，橡胶挡片下端与距离最近的铰碎刀刀尖间隔为4?5cm;漏料开关的右侧与铰碎箱下壁铰链连接。9.一种权利要求1或3~8中任一项所述的智能犁土刨根秸杆处理机的使用方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)当秸杆处理机到达目的农田后，首先使两个活动液压缸活塞伸展，将支柱及其支撑的装置放下，然后开启秸杆集运装置、秸杆梳理装置、横向秸杆输送装置、横向秸杆绞碎装置、纵向秸杆喂进装置、纵向秸杆切碎装置;采用人工操作时，无人驾驶智能系统不启用;初始阶段不需要对根茎进行粉碎时，犁土刨根装置不启动； (2)当采用人工操作机器，直接将机器开向秸杆;此时4个拨头贴近土地表面，将地上的秸杆铲起;秸杆集运装置上的输禾板负责将秸杆收集起来并向后运输;秸杆梳理装置对秸杆也能起到收集和运输作用，同时还能对秸杆进行梳理，将倾斜的秸杆摆正，使其朝纵向摆放向后运输； 通过秸杆集运装置和秸杆梳理装置后的横向秸杆，在自身重力下落到横向秸杆输送装置的输送带上，进入铰碎箱由铰碎刀铰碎;纵向秸杆则伸到螺旋轴上，由于两螺旋轴的旋转方向相同，螺旋片旋向相反，在螺旋轴的旋转作用下，秸杆一方面继续向后输送，另一方面向中间聚集，再加上螺旋轴后的进料斗截面逐渐缩小，秸杆最终在进料斗的圆形截面出口聚集送出；聚集而出的纵向秸杆较单根秸杆不易弯曲，更容易被出口处高速旋转的切碎刀切断； 切碎的秸杆通过矩形截面落料通道进入横向秸杆铰碎箱，与铰碎的秸杆混合在一起；启动铰碎轴后的风机，并关闭漏料开关，将碎秸杆从输料管吹出，便于收集； (3)需要刨根粉碎时，先使刨刀刀架运转起来，然后使秸杆处理机在田地里缓慢爬行，驱动两个固定液压缸，使犁土刨根装置缓慢放下，犁头逐步犁入土里； 犁头将土犁松后，刨刀可轻易钩起根茎；当刨刀穿过输茎板圆弧平面的凹槽时，锋利的倒钩将根茎切断，根茎进入输茎板，并在输禾板的作用下与秸杆一同向后运输，最终与横向秸杆一起在铰碎箱内被铰碎； 混有碎根茎的碎秸杆不适合收集起来作其它用途，此时打开漏料开关，碎秸杆和碎根茎从漏料口漏出，并通过接料板落到刨刀刀架后；刨刀在钩起根茎的同时也翻动泥土将落下的碎秸杆和碎根茎覆盖； 若既需要刨根粉碎，又需要将粉碎的秸杆收集起来利用，则将秸杆粉碎过程和根茎粉碎过程分开，先处理秸杆，再刨根粉碎根茎。10.—种权利要求1?8中任一项所述的智能犁土刨根秸杆处理机的使用方法，其特征在于:包括以下步骤: 采用无人驾驶智能系统来驾驶和操作秸杆处理机时，视情况手动选择需要开启的装置，然后切换到无人驾驶智能模式;此时机器还没有移动，操作人员下车，通过遥控器开启无人驾驶智能;作业过程中，随时可以通过遥控器使机器停止运行，以方便人员上车进行人工操作； 无人驾驶智能系统负责控制机器的转向、制动、油门、刹车、离合器、液压缸，其它装置的开启和关闭则手动完成； 切换到无人驾驶智能模式之前，操作人员也能通过输入三个及以上的坐标点，将机器的行驶范围限制在输入坐标点与机器所在坐标点围成的多边形区域内，秸杆处理机内置的 计算芯片会自动计算出行驶路径;此外，操作人员也可以自行规划秸杆处理机的行驶路径。
【文档编号】A01D82/00GK105830561SQ201610193778
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】郭文亮, 刘润爱, 杨文通, 宫晓琴, 梁群龙, 武利生, 张 杰, 韩念琛, 梁义维, 丁艳红, 王晓玲, 郭政, 郑进花, 田富强
【申请人】太原理工大学