一种枯荷叶自动清理收集装置及方法

1.本发明涉及枯荷叶的清理和收集技术，具体的说是枯荷叶自动清理及收集装置及方法。


背景技术：

2.由于池塘、湖泊等水域中的荷花越来越多，夏季满池翠绿中夹杂着枯荷叶，到秋季满池的荷花就变的枯黄，不再美观，如果荷叶枯萎后不及时清理，就会在水中腐烂，对水域水质有影响，因此，需要对枯萎的荷叶进行清理。
3.目前，清理枯荷叶以及枯荷叶杆的工作是由人力来进行，费时费力，并且在人工清理枯荷叶的过程中，由于需要从枯荷叶杆的底部将其切割掉，操作较为困难，且存在着安全隐患。中国专利申请号为201810049635.9、名称为“一种农业生产用多功能荷叶加工船”的文献中公开的荷叶加工船，能实现远程操控且可根据荷叶的生长情况调节切割高度，但其对切割高度的可调节空间较小，切割部位距离荷叶较近，基本都位于水面之上，因此，在进行采摘时，会漏掉一些长势比较矮小的荷叶未清理，而且该加工船主要针对新鲜的荷叶采集，无法切割水下的荷叶杆，不能满足对枯荷叶清理的要求，而且其对于荷叶边缘面并不水平的荷叶来说，采摘的时候荷叶与采摘齿会发生干涉，实际采摘起来极为不便。
4.中国专利申请号为cn201711012194.7、名称为“一种荷叶自动采摘及切割船”的的文献中公开的切割船，其结构和功能都相对简单，其荷叶采摘机构和荷叶切割机构位置都是固定的，不能随着荷叶长势不同引起的高度不一致而变化，因此不能完全地切除荷叶根茎，并且只有切割功能，还需后续加工，增加了人工工作量；而且其荷叶切除后荷叶沿滑板下滑会存在不能完全下滑到船舱底部，因此后续加工的荷叶会堆积，不利于后续的操作，且其船体采用的是不规则形状，不利于加工方便，并且也不能保障稳定性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有枯荷叶清理存在的问题，提出一种能够切割清理更加彻底的枯荷叶自动清理收集装置，本发明同时提出该装置对枯荷叶实现自动清理和收集的方法。
6.为实现上述目的，本发明一种枯荷叶自动清理收集装置采用的技术方案是：其包括船体，船体的前端设置切割装置1、升降装置和传输装置，升降装置下端连接切割装置能带动切割装置上下垂直移动，所述的切割装置具有输出轴垂直向下的第一电机，第一电机经齿轮传动机构带动一左一右布置的上刀片和下刀片相对旋转，上刀片和下刀片的中心轴均上下垂直，上刀片的下底面高于下刀片的上表面；所述的传输装置具有左右水平布置的第三电机，第三电机通过带轮和皮带带动滚压轮和滚轮同向旋转，所述的滚轮在上刀片和下刀片的正上方，滚压轮安放在滚轮的后下方；所述的压缩装置在传输装置的后方侧旁，包括固定板、活动板和第四电机，固定板垂直布置且与船舱内侧壁固定连接，活动板远离船舱内侧壁且与固定板平行，第四电机前后水平布置，通过丝杆螺母机构和连杆机构能带动活
动板朝对面移动，活动板对面设置挤压板和收集盒，挤压板在活动板和收集盒之间，挤压板的底部前后两端各连接扭转弹簧，挤压板能绕扭转弹簧向收集盒方向旋转至水平。
7.进一步地，所述的齿轮传动机构包括两个大齿轮和两个小齿轮，第一电机输出轴经联轴器连接第一大齿轮轴，第一大齿轮轴同轴固定套接第一大齿轮，第一大齿轮分别和位于其两侧的第一小齿轮和第二大齿轮相啮合，第二大齿轮与第二小齿轮相啮合，第二小齿轮固定套在第二个小齿轮轴上，第二个小齿轮轴的下端与下刀片固定连接，第一小齿轮固定套在第一个小齿轮轴上，第一个小齿轮轴的下端固定连接上刀片。
8.进一步地，所述的丝杆螺母机构由滚珠丝杆和第二滑块组成，所述的连杆机构由四个杆件4组成，所述的第四电机其输出轴与滚珠丝杆一端固定连接，滚珠丝杆另一端经轴承支撑在丝杆座上，丝杆座固定在固定板上，滚珠丝杆上配合第二滑块，第二滑块上、下两侧相应地连接一个第一杆件一个第二杆件的一端，第一杆件和一个第二杆件相互平行，第一杆件和一个第二杆件和另一端固定连接活动板，第一杆件中间交叉铰接第三杆件中间，第二杆件中间交叉铰接第四杆件中间，第三杆件和第四杆件的一端均固定连接在固定板上，另一端固定连接第三滑块，第三滑块与活动板上的前后水平设置的滑轨相配合。
9.本发明枯荷叶自动清理收集方法采用的技术方案是具有以下步骤：
10.步骤a：船体前进，第二电机工作，调整切割装置的上下高度，使上刀片和下刀片适应不同高度的枯荷叶杆；第一电机工作，上刀片和下刀片切割枯荷叶杆；
11.步骤b：第三电机工作，滚轮卷住枯荷叶，对枯荷叶产生向上的拉伸力，将切割下的枯荷叶输送到滚压轮下方，滚压轮通过摩擦力将枯荷叶杆送入船舱内；
12.步骤c：进入船舱内枯荷叶杆落在活动板和挤压板之间，第四电机工作，带动活动板移向挤压板，对枯荷叶杆进行挤压；
13.步骤d：挤压板在扭转弹簧的作用下向收集盒方向放倒，枯荷叶杆传输到收集盒内。
14.与现有技术对比，本发明的有益效果是：
15.1.本发明枯荷叶自动清理收集装置以船只为载体，将水下切割装置、升降装置、传输装置、挤压收集装置和收集装置各部分协调运作，实现了在船只运行过程中对荷叶进行自动地切割、挤压排水和收集，并能够根据不同枯荷叶杆的深度，进行针对性的切割工作，使得切割清理工作更加彻底，大大减少了人工的工作量，有效避免了人工在水中作业可能会发生的安全问题，清理效率高，有较好的稳定性，且操作方便。
16.2.本发明装置各部分都由电机驱动运作，做到对枯荷叶清理和收集的自动化，减少了人工操作，避免了人工水中操作过程中可能发生的安全问题，省时省力，提高了枯荷叶清理的工作条件。
17.3.本发明装置中的船体与水下切割装置之间只使用一丝杆盒和两支撑导轨来连接，减少了船只前行时的水下面积，大大减少了前行时的水下阻力。
18.4.本发明装置配有升降装置，能够适应不同水深和不同高度荷花杆，能够有针对性地全方位地对荷花杆进行切割。
19.5.本发明装置中的传送装置通过滚轮将枯荷叶顺时针卷入传送板入口处，再被同样做顺时针旋转的滚压轮通过静摩擦力送入船舱内，至此完成枯荷叶杆的传输工作，并且此过程中对枯荷叶杆产生了纵向拉伸的力，方便切割装置进行切割，稳定性高，避免了荷叶
散乱影响切割。
20.6.本发明参考大型船舶的排水方式，直接在船舱侧壁开两个疏水孔，可以将挤压装置挤出枯荷叶的水分排出船舱外。
附图说明：
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
22.图1为本发明一种枯荷叶自动清理收集装置的轴测装配图；
23.图2为图1中切割装置1的放大的三维视图；
24.图3为图2中第一电机1f和第一大齿轮1i的装配结构放大的爆炸示意图；
25.图4为图2中第二小齿轮1b和下刀片1e的装配结构放大的爆炸示意图；
26.图5为图1中升降装置2的放大的三维视图；
27.图6为图1中传输装置3的放大的三维视图；
28.图7为图6中的局部结构视图；
29.图8为图7中小带轮3g放大的装配结构爆炸图；
30.图9为图1中压缩装置4的放大的三维视图；
31.图10中的局部结构爆炸图；
32.图11为图1中船体5上的压缩装置4和收集部分放大的三维视图。
33.图中：1.切割装置；1a.连接板；1b.第二小齿轮；1c.第二大齿轮；1d.角接触球轴承；1e.下刀片；1g.上刀片；1f.第一电机；1h.第一小齿轮；1i.第一大齿轮；1j.联轴器；1k.平键；1r.第一大齿轮轴；1n.挡圈；1q.第二小齿轮轴；1m.销轴；1s.开口销；
34.2.升降装置；2a.连接架；2b.梯形丝杆；2c.支撑滑轨；2d.螺栓；2e.联轴器；2f.第二电机；2g.支撑架；2h.第一滑块；2i.螺栓；
35.3.传输装置；3a.第三电机；3b.第二皮带；3c.第二大带轮；3d.滚轮；3e.第一皮带；3f.滚压轮；3g.小带轮；3h.平键；3i.角接触球轴承；3j.螺栓；3m.左侧板；3n.螺栓；3p.右侧板；3q.第一大带轮；3t.中间斜板；3u.小带轮轴；3y.电机支架；
36.4.压缩装置；4a.固定板；4b.螺栓；4c.丝杆座；4d.滚珠丝杆；4e.第二滑块；4f.第二杆件；4g.第四杆件；4h.活动板；4i.第一杆件；4j.第三杆件；4k.电机；4m.第三滑块；4n.螺母；4q.弹簧垫片；4r.螺栓；4s.联轴器；
37.5.船体；5b.挤压板；5c.扭转弹簧；5d.传输板；5e.螺栓；5f.收集盒。
具体实施方式
38.为了便于理解，现规定本发明的空间方位，如图1所示，以传输装置3所在位置为“上”，以切割装置1所在位置为“下”，以船体5的前进方向为“前”，反之为“后”，以船体5的横向为“左”、“右”方向。
39.如图1所示，本发明一种枯荷叶自动清理收集装置包括船体5，船体5本身具有电机驱动在水中向前行走。在船体5的前端设置切割装置1、升降装置2和传输装置3，升降装置2通过螺栓固定在船体5上，升降装置2下端连接切割装置1，能带动切割装置1上下垂直移动，切割装置1整体是防水装置，可以在水中切割枯荷叶。传输装置3在切割装置1的上方，并且通过螺栓固定在船体5上。传输装置3的后方设置压缩装置4，压缩装置4固定连接在船体5的
船舱内侧。其中的切割装置1、升降装置2、传输装置3、压缩装置4每个部分都配有电机，作为各自运行的动力来源。
40.结合图2、图3及图4所示的切割装置1，由第一电机1f经齿轮传动机构带动一左一右布置的上刀片1g和下刀片1e相对旋转。具体是：切割装置1包括一块连接板1a，连接板1a水平布置，固定连接升降装置2。第一电机1f垂直布置，其壳体是防水壳体。第一电机1f的输出轴垂直向下，通过联轴器1j连接齿轮传动机构。齿轮传动机构包括四个齿轮，两个大齿轮和两个小齿轮，四个齿轮固定套在对应的齿轮轴上，四个齿轮轴均与第一电机1f的输出轴平行。联轴器1j连接于第一大齿轮轴1r，第一大齿轮轴1r通过第一个平键1k同轴固定套接第一大齿轮1i。在第一大齿轮轴1r的轴向两端都安装第一个角接触球轴承1d和挡圈1n，约束第一大齿轮1i的轴向移动。
41.第一大齿轮1i分别和第一小齿轮1h和第二大齿轮1c相啮合。第二大齿轮1c的结构和连接方式与第一大齿轮1i相同。第一小齿轮1h和第二大齿轮1c的中心轴都垂直布置，和第一大齿轮1i中心轴相平行，第一小齿轮1h和第二大齿轮1c分别位于第一大齿轮1i的两侧。
42.第二大齿轮1c与第二小齿轮1b相啮合，第二小齿轮1b固定套在第二个小齿轮轴1q上，第二个小齿轮轴1q通过第二个平键1k同轴固定套接第二小齿轮1b。在第二个小齿轮轴1q的轴向两端都安装第二个角接触球轴承1d和挡圈1n，约束第二小齿轮1b的轴向移动。在第二个小齿轮轴1q的下端开孔，用销轴1m和开口销1s将第二个小齿轮轴1q与下刀片1e固定连接，使下刀片1e随着第二个小齿轮轴1q同步旋转。
43.同理，第一小齿轮1h的结构安装方式与第二小齿轮1b的结构和安装方式完全相同，第一小齿轮1h固定套在第一个小齿轮轴上，之间通过第三个平键1k连接，通过第三个角接触球轴承1d和挡圈1n约束。在第一个小齿轮轴的下端用销轴1m和开口销1s固定连接上刀片1g。
44.第一大齿轮1i和第二大齿轮1c的结构完全相同，第一小齿轮1h和第二小齿轮1b的结构完全相同。
45.上刀片1g的下底面高于下刀片1e的上表面，以防上刀片1g和下刀片1e相互干涉碰撞。上刀片1g和下刀片1e的结构完全相同，中心轴均上下垂直，上刀片1g和下刀片1e之间垂直距离为一个刀片的厚度。上刀片1g和下刀片1e一左一右布置。
46.图2中的第一电机1f、第一大齿轮1i、第二大齿轮1c、第一小齿轮1h以及第二小齿轮1b均位于一个防水的齿轮箱体内部。第一电机1f的防水壳体通过螺栓和弹簧垫圈固定连接在该齿轮箱体的顶部，而齿轮箱体又通过螺栓固定连接在连接板1a上。
47.如图5所示的升降装置2，包括一个垂直布置的第二电机2f，第二电机2f的壳体固定连接于支撑架2g，支撑架2g通过螺栓2d固定在船体5上。第二电机2f的输出轴垂直向下，通过联轴器2e与梯形丝杆2b的上端同轴固定连接，梯形丝杆2b的下端通过螺纹连接连接架2a，梯形丝杆2b和连接架2a构成丝杆螺母机构。连接架2a又通过螺栓2i固定连接切割装置1中的连接板1a，将切割装置1和升降装置2相连。在梯形丝杆2b的两侧，连接架2a各经一个第一滑块2h连接一个支撑滑轨2c，两个支撑滑轨2c垂直布置，并且两个支撑滑轨2c的上端通过螺栓2d固定在支撑架2g上，连接架2a能随着第一滑块2h沿支撑滑轨2c上下滑动。当第二电机2f顺时针旋转时，带动梯形丝杆2b顺时针旋转，使得与之螺纹配合的连接架2a向上运
动，由于连接架2a上固定着切割装置1，所以可以实现切割装置1的上升运动；与此同理，当第二电机2f逆时针旋转时，带动切割装置1做下降运动。
48.如图6、图7、图8所示的传输装置3，其包括第三电机3a、两个大带轮3q、3c、一个小带轮3g以及滚压轮3f和滚轮3d。第三电机3a左右水平布置，其壳体通过电机支架3y固定安装在左侧板3m或者右侧板3p上，左侧板3m或者右侧板3p都固定在船体5前端。左侧板3m和右侧板3p结构相同，相对于船体5的纵向中心轴左右对称设置。第三电机3a的输出轴直接通过平键连接第一大带轮3q，第一大带轮3q通过第一皮带3e连接小带轮3g，带动小带轮3g旋转。小带轮3g通过平键3h固定套在在小带轮轴3u上，小带轮3g通过角接触球轴承3i在轴向限位。小带轮轴3u左右水平布置，随着小带轮3g旋转。小带轮轴3u上同轴固定连接滚压轮3f，滚压轮3f为实心圆柱体，左右水平布置，随着小带轮轴3u旋转。小带轮3g还通过第二皮带3b连接第二大带轮3c，第二大带轮3c固定套在第二大带轮轴上，第二大带轮轴左右水平布置，第二大带轮轴通过平键连接滚轮3d。滚轮3d左右水平布置，能绕其自身的中心轴旋转。滚轮3d是侧壁漏空的圆筒形，其由左右各一的圆盘和中间的多个横杆组成，多个横杆沿圆周方向间隔一定角度布置，横杆数量为3至8个，多个横杆的左端固定连接左侧圆盘，右端固定连接右侧圆盘。在滚压轮3f的后方设置中间斜板3t，中间斜板3t板通过螺栓3t连接在左侧板3m和右侧板3p之间，中间斜板3t由滚压轮3f向船体5的船舱底部倾斜。
49.滚轮3d在上刀片1g和下刀片1e的正上方，上刀片1g和下刀片1e割下的枯荷叶被进入上方的滚轮3d，。滚压轮3f安放在滚轮3d的后下方，两者同向旋转，两者之间留有一定间隙，枯荷叶从滚轮3d中出来被后下方的滚压轮3f滚压，再经中间斜板3t落到船舱底部。
50.如图9、图10所示所示的压缩装置4，在传输装置3的后方侧旁，包括与固定板4a、活动板4h、第四电机4k等，在船体5的船舱内部左侧壁上，固定板4a垂直布置，与船舱内的左侧壁贴合，固定连接在船舱内侧壁上。第四电机4k前后水平布置，其壳体固定在固定板4a上，其输出轴通过联轴器连接丝杆螺母机构，丝杆螺母机构由滚珠丝杆4d和第二滑块4e组成，第四电机4k的输出轴与滚珠丝杆4d一端固定连接，滚珠丝杆4d另一端经轴承支撑在丝杆座4c上，丝杆座4c通过螺栓4r和弹簧垫片4q固定在固定板4a上，固定板4a固定在船舱内部的左侧面上。滚珠丝杆4d上配合了第二滑块4e，第二滑块4e通过自身螺纹孔与滚珠丝杆4d相配合，组成丝杆螺母机构。在第二滑块4e和第四电机4k之间的滚珠丝杆4d上再采用一个丝杆座支撑，一方面使滚珠丝杆4d旋转稳定可靠，另一方面可以限定第二滑块4e的滑动范围。第二滑块4e通过连杆机构连接活动板4h，连杆机构由四个杆件4i、4f、4j、4g组成，两两交叉后在交叉处铰接。在活动板4h上设置前后水平的滑轨，连杆机构通过第三滑块4m在活动板4h上的滑轨上移动。
51.在第二滑块4e上下面两侧各伸出一个凸台，通过凸台各连接一个杆件的一端，这两个杆件分别是第一杆件4i和第二杆件4f，两个杆件4i、4f一上一下布置且相互平行，均自第二滑块4e处向船舱中心处方向倾斜。两个杆件4i、4f的另一端通过螺栓4r、螺母4n和弹簧垫圈4q固定连接在活动板4h上。活动板4h与固定板4a相平行，相对于固定板4a更远离船舱左侧壁，靠近船舱中心。第一杆件4i的中间交叉铰接第三杆件4j的中间，第一杆件4i和第三杆件4j形成x形，第二杆件4f的中间交叉铰接第四杆件4g的中间，第二杆件4f和第四杆件4g呈x形。第三杆件4j和第四杆件4g的一端均固定连接在固定板4a上，而另一端则通过螺栓固定连接在上下两端都有螺纹的第三滑块4m上。第三滑块4m上带有突出的结构与活动板4h上
的滑轨相配合，活动板4h上的滑轨前后水平设置，第三滑块4m在活动板4h上的滑轨中移动，带动活动板4h在船舱内左右移动，以控制活动板4h进行挤压运动。
52.如图11所示，在活动板4h对面活设置挤压板5b和收集盒5f，船舱上连接挤压板5b，挤压板5b的右侧设置收集盒5f，因此，挤压板5b在活动板4h和收集盒5f之间。挤压板5b的底部前后两端各连接一个扭转弹簧5c，扭转弹簧5c的中心轴前后布置，挤压板5b能绕扭转弹簧5c向向右旋转，即向收集盒5f方向旋转，方便将收集到的枯荷叶倒出。收集盒5f通过螺栓5e固定连接在船体5的右侧部，在收集盒5f和挤压板5b之间连接传输板5d，传输板5d在水平方向上收集盒5f方向倾斜，通过螺栓固定在船体5上，用于将挤压后的枯荷叶平滑地运送到收集盒5f中。在传输板5d下方的船体上开有两个疏水孔，便于排放挤压出来的水。
53.参见图1-11，本发明自动清理收集枯荷叶的步骤如下；
54.步骤一：船体5前进，第二电机2f工作，顺时针旋转，通过联轴器2e带动梯形丝杆2b顺时针旋转，使连接架2a向上运动，连接架2a带动在水下的切割装置1的上升运动。与此同理，当电第二机2f逆时针旋转时，带动梯形丝杆2b逆时针旋转，切割装置1做下降运动，从而调整好切割装置1的高度，上刀片1g和下刀片1e适应不同高度的枯荷叶杆，以完成对不同高度枯荷叶杆的切割作业。
55.步骤二：第一电机1f工作，顺时针转动，带动第一大齿轮轴1r和第一大齿轮1i做顺时针旋转运动，由于第一大齿轮1i与第一小齿轮1h啮合，所以第一大齿轮1i顺时针旋转带动第一小齿轮1h逆时针旋转，从而上刀片1g逆时针旋转。又由于第一大齿轮1i与第二大齿轮1c啮合，当第一大齿轮1i顺时针旋转时，带动第二大齿轮1c逆时针旋转，而第二大齿轮1c与第二小齿轮1b啮合，当第二大齿轮1c逆时针旋转时，带动第二小齿轮1b顺时针旋转，从而带动下刀片1e顺时针旋转，与上刀片1g的旋转方向相反，使得上刀片1g、下刀片1e这两个刀片对外形成向内相对旋转运动，可以对枯荷叶杆进行一个向内拨拢切割的动作，进行切割。
56.步骤三：第三电机3a工作，顺时针转动，直接带动第一大带轮3q顺时针旋转，顺时针旋转的第一大带轮3q通过第一皮带3e带动小带轮3g进行顺时针旋转。顺时针旋转的小带轮3g带动小带轮轴3u顺时针旋转，顺时针旋转的小带轮轴3u带动滚压轮3f顺时针旋转；同时，顺时针旋转的小带轮3g通过第二皮带3b带动第二大带轮3c顺时针旋转，顺时针旋转的第二大带轮3c带动滚轮3d顺时针旋转，与滚压轮3f旋转方向相同。顺时针旋转的滚轮3d通过其横杆卷住枯荷叶，对枯荷叶产生向上的拉伸力，方便切割装置1对枯荷叶进行切割，并能够将切割下的枯荷叶输送到同样顺时针旋转的滚压轮3f下方，滚压轮3f通过摩擦力将枯荷叶送入船舱内，至此完成枯荷叶杆的传输工作。
57.步骤四：进入船舱内枯荷叶杆落在活动板4h和挤压板5b之间，第四电机4k工作，顺时针旋转时，带动滚珠丝杆4c顺时针旋转，使得第二滑块4e向船体前进方向的前方运动，在第一杆件4i、第二杆件4f、第三杆件4j和第四杆件4g的作用下，带动第三滑块4m做与第二滑块4e相同方向的运动，带动活动板4h船舱中心处移动，即移向挤压板5b，以此来完成枯荷叶杆的挤压动作。
58.完成挤压后，第四电机4k逆时针旋转时，第二滑块4e反向运动，活动板4h回退，为下次挤压做准备。
59.步骤五：当活动板4h作用于枯荷叶杆，枯荷叶杆进一步作用于挤压板5b，挤压板5b在扭转弹簧5c的作用下发生旋转，直到旋转至水平位置，将挤压板5b向右侧收集盒5f方向
放倒，使得枯荷叶杆能够通过传输板5d运送到在安置在船体5右侧的收集盒5f内，收纳盒5f中铺有塑料带，在枯荷叶清理工作结束后，只需提走收集盒5f中的塑料带即可。