多功能作业机构 |
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| 申请号 | CN202410065068.1 | 申请日 | 2024-01-15 | 公开(公告)号 | CN117698861A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 乌鲁木齐优尼克生物科技有限公司; | 发明人 | 王茂博; 陈卫平; 张佳喜; 王治奇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了多功能作业机构，该多功能作业机构根据实际需要可更换安装于 机架 上的作业单元，提高了作业机构应用范围的广泛度和灵活性；此外，机架在伸缩缸与 角 度 传感器 的协同配合下能够旋转至 指定 角度，并能够实现伸缩缸在伸展和收缩状态下的快速、精准切换，提高机架旋转的 稳定性 和连续性，也提高了作业效率，采用伸缩缸与控制单元的协同配合相比现有旋转 电机 或 马 达等电气设备，降低了机构制造、使用和维护成本，也降低了对操作人员和维修人员的专业要求；同时，本 申请 的多功能作业机的牵引机构可为农户家常备的 拖拉机 ，如此不仅明显降低了农户的购买和使用成本，且操作更加熟练，易上手使用；解决了现有存在的不足。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多功能作业机构，其特征在于：包含底座、机架和控制单元，所述底座上设置有轴承组件，所述机架通过所述轴承组件安装于所述底座的上端并能够相对所述底座旋转，同时，该机架上设有用于连接多种作业单元的作业件；所述机架的一侧通过联动杆与一铰接于所述底座上的伸缩缸连接，该伸缩缸沿其轴向伸缩运行时，可通过联动杆带动所述机架旋转；所述控制单元包含角度传感器和控制器，所述角度传感器固定于所述机架上并随所述机架同步旋转，所述控制器与所述角度传感器和伸缩缸的驱动单元连接，该控制器能够接收远端控制信号，和/或，接收所述角度传感器采集的角度信号，并根据所述控制信号或角度信号控制所述伸缩缸的运行状态。 |
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| 说明书全文 | 多功能作业机构技术领域[0001] 本发明属于机械设备技术领域，尤其涉及一种多功能作业机构及作业机。 背景技术[0003] 北方农村常见的扫雪方式主要是人工清扫，城镇虽然采用大型扫雪机进行铲雪，但会把积雪扫至路沿附近，后续仍然需要人工清理路沿积雪，如此不仅效率低，且人工劳动成本高；此外，对于蔓性植物和地下块茎类作物，每年冬季要进行铲土掩埋，春季需要扒土，为了节省成本，对于小规模农户，目前的铲土和扒土作业一般都是人工进行，如果采用现有市面上的作业机，不仅受到成本限制，且受到通行区域面积限制无法进行调头，仅能够实现单程作业。 发明内容[0005] 本发明提供了一种多功能作业机构及作业机，该多功能作业机构根据实际需要可更换安装于机架上的作业单元，以满足不同的作业需求，同时，机架在伸缩缸与控制单元的协同配合下能够旋转至指定角度，提高了作业的灵活性和效率，也降低了机构使用和维护成本；解决了现有存在的不足。 [0006] 本申请提供了一种多功能作业机构：包含底座、机架和控制单元，所述底座上设置有轴承组件，所述机架通过所述轴承组件安装于所述底座的上端并能够相对所述底座旋转，同时，该机架上设有用于连接多种作业单元的作业件；所述机架的一侧通过联动杆与一铰接于所述底座上的伸缩缸连接，该伸缩缸沿其轴向伸缩运行时，可通过联动杆带动所述机架旋转；所述控制单元包含角度传感器和控制器，所述角度传感器固定于所述机架上并随所述机架同步旋转，所述控制器与所述角度传感器和伸缩缸的驱动单元连接，该控制器能够接收远端控制信号，和/或，接收所述角度传感器采集的角度信号，并根据所述控制信号或角度信号控制所述伸缩缸的运行状态。 [0008] 作为本申请的优选方案：所述底座至少包含基架，所述基架的底部设有容置腔，所述动力轴延伸至该容置腔后与所述角度传感器连接。 [0009] 作为本申请的优选方案：所述底座还包含连接架，所述基架位于所述连接架的上端并且两者间形成间隙，所述伸缩缸铰接于所述连接架上并位于间隙内。 [0010] 作为本申请的优选方案：所述底座与所述轴承组件之间设有齿轮传动单元，该齿轮传动单元包含水平设置并相互啮合的主动齿轮和从动齿轮；所述主动齿轮的半径大于所述从动齿轮；所述联动杆以与所述主动齿轮的轴向相垂直的方式布设并与所述主动齿轮的传动轴固接，该联动杆的自由端与所述伸缩缸的活塞端铰接；所述机架通过所述轴承组件与所述从动齿轮的第一传动轴连接并可随从动齿轮同步旋转。 [0011] 作为本申请的优选方案：在所述从动齿轮上，与所述第一传动轴端相对的一端延伸有第一传动轴，所述角度传感器安装于该第一传动轴上，利用该角度传感器能够采集所述从动齿轮的旋转角度进而获取所述机架的旋转角度。 [0012] 作为本申请的优选方案：所述机架包含支承轴和横梁，所述横梁铰接于所述支承轴的上端，所述多种作业单元可安装在所述横梁的至少一端。 [0013] 作为本申请的优选方案：所述伸缩缸为液压缸或电动缸。 [0014] 本申请还提供了一种多功能作业装置，包含牵引机构，所述牵引机构前置和/或后置有上述所述的多功能作业机构，该多功能作业机构上的所述机架在所述伸缩缸与控制单元的协同作用下能够相对牵引机构旋转指定角度。 [0016] 与现有技术相比，本申请中该多功能作业机构及作业机的优势在于：多功能作业机构根据实际需要可更换安装于机架上的作业单元，该作业单元可为扫雪辊、雪铲、扒土架或修剪刀等，以满足不同环境和场合的作业需求，提高了作业机构应用范围的广泛度和灵活性；此外，机架在伸缩缸与角度传感器的协同配合下能够旋转至指定角度，并能够实现伸缩缸在伸展和收缩状态下的快速、精准切换，提高机架旋转的稳定性和连续性，如此在作业过程中，能够根据需要调节机架的位置实现多角度和多方位作业，无需单程且固定角度作业，提高了作业效率，采用伸缩缸与控制器的协同配合相比现有旋转电机或马达等电气设备，降低了机构制造、使用和维护成本，也降低了对操作人员和维修人员的专业要求，同时，通过角度传感器在一定时间内采集的角度信息还能够对伸缩缸的行程进行监测，进而根据运行行程判断伸缩缸的性能是否正常；同时，本申请该作业机的牵引机构可为农户家常备的拖拉机，如此不仅大大降低了农户的购买和使用成本，且操作更加熟练，易上手使用；解决了现有存在的不足。附图说明 [0017] 图1为本发明实施例提供的一种多功能作业机的主视结构示意图。 [0018] 图2为本发明实施例提供的控制单元的工作原理图。 [0019] 图3为本发明实施例提供的伸缩缸通过联动杆驱动机架旋转的状态示意图。 [0020] 图4为本发明实施例提供的一种底座局部剖视图。 [0021] 图5为本发明实施例提供的图4中B处的局部放大示意图。 [0022] 图6为本发明实施例提供的另一种多功能作业机的主视结构示意图。 [0023] 图7为本发明实施例提供的多功能作业机的俯视结构示意图。 [0024] 图8为本发明实施例提供的底座的局部剖视图。 [0025] 图9为本发明实施例提供的伸缩缸在连接架上的安装示意图。 [0026] 图10为本发明实施例提供的多功能作业机的主视结构示意图。附图标记 [0027] 1、底座；11、基架；111、容置腔；112、深沟球轴承；12、连接架；2、机架；21、支承轴；22、横梁；23、作业件；24、动力轴；3、控制单元；31、角度传感器；32、无线信号接收器；4、轴承组件；5、伸缩缸；6、联动杆；7、齿轮传动单元；71、主动齿轮；711、传动轴；72、从动齿轮；721、第一传动轴；722、第二传动轴；8、液压油箱；9、牵引机构。 具体实施方式[0028] 下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而非用作限定本发明的范围和及其应用。 [0029] 如图1所示，为本实施例提供的多功能作业机构，该机构包含底座1、机架2和控制单元3，底座1上设置有轴承组件4，机架2上设有用于安装多种作业单元的作业件23，同时，该机架2包含支承轴21和横梁22，横梁22铰接于支承轴21的上端，多种作业单元可通过作业件23连接在横梁22的至少一端，支承轴21通过轴承组件4安装于底座1的上端并能够相对底座1旋转，可以理解的，轴承组件4用于确保机架2能够相对底座1旋转的同时，还用于对机架2进行支撑，确保机架2处于稳定状态，该轴承组件4包含轴承座和轴承，其中，轴承优选但不限于为双点轴承，该双点轴承具有能够确保机架2旋转不脱位以及避免震动的作用；支承轴 21的一侧延伸出一根与其轴向垂直的联动杆6，并通过该联动杆6与缸体端铰接于底座1上的伸缩缸5连接（本实施例将伸缩缸5的两端分为缸体端和活塞端，活塞端顾名思义即为活塞伸缩的一端，缸体端为活塞端的相对端），该伸缩缸5沿其轴向伸缩运行时，可通过联动杆 6带动机架2旋转，可以理解的，联动杆6的一端应当与机架2固定，另一端应当与伸缩缸5铰接，伸缩缸5的活塞端运行以联动杆6长度为半径、以支承轴21中心为圆心的弧形轨迹，由于联动杆6与机架2固接，因而将带动机架2旋转，本实施例优选机架2的最大且常用旋转角度为180°；控制单元3包含角度传感器31和控制器，角度传感器31固定于机架2上并随机架2同步旋转，控制器与角度传感器31和伸缩缸5的驱动单元连接，该控制器能够接收远端控制信号，和/或，接收所述角度传感器31采集的角度信号，并根据控制信号或角度信号控制伸缩缸5的运行状态，如图2所示，伸缩缸5的运行状态主要包含伸缩缸5伸展/伸长和收缩/缩短两种状态；本实施例中，由于伸缩缸5沿轴向做直线运动，且与机架2通过联动杆6连接，因此，在实际旋转过程中，伸缩缸5每种运行状态下机架2旋转角度最大在90°左右，需先收缩再伸展才可完成机架2大于90°和小于等于180°的旋转要求，采用角度传感器31可采集机架 2旋转角度信息进而根据该角度信息完成伸缩缸5在收缩和伸展运行状态间的切换，以确保机架2能够平稳的完成大于90°的旋转。 [0030] 控制器应当至少包含无线信号接收器32和手持遥控器、单片机，该无线信号接收器32可为普通无线电信号接收器或红外信号接收器或蓝牙信号接收器等，该信号接收器32由附加安装在本发明多功能作业机构所依托的牵引机构9上的蓄电池供电，能够接收来自与之在无线信号上对应匹配的手持遥控器（无线信号发射设备，由其内置的小型电池供电）发送的无线控制信号，以实现多功能作业机构的远程操控；可以理解的，控制器的具体控制方式，可以包含多种方式，例如，现场手动按键或一键启动，或远程的手动按键或一键启动，具体设计根据实际需要选定。单片机和无线信号接收器相互有线配合通信，并且单片机采用弱电控制强电通断的方式通过电磁继电器或固态继电器有线控制安装在输油管路上的电磁阀开关，驱使电磁阀控制输油管路的通断或液压油在输油管路内的换向流动（电磁阀属于驱动单元的一部分，有关驱动单元的构成详见如下的驱动单元的具体技术原理说明）。 [0031] 伸缩缸5优选但不限于为液压缸，在本申请的其他实施例中，该伸缩缸还可为电动缸，当为液压缸时，该液压缸的驱动单元至少包含由液压油箱8、输油管路（液压油循环流动管路）、电磁阀等及液压油构成的已有液压系统），其中，输油管路上的相应位置应当安装有已有市售的电磁阀（图中未示出），控制器（单片机）通过继电器以控制电磁阀开关的方式控制输油管路的通断或液压油在输油管路内的换向流动（驱动单元能通过是否给电磁阀通电的方式驱使电磁阀通断相应的输油管路），以实现控制器对液压系统的总体控制，电磁阀内置有的阀芯或阀塞通过其所受到的电磁作用力而相应位移，继而达到输油管路的通断或液压油在输油管路内的换向流动的目的；在必要时，驱动单元还应当包含由发动机或电动机驱动的液压泵，当然，液压泵也可优选采用牵引机构9自带的发动机，由牵引机构9自带的发动机驱动而工作，在被控制器无线控制的液压系统（电磁阀等）的控制下通过在输油管路内流动的液压油驱使液压缸5（伸缩缸）伸长或缩短。 [0032] 角度传感器31优选但不限于为绝对值编码器（绝对型旋转光电编码器），例如，还可为旋转电位器（角度电位器），同时，在机架2与轴承组件4连接的一端向下延伸有一动力轴24，绝对值编码器安装于该动力轴24上并随动力轴24同步旋转，利用该绝对值编码器能够采集机架2的实时位置也即旋转角度；本实施例以旋转180°为例，在起始位置时，当采集的旋转角度在伸缩缸5收缩拉力和惯性力的作用下大于90°时，控制器控制伸缩缸5反向伸展动作以推动机架2旋转，直至在伸缩缸5伸展推力作用下到达指定位置也即旋转指定角度（该角度通过角度传感器31采集）时，控制器控制伸缩缸5停止工作，完成一次旋转；复位至继续重复上述步骤即可。 [0033] 根据上述可知，本实施例当机架2需要旋转的角度小于等于90°时，伸缩缸5仅需在伸展或收缩单一状态下即可完成；当需要旋转的角度大于90°时，需要伸缩缸5进行收缩和伸展两个状态快速切换来完成，此时，配合角度传感器31能够及时获知伸缩缸5需要进行状态切换的时刻，以精准有效的实现伸缩缸5在收缩和伸展两个状态间的切换，进而实现机架2所需旋转角度的一气呵成。 [0034] 本实施例中，角度传感器31除了能够对机架2的旋转角度进行采集外，通过角度传感器31在一定时间内采集的角度信息还能够对伸缩缸5的行程进行监测，进而根据运行行程判断伸缩缸5的性能是否正常，例如，在伸缩缸5性能正常时，其在30s内可完成90°旋转，如果旋转时长远超过30s，则说明伸缩缸5性能异常，可通过更逐一检查方式进行故障排除进而完成检修和维护，以伸缩缸5为液压缸为例，可以先检查液压系统的压力、泄漏情况和阀门调整，同时检查液压缸内部的零部件是否正常。 [0035] 如图3所示，为本实施例提供的伸缩缸5通过联动杆6驱动机架2旋转的状态示意图，在该图中可知，伸缩缸5的轴线应当穿过所述支承轴21的轴心，如此才能确保在旋转180°时，机架2在伸缩缸5拉力和惯性力的作用下旋转大于90°，进而实现机架2由基座的一侧旋转至相对侧。 [0036] 如图4所示，为一种底座的局部剖视图，该底座1至少包含基架11，基架11主要用于固定机架2；该基架11的底部设有容置腔111，动力轴24延伸至该容置腔111后与角度传感器31也即绝对值编码器连接，优选在基架11上设有供机架2穿过的孔口，为了对机架2进行加固，也为了降低机架2与孔口间摩擦力，优选在孔口内安装有深沟球轴承112，如图5所示；该基架11优选但不限由U型钢和盖板构成，盖板可通过螺栓等安装在U型钢的开口处，并与U型钢的空腔形成容置腔111，采用该结构的基架11一是为了形成密封容置腔111以对角度传感器31进行保护，二是为了便于安装角度传感器31。 [0037] 底座1还包含连接架12，该连接架12主要用于与牵引机构9连接，该连接架12可由U型钢和/或回形缸等焊接组合而成；基架11位于连接架12的上端并且两者间形成间隙，伸缩缸5的缸体端铰接于连接架12上并位于间隙内。 [0038] 多种作业单元通过作业件23连接在横梁22的一端，其中，作业单元可为扫雪辊、雪铲、扒土架或修剪刀等，以满足不同环境和场合的作业需求；作业件23除了包含能够与各作业单元适配的连接件外，还应当包含驱动各作业件23升降、翻转和收展的驱动件以及确保横梁22稳定于支承轴21上的支撑件，该驱动件和支撑件优选但不限于为液压缸，各驱动件和支撑件安装在机架2的对应位置以实现各自的功能，同时，各驱动件、支撑件与伸缩缸5共用液压油箱8等液压装置。 [0039] 本实施例的具体使用原理包含：根据使用场合和环境更换安装于机架2上的作业单元；在作业过程中，当需要将机架2由底座1的一侧旋转至另一侧时，可通过按键启动控制器及液压装置；液压装置驱动伸缩缸5的活塞收缩进而通过连动杆带动机架2旋转，与此同时，绝对值编码器采集机架2旋转角度，当采集的旋转角度在伸缩缸5收缩拉力和惯性力的作用下大于90°时，控制器控制伸缩缸5反向伸展动作以推动机架2旋转，直至在伸缩缸5伸展推力作用下达到指定位置时旋转完成，此时控制器控制伸缩缸5停止工作；当需要复位时，通过按键再次启动控制单元及液压装置，控制单元和液压装置重复上述步骤直至在伸缩缸5伸展推力作用下达到指定位置时旋转完成，此时控制器控制伸缩缸5停止工作。 [0040] 综上可知，该多功能作业机构根据实际需要可更换安装于机架2上的作业单元，以满足不同环境和场合的作业需求，提高了作业机构应用范围的广泛度和灵活性；此外，机架2在伸缩缸5与控制单元的协同配合下能够旋转至指定角度，并能够实现伸缩缸5在伸展和收缩状态下的快速、精准切换，提高机架2旋转的稳定性和连续性，如此在作业过程中，能够根据需要调节机架2的位置实现多角度和多方位作业，无需单程且固定角度作业，提高了作业效率，采用伸缩缸5与角度传感器31的协同配合相比现有旋转电机或马达等电气设备，降低了机构制造、使用和维护成本，也降低了对操作人员和维修人员的专业要求；解决了现有存在的不足。 [0041] 作为本申请的优选实施例，本申请提供了一种多功能作业机构，该机构包含底座1、机架2和控制单元，与上述实施例相比，其区别在于，底座1与所述轴承组件4之间设有齿轮传动单元7，如图6‑7所示，该齿轮传动单元7包含水平设置并相互啮合的主动齿轮71和从动齿轮72；主动齿轮71的半径大于从动齿轮72；联动杆6以与主动齿轮71的轴向相垂直的方式布设并与主动齿轮71的传动轴711固接，该联动杆6的自由端与伸缩缸5的活塞端铰接；机架2通过轴承组件4与从动齿轮72的第一传动轴721连接并可随从动齿轮72同步旋转。 [0042] 如图8所示可知，在该结构中，从动齿轮72上，与第一传动轴721端相对的一端延伸有第二传动轴722，角度传感器31安装于该第二传动轴722上，利用该角度传感器31能够采集从动齿轮72的旋转角度进而获取机架2的旋转角度；主动齿轮71的传动轴711穿过基架11延伸至基架11的底部后与伸缩缸5连接，伸缩缸5位于支承轴21轴向投影的偏心位置，以使伸缩缸5在支承轴21一侧伸缩移动过程中不受支承轴21影响为准。 [0043] 该齿轮传动单元7为伸缩缸5与机架2之间的中间缓冲结构，由于主动齿轮71的半径大于从动齿轮72，因此利用该齿轮传动单元7可使得伸缩缸5在较短的有效行程内即可实现机架2的180°旋转，而且，在180°旋转过程中，无需对伸缩缸5进行收缩和伸展状态间的切换，也无需借助惯性力，伸缩缸5在收缩或伸展的单一行程中即可完成，简化了操作程序，也使得机架2运行更加稳定，避免惯性力造成的机架2在旋转过程中易出现晃动的情况。 [0044] 使用时，可以增加手动或自动部分启动控制单元及液压装置，液压装置驱动伸缩缸5收缩或伸展，具体根据初始位置时伸缩缸5的状态确定，本实施例以初始位置时伸缩缸5处于收缩状态为例；液压装置驱动伸缩缸5伸展，进而通过联动杆6先带动主动齿轮71旋转，并通过主动齿轮71再带动与其啮合的从动齿轮72旋转进而带动机架2旋转，与此同时，绝对值编码器采集机架2旋转角度，当采集的旋转角度满足180°时，控制器控制伸缩缸5停止；复位时，再次启动液压装置和控制单元，液压装置驱动伸缩缸5收缩，此时机架2将反向旋转，同时，再次通过绝对值编码器采集机架2旋转角度，当采集的旋转角度满足180°时，控制器控制伸缩缸5停止工作。 [0045] 可见，采用本实施例该作业机构能够简化操作流程，也可确保机架2稳定旋转，避免晃动现象发生。 [0046] 作为本申请的优选实施例，本申请提供了一种作业装置，该作业装置包含牵引机构9，牵引机构9上安装有上述实施例所述的多功能作业机构，该多功能作业机构上的机架2在伸缩缸5与角度传感器31的协同作用下能够相对牵引机构9旋转指定角度；本实施例中，优选但不限所述牵引机构9为现有常用四轮拖拉机。 [0047] 四轮拖拉机的前端或后端可根据需要焊接所需承接架，多功能作业机构通过连接架12与承接架对接以完成多功能作业机构的固定，根据使用需要和安装可行性可将多功能作业机构前置或后置，具体根据实际使用需要选择。 [0048] 伸缩缸5的驱动单元包括四轮拖拉机自带的发动机，该发动机作为动力单元可将液压油箱8内的介质在伸缩缸5和液压油箱8间循环，以实现伸缩缸5的伸展和收缩。 [0049] 本实施例多功能作业装置的牵引机构9为农户家常备的拖拉机，如此不仅大大降低了农户的购买和使用成本，且操作更加熟练，易上手使用。 [0050] 发明的具体使用方法与上述实施例的使用原理相同，本实施例在此不再做赘述。 [0051] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“底部”、“上”、“下”、“外侧”“内侧”等指示方位或位置关系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装置或机构必须有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制；同时，在本发明的描述中，“至少”的含义包含一个、两个和两个以上。 [0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定外，术语“固定”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，还可相对转动连接，或，可以是一体连接，也可以是直接连接，还可以是通过中间媒介间接连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 |
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