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1、(10)申请公布号 CN 103988598 A (43)申请公布日 2014.08.20 C N 1 0 3 9 8 8 5 9 8 A (21)申请号 201410252415.8 (22)申请日 2014.06.09 A01B 39/18(2006.01) A01B 39/22(2006.01) A01B 71/00(2006.01) (71)申请人中国农业大学 地址 100083 北京市海淀区清华东路17号 (72)发明人李伟 陈子文 张春龙 孙哲 李南 李涛 黄小龙 (74)专利代理机构北京中安信知识产权代理事 务所(普通合伙) 11248 代理人徐林 (54) 发明名称 一种行星刷。
2、式株间锄草装置 (57) 摘要 本发明涉及现代农业装备技术领域，尤其涉 及一种智能苗间锄草机的行星刷式株间锄草装 置。本发明的目的在于提供一种针对根系发达作 物及易板结土壤的工况进行株间锄草的行星刷式 株间锄草装置，该装置工作负载低、高效节能。本 发明的行星刷式株间锄草装置适用于易板结土 壤，采用锄草刷盘作为锄草刀，与传统的株间锄草 刀具相比，锄草动作在地表进行，更好的保护植物 的根系；由于锄草刷盘工作入土较浅，大大减小 了拖拉机的能耗，提高经济效益；采用行星轮系 机构，结构简单且达到了对锄草刷盘增速，实现更 好的锄草效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19。
3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103988598 A CN 103988598 A 1/1页 2 1.一种行星刷式株间锄草装置，包括液压马达(1)、箱体盖(2)、箱体(3)，所述液压马 达(1)安装在箱体盖(2)上，箱体盖(2)安装在箱体(3)上，液压马达(1)的输出轴与旋转 主轴(20)相连；其特征在于： 其还包括行星齿轮(5)、锄草刀柄(6)、锄草刷盘(8)、公转锄草刀杆(10)、自转锄草刀 杆(11)、太阳齿轮固定套(13)、旋转主轴(20)、太阳齿轮(23)；其中， 所述旋转主轴(20)下端支撑在第。
4、三轴承(21)上，第三轴承(21)与轴承座(14)过度 配合，太阳齿轮固定套(13)抵在第三轴承(21)的外圈并且与轴承座(14)一起叠加安装在 箱体(3)底部；太阳齿轮(23)周向及轴向固定在太阳齿轮固定套(13)上，锄草刀柄(6)周 向固定在旋转主轴(20)的末端； 公转锄草刀杆(10)垂直固定连接在锄草刀柄(6)上，自转锄草刀杆(11)通过第二轴 承(12)和第一轴承(9)同轴安装在公转锄草刀杆(10)内部； 行星齿轮(5)安装在自转锄草刀杆(11)的顶部，并与太阳齿轮(23)啮合形成行星齿 轮机构；锄草刷盘(8)安装在自转锄草刀杆(11)的底部。 2.如权利要求1所述的一种行星刷式株间。
5、锄草装置，其特征在于： 所述锄草旋转主轴(20)的旋转中心与锄草刷盘(8)的旋转中心具有一偏心距S，该偏 心距S为60mm到100mm。 3.如权利要求1或2所述的一种行星刷式株间锄草装置，其特征在于： 所述行星齿轮机构中，行星齿轮(5)和太阳齿轮(23)的齿数和模数可调整。 4.如权利要求1或2所述的一种行星刷式株间锄草装置，其特征在于： 所述锄草刷盘(8)的直径大小、刷毛材质及刷毛长度可调整。 权 利 要 求 书CN 103988598 A 1/5页 3 一种行星刷式株间锄草装置 技术领域 0001 本发明涉及现代农业装备技术领域，尤其涉及一种智能苗间锄草机的行星刷式株 间锄草装置。 背景。
6、技术 0002 农田杂草是农业生态系统中的一个组成部分，其直接或间接地影响农业生产。农 田杂草丛生导致作物产量下降。收获前产量因杂草损失10左右，全球损失粮食2.9亿吨。 而在我国，由于杂草引起的粮食损失约上百亿公斤。传统的锄草方式为人工锄草和除草剂 除草，但是由于这些除草方式存在劳动强度大、耗时、作业效率低、化学除草剂残留毒性对 环境破坏等弊端，绿色环保的机械锄草价值得以体现。 0003 在机械锄草中，株间除草是机械锄草的难点和重点。识别苗草信息，控制锄草刀护 苗锄草，是智能锄草机器的核心技术。采用不同形状的锄草刀盘适合为不同种类和不同生 长时期的作物锄草。在国外，智能锄草机已被应用于大田蔬。
7、菜类作物的苗间及行间混联锄 草，大部分锄草刀采用入土式刀盘(刀盘在地表下运动锄草)，将草连根切断实现锄草。在 欧洲，这类苗间智能锄草机在部分蔬菜作物和砂质土壤中得到了广泛的应用。而在国内，苗 间智能锄草机还没得到推广，部分高校在相关方面取得进展性研究。 0004 刀盘入土方式锄草，将杂草从根部连根切断实现锄草，这种锄草方式容易损害根 系较发达的作物，影响作物产量。针对像玉米一样根系发达且有地生根的植物，采用入土式 刀盘进行锄草时会对植物根系造成较大破坏，不利于作物的保根护根，影响植物的生长及 最终产量。 0005 此外，在我国北方部分地区，大田土壤粘性较大，浇水后土壤易产生板结的现象， 入土式。
8、刀盘锄草时容易将土壤成块掀起，导致覆盖或砸伤作物苗。 0006 因此，对于那些根系发达的作物或易板结土壤的工况下，入土刀盘的伤苗率明显 提高，影响作物产量，所以发明一种适应根系发达作物和板结土壤工况的锄草方式尤为重 要。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种针对根系发达作物及易板结土壤的工况进行株间锄 草的行星刷式株间锄草装置，该装置工作负载低、高效节能。 0008 为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案： 0009 一种行星刷式株间锄草装置，包括液压马达1、箱体盖2、箱体3，所述液压马达1安 装在箱体盖2上，箱体盖2安装在箱体3上，液压马达1的输出轴与旋转主轴20相连；其 中： 。
9、0010 其还包括行星齿轮5、锄草刀柄6、锄草刷盘8、公转锄草刀杆10、自转锄草刀杆11、 太阳齿轮固定套13、旋转主轴20、太阳齿轮23；其中， 0011 所述旋转主轴20下端支撑在第三轴承21上，第三轴承21与轴承座14过度配合， 说 明 书CN 103988598 A 2/5页 4 太阳齿轮固定套13抵在第三轴承21的外圈并且与轴承座14一起叠加安装在箱体3底部； 太阳齿轮23周向及轴向固定在太阳齿轮固定套13上，锄草刀柄6周向固定在旋转主轴20 的末端； 0012 公转锄草刀杆10垂直固定连接在锄草刀柄6上，自转锄草刀杆11通过第二轴承 12和第一轴承9同轴安装在公转锄草刀杆10内部；。
10、 0013 行星齿轮5安装在自转锄草刀杆11的顶部，并与太阳齿轮23啮合形成行星齿轮 机构；锄草刷盘8安装在自转锄草刀杆11的底部。 0014 所述锄草旋转主轴20的旋转中心与锄草刷盘8的旋转中心具有一偏心距S，该偏 心距S为60mm到100mm。 0015 所述行星齿轮机构中，行星齿轮5和太阳齿轮23的齿数和模数可调整。 0016 所述锄草刷盘8的直径大小、刷毛材质及刷毛长度可调整。 0017 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 0018 本发明的行星刷式株间锄草装置适用于易板结土壤，采用锄草刷盘作为锄草刀， 与传统的株间锄草刀具相比，锄草动作在地表进行，更好地保护植物的根系；由于锄草刷。
11、盘 工作入土较浅，大大减小了拖拉机的能耗，提高经济效益；采用行星轮系机构，结构简单且 达到了对锄草刷盘增速，实现更好的锄草效果。 附图说明 0019 图1a为一种行星刷式株间锄草装置的剖面图； 0020 图1b为一种行星刷式株间锄草装置的整体结构图； 0021 图2a为一种行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的机构运动简图； 0022 图2b为一种行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的三维局部图； 0023 图3a为一种行星刷式株间锄草装置的偏心参数示意图； 0024 图3b为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘运动轨迹图； 0025 图4a为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘苗间锄草运动示意图； 。
12、0026 图4b为一种行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘避苗运动示意图。 0027 【主要组件符号说明】 0028 1 液压马达 0029 2 箱体盖 0030 3 箱体 0031 4 防水接头 0032 5 行星齿轮 0033 6 锄草刀柄 0034 7 作物苗 0035 8 锄草刷盘 0036 9 第一轴承 0037 10 公转锄草刀杆 0038 11 自转锄草刀杆 0039 12 第二轴承 说 明 书CN 103988598 A 3/5页 5 0040 13 太阳齿轮固定套 0041 14 轴承座 0042 15 旋转编码器 0043 16 小同步带轮 0044 17 大同步带轮 0045 。
13、18 接近开关 0046 19 接近开关检测盘 0047 20 旋转主轴 0048 21 第三轴承 0049 22 顶丝 0050 23 太阳齿轮 0051 24 轴端挡圈 0052 25 筋板 具体实施方式 0053 下面，结合附图与实施例，进一步详细地解释本发明。 0054 如图1a和1b所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的剖面图和整体结构图。其 中，行星刷式株间锄草装置包括液压马达1、箱体盖2、箱体3、行星齿轮5、锄草刀柄6、锄草 刷盘8、公转锄草刀杆10、自转锄草刀杆11、太阳齿轮固定套13、旋转编码器15、小同步带轮 16、大同步带轮17、接近开关18、接近开关检测盘19、旋转主轴。
14、20、太阳齿轮23，其中，所述 液压马达1也可以替换为电机。 0055 所述液压马达1通过螺栓安装在箱体盖2上，箱体盖2安装在箱体3上，防水接头 4安装在箱体3上，信号线穿过防水接头4从箱体3中引出，使用防水接头4增加了箱体3 引出信号线的位置的密封性，可起到防尘防水的作用。液压马达1的输出轴与旋转主轴20 通过花键相连，旋转主轴20下端支撑在第三轴承21上，第三轴承21与轴承座14过度配合， 太阳齿轮固定套13抵在第三轴承21的外圈、并且与轴承座14一起通过螺钉叠加安装在箱 体3底部。太阳齿轮23通过轴用挡圈和顶丝22周向及轴向固定在太阳齿轮固定套13上。 锄草刀柄6通过轴端挡圈24周向固定。
15、在旋转主轴20的末端，旋转主轴20通过键连接将扭 矩传递给锄草刀柄6，带动锄草刀柄6旋转。 0056 公转锄草刀杆10为中空的杆状，垂直焊接在锄草刀柄6上，筋板25安装在公转锄 草刀杆10和锄草刀柄6之间，保证公转锄草刀杆10与锄草刀柄6的垂直关系。 0057 自转锄草刀杆11通过第二轴承12和第一轴承9同轴安装在公转锄草刀杆10内 部，使自转锄草刀杆11能在公转锄草刀杆10内同轴旋转。 0058 行星齿轮5通过平键安装在自转锄草刀杆11的顶部，并与太阳齿轮23啮合形成 行星齿轮机构。锄草刷盘8通过平键和轴用挡圈安装在自转锄草刀杆11的底部。自转锄 草刀杆11旋转时带动锄草刷盘8的旋转。所述行。
16、星齿轮机构中，通过改变行星齿轮5和太 阳齿轮23的齿数和模数可以改变行星齿轮机构的传动比，进而调节锄草刷盘8的转速，以 获得需要的锄草刷盘8转速。 0059 图2a为本发明的行星刷式株间锄草装置的行星轮系机构的机构运动简图；图2b 说 明 书CN 103988598 A 4/5页 6 为该行星轮系机构的三维局部图； 0060 如图2a所示，在所述行星轮系机构中，太阳齿轮23的齿数为Z1，太阳齿轮23相对 于旋转主轴20是固定不动的；行星齿轮5的齿数为Z2。 0061 旋转主轴20和锄草刀柄6无相互运动地连接在一起；行星齿轮5和锄草刀柄6采 用转动副连接，使行星齿轮5可相对锄草刀柄6进行旋转运动。
17、；自转锄草刀杆11与行星齿 轮5相互固定连接，没有相对运动；太阳齿轮23和行星齿轮5啮合。 0062 通过旋转主轴20带动锄草刀柄6旋转，同时带动太阳齿轮23旋转；使行星齿轮 5绕旋转主轴20进行公转，同时由于行星齿轮5与太阳齿轮23啮合，在公转的同时进行自 转。行星齿轮5旋转的角速度公式如下： 0063 0064 式中，w 2 表示行星齿轮5的旋转角速度，同时也是锄草刷盘8的旋转速度；w H 表示 旋转主轴20的旋转角速度；z 1 表示太阳齿轮23的齿数；z 2 表示行星齿轮5的齿数。行星 轮系机构实现了当旋转主轴20速度不变时，通过改变太阳齿轮23和行星齿轮5的齿数和 模数，来改变锄草刷盘。
18、8的旋转速度。 0065 在本发明的行星刷式株间锄草装置中，锄草旋转主轴20的旋转中心与锄草刷盘8 的旋转中心有一定偏距为偏心距S，这使得使锄草刷盘8在运动过程中实现了“避苗锄草” 的效果。如图3a所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的偏心参数示意图；图3b为锄草 刷盘运动轨迹图。 0066 在图3a中，S为偏心距，R为旋转主轴20的中心与作物苗7的苗心距离，该距离 可以人为自主控制；R S 为锄草刷盘8的中心轴与作物苗7的苗心距离，该距离是锄草刷盘8 运动到行间最大位置时的距离。从图3a中可看出： 0067 R S S+R， 0068 其中，R S 越大，锄草刷盘8在运动过程中对苗的损伤可能。
19、性就越小。从图3b中可 看出，锄草刷盘8的运动为合成运动，包括绕旋转主轴20中心轴的公转运动、绕自身转轴的 自转运动和向前的直线运动。 0069 如图3b所示，通过对不同偏心距S的运动分析，可得到：偏心距S在60mm到100mm 的范围，可实现较大的保护区和较大的锄草刷盘8的中心轴与作物苗7的苗心距离R S 。本 发明针对常规玉米播种机播种苗距，合理采用60mm的偏心距S，实现更优锄草刷盘8的运动 轨迹和更好锄草效果。 0070 本发明的行星刷式株间锄草装置采用锄草刷盘8作为锄草刀，锄草刷盘8为圆形 刷子，针对不同种类作物，不同苗间距、不同生长时期及不同土质要求可以更换不同型号的 锄草刷盘8；。
20、不同型号的锄草刷盘8在直径大小、刷毛材质及刷毛长度等方面有所不同。刷 毛材质主要有软尼龙、硬尼龙、不锈钢等。 0071 在实际应用中，可根据大田种植行数的要求相应的增加行星刷式株间锄草装置的 个数，每个锄草装置负责一行作物的株间锄草工作，将若干安装在仿形机构上的行星刷式 株间锄草装置按作物行间距的要求安装在前悬挂或后悬挂机架上，通过拖拉机或是农用平 台车牵引运动。 0072 如图4a所示，为本发明的行星刷式株间锄草装置的锄草刷盘苗间锄草运动示意 说 明 书CN 103988598 A 5/5页 7 图；图4b为锄草刷盘避苗运动示意图。本发明的行星刷式株间锄草装置具体工作过程如 下： 0073 。
21、智能锄草机被牵引沿作物行运动，每个刷式苗间锄草单元对应一行作物。智能锄 草机通过作物位置信息实时控制液压马达1旋转，实现避苗锄草。其中视觉苗距信息和前 进速度信息为智能锄草机其他部件检测的信息并提供给控制器。 0074 液压马达1带动旋转主轴20旋转，从而带动安装在旋转主轴20上的锄草刀柄6 和公转锄草刀杆10绕旋转主轴20中心轴旋转，同时带动太阳齿轮23旋转；自转锄草刀杆 11、行星齿轮5和锄草刷盘8被公转锄草刀杆10带动一起绕旋转主轴20中心轴旋转；同时 行星齿轮5与太阳齿轮23相互啮合，使行星齿轮机构中的行星齿轮5绕旋转主轴20中心 轴旋转的同时还发生自转，从而带动自转锄草刀杆5和锄草刷。
22、盘8也进行自转。 0075 同时，液压马达1带动旋转主轴20上的大同步带轮17和接近开关检测盘19旋转， 通过同步带将大同步带轮17的转速信息传递给与小同步带轮16连接的旋转编码器15，从 而通过旋转编码器15可实时检测旋转主轴20的转速信息。通过接近开关18和旋转编码 器15的配合使用，可检测旋转主轴20的旋转角度信息。通过旋转角度信息和视觉苗距信 息及前进速度信息计算出液压马达所需转速，控制器控制液压马达1精确旋转。 说 明 书CN 103988598 A 1/3页 8 图1a 图1b 图2a 图2b 说 明 书 附 图CN 103988598 A 2/3页 9 图3a 图3b 说 明 书 附 图CN 103988598 A 3/3页 10 图4a 图4b 说 明 书 附 图CN 103988598 A 10 。