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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201510968825.7 (22)申请日 2015.12.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105532190 A (43)申请公布日 2016.05.04 (73)专利权人 浙江理工大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街928号 (72)发明人 陈建能 曾功俊 徐宾 邓坦 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 杜军 (51)Int.Cl. A01D 93/00(2009.01) (56)。
2、对比文件 CN 205408652 U,2016.08.03, GB 396560 A,1933.08.10, CN 204443095 U,2015.07.08, CN 204408943 U,2015.06.24, US 3307599 ,1967.03.07, US 2192247 ,1940.03.05, JP 特开2013-27320 A,2013.02.07, 审查员 梅婷 (54)发明名称 非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收获装 置 (57)摘要 本发明公开了非圆锥齿轮驱动的同步拉拽 式胡萝 卜收获装置。 圆盘割刀式收获部件容易切 伤胡萝 卜； 液压驱动拉拽式收获部件的两个液压。
3、 马达同步性很难保证。 本发明的主动圆盘和从动 圆盘内端均开设n个圆孔； 主动圆盘和从动圆盘 的一对圆孔通过轴承连接一根拉拽杆的两端； 主 动圆盘外端盖通过键连接主动轴； 从动圆盘外端 盖通过键连接从动轴； 液压马达的输出轴与动力 轴通过联轴器连接； 两个主动非圆锥齿轮通过键 反向固定在动力轴上， 且分别与一个从动非圆锥 齿轮啮合； 两个从动非圆锥齿轮与两个拉拽杆组 件的主动轴通过键连接。 本发明采用非圆锥齿轮 对两组拉拽杆同步输入动力， 能满足两组拉拽杆 同步作用的要求， 结构简单， 可靠性高。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 105532190 B 2017.10.17 CN 。
4、105532190 B 1.非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收获装置， 包括装在安装架上的拉拽装置和传 动装置， 其特征在于： 所述的传动装置为非圆锥齿轮传动装置； 所述的拉拽装置设置在输送 带下方； 所述的非圆锥齿轮传动装置驱动拉拽装置； 所述的拉拽装置包括两个拉拽杆组件； 所述的拉拽组件包括主动轴、 主动圆盘、 拉拽 杆、 从动圆盘和从动轴； 所述的主动圆盘和从动圆盘内端均开设有沿圆周均布的n个圆孔， n 5； 主动圆盘和从动圆盘的每个圆孔与反向设置的一对轴承的外圈配合连接； 每对轴承之 间通过轴套轴向定位； 主动圆盘内端每对轴承的内圈与一根拉拽杆的一端配合连接， 每根 拉拽杆的另一端与。
5、从动圆盘内端的一对轴承内圈配合连接； 所述拉拽杆的两端端部均与圆 螺母连接， 实现轴向固定； 两个拉拽杆组件的主动圆盘及从动圆盘轴线均平行设置； 位于两 个拉拽杆组件内侧的一对或两对拉拽杆相互交错设置； 两个拉拽杆组件的主动圆盘外端盖 开设的轴孔分别与一根主动轴通过键连接， 主动轴端部与轴端盖通过螺栓固定； 两根主动 轴通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定在安装架侧部； 两个拉拽杆 组件的从动圆盘外端盖开设的轴孔分别与一根从动轴通过键连接， 从动轴端部与轴端盖通 过螺栓固定； 两根从动轴通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定在安 装架顶部的输送带安装板上； 所。
6、述的非圆锥齿轮传动装置包括液压马达、 动力轴、 主动非圆锥齿轮和从动非圆锥齿 轮； 所述的动力轴通过轴承支承在轴承座上， 该轴承座通过螺栓固定在安装架侧部； 所述液 压马达的输出轴与动力轴通过联轴器连接； 两个主动非圆锥齿轮通过键反向固定在动力轴 上， 且分别与一个从动非圆锥齿轮啮合； 两个从动非圆锥齿轮与两个拉拽杆组件的主动轴 通过键连接； 所述主动非圆锥齿轮和从动非圆锥齿轮的节曲线设计过程如下： (1)进行运动学分析， 得出拉拽杆的运动学方程； 拉拽杆竖直方向的输出速度： vR sin(t) 式中， R为主动圆盘内端圆孔中心轴线与主动圆盘圆心的距离， 为主动圆盘的角速 度； 两个拉拽杆组件。
7、内侧相对的两根拉拽杆的水平距离： XL+Rcos(1.5 - )-Rcos(1.5 + )-2l 式中， L为主动圆盘与从动圆盘的中心距， l为拉拽杆作用杆部分相对安装杆部分的安 装圆孔中心轴线的偏距， 为相对的两根拉拽杆安装杆部分的偏转角， t为主动圆盘 的角位移； (2)根据胡萝 卜秧苗力学特性对拉拽杆竖直方向的速度要求推导拉拽杆竖直方向的速 度要求， 并建立拉拽杆竖直方向的速度曲线方程如下： 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 105532190 B 2 式中， 参数h-3600m； x为主动非圆 锥齿轮的转角； 由求出m， 从而得到速 度曲线方程中的参数c2、 c3和h； 式中，。
8、 T为主动非圆锥齿轮的转动周期； (3)根据建立的拉拽杆竖直方向速度曲线方程和拉拽杆运动方程反求非圆锥齿轮副的 平面节曲线方程； 由得再通过积分求出 的曲线方程， 进而求出从动非圆锥齿轮的角速度方程， 即主动圆盘的角速度的方程； 又由于主动非圆锥齿轮的角速度1已知， 故而非圆锥齿轮副的传动比i12可求； 再给定 非圆锥齿轮副平面的中心距a， 通过下式求出非圆锥齿轮副的平面节曲线方程： 式中， r1为主动非圆锥齿轮水平投影的向径， r2为从动非圆锥齿轮水平投影的向径； 根据主、 从动非圆锥齿轮水平投影的向径， 可求解主动非圆锥齿轮的平面节曲线坐标 (x1,y1)和从动非圆锥齿轮的平面节曲线坐标(。
9、x2,y2)； (4)根据非圆锥齿轮的平面节曲线方程， 运用投影法求出非圆锥齿轮的空间节曲线方 程； a)主动非圆锥齿轮为一阶非圆锥齿轮， 采用球面法向投影求其空间节曲线方程如下： 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 105532190 B 3 式中， (x,y,z)为主动非圆锥齿轮的空间节曲线坐标； R1为投影的球面半径； H为球面的 球心至主动非圆锥齿轮的平面节曲线所在平面的距离； b)从动非圆锥齿轮为五阶非圆锥齿轮， 采用柱面等半径值投影求其空间节曲线方程如 下： 式中， (R， z )为从动非圆锥齿轮的空间节曲线坐标； R2为投影的柱面半径， R2R1。 权 利 要 求 书 3/。
10、3 页 4 CN 105532190 B 4 非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收获装置 技术领域 0001 本发明属于农业机械领域， 涉及胡萝 卜收获机， 具体涉及一种非圆锥齿轮驱动的同 步拉拽式胡萝 卜收获装置。 背景技术 0002 胡萝 卜是我国居民食用的一种农产品， 我国胡萝 卜的年产量约占世界年产量的三分 之一， 但其机械化收获水平却非常低， 大部分地区还主要依靠人工收获， 少数地区所使用的 胡萝 卜收获机技术还不是很成熟， 仍存在各种问题。 目前， 在国内外市场上出售的自走式胡 萝 卜收获机的收获部件主要是圆盘割刀式收获部件和液压传动驱动的拉拽式收获部件。 圆 盘割刀式收获部件是通。
11、过圆盘割刀切除胡萝 卜秧苗， 收获过程中容易切伤胡萝 卜， 收获质量 不好， 损伤率较高； 液压驱动拉拽式收获部件是通过两个液压马达分别驱动两组拉拽杆实 现胡萝 卜秧果的分离， 收获过程中两个液压马达的同步性很难保证， 可靠性低， 且拉拽杆与 胡萝 卜作用的速度曲线不理想， 机构的收获效果没有达到最佳。 发明内容 0003 本发明的目的是针对现有技术的不足， 提供一种非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式收 获装置， 该装置采用非圆锥齿轮传动的方式， 根据需要设计非圆齿锥轮的节曲线而确保拉 拽杆所需输出速度曲线的要求； 该装置采用非圆锥齿轮对两组拉拽杆同步输入动力， 能满 足两组拉拽杆同步作用的要求， 结。
12、构简单， 可靠性高。 0004 为了达到上述目的， 本发明采用的技术方案是： 0005 本发明包括装在安装架上的拉拽装置和非圆锥齿轮传动装置。 所述的拉拽装置设 置在输送带下方； 所述的非圆锥齿轮传动装置驱动拉拽装置。 0006 所述的拉拽装置包括两个拉拽杆组件； 所述的拉拽组件包括主动轴、 主动圆盘、 拉 拽杆、 从动圆盘和从动轴； 所述的主动圆盘和从动圆盘内端均开设有沿圆周均布的n个圆 孔， n5； 主动圆盘和从动圆盘的每个圆孔与反向设置的一对轴承的外圈配合连接； 每对轴 承之间通过轴套轴向定位； 主动圆盘内端每对轴承的内圈与一根拉拽杆的一端配合连接， 每根拉拽杆的另一端与从动圆盘内端的一。
13、对轴承内圈配合连接； 所述拉拽杆的两端端部均 与圆螺母连接， 实现轴向固定； 两个拉拽杆组件的主动圆盘及从动圆盘轴线均平行设置； 位 于两个拉拽杆组件内侧的一对或两对拉拽杆相互交错设置。 两个拉拽杆组件的主动圆盘外 端盖开设的轴孔分别与一根主动轴通过键连接， 主动轴端部与轴端盖通过螺栓固定； 两根 主动轴通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定在安装架侧部； 两个拉 拽杆组件的从动圆盘外端盖开设的轴孔分别与一根从动轴通过键连接， 从动轴端部与轴端 盖通过螺栓固定； 两根从动轴通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定 在安装架顶部的输送带安装板上。 0007 所述的非。
14、圆锥齿轮传动装置包括液压马达、 动力轴、 主动非圆锥齿轮和从动非圆 锥齿轮； 所述的动力轴通过轴承支承在轴承座上， 该轴承座通过螺栓固定在安装架侧部； 所 说 明 书 1/7 页 5 CN 105532190 B 5 述液压马达的输出轴与动力轴通过联轴器连接； 两个主动非圆锥齿轮通过键反向固定在动 力轴上， 且分别与一个从动非圆锥齿轮啮合； 两个从动非圆锥齿轮与两个拉拽杆组件的主 动轴通过键连接。 0008 所述主动非圆锥齿轮和从动非圆锥齿轮的节曲线设计过程如下： 0009 (1)进行运动学分析， 得出拉拽杆的运动学方程。 0010 拉拽杆竖直方向的输出速度： 0011 vR sin(t) 0。
15、012 式中， R为主动圆盘内端圆孔中心轴线与主动圆盘圆心的距离， 为主动圆盘的角 速度。 0013 两个拉拽杆组件内侧相对的两根拉拽杆的水平距离： 0014 XL+R cos(1.5 - )-R cos(1.5 + )-2l 0015 式中， L为主动圆盘与从动圆盘的中心距， l为拉拽杆作用杆部分相对安装杆部分 的安装圆孔中心轴线的偏距， 为相对的两根拉拽杆安装杆部分的偏转角， t为主动 圆盘的角位移。 0016 (2)根据胡萝 卜秧苗力学特性对拉拽杆竖直方向的速度要求推导拉拽杆竖直方向 的速度要求， 并建立拉拽杆竖直方向的速度曲线方程如下： 0017 0018式中， 参数h-3600m； 。
16、x为主动 非圆锥齿轮的转角； 0019由求出m， 从而得 到速度曲线方程中的参数c2、 c3和h； 式中， T为主动非圆锥齿轮的转动周期。 0020 (3)根据建立的拉拽杆竖直方向速度曲线方程和拉拽杆运动方程反求非圆锥齿轮 副的平面节曲线方程。 说 明 书 2/7 页 6 CN 105532190 B 6 0021由得再通过积分求出 的曲线 方程， 进而求出从动非圆锥齿轮的角速度方程， 即主动圆盘的角速度的方程。 0022 又由于主动非圆锥齿轮的角速度1已知， 故而非圆锥齿轮副的传动比i12可求。 再 给定非圆锥齿轮副平面的中心距a， 通过下式求出非圆锥齿轮副的平面节曲线方程： 0023 00。
17、24 式中， r1为主动非圆锥齿轮水平投影的向径， r2为从动非圆锥齿轮水平投影的向 径。 0025 根据主、 从动非圆锥齿轮水平投影的向径， 可求解主动非圆锥齿轮的平面节曲线 坐标(x1,y1)和从动非圆锥齿轮的平面节曲线坐标(x2,y2)。 0026 (4)根据非圆锥齿轮的平面节曲线方程， 运用投影法求出非圆锥齿轮的空间节曲 线方程。 0027 a)主动非圆锥齿轮为一阶非圆锥齿轮， 采用球面法向投影求其空间节曲线方程如 下： 0028 0029 式中， (x,y,z)为主动非圆锥齿轮的空间节曲线坐标； R1为投影的球面半径； H为球 面的球心至主动非圆锥齿轮的平面节曲线所在平面的距离。 0。
18、030 b)从动非圆锥齿轮为五阶非圆锥齿轮， 采用柱面等半径值投影求其空间节曲线方 程如下： 0031 0032 式中， (R， ， z )为从动非圆锥齿轮的空间节曲线坐标； R2为投影的柱面半径， R2 R1。 0033 本发明具有的效益效果是： 0034 本发明采用液压马达通过非圆锥齿轮传动的方式输入动力， 减少一个动力装置， 说 明 书 3/7 页 7 CN 105532190 B 7 精简了动力传输路线， 结构简单， 传输效率高， 并且保证了两组拉拽杆组件同步运转， 提高 了收获部件的可靠性， 更重要的是根据需要设计非圆锥齿轮的节曲线而确保拉拽杆所需输 出速度曲线的要求， 使工作效率最。
19、优， 降低胡萝 卜的损伤率， 提高果秧分离效果。 本发明收获 的胡萝 卜还留有一点秧叶， 便于胡萝 卜有比较长的货架期。 附图说明 0035 图1为本发明的工作原理示意图； 0036 图2为本发明中拉拽装置的立体图； 0037 图3为本发明中从动圆盘与拉拽杆及从动轴的装配剖视图； 0038 图4为本发明中非圆锥齿轮传动装置的机构原理图； 0039 图5为本发明中拉拽装置的运动分析图； 0040 图6为本发明中拉拽杆的输出速度曲线图； 0041 图7为本发明中主、 从动非圆锥齿轮的节曲线啮合示意图。 0042 图中： 1、 胡萝 卜， 2、 输送带， 3、 拉拽装置， 4、 安装架， 5、 非圆。
20、锥齿轮传动装置， 6、 液压 马达， 7、 主动轴， 8、 主动圆盘， 9、 拉拽杆， 10、 从动圆盘， 11、 从动轴， 12、 动力轴， 13-1、 主动非 圆锥齿轮， 13-2、 从动非圆锥齿轮。 具体实施方式 0043 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。 0044 如图1所示， 非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收获装置， 包括装在安装架4上的 拉拽装置3和非圆锥齿轮传动装置5。 拉拽装置3设置在输送带2下方； 非圆锥齿轮传动装置5 驱动拉拽装置3。 0045 如图2和图3所示， 拉拽装置3包括两个拉拽杆组件； 拉拽组件包括主动轴7、 主动圆 盘8、 拉拽杆9、 从动圆盘10。
21、和从动轴11； 主动圆盘8和从动圆盘10内端均开设有沿圆周均布 的五个圆孔； 主动圆盘8和从动圆盘10的每个圆孔与反向设置的一对轴承的外圈配合连接； 每对轴承之间通过轴套轴向定位； 主动圆盘8内端每对轴承的内圈与一根拉拽杆9的一端配 合连接， 每根拉拽杆9的另一端与从动圆盘10内端的一对轴承内圈配合连接； 拉拽杆9的两 端端部均与圆螺母连接， 实现轴向固定； 两个拉拽杆组件的主动圆盘8及从动圆盘10轴线均 平行设置； 位于两个拉拽杆组件内侧的一对或两对拉拽杆9相互交错设置。 两个拉拽杆组件 的主动圆盘8外端盖开设的轴孔分别与一根主动轴7通过键连接， 主动轴7端部与轴端盖通 过螺栓固定； 两根主。
22、动轴7通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定在安 装架4侧部； 两个拉拽杆组件的从动圆盘10外端盖开设的轴孔分别与一根从动轴11通过键 连接， 从动轴11端部与轴端盖通过螺栓固定； 两根从动轴11通过轴承支承在两个轴承座上， 该两个轴承座通过螺栓固定在安装架4顶部的输送带安装板上。 0046 如图4所示， 非圆锥齿轮传动装置5包括液压马达6、 动力轴12、 主动非圆锥齿轮13- 1和从动非圆锥齿轮13-2； 动力轴12通过轴承支承在轴承座上， 该轴承座通过螺栓固定在安 装架4侧部； 液压马达6的输出轴与动力轴12通过联轴器连接； 两个主动非圆锥齿轮13-1通 过键反向固定在动力。
23、轴12上， 且分别与一个从动非圆锥齿轮13-2啮合； 两个从动非圆锥齿 轮13-2与两个拉拽杆组件的主动轴7通过键连接。 说 明 书 4/7 页 8 CN 105532190 B 8 0047 主动非圆锥齿轮13-1和从动非圆锥齿轮13-2的节曲线设计过程如下： 0048 (1)如图5所示， 进行运动学分析， 得出拉拽杆的运动学方程。 0049 拉拽杆竖直方向的输出速度： 0050 vR sin(t) 0051 式中， R为主动圆盘8内端圆孔中心轴线与主动圆盘8圆心的距离， 为主动圆盘8 的角速度。 0052 两个拉拽杆组件内侧相对的两根拉拽杆的水平距离： 0053 XL+R cos(1.5 。
24、- )-R cos(1.5 + )-2l 0054 式中， L为主动圆盘8与从动圆盘10的中心距， l为拉拽杆作用杆部分相对安装杆部 分的安装圆孔中心轴线的偏距， 为相对的两根拉拽杆安装杆部分的偏转角， t为主 动圆盘8的角位移。 0055 (2)如图6所示， 根据胡萝 卜秧苗力学特性对拉拽杆竖直方向的速度要求推导拉拽 杆竖直方向的速度要求， 并建立拉拽杆竖直方向的速度曲线方程如下： 0056 0057式中， 参数h-3600m； x为主动 非圆锥齿轮的转角； 0058由求出m， 从而得 到速度曲线方程中的参数c2、 c3和h； 式中， T为主动非圆锥齿轮的转动周期。 0059 (3)根据建立。
25、的拉拽杆竖直方向速度曲线方程和拉拽杆运动方程反求非圆锥齿轮 副的平面节曲线方程。 0060由得再通过积分求出 的曲线 方程， 进而求出从动非圆锥齿轮的角速度方程， 即主动圆盘8的角速度的方程。 0061 又由于主动非圆锥齿轮的角速度1已知， 故而非圆锥齿轮副的传动比i12可求。 再 说 明 书 5/7 页 9 CN 105532190 B 9 给定非圆锥齿轮副平面的中心距a， 通过下式求出非圆锥齿轮副的平面节曲线方程： 0062 0063 式中， r1为主动非圆锥齿轮水平投影的向径， r2为从动非圆锥齿轮水平投影的向 径。 0064 根据主、 从动非圆锥齿轮水平投影的向径， 可求解主动非圆锥齿。
26、轮的平面节曲线 坐标(x1,y1)和从动非圆锥齿轮的平面节曲线坐标(x2,y2)。 0065 (4)根据非圆锥齿轮的平面节曲线方程， 运用投影法求出非圆锥齿轮的空间节曲 线方程。 0066 a)主动非圆锥齿轮为一阶非圆锥齿轮， 采用球面法向投影求其空间节曲线方程如 下： 0067 0068 式中， (x,y,z)为主动非圆锥齿轮的空间节曲线坐标； R1为投影的球面半径； H为球 面的球心至主动非圆锥齿轮的平面节曲线所在平面的距离。 0069 b)从动非圆锥齿轮为五阶非圆锥齿轮， 采用柱面等半径值投影求其空间节曲线方 程如下： 0070 0071 式中， (R， ， z )为从动非圆锥齿轮的空间。
27、节曲线坐标； R2为投影的柱面半径， R2 R1。 求得的非圆锥齿轮副空间节曲线如图7所示。 0072 该非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收获装置， 工作原理如下： 0073 非圆锥齿轮传动装置5的液压马达6驱动动力轴12， 动力轴12将动力传给反向设置 的两个主动非圆锥齿轮13-1； 主动非圆锥齿轮13-1与从动非圆锥齿轮13-2啮合传动， 两个 从动非圆锥齿轮13-2分别驱动两个拉拽杆组件的主动圆盘8， 使得两个拉拽杆组件的主动 圆盘8反向转动， 并带动各自的拉拽杆9。 胡萝 卜1在输送带的夹持下随着输送带斜向上运动， 当胡萝 卜进入两个拉拽杆组件的内侧时， 两个拉拽杆组件相对的一对或两。
28、对拉拽杆正好开 说 明 书 6/7 页 10 CN 105532190 B 10 始相互交错将胡萝 卜夹住往下拉拽， 此时胡萝 卜的秧苗在拉拽杆和输送带的共同作用下完成 胡萝 卜秧果分离， 达到收获胡萝 卜的目的。 0074 通过设计主动非圆锥齿轮13-1和从动非圆锥齿轮13-2的节曲线可优化拉拽杆输 出速度(拉拽杆的转速在竖直方向的分量)， 提高该非圆锥齿轮驱动的同步拉拽式胡萝 卜收 获装置的工作效率， 降低胡萝 卜的损伤率， 提高果秧分离效果。 主动非圆锥齿轮13-1和从动 非圆锥齿轮13-2啮合的节曲线如图7所示时， 拉拽杆水平方向的输出速度v随液压马达6的 输出轴角位移 变化的曲线如图。
29、6所示。 图7中， 主动非圆锥齿轮13-1为一阶非圆锥齿轮， 从 动非圆锥齿轮13-2为五阶非圆锥齿轮。 可见， 拉拽杆与胡萝 卜作用时， 拉拽杆的速度在液压 马达6的输出轴角位移变化较小时从零增加到最大， 然后保持最大速度平稳拉拽胡萝 卜， 符 合胡萝 卜秧苗在平稳高速拉拽作用下易被拉断的特点。 说 明 书 7/7 页 11 CN 105532190 B 11 图1 图2 说 明 书 附 图 1/4 页 12 CN 105532190 B 12 图3 图4 说 明 书 附 图 2/4 页 13 CN 105532190 B 13 图5 图6 说 明 书 附 图 3/4 页 14 CN 105532190 B 14 图7 说 明 书 附 图 4/4 页 15 CN 105532190 B 15 。