一种带有机具快速换接装置的农用作业车及机具换接方法

技术领域

本发明属于农林器械领域，涉及一种带有机具快速换接装置的农用作业车及机具换接方法。

背景技术

果园田间管理过程中旋地、割草、开沟、施肥、打药、修剪等都需要大量的劳动力，传统果园由于种植方式所限大多都是以人工劳动为主，随着人民生活水平的提高以及务农人员年龄的逐渐老化，对机械自动化、省力化的需求越来越强烈，而这些作物由于种植农艺要求，需要机器重心低、通过性好，并且能换装不同的机具以实现不同作业，如，果园碎草、割草、果树机械梳花梳果、肥料覆埋及打药等作业。

在果园管理、山地丘陵地作业及大棚内作业中急需机具换接方便快速。

目前市场上的轮式拖拉机所带的三点悬挂机构虽然可以换装不同的机具，但其因结构尺寸大再加上轮式拖拉机本身重心高，个头大，有许多场合无法进入，在山地及丘陵地带作业时，还可能因重心过高而出现翻车的情况，其输出动力方向单一，不能在作业中改变方向。已经公开的一种履带式农用车，申请号：CN201811224353.4，可以实现不同机具的换接，但该技术安装机具时需要人力把机具放进连接架、再人工安装动力传动轴并固定、拆卸机具时需操作者手动撬开机具锁紧钩、人力拆卸动力传动轴并需人力将机具抬下，更换机具时仍费力费时，无法实现纯机械换装作业。另外，目前国内外市场上已出现了静液压驱动的农用车辆，能方便实现车辆的前进后退转换，作业机械采用液压马达驱动，动力输出方向也可根据需要变换，但这种机械采购及使用成本很高无法大面积在我国推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种带有机具快速换接装置的农用作业车及机具换接方法，能够仅通过机械运动，不需要人力快速换接机具。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带有机具快速换接装置的农用作业车，包括车体、传动箱和机具快速换接装置；

传动箱位于车体上，机具快速换接装置位于车体前端；

机具快速换接装置包括一对机架、升降液压缸、移动液压缸和机具抓爪；

一对机架包括两个平行且连接的机具架，升降液压缸第一端为铰接端，第二端与任意一个机具架底部连接孔铰接；两个机具架后端均设置有铰接孔，前端顶部均设置有抬升槽，抬升槽下方设置有定位槽；

移动液压缸与任意一个机具架侧面连接，机具抓爪设置在移动液压缸输出端，机具抓爪上设置有爪头，机具抓爪和移动液压缸平行且均与机具架端面垂直；

任意一个机具架一侧设置有传动装置，传动装置输入端与传动箱输出端连接，传动装置输出端设有转动联接件。

优选的，传动装置包括动力输入轮、传动链、联接轴和从动轮，动力输入轮通过传动链与从动轮联接，从动轮嵌套在联接轴上，联接轴与转动连接件共轴连接。

进一步，转动连接件包括主动联轴节、从动联轴节和联接链条，主动联轴节固定在联接轴上，联接链条将从动联轴节与主动联轴节联接，从动联轴节端部与定位槽对应。

进一步，其中一个机具架上设置有与机具抓爪平行的滑动板，滑动板位于机具抓爪和移动液压缸之间，滑动板上设置有与移动液压缸输出方向平行的腰形孔，移动液压缸输出端通过机具移动主轴穿过腰形孔与机具抓爪连接。

优选的，传动箱包括箱体、输入轴、反转轴、中间轴和输出轴；

输入轴、反转轴、中间轴和输出轴平行设置在箱体内，且两端均与箱体通过轴承连接；输入轴中间嵌套固定有正转电动座和反转电动座，正转电动座和反转电动座间隔设置，正转电动座和反转电动座内部均设置有电磁线圈和电磁铁；

正转电动座远离反转电动座的一侧间隔设置有若干个正转传导齿片和正转摩擦片，正转传导齿片和正转摩擦片交叉设置，正转传导齿片和正转摩擦片与输入轴滑动连接，距离正转电动座最远的正转传导齿片通过连接件连接有正转联动齿轮，正转联动齿轮通过轴承与输入轴连接；

反转电动座远离正转电动座的一侧间隙设置有若干个反转传导齿片和反转摩擦片，反转传导齿片和反转摩擦片交叉设置，反转传导齿片和反转摩擦片与输入轴滑动连接，距离反转电动座最远的反转传导齿片通过连接件连接有反转联动齿轮，反转联动齿轮通过轴承与输入轴连接；

反转轴上设置有反转齿轮，反转齿轮与反转联动齿轮连接；中间轴位于箱体内部的两端分别设置有正转齿轮和反转传动齿轮，正转齿轮与正转联动齿轮啮合，反转传动齿轮与反转齿轮啮合，中间轴上设置有中间齿轮，输出轴上设置有输出齿轮，中间齿轮和输出齿轮啮合；输出轴连接传动装置输入端。

进一步，输入轴一端设置有直流发电装置，直流发电装置包括定子、转子和整流器，定子固定在箱体上，转子与输入轴连接，整流器连接定子。

进一步，输出轴两端分别通过轴承嵌套有左定位座和右定位座，左定位座和右定位座固定在箱体上，左定位座和右定位座分别与机具架的两个铰接孔铰接。

进一步，距离正转电动座最远的正转传导齿片通过正转传动叉连接有正转联动齿轮；距离反转电动座最远的反转传导齿片通过反转传动叉连接有反转联动齿轮。

进一步，输入轴中间设置有外花键，正转电动座和反转电动座设置有内花键，正转电动座和反转电动座通过内花键和外花键配合与输入轴连接。

一种基于上述任意一项所述农用作业车的机具快速换接方法，移动液压缸伸长到最远处使机具抓爪处于最远处，使机具上抓取板位于机具抓爪上爪头的正下方；升降液压缸收缩，使机具架的抬升槽位于机具上抓取杆正下方，升降液压缸伸长使机具架的抬升槽抓取机具上的抓取杆，继续使升降液压缸伸长，直至机具上动力定位杆与机具架上定位槽贴合，此时机具上的抓取板处在机具抓爪上的爪头内，移动液压缸收缩使机具抓爪带动机具朝向传动装置移动，直到机具动力输入轴与转动连接件连接；

拆卸机具时按上述顺序反向操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明过升降液压缸将机架进行升降，从而使机架抬升槽进行对机具抬升和固定，通过定位槽进行机具的定位和固定，通过移动液压缸带动机具抓爪移动，从而将机具输入轴与传动装置连接，从而实现了不需要人力，仅通过机械运动、两个液压缸的伸缩，对机具进行快速换接。

进一步，主动联轴节、从动联轴节与联接链条组合成联轴器，起到消除机具及机具架的加工或装配不同心问题。

进一步，滑动板内的腰形孔能够对机具抓爪的移动进行限位。

进一步，通过在输入轴上设置两个电动座，通过通电将对应传导齿片和摩擦片吸附，从而将输入轴动力传递至传导齿片中，进而传递至输出轴中，反转部分多设置一个反转轴，因此通过给两个电动座分别供电，从而输出不同方向的动力，满足实际的使用需求。

进一步，设置直流发电装置，从而将输入轴动能转换为电能，从而可以给车体其他部件供电。

进一步，左定位座和右定位座能够对输出轴进行限位，同时可供连接装置及作业机具的回转支撑。

附图说明

图1-本发明的农用车第一示意图；

图2-本发明的农用车第二示意图；

图3-本发明的传动箱动力传动正转示意图；

图4-本发明的传动箱动力传动反转示意图；

图5-本发明的机具快速换接装置结构示意图；

图6-本发明的本发明的机具快速换接装置动力传送结构示意图；

图7-本发明的机具快速换接装置移动结构示意图；

图8-本发明的机具快速换接装置抓取结构示意图；

图9-本发明的机具架结构示意图；

图10为本发明的机具结构示意图。

其中：1-车体；2-动力箱；21-输入轴；22-联动齿轮；23-轴承；24-正转电磁分离器；241-正转传动叉；242-正转电动座；243-正转传导齿片；244-正转摩擦片；25-反转电磁分离器；251-反转传动叉；252-反转电动座；253-反转传导齿片；254-反转摩擦片；26-反转联动齿轮；27-定子；28-转子；29-正转齿轮；210-箱体；211-中间轴；212-中间齿轮；213-输出齿轮；214-输出轴；215-左定位座；216-右定位座；217-反转齿轮；218-反转轴；219-反转传动齿轮；3-机具快速换接装置；31-机具架；32-升降液压缸；33-升降缸下支轴；34-压盖；35-移动液压缸；36-机具抓爪；37-护罩；38-动力输入轮；39-传动链；310-联接轴；311-从动轮；312-联接轴承；313-主动联轴节；314-从动联轴节；315-机具移动主轴；316-滑动轴；317-机具抓爪护板；318-联接链条；319-滑套；4-动力装置；41-发动机；42主皮带轮；43-传动皮带；44-传动从动轮；5-控制系统；6-保护架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1和图2所示，农用车包括车体1、动力箱2、机具快速换接装置33、动力装置44、控制系统5及保护架6。所述车体1采用直流电动驱动，包括机架、行走轮、行走履带、控制系统5、驱动马达、行走驱动变速箱、电瓶组等，在电瓶驱动下，车体1应能远程遥控或通过手动按钮操作车辆。所述动力装置4包括发动机41、主皮带轮42、传动皮带43及传动从动轮44，其中发动机41安装在车体1机架上，主皮带轮42安装在发动机41输出轴214上，传动从动轮44装在动力箱2输入轴21上，传动皮带43则把主动皮带轮与传动从动轮44车接起来。发动机41安装在车体1的机架上。

如图3所示，变向传动箱包括箱体210、正转电磁分离器24、反转电磁分离器25、直流发电装置、输入轴21、联动齿轮22、轴承23、反转联动齿轮26、正转齿轮29、中间轴211、中间齿轮212、输出齿轮213、输出轴214、左定位座215、右定位座216、反转齿轮217、反转轴218及反转传动齿轮219。所述正转电磁分离器24由正转传动叉241、正转电动座242、正转传导齿片243、正转摩擦片244等组成，正转电动座242内含电磁线圈及电磁铁，正转电动座242及正转摩擦片244内孔为内花键孔，正转传导齿片243外侧有等距分布的齿片与正转传动叉241对应，正转传导齿片243与正转摩擦片244交叉安装，并始终同步动作。所述反转电磁分离器25由反转传动叉251、反转电动座252、反转传导齿片253、反转摩擦片254等组成，反转电动座252内含电磁线圈及电磁铁，反转电动座252及反转摩擦片254内孔为内花键孔，反转传导齿片253外侧有等距分布的齿片与反转传动叉251对应，反转传导齿片253与反转摩擦片254交叉安装并始终同步动作。

输入轴21经过轴承23及轴承23压盖34固定在箱体210对应孔中，正转电动座242通过一端内部花键孔安装在输入轴21上，反转电动座252通过一端内部花键孔安装在输入轴21另一端。所述正转电动座242、反转电动座252与输入轴21紧固联接，与输入轴21一起转动。

联动齿轮22内孔通过轴承23安装在输入轴21上，联动齿轮22可绕输入轴21转动，联动齿轮22与正转传动叉241固定联接。中间轴211通过轴承23安装在箱体210上，正转齿轮29通过内部花键与中间轴211上花键联接，中间齿轮212通过内部花键与中间轴211上中部花键联接，反转传动齿轮219通过内部花键与中间轴211上另一端花键联接。所述输出轴214通过轴承23安装在箱体210上，输出齿轮213通过内部花键与输出轴214上花键联接。

正转齿轮29与联动齿轮22啮合，中间齿轮212与输出齿轮213啮合。

如图3所示，所述正转电动座242中的线圈通电时，正转电动座242内的电磁铁推动正转摩擦片244挤压正转传导齿片243，正转传导齿片243又带动正转传动叉241使与之紧固的联动齿轮22转动，按照联动齿轮22、正转齿轮29、中间轴211、中间齿轮212、输出齿轮213通过输出轴214输出正向动力。

如图4所示，反转联动齿轮26通过轴承23安装在输入轴21上，同时反转联动齿轮26与反转传动叉251固定联接，反转轴218通过轴承23安装在箱体210上，反转齿轮217通过内部花键与反转轴218上花键联接。反转联动齿轮26与反转齿轮217啮合、反转齿轮217与反转传动齿轮219啮合。

反转电动座252中的线圈通电时，反转电动座252内的电磁铁推动反转摩擦片254挤压反转传导齿片253，反转传导齿片253又带动反转传动叉251使与之紧固的反转联动齿轮26转动，按照反转联动齿轮26、反转齿轮217、反转轴218、反转传动齿轮219、中间轴211、中间齿轮212、输出齿轮213通过输出轴214输出反向动力。

直流发电装置由定子27、转子28及整流器等组成，定子27通过连接板固定在箱体210上，转子28通过其中心孔安装在输入轴21的动力输出端，整流器连接定子27的连圈，整流器负责把所发出的交流电整流为直流电，整流器安装在车体1上。整流器输出的直流电接入车体1电瓶组，为电瓶组充电。

如图3所示，左定位座215、右定位座216分别安装在箱体210的左右两侧，并与输出轴214同心，左定位座215和右定位座216通过轴承23分别嵌套在输出轴214两端。

正转电磁分离器24、反转电磁分离器25工作时互相排斥不能同时供电。正转电磁分离器24、反转电磁分离器25都不通电时，机具无输入动力；当正转电磁分离器24通电时，机具输入正向动力；当反转电磁分离器25通电时，机具输入反向动力。

正转电磁分离器24、反转电磁分离器25：，反转速比为1：2.617。

如图5所示，机具快速换接装置3，包括机具架31、升降液压缸32、升降缸下支轴33、压盖34、移动液压缸35、机具抓爪36、护罩37、动力输入轮38、传动链39、联接轴310、从动轮311、轴承23、主动联轴节313、从动联轴节314、机具移动主轴315、滑动轴316、机具抓爪护板317、联接链条318、滑套319。其中机具快速换接装置3铰接孔C1、C2与左定位座215和右定位座216通过压盖34分别铰接，使机具快速换接装置3可以绕车体1上的相应部位铰接转动。升降液压缸32大腔与升降缸下支轴33一端铰连接，升降缸下支轴33另一端固定在车体1上，使升降液压缸32可绕升降缸下支轴33转动，升降液压缸32杆端通过销轴与机具架31铰连接，当升降油缸伸缩时，可实现机具的升降作业。

如图6所示，所述护罩37、动力输入轮38、传动链39、联接轴310、从动轮311、轴承23、主动联轴节313、从动联轴节314及联接链条318等组成动力传动装置，动力输入轮38与传动箱上输出轴214相连接，接收来自车体1的动力，经过传动链39传给从动轮311，从动轮311与联接轴310固定联接，联接轴310通过联接轴承312固定在机具架31上，主动联轴节313通过螺栓固定在联接轴310的另一端，联接链条318把从动联轴节314与主动联轴节313联接起来，从而把车体1动力传送到机具上。护罩37分别连接在主动联轴节313及从动联轴节314上，起到防尘及安全保护作用。

如图7所示，机具抓爪36上设置有爪头，机具抓爪36的爪头为其底部的Y槽，槽底为矩形。

如图8所示，所述移动液压缸35、机具抓爪36、机具移动主轴315、滑动轴316、机具抓爪护板317、滑套319结合机具架31共现构成机具移动锁紧装置，机具抓爪36、滑动板和移动液压缸35平行且均与机具架31端面垂直，移动液压缸35缸筒端与机具架31通过销轴联接，移动液压缸35杆端与机具移动主轴315一端相联接，机具移动主轴315另一端穿过机具抓爪护板317一孔，中间套接滑套319再穿过另一个机具抓爪护板317一孔，机具移动主轴315外端与机具抓爪36相连，滑套319安装在滑动轴316上且两端面分别与机具抓爪护板317相接，滑动轴316分别与两个机具抓爪护板317另一孔及机具抓爪36上对应孔同心并铰连接，两个机具抓爪护板317分别与机具架31上滑动板相切合。当移动液压缸35伸缩时，机具移动主轴315带动机具抓爪36、机具抓爪护板317、滑动轴316及滑套319在机具架31的H孔内左右移动，实现机具动力传接、机具锁定及解锁功能。

所述主动联轴节313、从动联轴节314与联接链条318组合成的联轴器，主要作用是起到消除机具及机具架31的加工或装配不同心问题，同时，为便于机具输入轴21与从动联轴节314接合，从动联轴节314内部设置花键孔，且外端面花键头部做倒圆处理。

如图9所示，所述机具架31的滑动板上设置有两个腰形孔H1、H2，H、H2两个腰形孔在一个水平面，所述两个滑套319分别在H1、H2两个腰形孔内滑动，能确保机具抓爪36水平直线移动。

所述机具架31上铰接孔C1、C2同心，确保机具快速换接装置3升降自如，如图5所示，机具架31上抬升槽A1、A2同心，同时所述机具架31上定位槽B1、B2、B3、B0和从动联轴节314同心。

如图9所示，为便于机具挂接，所述机具架31上抬升槽A、A上部开孔大，并经一段腰形孔过度到半圆孔，左右两圆孔同心。

如图9所示，为便于机具下部定位机构顺利进入，所述机具架31上定位槽B1、B2开孔形状为外大张口逐渐过度到定位圆弧，所述定位槽B3圆弧面为一大半圆结构，其开口部为便于机具输入轴21的进出，便于机具的动力对正及机具锁定。

如图10所示，为一种作业机具箱体结构示意图，作业机具可以带动力，如：旋耕机、开沟机、开沟施肥机、割草机、碎草机等；也可以不带动力，如：耕耘机、犁、平地铲及推土铲等。为能顺利与机具快速换接装置对接，作业机具上须设有抓取杆，以便被机具快速换接装置上的抬升槽抓取；设置抓取板及动力定位杆，便于机具左右移动，以完成机具安装固定及拆卸；设置导锥面及锁定圆面，以便于作业机具锁定；对带动力的作业机具其机具动力输入轴端还应设有导锥面结构，以便作业机具动力输入轴能方便与动力传动装置对接。

机具快速换接装置3换装机具时按以下方法进行：伸长移动液压缸35到最远处使机具抓爪36处于设计最远处，配合车体1行走，使机具上抓取板与机具抓爪36上的爪头大致对齐，机具上抓取板位于机具抓爪36上爪头的正下方；收缩升降液压缸32到机具架31可够着机具上抓取杆，使机具架31的抬升槽位于机具上抓取杆正下方，伸长升降液压缸32使机具架31抓取机具上的抓取杆并继续上升到机具抓取杆处于机具架31的抬升槽A1、A2底部，继续伸长升降液压缸32，直至机具上动力定位杆与机具架31上定位槽B1底部贴合，这时机具上的抓取板应处在机具抓爪36上的爪头内，收缩移动液压缸35使机具抓爪36带动机具顺定位槽B1-B0中心移动，当机具上的导向锥面进入定位槽B3内时，会强制使机具输入轴21心与定位槽B1-B0中心线重合，再移动时，机具动力输入轴21进入从动联轴节314内，继续缩短移动液压缸35使机具上位于导向锥面后的锁定圆面进入机具架31上的定位槽B3内，实现机具锁定。为便于机具输入轴21与从动联轴节314的接合，机具动力输入轴21端应设有导向锥，并且输入轴21端部花键也应倒圆角。所述机具快速换接装置3拆卸机具时按以上顺序反向操作。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。