一种手推式多功能小型智能棉花打顶机

技术领域

本发明涉及一种手推式多功能小型智能棉花打顶机，属于农业机械电子领域。

背景技术

新疆兵团作为我国棉花种植面积最大的区域，在中国棉花总量中占据比例越来越大，同时棉花种植机械化程度越来越高，棉花基本全面进入机械采摘时代，而采棉机的采头离地面大约有20 厘米的距离，因此，棉花的始果枝离地面的高度通常要高于20厘米才有助于提高采净率，否则会产生大量落地棉，影响棉花产量，如果再用人工捡落地棉，检的棉花品质差价格低，同时增加人工成本，减少收入。长期以来，棉花打顶工作主要依靠人工打顶，人工打顶不仅劳动强度大，效率低，成本高，工作环境恶劣，而且传统人工打顶农艺流程不完美，打顶后5天左右才进行化控为了把倒一台果枝拉出来，同时中低部叶枝和果枝也会进行生长从而影响棉花株型，影响通风通光,进而影响产量。最近几年有药物控制打顶的方法，但药物控制打顶对棉花整体长势要求比较高，长势不平的棉花不适合用，同时随着科技的进步以及国内外对于环境污染问题的关注，棉花打顶机必将取代药物控制打顶。

现有的棉花打顶机型中，智能化低，多为拖拉机牵引式和手持式；牵引式打顶机不能依据棉花高度不同进行打顶，从而易出现过度打顶和漏打，同时打顶时不对棉花扶正对棉株下部造成损伤，制造成本高和使用成本高；手持式打顶机效率并不高，不易于长时间作业，打顶高度（或大或小）不易控制，二者作业效果不能很好的满足棉花打顶要求；功能单一，只进行打顶切除头部。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，依据棉花打顶农艺要求提供可以适应于不同作业行距、不同作业高度、结构巧妙、通用性好、便于组合拆卸、速度快、精确打顶、底部整形和中部喷药的手推式多功能小型智能棉花打顶机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。一种手推式多功能小型智能棉花打顶机，包括中央机架、侧机架、测距装置、升降打顶装置、中部喷药装置、底部整形装置、电源和主控板，所述的侧机架位于中央机架上部的两侧，所述的测距装置位于侧机架上部的前方，所述的升降打顶装置位于侧机架的中部，所述的喷药装置位于侧机架后部的中间，所述的整形装置位于中央机架下部的两侧。

所述的中央机架包括中央底机架、中央上机架、行走轮。所述的中央底机架包括扶禾架、轮架、整形装置安装架、导轨架、定高孔。所述的扶禾架位于中央底机架的前部，水平焊接连接，所述的轮架分别垂直向下焊接在中央底机架后部两侧的下方和前部的下方，所述的整形装置安装架分别垂直向下焊接在中央底机架中部两侧的下方，所述的导轨架分别垂直向上焊接在中央底机架的四角上方，所述的定高孔4个一组上下排列，均匀分布在导轨架的侧面，定高孔为通孔；所述的中央上机架包括垂直连接管、高度调节孔、水平连接管、行距调节孔、扶手，所述的中央上机架下部垂直焊接有4个垂直连接管，垂直连接管与中央底机架上部的导轨架一一对应，所述的垂直连接管侧面有一个高度调节孔，所述的高度调节孔为通孔；所述的中央上机架侧面水平焊接有4个水平连接管，所述的水平连接管上部有行距调节孔，所述的行距调节孔为螺纹孔；中央上机架通过4个垂直连接管分别插入中央底机架上部的导轨架中，再由定高孔和一个高度调节孔一一对应，然后通过螺柱连接固定，通过改变对应定高孔可以改变中央机架的高度，所述的行走轮位于轮架的下方，通过螺柱连接，行走轮包括轮毂电机轮。

所述的侧机架上部前端焊接测距装置安装架，所述的侧机架上部中端对称分布2个步进电机安装孔和2个导向杆孔a，所述的导向杆孔a为螺纹孔，所述的侧机架上部侧端焊有2个连接管，所述的侧机架下部前端焊接集禾架，所述的侧机架下部中端对称分布2个丝杆孔和2个导向杆孔b，所述的丝杆孔为通孔，所述的导向杆孔b为通孔，侧机架下部的导向杆孔b与侧机架上部导向杆孔a同轴且一一对应，所述的侧机架通过连接管插入中央上机架的水平连接管内，再有紧定螺钉拧入行距调节孔紧固连接管在水平连接管内，通过改变连接管插入水平连接管内长度从而改变中央机架的行距。

所述的测距装置包括测距传感器、遮光固定器，所述的遮光固定器固定在侧机架的测距装置安装架两侧，所述的测距传感器套合在遮光固定器内，螺钉连接。

所述的升降打顶装置包括升降装置、切割装置、限位器，所述的升降装置包括步进电机、联轴器、导向杆、直线轴承、丝杆、丝杆螺母、T型升降台，所述的步进电机位于侧机架上部中端的步进电机安装孔，通过螺钉固定，所述的丝杆上端通过连轴器固定到步进电机输出轴上，丝杆下端位于侧机架下部中端的丝杆孔内，所述的导向杆上端带螺纹，导向杆上端位于侧机架上部中端的导向杆孔a内，通过导向杆上端螺纹进行螺钉连接，导向杆下端位于侧机架下部中端的导向杆孔b内，所述的T型升降台上开有直线轴承孔、丝杆螺母孔、螺丝孔、直流电机孔，所述的直线轴承放置在T型升降台的直线轴承孔内，通过螺丝固定，所述的丝杆螺母放置在T型升降台的丝杆螺母孔内，通过螺丝固定，T型升降台通过丝杆螺母套入丝杆进行丝杆连接，转动丝杆带动T型升降台移动，通过直线轴承套入导向杆进行滑动连接，使T型升降台只能上下移动，所述的切割装置包括直流电机、刀片、导流器，所述的直流电机输出轴上加工螺纹，直流电机位于T型升降台的直流电机孔内，螺钉连接，所述的刀片中部有螺纹孔，刀片与直流电机螺钉连接，刀片与直流电机螺钉连接，导流器T型升降台的下方导流器T型升降台的下方，螺柱连接，所述的限位器位于侧机架上部中端的步进电机安装孔的一侧，螺柱连接。

所述的喷药装置包括药桶，喷头，水泵，所述的药桶位于中央机架中部，所述的喷头位于侧机架后侧下方，螺钉连接，所述的水泵位于药桶内。

所述的底部整形装置包括整形直流电机和整形刀片，所述的整形直流电机输出轴上加工反丝，位于整形装置安装架上，螺钉连接，所述的整形刀片中部有螺纹孔，位于整形直流电机输出轴上，通过螺纹连接。

根据权利要求1所述的手推式多功能小型智能棉花打顶机，其特征在于：所述的主控板位于中央机架底部前端，螺柱连接，测距传感器、步进电机、直流电机、整形直流电机和电源与主控板电性连接。

与现有技术相比，本发明使用的机架结构简单，整机体型小，重量轻，制造成本低，易于组合拆卸，便于运输，可根据棉农棉花具体情况调节机架的高度和行距，对不同高度棉花适应性强，扩大了使用范围；机架构思巧妙，其中侧机架下部前端的集禾架对小行棉花进行导向聚拢，中央机架前部的扶禾架是为了将大行倾斜倒地的棉苗扶正聚拢，通过集禾器和扶禾器的共同作用下使棉苗聚拢到两者之间，使后面的测距传感器测距更准确，减少漏测，也使后面电机切顶更准确；使用手推不仅可以减少拖拉机使用费，而且使农户可以根据自家地棉花生长情况分块打顶，精细化作业，促进棉地棉花整体长势平整，有利于后期水肥和药物的整体管理，进而促进棉花增产增收；机架使用国标方管使用寿命长，便于更换。

本发明有棉花打顶的功能，棉花打顶是为了抑制顶端优势，让养分供给侧枝，促进侧枝生长，从而使侧枝多结棉桃。侧枝分为果枝和叶枝，果枝会结棉桃，叶枝不会结棉桃，叶枝生长在棉花下部；本发明一次性使用4个测距装置对4路棉花分别独立测距，控制4个升降打顶装置分别对4路棉花打顶作业，不仅解决人工打顶劳动强度大的问题，提高工作效率，而且可以根据每行棉花具体高度独立进行测量打顶，从而提高打顶的精确，减少传统棉花打顶方法中漏打、错打率高的缺点，同时升降打顶装置使用步进电机丝杆传动相比传统液压控制升降，结构简单，成本低，控制精度高。

本发明有中部喷药的功能，在传统人工打顶的农艺过程中：打完顶3~5天后根据倒一台果枝生长情况才能进行药控，这里的药控指的是打抑制棉花生长的药物，这期间由于棉花打完顶从而抑制顶端优势，养分大量供给侧枝，不仅使棉花倒一台果枝和倒二台果枝快速生长，也使得中下部果枝和叶枝快速生长，这不利于棉花生长棉桃，进而影响产量；当果枝间距拉长时棉株高度增加使得底部光照不足，营养分配不均，影响花铃的结果；当果节间距拉长，加快棉行合拢封行，导致棉花通风通光不足，从而导致棉花结果坐果下降，后期也会增加低霉桃产生进一步减少产量；当叶枝从底部向上生长，争抢阳光和养分，叶枝不仅不结棉桃不能增加产量，而且会消耗养分争抢阳光。因为传统人工打顶的缺点所以非常有必要对中部和底部的果枝和叶枝进行药物喷洒。中部喷药可以抑制中部和底部的果枝和叶枝的生长，从而使棉花株型更加理想，促进通风通光，使打顶后改变的养分更多的供给上部果枝和下部的棉桃，让养分供给有利于棉株生长结果的方向，精细化利用棉株吸收的养分。

本发明有底部整形的功能，底部整形是对中央机架两侧的棉花底部20cm以内的叶枝，老叶和果枝进行切除。底部的叶枝和老叶打顶前可以进行光合作用促进棉花生长，但打顶后叶枝更多的会争抢养分进行向上生长，浪费养分，同时也会争抢光源，使中低部果枝通风通光变少，增加底部霉桃的生成，对于底部果枝来说即使结了棉桃，由于低于20cm机采也采不上，产生落地棉造成浪费。由此来看底部整形是非常有必要的，机械对棉花底部进行整形，促进通风通光，进而促进棉花多结棉桃，提高产量，另外减少底部霉桃和机采的浪费，进一步提高产量。

本发明是智能化控制，控制板智能控制机器工作，将测距传感器测量的棉花顶的距离数据传给控制板，控制板根据距离数据可以得到棉花高度，再根据棉花高度选着工作状态。当棉花株高比较高时控制板自动控制棉花打顶装置、中部喷药装置和底部整形装置都工作，棉花高本身就是旺长，底部通风通光不好，所以上部打顶，中部控旺长，底部要通风通光；当棉花株低时机器不工作，同时蜂鸣器报警提醒农户，这里棉花低需要等几天长高了在打顶，促进棉地棉花整体长势平整，有利于后期水肥和药物的整体管理；当棉花株高度在中间时单片机自动控制棉花打顶装置和底部整形装置工作。

本发明有棉花打顶、中部喷药和底部整形三个功能，三者相互作用，共同促进棉农高产。从物理层面看，三个功能面对的对象都是棉花的枝条只是位置不同，棉花打顶对应顶部的枝条，中部喷药对应中下部的枝条，底部整形对应下部的枝条。三个功能的目的一样，通过药物和机械切除的方式改变棉花枝条的现状，使棉花的养分尽可能的给棉花中上部果枝，中上部棉花本身通风通光生长条件好，有利于棉花高产。从生物层面看，棉花打顶与中部喷药和底部整形二者有内在联系，打顶后直接使用常规无人机药控，这里药控指的是打抑制生长的药物，这会使棉花倒一枝果枝和倒二枝果枝拉不出来，影响盖顶桃的形成，而中部喷药和底部整形可以使棉花打顶后棉花吸收的养分尽可能的供送到中上部果枝上，对打顶后养分进行接力再分配，又不抑制上部果枝的生长反而促进生长，从而使棉花增产。中部喷药和底部整形同时对棉花进行药物和机械双重整形，促进通风通光，改善生长环境，促进棉花生长，减少后期霉桃的产生，减少后期机采落地棉而造成的浪费，促进棉花高产。由此来看相比传统打顶农艺，中部喷药装和底部整形不仅可以辅助棉花打顶后让更多的养分供给到底部以上的果枝上，还使用药物和机械对棉花进行整形，给农户作业带来便利。

本发明根据传统棉花打顶农艺的要求及不足，深入理解棉花打顶的生理原理，优化设计了手推式多功能小型智能棉花打顶机，本发明不仅仅可以传统物理上切割顶部进行打顶，还可以通过底部整形和中部喷药在棉花生理上接力打顶后营养分配，使营养供给促进增产增收的果枝上，同时对棉花进行物理和药物上的整形化控处理，促进通风通光，再次为增产增收奠定基础，另外由于本发明的智能设计，在遇到矮棉花时停止工作，给矮棉花生长留时间，又由于本发明效率高，使棉花可以在传统打顶时间内轻松完成，为棉农精细化管理提供保障，促进棉花的整体的整齐度，方便后期的水肥管理，促进增产增收。

附图说明

图1为本发明的整机结构示意图。

图2为本发明的机架结构示意图。

图3为本发明的侧机架结构示意图。

图4为本发明的升降装置结构示意图。

图5为本发明的切割装置结构示意图。

附图中，1为中央机架，2为侧机架，3为测距装置，4为升降打顶装置，5为中部喷药装置，6为底部整形装置，7为电池，8为控制板；11为中央底机架，12为中央上机架，13为行走轮，111为扶禾架，112为轮架，113为整形装置安装架，114为导轨架，115为定高孔，121为垂直连接管，122为高度调节孔，123为水平连接管，124为行距调节孔；21为测距装置安装架，22为连接管，23为集禾架；31为测距传感器，32为遮光固定器；41为升降装置，42为切割装置，43为限位器，411为步进电机，412为联轴器，413为导向杆，414为直线轴承，415为丝杆，416为丝杆螺母，417为T型升降台，421为直流电机，422为刀片，423为导流器；51为药桶，52为喷头，53为水泵；61为整形直流电机，62为整形刀片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，不作为对本发明的限定。

图1为本发明的整机结构示意图，在图1所示实施例中，手推式多功能小型智能棉花打顶机包括中央机架（1）、侧机架（2）、测距装置（3）、升降打顶装置（4）、中部喷药装置（5）、底部整形装置（6）、电源（7）和主控板（8）。侧机架（2）位于中央机架（1）上部的两侧，侧机架（2）可以左右调整从而改变行距；测距装置（3）位于侧机架（2）上部的前方；升降打顶装置（4）位于侧机架（2）的中部；喷药装置（5）位于侧机架（2）后部的中间，对棉花中下部进行喷药；整形装置（6）位于中央机架（1）下部的两侧，对棉花下部进行整形切割叶枝和老叶，电源（7）和控制板（8）位于中央机架（1）底部前端。

参照附图1和图2，中央机架包括中央底机架（11）、中央上机架（12）、行走轮（13）。中央底机架（11）包括扶禾架（111）、轮架（112）、整形装置安装架（113）、导轨架（114）、定高孔（115）；中央底机架（11）前部水平焊接扶禾架（111），扶禾架（111）是为了将大行倾斜倒地的棉苗扶正聚拢，为后期的测量和打顶做准备，扶禾架（111）工作是随着农户推着棉花打顶机前进，扶禾架将前方不直的棉花扶正，同时有中央底机架的侧方进行支撑；中央底机架（11）底部垂直向下焊接轮架（112），轮架（112）通过螺柱连接行走轮（13），行走轮（13）可以是轮毂电机轮，当用轮毂电机轮时为助力手推打顶机，减少人力；中央底机架（11）底部两侧垂直向下焊接整形装置安装架（113），整形装置安装架（113）用于安装整形装置（6），中央底机架（11）上部四角垂直向上焊接有4个垂直的导轨架（114），导轨架（114）侧面均匀分布有4个定高孔（115），定高孔（115）为通孔；中央上机架（12）包括垂直连接管（121）、高度调节孔（122）、水平连接管（123）、行距调节孔（124），中央上机架（12）下部四角垂直向下焊接有4个垂直连接管（121），垂直连接管（121）与中央底机架上部的导轨架（114）一一对应，垂直连接管（121）侧面有一个高度调节孔（122），高度调节孔（122）为通孔；中央上机架（12）侧面水平焊接有4个水平连接管（123），水平连接管（123）上部有行距调节孔（124），行距调节孔（124）为螺纹孔。中央上机架（12）通过4个垂直连接管（121）分别插入中央底机架（11）上部的导轨架（114）中，再由定高孔（115）和一个高度调节孔（122）对准，然后通过螺柱连接固定，调整中央机架（1）的高度通过改变对应定高孔（115）。

参照附图1和图3，侧机架（2）上部前端水平焊接测距装置安装架（21），侧机架（2）上部中端对称分布2个步进电机安装孔和2个导向杆孔a，导向杆孔a为螺纹孔，侧机架（2）上部侧端焊有2个连接管（22），侧机架（2）下部前端焊接集禾架（23），集禾架（23）对小行棉花进行导向聚拢，侧机架（2）下部中端对称分布2个丝杆孔和2个导向杆孔b，丝杆孔为通孔，导向杆孔b为通孔，侧机架（2）下部的导向杆安装孔与侧机架（2）上部导向杆安装孔同轴一一对应，侧机架（2）通过连接管（22）插入中央上机架（12）的水平连接管（123）内，再有紧定螺钉拧入行距调节孔（124）紧固连接管（22）在水平连接管（123）内，通过改变连接管（22）插入水平连接管（123）内长度从而改变行距。

参照附图1，测距装置（3）包括测距传感器（31）、遮光固定器（32），遮光固定器（32）固定在侧机架（2）的测距装置安装架（21）两侧，测距传感器（31）套合在遮光固定器（32）内，螺钉连接，测距传感器测量棉花顶的距离，然后控制器读取距离数据。

参照附图1、图3、图4、图5，升降打顶装置（4）包括升降装置（41）、切割装置（42）、限位器（43），所述的升降装置（41）包括步进电机（411）、联轴器（412）、导向杆（413）、直线轴承（414）、丝杆（415）、丝杆螺母（416）、T型升降台（417）。步进电机（411）位于侧机架（2）上部中端的步进电机安装孔，通过螺钉固定，丝杆（415）上端通过连轴器（412）固定到步进电机（411）输出轴上，丝杆（415）下端位于侧机架（2）下部中端的丝杆孔内，步进电机旋转控制丝杆转动从而控制切割装置上下移动；导向杆（413）上端带螺纹，导向杆（413）上端位于侧机架（2）上部中端的导向杆孔a内，通过导向杆（413）上端螺纹进行螺钉连接，导向杆（413）下端位于侧机架（2）下部中端的导向杆孔b内，导向杆和丝杆组合控制切割装置只能上下移动；T型升降台（417）上开有直线轴承孔、丝杆螺母孔、螺丝孔、直流电机孔，直线轴承（414）放置在T型升降台（417）的直线轴承孔内，通过螺丝固定，丝杆螺母（416）放置在T型升降台（417）的丝杆螺母孔内，通过螺丝固定，T型升降台（417）通过丝杆螺母（416）套入丝杆（415）进行丝杆连接，转动丝杆带动T型升降台（417）移动，通过直线轴承（414）套入导向杆（413）进行滑动连接，使T型升降台（417）只能上下移动。切割装置（42）包括直流电机（421）、刀片（422）、导流器（423），直流电机（421）输出轴上加工螺纹，直流电机（421）位于T型升降台（417）的直流电机孔内，螺钉连接，刀片（422）中部有螺纹孔，刀片与直流电机螺钉连接，导流器（423）T型升降台（417）的下方，螺柱连接，限位器（43）位于侧机架（2）上部中端的步进电机安装孔的一侧，螺柱连接，限位器用来确定步进电机的零点，为步进电机移动确定绝对位置。

参照附图1，喷药装置（5）包括药桶（51），喷头（52），水泵（53），药桶（51）位于中央机架（1）中部，喷头（52）位于侧机架（2）后侧下方，螺钉连接，水泵（53）位于药桶（51）内，喷药装置对棉花中低部进行喷药控制旺长，从而控制棉花株型。

参照附图1和图2，底部整形装置（6）包括整形直流电机（61）和整形刀片（62），整形直流电机（61）输出轴上加工反丝，位于整形装置安装架（113）上，螺钉连接；整形刀片（62）中部有螺纹孔，位于整形直流电机（61）输出轴上，螺纹连接，整形直流电机转动带动整形刀片转动切割棉花底部的叶枝和老叶。

参照附图1， 主控板（8）位于中央机架（1）底部前端，螺柱连接，测距传感器（31）、步进电机（411）、直流电机（421）、整形直流电机（61）和电源（7）与主控板（8）电性连接。

本发明的工作过程：在进行打顶作业时，首先根据棉花高度调整中央机架高度，使中央机架不要过于高于棉花高度，根据棉花的行距调整侧机架的位置，使侧机架的集禾架在两行棉花的中间位置，可以更好的聚拢棉花。其次控制器插上电源，等待步进电机复位，等待第一次切割完成后的蜂鸣器报警声，当听到报警声后，农户就可以推着打顶机前进，打顶机前进时，中央机架的扶禾架和侧机架的集禾架共同作用，将分散倾倒的棉花苗聚拢在中央机架和侧机架之间，有利于后面棉花顶的测量和切割。切割过程：测距传感器测量棉花顶部距离，控制器读取距离数据，经过滤波处理，距离数据进行步进电机圈数转换，接着进行步进电机脉冲数转换，然后控制器通过PWM脉冲控制步进电机转动，步进电机控制丝杆转动，丝杆带动T型升降台上下移动，T型升降台带着转动的切割装置上下移动到棉花顶进行打顶作业。当控制器读取测距数据小于限高最大预值时，棉花高了，此时控制器会控制中部喷药装置和底部整形装置进行工作，给棉花中下部进行打药控制，给棉花底部进行整形割除叶枝和老叶，蜂鸣器报警；当控制器读取测距数据大于限高最小预值时，棉花矮了，此时控制器会控制升降打顶装置、中部喷药装置和底部整形装置停止工作，蜂鸣器报警。当控制器读取测距数据在限高最大预值和限高最小预值之间时，控制器只控制升降打顶装置工作。