一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构

技术领域

本发明涉及农业机械的技术领域，尤其是一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构。

背景技术

现有的插秧机，特别是乘坐式高速插秧机，一般包括发动机部、液压无极调速系统HST（hydraulic static transmission-HST）、变速箱总成、前桥、后桥、主支架、后部的插植部以及插植部上的苗床支架等。发动机通过皮带带动HST，HST的输出轴和插秧机变速箱的输入轴刚性连接，变速箱的输出轴分为带动四轮行走的第一输出轴和带动插秧机插植部分的第二输出轴。传动系统传递动力给行走装置和插秧装置，即变速箱需要同时提供动力给四个驱动轮和插植部，在行走的同时插植臂进行插秧。中国专利（申请号CN201410247564.5、申请日20140605、授权公告号CN104025785B、授权公告日20170517）公开了一种手扶插秧机的插植部总成，该手扶插秧机就是非乘坐式的手扶插秧机，其中也包含有插植部。

中国专利（申请号CN201911367203.3、申请日20191226、公开号CN111003589A、公开日20200414）公开了一种圆柱凸轮式排线装置。中国专利（申请号CN201911241748.X、申请日20191206、公开号CN111005336A、公开日20200414）公开了一种基于圆柱凸轮转动的市政道路用清扫车。中国专利（申请号CN201110154950.6、申请日20110609、授权公告号CN102229359B、授权公告日20130417）公开了一种圆柱凸轮扑翼驱动机构。这三个中国专利均包括圆柱凸轮的典型结构和用法。插秧机进行秧苗栽植时，插植组件首先要从苗毯中将秧苗依次分离出来，苗毯安装在苗床支架上，插秧机纵向前进行走，苗床支架横向移动做直线往复运动，这个直线运动通常由变速箱的第二输出轴旋转后经过圆柱凸轮转换而得，圆柱凸轮响应快速，结构简单紧凑。圆柱凸轮主动旋转件内置螺旋曲线形状分布的轮廓，并带有从动件导引键，变速箱的第二输出轴带动凸轮主螺旋轴单向旋转（类似于传统汽车中的发动机只能同一个方向旋转，倒挡需要增加倒挡齿轮反向旋转），从动件导引键在螺旋轨道内带动苗床支架直线移动，待苗床支架移动到一端终点后，从动件导引键沿着凸轮的曲线轮廓螺旋轨道反向，并向另外一端移动，这样变速箱的第二输出轴的单向旋转转换为苗床支架的直线往复横向摆动（类似单摆周期性摆动）。

应用于插秧机横向直线往复运动的圆柱凸轮结构具有一些缺点：1、凸轮与从动件间为点接触或线接触，易磨损，只适用于传力不大的场合；2、凸轮轮廓精度要求较高，需要用数控机床进行加工。

应用于插秧机横向直线往复运动的圆柱凸轮结构实际使用数年后，可能存在的问题是：1、所加润滑油劣质或长期未更换变质；或外部护套反复拉伸后破损致润滑油泄露，凸轮主动旋转件和从动件导引键在恶劣环境下运转磨损加剧；2、或部分凸轮拐点处加工精度欠缺致螺旋轨道磨损；拆检发现，由于从正向到正反向的临界点时轨道是单一轨道没有分岔口，转换顺利；但是从临界点换到反向轨道时，交界处有分岔口且该分岔口交界处若因缺油或轨道加工工艺不过关，致螺旋轨道上分岔口磨损变形，或导引键月芽下部变薄，出现偏向不准就可能导致卡滞故障，螺旋轴旋转但导引键无法移动进一步加剧磨损。此后变速箱的第二输出轴单向顺时针旋转，凸轮主动旋转轴空转，从动件导引键类似卡滞般停滞，苗床不再横向移动，插秧作业终止。这样很容易引发用户抱怨：（1）出现在农忙时节，不得不请售后服务人员现场更换从动件导引键或同时更换主动螺旋轴，偏远地带极大耽误农时；（2）该凸轮机构和导引键属于精密零件，安装拆卸工作量较大；（3）田间维修需要将插秧机开出，部分田块影响下次作业齐整性。

中国专利（申请号CN202010999275.6、申请日20200922、公开号CN111903295A、公开日20201110）公开了一种水稻大苗插秧机，介绍了通过变相位椭圆齿轮系非匀速传动特性的优化，能够适应较高的秧苗，通过使载秧台所做的平移运动具有规律间歇性，可使苗毯每运动一段距离停留一段时间以供插植组件分离秧苗。

中国专利（申请号CN201911033640.1、申请日20191028、公开号CN110735903A、公开日20200131）公开了一种乘坐式插秧机横移送箱，介绍了通过轴承转动设置在横移送箱壳体内的动力输入轴、动力传送轴、横移箱传动轴和螺旋轴，螺旋轴上设有导向槽，滑块设置在导向槽内，滑块随着螺旋轴的转动而往复运动，滑块上还设有导向柱。

上述专利中未涉及插秧机直线往复机构（横移箱）中换向问题的装置内容，未说明插植部驱动机构换向卡滞等故障的预防解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构，确保及时准确换向且换向后稳态锁止，提升插秧机横向移动机构寿命，降低故障率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构，具有衬套、主动螺旋轴和位于所述主动螺旋轴上部的导引键，所述导引键的上部连接有辅助弹簧，所述辅助弹簧的上端设置有活动滚珠，导引键的上部具有圆柱形状凸台，所述圆柱形状凸台和衬套上的圆柱孔接触，所述衬套上设置有两个定位凹坑点，两个定位凹坑点分别为定位凹坑A点和定位凹坑B点，所述活动滚珠可以移动切换于定位凹坑A点与定位凹坑B点之间。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述定位凹坑A点和所述定位凹坑B点在同一个圆周上。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述定位凹坑A点与所述定位凹坑B点之间有圆弧轨道，且圆弧轨道设置在衬套上，所述圆弧轨道、所述定位凹坑A点以及所述定位凹坑B点三者之间平滑连接。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述圆弧轨道的深度小于所述定位凹坑A点的深度，同样，所述圆弧轨道的深度小于所述定位凹坑B点的深度。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述主动螺旋轴上具有螺旋分布的螺旋轨道，所述导引键的下部具有月牙形的移动架，所述移动架位于螺旋轨道的上部。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述圆周是一段圆弧，所述圆弧在以衬套的中心为圆心的圆上，且定位凹坑A点和定位凹坑B点两者和衬套中心形成的圆心角与主动螺旋轴上的螺旋轨道曲线具有一定的对应关系。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述移动架的下表面为与螺旋轨道相匹配的圆弧状。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述辅助弹簧的下端连接在导引键的上部，辅助弹簧的轴线与所述圆柱形状凸台的轴线平行。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述螺旋轨道包括正向螺旋轨道和反向螺旋轨道，所述正向螺旋轨道和反向螺旋轨道交错分布。

进一步具体地限定，上述技术方案中，所述主动螺旋轴的一端为近端，另一端为远端，主动螺旋轴上还具有正反向临界位置，所述正反向临界位置分布在主动螺旋轴的近端和远端。

本发明的有益效果是：本发明的一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构，通过在导引键上部接触的衬套上增加两个定位凹坑点、圆弧轨道、辅助弹簧及活动滚珠，相对于导引键下部的月牙形的移动架和主动螺旋轴上螺旋轨道的摩檫力，活动滚珠在圆弧轨道滚动阻力更小，且导引键的旋转作用促使活动滚珠“脱坑”-蓄能-“入坑”，更易促使导引键状态切换，不完全依靠主动螺旋轴旋转惯性换向，确保及时准确换向，换向后不再弹出处于稳态，在既有制造水平难以提高又有维护保养缺失的限制条件下（不能苛求每个用户精心维护，即出现极端恶劣的保养缺失的情况，也能确保机构更耐久），提升插秧机横向移动机构寿命，降低故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是主动螺旋轴的结构示意图；

图2是导引键及安装在导引键顶部的辅助弹簧和活动滚珠的结构示意图；

图3是导引键在主动螺旋轴的螺旋轨道上向远端移动的示意图；

图4是衬套、辅助弹簧及活动滚珠的结构示意图；

图5是导引键、辅助弹簧及活动滚珠在衬套的定位凹坑B点处的示意图；

图6是导引键、辅助弹簧及活动滚珠在衬套的圆弧轨道的示意图。

附图中的标号为：1、主动螺旋轴；101、螺旋轨道；102、正反向临界位置；2、导引键；201、圆柱形状凸台；202、移动架；3、辅助弹簧；4、活动滚珠；5、衬套；501、定位凹坑A点；502、定位凹坑B点；503、圆弧轨道。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明的一种插秧机插植部横移圆柱凸轮结构，具有衬套5、主动螺旋轴1和位于主动螺旋轴1上部的导引键2，导引键2的上部连接有辅助弹簧3，辅助弹簧3的上端设置有活动滚珠4，导引键2的上部具有圆柱状的圆柱形状凸台201，圆柱形状凸台201是导引键2的一部分，圆柱形状凸台201和衬套5上的圆柱孔接触，即圆柱形状凸台201和衬套5呈“插入态”接触，可旋转运动。衬套5是独立的，衬套5固定在其它安装部件中，其它安装部件是安装板或螺丝垫片等。

衬套5上设置有两个定位凹坑点，两个定位凹坑点分别为定位凹坑A点501和定位凹坑B点502，活动滚珠4可以移动切换于定位凹坑A点501与定位凹坑B点502之间，具体地，活动滚珠4的上半部与其中一个定位凹坑点接触，且可以移动切换到另一个定位凹坑点中。

定位凹坑A点501和定位凹坑B点502在同一个圆周上，圆周是一段圆弧，该圆弧在以衬套5的中心为圆心的圆上，定位凹坑A点501的深度和定位凹坑B点502的深度都是H1。

定位凹坑A点501与定位凹坑B点502之间有圆弧轨道503，且圆弧轨道503设置在衬套5上，圆弧轨道503、定位凹坑A点501以及定位凹坑B点502三者之间平滑连接，圆弧轨道503的深度为H2。

圆弧轨道503的深度小于定位凹坑A点501的深度，同样，圆弧轨道503的深度小于定位凹坑B点502的深度，即H2小于H1。

定位凹坑A点501、定位凹坑B点502以及圆弧轨道503均是衬套5的一部分。

定位凹坑A点501和定位凹坑B点502和衬套5的中心形成的圆心角与主动螺旋轴1上的螺旋轨道101的曲线具有一定的对应关系。

该对应关系是：定位凹坑A点501、定位凹坑B点502和衬套5的中心点形成的圆周，这个圆周连接圆弧轨道503形成一个扇形；衬套5的中心点和定位凹坑A点501、定位凹坑B点502形成一个圆心角；这个圆心角角度需要和螺旋轨道101的曲线偏角对应。例如，螺旋轨道101的曲线在正向到临界点时偏了30度，再从临界点到反向时偏了-30度，这个圆心角通常是60度。

主动螺旋轴1上具有螺旋分布的螺旋轨道101，螺旋轨道101是主动螺旋轴1的一部分，螺旋轨道101包括正向螺旋轨道和反向螺旋轨道，正向螺旋轨道和反向螺旋轨道交错分布。主动螺旋轴1的一端为近端，另一端为远端，主动螺旋轴1上还具有正反向临界位置102，正反向临界位置102是主动螺旋轴1的一部分，正反向临界位置102分布在主动螺旋轴1的近端和远端。导引键2的下部具有月牙形的移动架202，移动架202是导引键2的一部分，移动架202位于螺旋轨道101的上部，移动架202的下表面为与螺旋轨道101相匹配的圆弧状，移动架202与螺旋轨道101之间有润滑油。

辅助弹簧3的下端连接在导引键2的上部，辅助弹簧3的轴线与圆柱形状凸台201的轴线平行，即辅助弹簧3和圆柱形状凸台201平行设置，活动滚珠4位于辅助弹簧3的上端，且活动滚珠4的下半部没入在辅助弹簧3中。

本发明在普通圆柱凸轮结构的基础上，在衬套5上增加了深度为H1的定位凹坑A点501和定位凹坑B点502，增加了深度为H2的圆弧轨道503，还增加了辅助弹簧3和活动滚珠4。依靠导引键2边曲线行走边旋转，由于安装定位凹坑A点501和定位凹坑B点502的衬套5不能旋转，导引键2到了远端或近端时沿着螺旋轨道101主动旋转一定角度。先是辅助弹簧3被导引键2拉动，辅助弹簧3再带动活动滚珠4脱离定位凹坑A点501，并沿着圆弧轨道503移动；由于圆弧轨道503深度变浅，相当于移动中辅助弹簧3被压缩储能；物体总是有从高能状态转向低能状态的趋势，辅助弹簧3有被释放的需求；导引键2从中间态略微再次旋转“斜身”，圆弧轨道503的深度保持H2不变，导引键2在前，略微拉动活动滚珠4偏离中间点，活动滚珠4有朝着定位凹坑B点502运动的趋势；定位凹坑B点502深度较深，再次锁止，进入“稳态”；活动滚珠4的滚动阻力远小于单纯依靠导引键2的移动架202的摩擦力，滚珠4释放时的运动方向和导引键2的运动方向一致。整个变化过程中，滚珠4从“被动拉出”经过“蓄能”，再到过了临界点后“主动释放能量”，具有一定的助力作用。

该插秧机插植部横移圆柱凸轮结构的工作原理如下：

T1时刻开始，主动螺旋轴1顺时针旋转，导引键2“斜身”前进，在换向之前该倾斜角度不变，导引键2自身不旋转，此时活动滚珠4在定位凹坑A点501中，由于导引键2不旋转，活动滚珠4处于锁止状态。导引键2顶部的圆柱形状凸台201带动衬套5以及其它安装部件呈现平行于主动螺旋轴1的方向直线向远端移动；

T2时刻，导引键2到达主动螺旋轴1的远端附近，螺旋轨道101切换为垂直于主动螺旋轴1的纵向方向，此时移动架202沿着螺旋轨道101，迫使导引键2沿螺旋轨道101曲线移动，且导引键2有朝向垂直主动螺旋轴1的方向旋转的趋势，活动滚珠4略滞后，但是活动滚珠4会立刻被辅助弹簧3带动脱离定位凹坑A点501；由于衬套5上的圆弧轨道503深度H2较定位凹坑A点501深度H1浅，此时辅助弹簧3被压缩，储存了一定的“蓄能”；

T3时刻，螺旋轨道101再次换向，导引键2再次旋转呈“斜身”状态，旋转角度和T1时刻一致，但是偏向相反，在此动态变化过程中，积蓄了一定弹性势能的活动滚珠4有释放的倾向，在导引键2旋转过程中，同步带动活动滚珠4沿着圆弧轨道503旋转，导引键2在前，带动辅助弹簧3和活动滚珠4略偏离中间位置，活动滚珠4和辅助弹簧3倾向于进入较深的定位凹坑B点502，辅助弹簧3的能量被释放，使得导引键2顺利旋转到位，且由于定位凹坑B点502深度较深，辅助弹簧3和活动滚珠4形成锁止，导引键2顺利且“牢固”地反向，整个换向成功，导引键2、衬套5和其它安装部件平行于主动螺旋轴1直线向近端移动。

T4时刻，导引键2、衬套5以及其它安装部件到达近端边界，重复T1-T3动作，只是活动滚珠4从定位凹坑B点502出坑到定位凹坑A点501。

本发明的插秧机插植部横移圆柱凸轮结构，针对插秧机横移圆柱凸轮的主动螺旋轴1和导引键2制造加工水平和一致性缺陷、或用户维护保养不足导致导引键2在缺油环境磨损、进而诱发导引键2换向失败或换向困难后主动螺旋轴1旋转挤压加剧磨损故障、进而引发横向送苗作业停止的现象，通过在导引键2上部接触的衬套5上增加两个定位凹坑点、圆弧轨道503、辅助弹簧3及活动滚珠4，实现依靠辅助弹簧3蓄能及活动滚珠4助力换向并锁定功能，相对于导引键2下部的月牙形的移动架202和主动螺旋轴1上的螺旋轨道101的摩檫力，活动滚珠4在上部滚动阻力更小，且导引键2的旋转作用促使活动滚珠4“脱坑”-蓄能-“入坑”，更易促使导引键2状态切换，不完全依靠主动螺旋轴1旋转惯性换向，确保及时准确换向，换向后不再弹出处于稳态，在既有制造水平难以提高又有维护保养缺失的限制条件下（不能苛求每个用户精心维护，即出现极端恶劣的保养缺失的情况，也能确保机构更耐久），确保及时准确换向且换向后稳态锁止，提升插秧机横向移动机构寿命，降低故障率。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。