液压升降折叠宽幅喷杆喷架的结构设计

液压升降折叠宽幅喷杆喷架的结构设计

许

超，陈永成，李瑞敏

832000）

（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子

摘

要：

针对目前植保机械中所使用的喷杆喷架稳定性差、折叠伸展需要人工辅助等问题，设计出了一种液压

90ʎ 液压油缸折叠机构、180ʎ 液压油缸折叠机构和整体宽幅喷升降折叠宽幅喷杆喷架。对喷杆喷架的升降装置、

架进行了理论分析和结构设计，并建立了关键部件的三维模型。通过田间试验验证了该装置设计方案的合理性，为研发先进适用、具有自主知识产权的液压升降折叠宽幅喷杆喷架奠定了基础。关键词：升降装置；液压油缸；折叠机构；喷杆喷架；植保机械中图分类号：S499

文献标识码：A

文章编号：1003－188X（2015）08－0096－04

DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.021

0引言

近年来，农田的种植开始由过去的小田分散种植

中建立关键部件的三维模型，为研制出高效的液压升降折叠宽幅喷杆喷架起到参考和指导作用。

向规模化集中化种植管理发展。过去个人种植农田由于田地面积小，普遍采用小型手动或者便携式机动植保机械，如手动背负式喷雾器、手动压缩式喷雾器、手动踏板式喷雾器，以及背负式机动喷雾喷粉机、担架式机动喷雾机等对农作物进行病虫害防治

［1］

1宽幅喷杆喷架的结构

该喷杆喷架（见图1）的幅宽为14m ，高度调节范

围在0．7 2．8m ，喷杆喷架装置通过安装座固定在机架上。喷杆喷架装置包括升降装置、中央喷架、大展臂喷架、小展臂喷架。中央喷架铰接于升降装置末90ʎ 折叠液压油缸安装座分别设置在中央喷架的端，

两端，其活塞杆与大展臂喷架铰接，通过该液压油缸伸缩使大展臂喷架与中央喷架实现90ʎ 折叠。180ʎ 折叠液压油缸安装座设置于大展臂喷架末端，其活塞杆与小展臂喷架铰接，通过该液压油缸的伸缩使小展臂喷架与大展臂喷架实现180ʎ 折叠

。

。随

着生产模式的转变，以往在我国植保机械中占主导地位的手动或便携式机动喷雾机械由于劳动强度大、农药利用率低和作业效率低等原因将无法满足大田集中种植的生产要求，大型宽幅折叠式喷雾机开始在农业生产中推广应用

［2］

。但是，在现有大型宽幅喷雾机

而喷杆上，喷杆喷架的升降主要由钢绳和滑轮控制，喷架展开和折叠大多采用机械式传动结构和液压油缸结合的方式。现有技术的折叠式喷杆喷架由两个液压油缸通过连杆、钢绳、绳轮等控制两侧喷杆喷架的折叠与展开，由于结构与空间原因，造成两侧的喷杆喷架折叠与展开时间差别较大，容易导致喷雾机架扭曲；另外，由于喷雾机的工作环境比较恶劣，连杆、钢绳、绳轮等结构容易锈蚀，造成喷雾机的稳定性差，使用寿命短。

本文以大型宽幅喷雾机上的喷杆喷架为研究对90ʎ 液压折叠装置和象，对液压油缸控制的升降装置、180ʎ 液压折叠装置进行结构设计，在Solid Works 软件

1．小展臂喷架2．大展臂喷架3．中央喷架4．升降装置5．安装座

图1

Fig．1

喷杆喷架的总体结构

The overall structure of the injection rod injection frame

收稿日期：2014－08－08

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD42B03）

（E －mail ）作者简介：许超（1988－），男，河北廊坊人，硕士研究生，

907602739@qq．com 。

（E －mail ）通讯作者：陈永成（1958－），男，河南南阳人，教授，

yongchengchen@163．com 。

2

2．1

关键零部件的设计

升降装置的设计

升降装置主要由上升降杆、下升降杆和升降油缸

组成。其主要功能是将喷架调整到合适的施药高度，并在升降过程中保证喷架保持原有的施药状态，如图2所示

。

、S 在大展臂S ’，此时S ’在L 1状态下的安装位置为S ，喷架上的相对位置是相同的。当大展臂喷架处于L 1’以最位置时，液压油缸处于最小伸长量，以S ’为圆心，S 2’；当大展臂喷架处于L 1小伸长量为半径画圆弧S 1’

以S 为圆心，以最位置时，液压油缸处于最大伸长量，大伸长量为半径画圆弧S 1S 2，点，此两圆弧相交于O ’点即使液压油缸钢筒的安装铰接点。参照GB /T2349－1980活塞行程系列选取液压缸的行程为150mm ，最大工作尺寸为550mm 。

图2Fig．2

升降装置的设计原理

The design principle of lifting gear

图3

Fig．3

90ʎ 液压折叠的设计原理

上升降杆、下升降杆一端铰接于安装座，另一端与中央喷架铰接，上升降杆与下升降杆在安装座上铰接点的相对位置和在中央喷架上铰接点的相对位置相同，因而构成了一个平行四杆机构，使得铰接于升降装置末端的喷架始终保持原有的施药状态

［3］

The design principle of hydraulic folding 90degrees

2）180ʎ 液压油缸折叠机构。该机构包括大展臂180ʎ 液压油缸、小展臂喷架、安装座、拉杆、连喷架、

杆、耳板及销轴，如图4所示。安装座设置于大展臂180ʎ 液压油缸缸筒铰接于安装座，180ʎ 液喷架中部，

压油缸活塞杆铰接于拉杆中部，拉杆底端铰接于大展臂喷架，拉杆顶端铰接于连杆顶端，连杆底端铰接于耳板，耳板焊接于小展臂喷架，大展臂喷架与小展臂喷架通过销轴铰接

。

。

图2中，选定上升降杆在安装座的铰接点为O ，首先选定升降油缸活塞杆的安装位置：当升降装置调整到最高位置H 时，活塞杆铰接点为A ；当升降装置调A 与整到最低位置L 时，活塞杆铰接点为A 1。此时，A 1在升降装置中的相对位置是相同的。在H 位置时，升降油缸达到最大伸长量，以A 为圆心最大伸长量为半径画弧；在L 位置时，升降油缸达到最小伸长量，以A 1为圆心，以最小伸长量为半径画弧，两个圆弧交于C 、C 1两点，经过判断C 点为可用点，即为升降油缸的安装位置。

上升降杆和下升降杆选用60ˑ 60ˑ 5－GB /T3094的方形钢管。参照GB /T2349－1980活塞行程系列，选取液压缸的行程为550mm ，最大工作尺寸为1370mm 。2．2

喷架装置的设计

1）90ʎ 液压油缸折叠机构。该机构的功能是实现大展臂喷架和中央喷架的90ʎ 折叠与展开

［4］

1．大展臂喷架2．安装座3．180ʎ 液压油缸4．拉杆

5．连杆6．小展臂喷架7．耳板8．销轴

图4

Fig．4

180ʎ 液压折叠机构

180degrees hydraulic folding mechanisms

如图5所示。L 1将180ʎ 液压油缸折叠机构简化，

K 1为小展臂喷架，两者铰接于P 点。为大展臂喷架，

N 点为耳板与连杆的当小展臂喷架处于伸展状态时，

N 1为连杆与拉杆的铰接点，M 为液压油缸活铰接点，

塞杆与拉杆的铰接点。耳板与小展臂喷架焊接在一起，当小展臂喷架绕P 点旋转180ʎ 时，耳板随之一起

。如图3

L 1’L 2为中央喷架，L 1、分别为大展臂喷架处于伸所示，

展和折叠的位置，中央喷架和大展臂喷架铰接于O 点。选定液压油缸活塞杆在L 1’状态下的安装位置为

转动，同时拉杆上的M 点和N 1始终在一条直线上。

当小展臂喷架转过180ʎ 处于折叠状态时，耳板随小展臂喷架一起转动到N ’点，此时拉杆以Q 点为圆心转动一定的角度。因为连杆的长度是固定不变的，所以以N ’为圆心，以连杆的两个铰接点距离为半径画圆弧，便是连杆的运动轨迹；因为拉杆的长度是固定不变的，并且始终铰接于Q 点，所以以Q 为圆心，以拉杆长为半径画圆弧，便是拉杆上铰接点的运动轨迹，两个圆弧的交点N 1’即是小展臂喷架折叠后拉杆和连杆的铰接点

［5］

大展臂喷架的布置于中央喷架的两侧，选用30ˑ 50ˑ 5－GB /T3094的方形钢管焊接而成，如图7所示。喷架底端呈水平布置，上端由一端向另一端倾斜一定的角度。大展臂喷架中间焊接有斜支撑立柱，采用采用30ˑ 30ˑ 5－GB /T3094的方形钢管焊接而成，大展臂幅宽为2．8m 。

。

图7

Fig．7

大展臂喷架Spray exhibition arm frame

液压油缸活塞杆在拉杆上的铰接点为M ，当拉杆Q 点和N 1’的连线就是转到小展臂喷架折叠状态时，

拉杆的最终位置，此时以Q 为圆心，以MQ 为半径画圆，此圆就是液压油缸拉动拉杆所经过的路径；此圆的交点就是液压油缸处于最短伸长量时与线段QN 1’活塞杆的铰接点M 1。

M 1为圆心，分别以M 、以液压油缸的最大长度和最小长度为半径绘制圆弧，两圆弧的交点即是液压油缸的安装位置。参照GB /T2349－1980活塞行程系列选取液压缸的行程为150mm ，最大工作尺寸为550mm 。

小展臂喷架布置于大展臂喷架两侧，喷杆选用30ˑ 50ˑ 5－GB /T3094的方形钢管焊接而成，如图8所示。喷架底端的喷杆呈水平布置，整体呈现三角形结构，使小展臂喷架更加稳固。小展臂喷架中间焊接有斜支撑立柱，采用采用30ˑ 30ˑ 5－GB /T3094的方形钢管焊接而成，大展臂幅宽为2．4m 。

图8Fig．8

小展臂喷架

Spray small arms frame

为了防止小展臂喷架和大展臂喷架折叠以后出现在小展臂喷架和大展臂喷架铰接点处设回弹的现象，

计了防回弹机构，如图9所示。在小展臂喷架的铰接点底部设置了一段角钢，在大展臂喷架铰接点底部设置了一段圆管。当小展臂喷架处于展开状态时，角钢

图5

Fig．5

180ʎ 液压折叠的设计原理

随着小展臂喷架旋转到大展臂底部的圆管上并卡死，以限制小展臂喷架的随意转动。

The design principle of hydraulic folding 180degrees

3三维建模

中央喷架选用50ˑ 50ˑ 5－GB /T3094的方形钢管

焊接而成，如图6所示。中央喷架中间焊接有支撑立柱，采用40ˑ 40ˑ 5－GB /T3094的方形钢管焊接而成，两侧成对称布置，中央喷架的幅宽为3．6m 。

图6Fig．6

中央喷架The spray frame

Fig．9

图9防回弹机构

The spring －back mechanism

4田间试验

试验于2013年8月23日在新疆昌吉回族自治州

5结论

90ʎ 液对液压升降折叠宽幅喷杆喷架升降装置、

新湖总场进行，试验场景如图10所示。测试表明：喷杆喷架性能良好，喷杆喷架的升降、折叠、伸展功能均能实现，喷药幅宽基本满足设计要求，施药效果较好。

180ʎ 液压油缸折叠机构及整体宽幅压油缸折叠机构、

喷架进行了理论分析和结构设计，并进行了田间试验。结果表明，喷杆喷架的功能均能实现，满足基本的设计要求，为研发先进适用、具有自主知识产权的液压升降折叠宽幅喷杆喷架奠定了基础。参考文献：

［1］何雄奎．改变我国植保和施药技术严重落后的现状［J ］．

2004，20（1）：13－15．农业工程学报，

［2］耿爱军，李法德．国内外植保机械及植保技术研究现状

［J ］．农机化研究，2007（4）：189－191．

［3］周先辉，田光辉．一种对称的双平行四边形机构的设计

［J ］．机械工程师，2006（7）：75－76．

．南［4］李振生．基于虚拟样机技术的喷杆转换机构研究［D ］

图10Fig．10

新湖总场试验场景Xinhu test scenario

2010：17－20．京：南京林业大学，

［5］郑文伟，M ］．北京：高等教育出版社，吴克坚．机械原理［

1997：67－68．

The Structural Design on Hydraulic Lifting Folding Wide Spray Lance

Xu Chao ，Chen Yongcheng ，Li Ｒuimin

（Mechanical and Electrical Engineering College ，Shihezi University ，Shihezi 832000，China ）

Abstract ：In view of the present difficult situation about plant protection machinery used by spray lance plane problems such as poor stability ，fold stretching need artificial auxiliary ，a kind of hydraulic lifting folding wide spray lance was de-vised．Lifting device of spray spray rod rack ，90degrees of hydraulic oil cylinder folding mechanism ，180degrees of the hydraulic oil cylinder folding mechanism and wide spray has carried on the theoretical analysis and the overall structure design ，and key components of the three －dimensional model was established in SolidWorks software．Through field ex-periment verified the rationality of the design of the device for the research and development of advanced and suitable with independent intellectual property rights of hydraulic lifting folding wide spray lance laid a foundation．

Key words ：lifting device ；hydraulic oil cylinder ；folding mechanism ；spray lance ；plant protection machinery