本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種馬鈴薯仿生挖掘鏟。

背景技術(shù)：

馬鈴薯的挖掘是其收獲的重要工序，挖掘鏟的工作性能直接影響著馬鈴薯的收獲效果，要求其具有較好的碎土能力和挖掘阻力，在擾動(dòng)盡量少的土壤的情況下將馬鈴薯挖起，并盡可能的減少黏土和纏草，同時(shí)使薯土分離盡可能徹底以及最大限度地減少遺漏和傷薯?，F(xiàn)有的馬鈴薯挖掘鏟以平面鏟、凹面鏟、槽式鏟、柵條鏟為主，這些挖掘鏟要么容易纏草和黏土，要么薯土分離效果不理想，使得機(jī)器能耗較高。而隨著馬鈴薯種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這些傳統(tǒng)形式的挖掘鏟已逐漸難以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的連續(xù)工作，因此，設(shè)計(jì)出碎土能力強(qiáng)、薯土分離效果好、傷薯率較低、不易纏草和黏土、挖掘阻力小的新型挖掘鏟是很有必要的。

一些動(dòng)物或植物的某些器官或結(jié)構(gòu)，在挖掘和切割過(guò)程中表現(xiàn)出了優(yōu)異的工作性能，這與挖掘鏟的挖掘過(guò)程有一定的相似性：例如鼴鼠等土壤動(dòng)物的爪趾呈鏟形，與挖掘鏟非常相像，長(zhǎng)期挖掘后仍表現(xiàn)出良好的工作性能；穿山甲鱗片在橫縱方向存在著凸起，使得穿山甲在土壤中活動(dòng)后很少黏土；螳螂前足脛節(jié)外緣、茅草葉片外緣存在著鋸齒結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出良好的切割性能。上述這些結(jié)構(gòu)對(duì)馬鈴薯挖掘鏟的設(shè)計(jì)提供了良好的仿生依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有馬鈴薯挖掘鏟工作阻力大、容易纏草和黏土、薯土分離效果不理想等問(wèn)題，提出了一種基于鼴鼠爪趾、穿山甲鱗片、茅草葉緣結(jié)構(gòu)的仿生挖掘鏟，以降阻減耗，提高挖掘鏟工作效率。

本發(fā)明挖掘鏟的外輪廓由ab段直線、bc段曲線、cd段直線、df段直線、fg段直線、gh段曲線、ha段直線順序首尾光滑連接而成，其中a、b、h、a點(diǎn)連接形成入土段a，b、c、g、h、b點(diǎn)連接形成升土段b，c、d、f、g、c點(diǎn)連接形成安裝段c。

安裝段c、升土段b和入土段a為關(guān)于挖掘鏟上ae中線的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

升土段b的bc段曲線和gh段曲線為仿生曲線g。

入土段a為等腰三角形，三角形高l1為40-50mm，三角形的ab和ah兩腰上加工出斜面8后對(duì)稱設(shè)有鋸齒7，斜面8與挖掘鏟背面d的夾角β為30°，鋸齒7為等邊三角形，三角形邊長(zhǎng)l3為5mm，三角形鏟尖處兩側(cè)設(shè)有2-3個(gè)鋸齒的空白。

升土段b曲面為仿生曲面，升土段b正面上對(duì)稱設(shè)有5個(gè)長(zhǎng)凸棱2、2個(gè)中長(zhǎng)凸棱4、2個(gè)短凸棱6和4個(gè)大漏土孔3、2個(gè)小漏土孔5。

安裝段c、升土段b的寬度和入土段a三角形底邊bh的長(zhǎng)度w均為160-180mm；安裝段c、升土段b和入土段a的厚度h均為6-8mm；安裝段c的長(zhǎng)度l2為90-100mm；安裝段c上設(shè)有3個(gè)沉頭孔1，3個(gè)沉頭孔1關(guān)于挖掘鏟上ae中線呈三角形對(duì)稱布置，其中左右2個(gè)沉頭孔的間距l(xiāng)6為80-100mm、與安裝段c上端df直線的間距l(xiāng)5為25-35mm，中間的沉頭孔與安裝段c上端df直線的間距l(xiāng)4為55-65mm；挖掘鏟的安裝角α為25-30°。

所述升土段b的仿生曲線g的方程式為：

其中：102mm≤x≤240mm；

所述長(zhǎng)凸棱2、中長(zhǎng)凸棱4和短凸棱6的橫截面外輪廓的方程式為:

y＝2sin0.6283x

其中：0mm<x≤5mm。

所述的5個(gè)長(zhǎng)凸棱2、2個(gè)中長(zhǎng)凸棱4、2個(gè)短凸棱6在升土段b的正面按扇形排列，兩個(gè)相鄰?fù)估庵g的夾角γ為7.5°，5個(gè)長(zhǎng)凸棱2、2個(gè)中長(zhǎng)凸棱4和2個(gè)短凸棱6均以升土段b和入土段a的分界線bh為起點(diǎn)，其中5個(gè)長(zhǎng)凸棱2延伸至安裝段c與升土段b的分界線cg，左邊的1個(gè)中長(zhǎng)凸棱4和1個(gè)短凸棱6延伸至曲線bc處，右邊的1個(gè)中長(zhǎng)凸棱4和1個(gè)短凸棱6延伸至曲線gh處。

所述的4個(gè)大漏土孔3和2個(gè)小漏土孔5均為扇形，扇形的原點(diǎn)均在半徑r1為120mm的圓周上，扇形的圓心角φ均為7.5°。

4個(gè)大漏土孔3大小相等，其頂部圓弧在半徑r3為225-230mm的圓周上，2個(gè)小漏土孔5大小相等，其頂部圓弧在半徑r2為185-195mm的圓周上。

4個(gè)大漏土孔3間隔置于5個(gè)長(zhǎng)凸棱2之間，左邊的小漏土孔5置于左邊的長(zhǎng)凸棱2和中長(zhǎng)凸棱4之間，右邊的小漏土孔5置于右邊的長(zhǎng)凸棱2和中長(zhǎng)凸棱4之間。

4個(gè)大漏土孔3和2個(gè)小漏土孔5與兩側(cè)凸棱的距離相等。

本發(fā)明中入土段兩切削刃倒角后在鏟尖形成三面楔結(jié)構(gòu)，具有良好的入土能力，兩切削刃上的鋸齒結(jié)構(gòu)可以提高馬鈴薯挖掘過(guò)程中對(duì)土壤的切削作用；升土段具有的仿生曲面結(jié)構(gòu)具有減阻降耗的作用，曲面上的凸起可以對(duì)挖起的土壤起到二次切削的作用，從而減少土壤粘附；漏土孔在保證挖掘鏟強(qiáng)度的前提下可以減少材料消耗，還可以一定程度上地提高薯土分離效果，從而減小馬鈴薯收獲機(jī)械中后續(xù)輸送及分離裝置的工作負(fù)擔(dān)。

附圖說(shuō)明

圖1為馬鈴薯仿生挖掘鏟的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為凸棱和漏土孔分布示意圖

圖3為馬鈴薯仿生挖掘鏟的側(cè)視圖

圖4為圖2中i所指的鋸齒形狀放大圖

圖5為圖2中j所指的入土段倒角剖視圖

圖6為沉頭孔分布示意圖

其中：a.入土段b.升土段c.安裝段d.挖掘鏟背面1.沉頭孔2.長(zhǎng)凸棱3.大漏土孔4.中長(zhǎng)凸棱5.小漏土孔6.短凸棱7.鋸齒8.斜面

h.挖掘鏟厚度l1-入土段長(zhǎng)度l2-安裝段長(zhǎng)度l3-等邊三角形鋸齒的邊長(zhǎng)l4-前安裝孔與挖掘鏟末端的距離l5-后安裝孔與挖掘鏟末端的距離l6-后安裝孔之間距離α.挖掘鏟安裝角β.入土段三角形兩腰倒角γ.兩相鄰仿生凸棱之間的夾角φ.扇形漏土孔的圓心角θ.鋸齒頂角角度

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的馬鈴薯挖掘鏟，外輪廓由ab段直線、bc段曲線、cd段直線、df段直線、fg段直線、gh段曲線、ha段直線順序首尾光滑連接而成，其中a、b、h、a點(diǎn)連接形成入土段a，b、c、g、h、b點(diǎn)連接形成升土段b，升土段b的bc段曲線和gh段曲線為仿生曲線g；c、d、f、g、c點(diǎn)連接形成安裝段c；安裝段c、升土段b和入土段a為關(guān)于挖掘鏟上ae中線的對(duì)稱結(jié)構(gòu)；安裝段c、升土段b的寬度和入土段a三角形底邊bh的長(zhǎng)度w均為160-180mm；安裝段c、升土段b和入土段a的厚度h均為6-8mm；安裝段c的長(zhǎng)度l2為90-100mm。

入土段a為等腰三角形，三角形高l1為40-50mm，三角形的ab和ah兩腰上加工出斜面8后對(duì)稱設(shè)有鋸齒7，斜面8與挖掘鏟背面d的夾角β為30°，鋸齒7為等邊三角形，三角形邊長(zhǎng)l3為5mm，三角形鏟尖處兩側(cè)設(shè)有2-3個(gè)鋸齒的空白；

如圖2、圖4和圖5所示，入土段a為等腰三角形，三角形高l1為40-50mm，三角形的ab和ah兩腰上加工出斜面e后對(duì)稱設(shè)有鋸齒5，斜面e與挖掘鏟背面d的夾角β為30°，鋸齒1為等邊三角形，三角形鋸齒的邊長(zhǎng)l3為5mm，三角形鏟尖處兩側(cè)各設(shè)有2-3個(gè)鋸齒的空白以保證鏟尖強(qiáng)度。入土段兩切削刃加工出斜面e后在鏟尖形成三面楔結(jié)構(gòu)，具有良好的入土能力，兩切削刃上的鋸齒結(jié)構(gòu)可以提高馬鈴薯挖掘過(guò)程中對(duì)土壤的切削作用和破碎作用。

如圖2所示，升土段b的曲面為仿生曲面，bc段曲線和gh段曲線為仿生曲線g，其方程式為：

其中102mm≤x≤240mm，該曲線方程是以鼴鼠左前爪第3爪趾為原型通過(guò)仿生反求的方法獲得，擬合度為升土段b正面上對(duì)稱設(shè)有5個(gè)長(zhǎng)凸棱2、2個(gè)中長(zhǎng)凸棱4、2個(gè)短凸棱6和4個(gè)大漏土孔3、2個(gè)小漏土孔5，凸棱橫截面外輪廓方程式為：

y＝2sin0.6283x

其中：0mm<x≤5mm，該曲線是以穿山甲鱗片為原型通過(guò)仿生反求的方法獲得，擬合度為5個(gè)長(zhǎng)凸棱2、2個(gè)中長(zhǎng)凸棱4、2個(gè)短凸棱6在升土段b的正面等間距地按扇形排列，兩個(gè)相鄰?fù)估庵g的夾角γ為7.5°，9個(gè)凸棱均以升土段b和入土段a的分界線bh為起點(diǎn)，其中5個(gè)長(zhǎng)凸棱2延伸至安裝段c與升土段b的分界線cg，左邊的1個(gè)中長(zhǎng)凸棱4和1個(gè)短凸棱6延伸至曲線bc處，右邊的1個(gè)中長(zhǎng)凸棱4和1個(gè)短凸棱6延伸至曲線gh處；4個(gè)大漏土孔3、2個(gè)小漏土孔5均為扇形，且與兩側(cè)凸棱的距離相等，扇形的原點(diǎn)均在半徑r1為120mm的圓周上，扇形的圓心角φ均為7.5°，其中，4個(gè)大漏土孔3大小相等，間隔置于5個(gè)長(zhǎng)凸棱2之間，4個(gè)大漏土孔3的頂部圓弧在半徑r3為225-230mm的圓周上，2個(gè)小漏土孔5大小相等，左邊的小漏土孔置于左邊的長(zhǎng)凸棱和中長(zhǎng)凸棱之間，右邊的小漏土孔置于右邊的長(zhǎng)凸棱和中長(zhǎng)凸棱之間，2個(gè)小漏土孔5的頂部圓弧在半徑r2為185-195mm的圓周上；升土段具有的仿生曲面結(jié)構(gòu)使得其正面具有連續(xù)變化的曲率(由小變大)，具有減阻降耗的作用；曲面上的凸棱可以對(duì)挖起的土壤起到二次切削的作用，還可以改變土壤在升土段正面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在凸棱之間形成渦旋，從而減少土壤粘附；漏土孔在保證挖掘鏟強(qiáng)度的前提下可以減少材料消耗，還可以一定程度上地提高薯土分離效果，從而減小馬鈴薯收獲機(jī)械中后續(xù)輸送及分離裝置的工作負(fù)擔(dān)。

如圖6所示，安裝段c上設(shè)有3個(gè)沉頭孔1，3個(gè)沉頭孔1關(guān)于挖掘鏟上ae中線呈三角形對(duì)稱布置，其中左右2個(gè)沉頭孔的間距l(xiāng)6為80-100mm、與安裝段c上端df直線的間距l(xiāng)5為25-35mm，中間的沉頭孔與安裝段c上端df直線的間距l(xiāng)4為55-65mm，位置參數(shù)l5、l6、l4根據(jù)實(shí)際情況以保證挖掘鏟與機(jī)器的連接強(qiáng)度為前提來(lái)確定。

如圖3所示，為保證挖掘鏟工作過(guò)程中阻力盡可能低，應(yīng)盡量將安裝角α控制在25-30°的范圍內(nèi)。

本發(fā)明所述的馬鈴薯挖掘鏟，可以先用板材按照尺寸加工出外部形狀，再根據(jù)前面所述的曲線方程折彎后得到。其中，仿生凸棱可以采用焊接的方式與母體連接，漏土孔可采用沖裁的方式加工得到。