一種馬鈴薯仿生挖掘鏟的制作方法

本發明屬于農業機械技術領域，具體涉及一種馬鈴薯仿生挖掘鏟。

背景技術：

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，同時使薯土分離盡可能徹底以及最大限度地減少遺漏和傷薯。現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，使得機器能耗較高。而隨著馬鈴薯種植規模的不斷擴大，這些傳統形式的挖掘鏟已逐漸難以實現高強度的連續工作，因此，設計出碎土能力強、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。

一些動物或植物的某些器官或結構，在挖掘和切割過程中表現出了優異的工作性能，這與挖掘鏟的挖掘過程有一定的相似性：例如鼴鼠等土壤動物的爪趾呈鏟形，與挖掘鏟非常相像，長期挖掘后仍表現出良好的工作性能；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后很少黏土；螳螂前足脛節外緣、茅草葉片外緣存在著鋸齒結構，表現出良好的切割性能。上述這些結構對馬鈴薯挖掘鏟的設計提供了良好的仿生依據。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決現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題，提出了一種基于鼴鼠爪趾、穿山甲鱗片、茅草葉緣結構的仿生挖掘鏟，以降阻減耗，提高挖掘鏟工作效率。

本發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點連接形成入土段a，b、c、g、h、b點連接形成升土段b，c、d、f、g、c點連接形成安裝段c。

安裝段c、升土段b和入土段a為關于挖掘鏟上ae中線的對稱結構。

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后對稱設有鋸齒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l3為5mm，三角形鏟尖處兩側設有2-3個鋸齒的空白。

升土段b曲面為仿生曲面，升土段b正面上對稱設有5個長凸棱2、2個中長凸棱4、2個短凸棱6和4個大漏土孔3、2個小漏土孔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的長度l2為90-100mm；安裝段c上設有3個沉頭孔1，3個沉頭孔1關于挖掘鏟上ae中線呈三角形對稱布置，其中左右2個沉頭孔的間距l6為80-100mm、與安裝段c上端df直線的間距l5為25-35mm，中間的沉頭孔與安裝段c上端df直線的間距l4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；

所述長凸棱2、中長凸棱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個長凸棱2、2個中長凸棱4、2個短凸棱6在升土段b的正面按扇形排列，兩個相鄰凸棱之間的夾角γ為7.5°，5個長凸棱2、2個中長凸棱4和2個短凸棱6均以升土段b和入土段a的分界線bh為起點，其中5個長凸棱2延伸至安裝段c與升土段b的分界線cg，左邊的1個中長凸棱4和1個短凸棱6延伸至曲線bc處，右邊的1個中長凸棱4和1個短凸棱6延伸至曲線gh處。

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

4個大漏土孔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個大漏土孔3間隔置于5個長凸棱2之間，左邊的小漏土孔5置于左邊的長凸棱2和中長凸棱4之間，右邊的小漏土孔5置于右邊的長凸棱2和中長凸棱4之間。

4個大漏土孔3和2個小漏土孔5與兩側凸棱的距離相等。

本發明中入土段兩切削刃倒角后在鏟尖形成三面楔結構，具有良好的入土能力，兩切削刃上的鋸齒結構可以提高馬鈴薯挖掘過程中對土壤的切削作用；升土段具有的仿生曲面結構具有減阻降耗的作用，曲面上的凸起可以對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械中后續輸送及分離裝置的工作負擔。

附圖說明

圖1為馬鈴薯仿生挖掘鏟的結構示意圖

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.長凸棱3.大漏土孔4.中長凸棱5.小漏土孔6.短凸棱7.鋸齒8.斜面

h.挖掘鏟厚度l1-入土段長度l2-安裝段長度l3-等邊三角形鋸齒的邊長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

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發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點連接形成入土段a，b、c、g、h、b點連接形成升土段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點連接形成安裝段c；安裝段c、升土段b和入土段a為關于挖掘鏟上ae中線的對稱結構；安裝段c、升土段b的寬度和入土段a三角形底邊bh的長度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后對稱設有鋸齒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l3為5mm，三角形鏟尖處兩側設有2-3個鋸齒的空白；

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后對稱設有鋸齒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l3為5mm，三角形鏟尖處兩側各設有2-3個鋸齒的空白以保證鏟尖強度。入土段兩切削刃加工出斜面e后在鏟尖形成三面楔結構，具有良好的入土能力，兩切削刃上的鋸齒結構可以提高馬鈴薯挖掘過程中對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爪趾為原型通過仿生反求的方法獲得，擬合度為升土段b正面上對稱設有5個長凸棱2、2個中長凸棱4、2個短凸棱6和4個大漏土孔3、2個小漏土孔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仿生反求的方法獲得，擬合度為5個長凸棱2、2個中長凸棱4、2個短凸棱6在升土段b的正面等間距地按扇形排列，兩個相鄰凸棱之間的夾角γ為7.5°，9個凸棱均以升土段b和入土段a的分界線bh為起點，其中5個長凸棱2延伸至安裝段c與升土段b的分界線cg，左邊的1個中長凸棱4和1個短凸棱6延伸至曲線bc處，右邊的1個中長凸棱4和1個短凸棱6延伸至曲線gh處；4個大漏土孔3、2個小漏土孔5均為扇形，且與兩側凸棱的距離相等，扇形的原點均在半徑r1為120mm的圓周上，扇形的圓心角φ均為7.5°，其中，4個大漏土孔3大小相等，間隔置于5個長凸棱2之間，4個大漏土孔3的頂部圓弧在半徑r3為225-230mm的圓周上，2個小漏土孔5大小相等，左邊的小漏土孔置于左邊的長凸棱和中長凸棱之間，右邊的小漏土孔置于右邊的長凸棱和中長凸棱之間，2個小漏土孔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構使得其正面具有連續變化的曲率(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動狀態，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械中后續輸送及分離裝置的工作負擔。

如圖6所示，安裝段c上設有3個沉頭孔1，3個沉頭孔1關于挖掘鏟上ae中線呈三角形對稱布置，其中左右2個沉頭孔的間距l6為80-100mm、與安裝段c上端df直線的間距l5為25-35mm，中間的沉頭孔與安裝段c上端df直線的間距l4為55-65mm，位置參數l5、l6、l4根據實際情況以保證挖掘鏟與機器的連接強度為前提來確定。

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

本發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。