一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟制造技術(shù)

一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟屬農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)中鏟面的入土前端三角區(qū)設(shè)有入土挖掘面鏟刃；鏟柄上設(shè)有2個(gè)沉孔，鏟柄下端與鏟面上端圓滑過(guò)渡；鏟柄兩端為過(guò)渡圓弧，過(guò)渡圓弧的圓心在縱向中軸線上，過(guò)渡圓弧半徑為：90?120mm；鏟柄為平面結(jié)構(gòu)，鏟面的形狀是關(guān)于縱向中軸線左右對(duì)稱(chēng)分布；鏟面具有橫截面輪廓曲線A和縱截面輪廓曲線C,鏟面的厚度h為4?6mm，鏟面入土前端挖掘面呈三角區(qū)，其夾角θ為：50?70°；鏟刃上端設(shè)有半徑R為4mm的過(guò)渡圓角；鏟刃底部與水平面之間設(shè)有取值范圍為：δ∈3～5°的間隙角δ；本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)適用性強(qiáng)，可顯著提高馬鈴薯挖掘鏟的入土能力和減阻耐磨性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟
本技術(shù)屬農(nóng)業(yè)機(jī)械
，具體涉及一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟。
技術(shù)介紹
馬鈴薯挖掘鏟的的主要任務(wù)是在于掘出薯塊并在土壟推力下將薯塊與附帶的泥土運(yùn)送至分離分級(jí)裝置進(jìn)行下一步處理。挖掘性能是評(píng)價(jià)馬鈴薯收獲機(jī)具性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而挖掘鏟是影響挖掘性能以及馬鈴薯收獲機(jī)整機(jī)性能的主要因素。我國(guó)幅員遼闊，薯類(lèi)產(chǎn)區(qū)的土壤質(zhì)地和種植農(nóng)藝條件不同，如我國(guó)東北地區(qū)土壤粘重、西北地區(qū)土壤多石以及南方地區(qū)土壤砂質(zhì)，國(guó)外設(shè)備不能適應(yīng)我國(guó)復(fù)雜的地域條件，難以在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用。相比于國(guó)外的薯類(lèi)收獲機(jī)械，國(guó)內(nèi)機(jī)型還不能完全適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需求，主要存在三方面問(wèn)題：一是可靠性差。薯類(lèi)收獲機(jī)械土壤環(huán)境復(fù)雜，單一類(lèi)型挖掘機(jī)構(gòu)效率較低，無(wú)法達(dá)到使用基本要求。二是適應(yīng)性差。在不同土壤條件以及不同植株條件下薯類(lèi)收獲機(jī)械挖掘部件不能有效解決挖掘阻力大、土壤粘附嚴(yán)重、砂石磨損鏟面等問(wèn)題。三是動(dòng)力儲(chǔ)備不足。在挖掘深度增加和土壤比阻大的地塊作業(yè)，難以滿(mǎn)足薯塊挖掘和分離的動(dòng)力需要。現(xiàn)有馬鈴薯收獲機(jī)挖掘鏟形式單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，挖掘鏟面形狀大都為平鏟(三角鏟、條形鏟)、凹面鏟、槽形鏟，這些傳統(tǒng)的馬鈴薯挖掘鏟的特征在于其橫截面的形狀是梯形或近梯形，這類(lèi)橫截面形狀導(dǎo)致挖掘鏟在挖掘薯塊時(shí)由于土壤與鏟面的實(shí)際接觸面積大及粘土嚴(yán)重而導(dǎo)致挖掘入土阻力大，進(jìn)而致使挖掘鏟作業(yè)時(shí)阻力大，能耗高，破土、碎土能力差，傷薯率較高，在復(fù)雜的地況條件下,存在適應(yīng)性差，可靠性低等問(wèn)題。因此，本技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種波浪形截面的仿生減阻馬鈴薯挖掘鏟，來(lái)解決目前馬鈴薯收獲機(jī)挖掘阻力大，能耗高，破土碎土能力差，脫土效果差等技術(shù)問(wèn)題，提高馬鈴薯收獲機(jī)整機(jī)作業(yè)性能與效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是提供一種馬鈴薯收獲機(jī)波浪形截面的仿生減阻挖掘鏟，能有效地掘起土壤和薯塊，具有入土性能好，脫土效果好，破土、碎土能力強(qiáng)以及挖掘阻力小等特點(diǎn),能提高挖掘薯塊的作業(yè)效率及馬鈴薯收獲機(jī)整機(jī)性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)所采取的技術(shù)方案為：本技術(shù)由鏟面1和鏟柄2組成，其特征在于：所述鏟面1的入土前端三角區(qū)設(shè)有入土挖掘面鏟刃5；鏟柄2上設(shè)有2個(gè)沉孔4，鏟柄2下端與鏟面1上端圓滑過(guò)渡；鏟柄2兩端為過(guò)渡圓弧，過(guò)渡圓弧的圓心在縱向中軸線3上，過(guò)渡圓弧半徑為：90-120mm；鏟柄2為平面結(jié)構(gòu)，鏟面1的形狀是關(guān)于縱向中軸線3左右對(duì)稱(chēng)分布；鏟面1具有橫截面輪廓曲線A和縱截面輪廓曲線C,鏟面1的厚度h為4-6mm，鏟面1入土前端挖掘面呈三角區(qū)，其夾角θ為：50-700；鏟刃5上端設(shè)有半徑R為4mm的過(guò)渡圓角。所述的橫截面輪廓曲線A的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：2.5表示鏟面波形的波動(dòng)幅值；0.3表示鏟面波形的圓頻率；t為鏟面波形的弧度角；為所述表達(dá)式的初相，t的邊界取值范圍為-30π～30π，整個(gè)挖掘鏟基體橫截面輪廓呈現(xiàn)波浪形狀，顯著區(qū)別于現(xiàn)有馬鈴薯挖掘鏟梯形橫截面結(jié)構(gòu)。所述的仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，其基體的縱向弧形結(jié)構(gòu)輪廓線是基于螻蛄前足爪趾外端輪廓線仿生反求設(shè)計(jì)而來(lái)，所述縱截面輪廓曲線C的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：y＝4×10-6x3-0.0018x2+0.5186x式中：x的邊界取值范圍為100-400mm。經(jīng)檢驗(yàn)，基體的縱向的輪廓曲線的擬合度為R2＝0.9986。所述挖掘鏟入土挖掘面前端的鏟刃5底部與水平面之間設(shè)有取值范圍為：δ∈3～5°的間隙角δ。本技術(shù)基體的縱截面弧形結(jié)構(gòu)的輪廓線是基于東方螻蛄前足外端爪趾的外輪廓線仿生反求設(shè)計(jì)而來(lái)。其中仿生基體弧形結(jié)構(gòu)均具有特定曲率的幾何形狀，通過(guò)三維掃描，再經(jīng)最小二乘法及二維直角坐標(biāo)系得到挖掘鏟基體弧形結(jié)構(gòu)外側(cè)輪廓線的擬合方程。該仿生結(jié)構(gòu)可以模仿東方螻蛄前足掘土機(jī)制，有利于挖掘鏟快速省力入土，從而減小入土阻力。本技術(shù)的波浪形截面的挖掘鏟鏟面是基毛蚶外殼橫截面輪廓線仿生反求設(shè)計(jì)的，其中仿生鏟面具有特定曲率的幾何形狀，通過(guò)三維掃描，再經(jīng)最小二乘法及二維直角坐標(biāo)系得到鏟面橫截面輪廓線的擬合方程。波浪形仿生截面模仿櫛孔扇貝的外殼輪廓，可以提高鏟面的耐磨性。由于鏟面的波浪形截面結(jié)構(gòu)，該仿生幾何結(jié)構(gòu)不僅能夠改變土壤在與鏟面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還能改變土壤與鏟面的接觸角。例如上鏟面的凸起結(jié)構(gòu)有利于破土與碎土，同時(shí)具備引導(dǎo)土塊分流的作用，有利于土壤顆粒的輸送與分離，減少土壤與鏟面的粘附力與摩擦力，從而起到減阻效果。同時(shí)，下觸土鏟面，有利于降低土壤顆粒與下觸土鏟面表面的實(shí)際接觸面積，達(dá)到減小土壤與下觸土鏟面的粘附力與摩擦阻力，使土壤沿著挖掘鏟鏟面的運(yùn)動(dòng)形式由原來(lái)的滑動(dòng)接觸改變?yōu)闈L動(dòng)接觸，很大程度上降低土壤對(duì)鏟面的摩擦阻力。上述的原因都將減小土壤對(duì)整個(gè)挖掘鏟基體的上下觸土鏟面表面的粘附力及阻力，使鏟面整體呈現(xiàn)耐磨性高的優(yōu)勢(shì)。本技術(shù)仿生弧形挖掘鏟基體與波浪形截面鏟面結(jié)合設(shè)計(jì),能有效地快速省力入土并掘起土壤和薯塊，解決了現(xiàn)有挖掘鏟存在入土阻力大,鏟面粘土現(xiàn)象嚴(yán)重，破土、碎土能力差,傷薯率較高等問(wèn)題,具有入土性能好、破土、碎土能力強(qiáng)、脫土效果好、耐磨及牽引阻力小的特點(diǎn),能提高馬鈴薯挖掘效率及馬鈴薯收獲機(jī)整機(jī)性能。本技術(shù)專(zhuān)利的有益效果是:其一、本技術(shù)改善了現(xiàn)有馬鈴薯挖掘鏟面的幾何形狀,將毛蚶外殼橫截面的輪廓線的幾何形狀為仿生原型，設(shè)計(jì)了波浪形截面仿生挖掘鏟，這樣的結(jié)構(gòu)有利于挖掘鏟在掘土?xí)r能夠順利破土、碎土、達(dá)到耐磨的效果，而且有利于引導(dǎo)分流在鏟面的土壤至后面的輸送分離裝置,從而提高脫土性能。整個(gè)鏟面的橫截面為波浪形，這樣的結(jié)構(gòu)可以減小土壤與觸土鏟面的接觸面積，并且能夠改善挖掘鏟掘土?xí)r的土壤應(yīng)力分布,改變被挖掘的土壤形狀,減少土壤粘附與摩擦，從而降低挖掘阻力，提高耐磨性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，比傳統(tǒng)現(xiàn)有馬鈴薯挖掘鏟減阻耐磨性提高15％以上。其二、本技術(shù)的挖掘鏟基體縱向弧形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于東方螻蛄前足爪趾外輪廓曲線仿生反求而得，利用東方螻蛄前足爪趾優(yōu)異的掘土性能，提高挖掘鏟入土性能。附圖說(shuō)明圖1為仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟的軸側(cè)圖圖2為仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟的展開(kāi)平面圖圖3為圖1中B-B截面視圖圖4為圖3中D所指的放大圖其中：A.橫截面輪廓線C.縱截面輪廓線1.鏟面2.鏟柄3.縱向中軸線4.沉孔5.入土挖掘面鏟刃具體實(shí)施方式如圖1、圖3和圖4所示，所述的一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，由鏟面1、鏟柄2組成，所述鏟面1的入土前端三角區(qū)設(shè)有入土挖掘面鏟刃5；鏟柄2上設(shè)有2個(gè)沉孔4，鏟柄2下端與鏟面1上端圓滑過(guò)渡；鏟柄2兩端為過(guò)渡圓弧，過(guò)渡圓弧的圓心在縱向中軸線3上，過(guò)渡圓弧半徑為：90-120mm；鏟柄2為平面結(jié)構(gòu)，鏟面1的形狀是關(guān)于縱向中軸線3左右對(duì)稱(chēng)分布；鏟面1具有橫截面輪廓曲線A和縱截面輪廓曲線C,鏟面1的厚度h為4-6mm，鏟面1入土前端挖掘面呈三角區(qū)，其夾角θ為：50-70°。鏟刃5上端設(shè)有半徑R為4mm的過(guò)渡圓角。整個(gè)鏟面的基材為65Mn的鋼板，鏟面結(jié)構(gòu)可由線切割加工完成，或者沖壓而得，鏟柄沉孔直接在鉆床上加工而得。如圖1、圖2所示，所述的仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，鏟面1的橫截面輪廓曲線A是基于毛蚶橫截面輪廓仿生仿形設(shè)計(jì)而來(lái)，所述的橫截面輪廓曲線A的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：2.5表示鏟面波形的波動(dòng)幅值；0.3表示鏟面波形的圓頻率；t為鏟面波形的弧度本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，由鏟面(1)和鏟柄(2)組成，其特征在于：所述鏟面(1)的入土前端三角區(qū)設(shè)有入土挖掘面鏟刃(5)；鏟柄(2)上設(shè)有2個(gè)沉孔(4)，鏟柄(2)下端與鏟面(1)上端圓滑過(guò)渡；鏟柄(2)兩端為過(guò)渡圓弧，過(guò)渡圓弧的圓心在縱向中軸線(3)上，過(guò)渡圓弧半徑為：90?120mm；鏟柄(2)為平面結(jié)構(gòu)，鏟面(1)的形狀是關(guān)于縱向中軸線(3)左右對(duì)稱(chēng)分布；鏟面(1)具有橫截面輪廓曲線A和縱截面輪廓曲線C,鏟面(1)的厚度h為4?6mm，鏟面(1)入土前端挖掘面呈三角區(qū)，其夾角θ為：50?70°；鏟刃(5)上端設(shè)有半徑R為4mm的過(guò)渡圓角。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，由鏟面(1)和鏟柄(2)組成，其特征在于：所述鏟面(1)的入土前端三角區(qū)設(shè)有入土挖掘面鏟刃(5)；鏟柄(2)上設(shè)有2個(gè)沉孔(4)，鏟柄(2)下端與鏟面(1)上端圓滑過(guò)渡；鏟柄(2)兩端為過(guò)渡圓弧，過(guò)渡圓弧的圓心在縱向中軸線(3)上，過(guò)渡圓弧半徑為：90-120mm；鏟柄(2)為平面結(jié)構(gòu)，鏟面(1)的形狀是關(guān)于縱向中軸線(3)左右對(duì)稱(chēng)分布；鏟面(1)具有橫截面輪廓曲線A和縱截面輪廓曲線C,鏟面(1)的厚度h為4-6mm，鏟面(1)入土前端挖掘面呈三角區(qū)，其夾角θ為：50-70°；鏟刃(5)上端設(shè)有半徑R為4mm的過(guò)渡圓角。2.按權(quán)利要求1所述的仿生減阻耐磨馬鈴薯挖掘鏟，其特...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李俊偉，馬云海，莊健，毛春昱，禹江濤，王慧鑫，陳創(chuàng)發(fā)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：吉林,22