CN107258200A - 一种马铃薯仿生挖掘铲 - Google Patents

一种马铃薯仿生挖掘铲 Download PDF

Info

Publication number
CN107258200A
CN107258200A CN201710171754.7A CN201710171754A CN107258200A CN 107258200 A CN107258200 A CN 107258200A CN 201710171754 A CN201710171754 A CN 201710171754A CN 107258200 A CN107258200 A CN 107258200A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
fin
soil
digger blade
soil section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710171754.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107258200B (zh
Inventor
马云海
禹江涛
李俊伟
王慧鑫
裴高院
庄健
佟金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201710171754.7A priority Critical patent/CN107258200B/zh
Publication of CN107258200A publication Critical patent/CN107258200A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107258200B publication Critical patent/CN107258200B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D13/00—Diggers, e.g. potato ploughs

Abstract

一种马铃薯仿生挖掘铲属农业机械技术领域，本发明是一种基于鼹鼠爪趾、穿山甲鳞片、茅草叶缘结构的仿生挖掘铲，由入土段、升土段和安装段组成，每段之间光滑连接，入土段为等腰三角形平面，三角形两腰设有与挖掘铲背面呈30°夹角的斜面，然后加工出夹角为60°的锯齿；升土段曲面为仿生曲面，升土段正面设有九个仿生凸棱呈扇形等间距排列，两相邻凸棱间的夹角为7.5°，每两个凸棱之间设有扇形漏土孔；安装段为矩形平面，其上加工有3个螺栓沉头孔。本发明可有效降低马铃薯挖掘过程中挖掘铲工作阻力大、黏土严重以及薯土分离效果不理想等不良影响，能显著提高马铃薯收获机械的工作效率，且能耗低、材料省。

Description

一种马铃薯仿生挖掘铲
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种马铃薯仿生挖掘铲。
背景技术
马铃薯的挖掘是其收获的重要工序，挖掘铲的工作性能直接影响着马铃薯的收获效果，要求其具有较好的碎土能力和挖掘阻力，在扰动尽量少的土壤的情况下将马铃薯挖起，并尽可能的减少黏土和缠草，同时使薯土分离尽可能彻底以及最大限度地减少遗漏和伤薯。现有的马铃薯挖掘铲以平面铲、凹面铲、槽式铲、栅条铲为主，这些挖掘铲要么容易缠草和黏土，要么薯土分离效果不理想，使得机器能耗较高。而随着马铃薯种植规模的不断扩大，这些传统形式的挖掘铲已逐渐难以实现高强度的连续工作，因此，设计出碎土能力强、薯土分离效果好、伤薯率较低、不易缠草和黏土、挖掘阻力小的新型挖掘铲是很有必要的。
一些动物或植物的某些器官或结构，在挖掘和切割过程中表现出了优异的工作性能，这与挖掘铲的挖掘过程有一定的相似性：例如鼹鼠等土壤动物的爪趾呈铲形，与挖掘铲非常相像，长期挖掘后仍表现出良好的工作性能；穿山甲鳞片在横纵方向存在着凸起，使得穿山甲在土壤中活动后很少黏土；螳螂前足胫节外缘、茅草叶片外缘存在着锯齿结构，表现出良好的切割性能。上述这些结构对马铃薯挖掘铲的设计提供了良好的仿生依据。
发明内容
本发明的目的在于解决现有马铃薯挖掘铲工作阻力大、容易缠草和黏土、薯土分离效果不理想等问题，提出了一种基于鼹鼠爪趾、穿山甲鳞片、茅草叶缘结构的仿生挖掘铲，以降阻减耗，提高挖掘铲工作效率。
本发明挖掘铲的外轮廓由ab段直线、bc段曲线、cd段直线、df段直线、fg段直线、gh段曲线、ha段直线顺序首尾光滑连接而成，其中a、b、h、a点连接形成入土段A，b、c、g、 h、b点连接形成升土段B，c、d、f、g、c点连接形成安装段C。
安装段C、升土段B和入土段A为关于挖掘铲上ae中线的对称结构。
升土段B的bc段曲线和gh段曲线为仿生曲线G。
入土段A为等腰三角形，三角形高L1为40-50mm，三角形的ab和ah两腰上加工出斜面8 后对称设有锯齿7，斜面8与挖掘铲背面D的夹角β为30°，锯齿7为等边三角形，三角形边长L3为5mm，三角形铲尖处两侧设有2-3个锯齿的空白。
升土段B曲面为仿生曲面，升土段B正面上对称设有5个长凸棱2、2个中长凸棱4、2个短凸棱6和4个大漏土孔3、2个小漏土孔5。
安装段C、升土段B的宽度和入土段A三角形底边bh的长度W均为160-180mm；安装段C、升土段B和入土段A的厚度H均为6-8mm；安装段C的长度L2为90-100mm；安装段C 上设有3个沉头孔1，3个沉头孔1关于挖掘铲上ae中线呈三角形对称布置，其中左右2个沉头孔的间距L6为80-100mm、与安装段C上端df直线的间距L5为25-35mm，中间的沉头孔与安装段C上端df直线的间距L4为55-65mm；挖掘铲的安装角α为25-30°。
所述升土段B的仿生曲线G的方程式为：
其中：102mm≤x≤240mm；
所述长凸棱2、中长凸棱4和短凸棱6的横截面外轮廓的方程式为:
y＝2sin0.6283x
其中：0mm<x≤5mm。
所述的5个长凸棱2、2个中长凸棱4、2个短凸棱6在升土段B的正面按扇形排列，两个相邻凸棱之间的夹角γ为7.5°，5个长凸棱2、2个中长凸棱4和2个短凸棱6均以升土段B和入土段A的分界线bh为起点，其中5个长凸棱2延伸至安装段C与升土段B的分界线 cg，左边的1个中长凸棱4和1个短凸棱6延伸至曲线bc处，右边的1个中长凸棱4和1个短凸棱6延伸至曲线gh处。
所述的4个大漏土孔3和2个小漏土孔5均为扇形，扇形的原点均在半径R1为120mm的圆周上，扇形的圆心角φ均为7.5°。
4个大漏土孔3大小相等，其顶部圆弧在半径R3为225-230mm的圆周上，2个小漏土孔5 大小相等，其顶部圆弧在半径R2为185-195mm的圆周上。
4个大漏土孔3间隔置于5个长凸棱2之间，左边的小漏土孔5置于左边的长凸棱2和中长凸棱4之间，右边的小漏土孔5置于右边的长凸棱2和中长凸棱4之间。
4个大漏土孔3和2个小漏土孔5与两侧凸棱的距离相等。
本发明中入土段两切削刃倒角后在铲尖形成三面楔结构，具有良好的入土能力，两切削刃上的锯齿结构可以提高马铃薯挖掘过程中对土壤的切削作用；升土段具有的仿生曲面结构具有减阻降耗的作用，曲面上的凸起可以对挖起的土壤起到二次切削的作用，从而减少土壤粘附；漏土孔在保证挖掘铲强度的前提下可以减少材料消耗，还可以一定程度上地提高薯土分离效果，从而减小马铃薯收获机械中后续输送及分离装置的工作负担。
附图说明
图1为马铃薯仿生挖掘铲的结构示意图
图2为凸棱和漏土孔分布示意图
图3为马铃薯仿生挖掘铲的侧视图
图4为图2中i所指的锯齿形状放大图
图5为图2中j所指的入土段倒角剖视图
图6为沉头孔分布示意图
其中：A.入土段 B.升土段 C.安装段 D.挖掘铲背面 1.沉头孔 2.长凸棱 3.大漏土孔 4.中长凸棱 5.小漏土孔 6.短凸棱 7.锯齿 8.斜面
H.挖掘铲厚度 L1-入土段长度 L2-安装段长度 L3-等边三角形锯齿的边长 L4-前安装孔与挖掘铲末端的距离 L5-后安装孔与挖掘铲末端的距离 L6-后安装孔之间距离α.挖掘铲安装角 β.入土段三角形两腰倒角 γ.两相邻仿生凸棱之间的夹角 φ.扇形漏土孔的圆心角 θ.锯齿顶角角度
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的马铃薯挖掘铲，外轮廓由ab段直线、bc段曲线、cd段直线、df段直线、fg段直线、gh段曲线、ha段直线顺序首尾光滑连接而成，其中a、b、 h、a点连接形成入土段A，b、c、g、h、b点连接形成升土段B，升土段B的bc段曲线和gh 段曲线为仿生曲线G；c、d、f、g、c点连接形成安装段C；安装段C、升土段B和入土段A 为关于挖掘铲上ae中线的对称结构；安装段C、升土段B的宽度和入土段A三角形底边bh 的长度W均为160-180mm；安装段C、升土段B和入土段A的厚度H均为6-8mm；安装段C的长度L2为90-100mm。
入土段A为等腰三角形，三角形高L1为40-50mm，三角形的ab和ah两腰上加工出斜面8 后对称设有锯齿7，斜面8与挖掘铲背面D的夹角β为30°，锯齿7为等边三角形，三角形边长L3为5mm，三角形铲尖处两侧设有2-3个锯齿的空白；
如图2、图4和图5所示，入土段A为等腰三角形，三角形高L1为40-50mm，三角形的ab和ah两腰上加工出斜面E后对称设有锯齿5，斜面E与挖掘铲背面D的夹角β为30°，锯齿 1为等边三角形，三角形锯齿的边长L3为5mm，三角形铲尖处两侧各设有2-3个锯齿的空白以保证铲尖强度。入土段两切削刃加工出斜面E后在铲尖形成三面楔结构，具有良好的入土能力，两切削刃上的锯齿结构可以提高马铃薯挖掘过程中对土壤的切削作用和破碎作用。
如图2所示，升土段B的曲面为仿生曲面，bc段曲线和gh段曲线为仿生曲线G，其方程式为：
其中102mm≤x≤240mm，该曲线方程是以鼹鼠左前爪第3爪趾为原型通过仿生反求的方法获得，拟合度为升土段B正面上对称设有5个长凸棱2、2个中长凸棱4、2个短凸棱6和4个大漏土孔3、2个小漏土孔5，凸棱横截面外轮廓方程式为：
y＝2sin0.6283x
其中：0mm<x≤5mm，该曲线是以穿山甲鳞片为原型通过仿生反求的方法获得，拟合度为5个长凸棱2、2个中长凸棱4、2个短凸棱6在升土段B的正面等间距地按扇形排列，两个相邻凸棱之间的夹角γ为7.5°，9个凸棱均以升土段B和入土段A的分界线 bh为起点，其中5个长凸棱2延伸至安装段C与升土段B的分界线cg，左边的1个中长凸棱4和1个短凸棱6延伸至曲线bc处，右边的1个中长凸棱4和1个短凸棱6延伸至曲线 gh处；4个大漏土孔3、2个小漏土孔5均为扇形，且与两侧凸棱的距离相等，扇形的原点均在半径R1为120mm的圆周上，扇形的圆心角φ均为7.5°，其中，4个大漏土孔3大小相等，间隔置于5个长凸棱2之间，4个大漏土孔3的顶部圆弧在半径R3为225-230mm的圆周上，2 个小漏土孔5大小相等，左边的小漏土孔置于左边的长凸棱和中长凸棱之间，右边的小漏土孔置于右边的长凸棱和中长凸棱之间，2个小漏土孔5的顶部圆弧在半径R2为185-195mm的圆周上；升土段具有的仿生曲面结构使得其正面具有连续变化的曲率(由小变大)，具有减阻降耗的作用；曲面上的凸棱可以对挖起的土壤起到二次切削的作用，还可以改变土壤在升土段正面上的运动状态，在凸棱之间形成涡旋，从而减少土壤粘附；漏土孔在保证挖掘铲强度的前提下可以减少材料消耗，还可以一定程度上地提高薯土分离效果，从而减小马铃薯收获机械中后续输送及分离装置的工作负担。
如图6所示，安装段C上设有3个沉头孔1，3个沉头孔1关于挖掘铲上ae中线呈三角形对称布置，其中左右2个沉头孔的间距L6为80-100mm、与安装段C上端df直线的间距L5为25-35mm，中间的沉头孔与安装段C上端df直线的间距L4为55-65mm，位置参数L5、L6、 L4根据实际情况以保证挖掘铲与机器的连接强度为前提来确定。
如图3所示，为保证挖掘铲工作过程中阻力尽可能低，应尽量将安装角α控制在25-30°的范围内。
本发明所述的马铃薯挖掘铲，可以先用板材按照尺寸加工出外部形状，再根据前面所述的曲线方程折弯后得到。其中，仿生凸棱可以采用焊接的方式与母体连接，漏土孔可采用冲裁的方式加工得到。

Claims (3)

1.一种马铃薯仿生挖掘铲，其特征在于：挖掘铲的外轮廓由ab段直线、bc段曲线、cd段直线、df段直线、fg段直线、gh段曲线、ha段直线顺序首尾光滑连接而成，其中a、b、h、a点连接形成入土段(A)，b、c、g、h、b点连接形成升土段(B)，c、d、f、g、c点连接形成安装段(C)；安装段(C)、升土段(B)和入土段(A)为关于挖掘铲上ae中线的对称结构；升土段(B)的bc段曲线和gh段曲线为仿生曲线G；入土段(A)为等腰三角形，三角形高L1为40-50mm，三角形的ab和ah两腰上加工出斜面(8)后对称设有锯齿(7)，斜面(8)与挖掘铲背面(D)的夹角β为30°，锯齿(7)为等边三角形，三角形边长L3为5mm，三角形铲尖处两侧设有2-3个锯齿的空白；升土段(B)曲面为仿生曲面，升土段(B)正面上对称设有5个长凸棱(2)、2个中长凸棱(4)、2个短凸棱(6)和4个大漏土孔(3)、2个小漏土孔(5)；安装段(C)、升土段(B)的宽度和入土段(A)三角形底边bh的长度W均为160-180mm；安装段(C)、升土段(B)和入土段(A)的厚度H均为6-8mm；安装段(C)的长度L2为90-100mm；安装段(C)上设有3个沉头孔(1)，3个沉头孔(1)关于挖掘铲上ae中线呈三角形对称布置，其中左右2个沉头孔的间距L6为80-100mm、与安装段(C)上端df直线的间距L5为25-35mm，中间的沉头孔与安装段(C)上端df直线的间距L4为55-65mm；挖掘铲的安装角α为25-30°。
2.按权利要求1所述的马铃薯仿生挖掘铲，其特征在于：所述升土段(B)的仿生曲线G的方程式为：
<mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>0.0002</mn> <mn>64</mn> </mfrac> <msup> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>0.0153</mn> <mn>16</mn> </mfrac> <msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>0.5645</mn> <mn>4</mn> </mfrac> <mi>x</mi> </mrow>
其中：102mm≤x≤240mm；
所述长凸棱(2)、中长凸棱(4)和短凸棱(6)的横截面外轮廓的方程式为:
y＝2sin0.6283x
其中：0mm<x≤5mm。
3.按权利要求1所述的马铃薯仿生挖掘铲，其特征在于：所述的5个长凸棱(2)、2个中长凸棱(4)、2个短凸棱(6)在升土段(B)的正面按扇形排列，两个相邻凸棱之间的夹角γ为7.5°，5个长凸棱(2)、2个中长凸棱(4)和2个短凸棱(6)均以升土段(B)和入土段(A)的分界线bh为起点，其中5个长凸棱(2)延伸至安装段(C)与升土段(B)的分界线cg，左边的1个中长凸棱(4)和1个短凸棱(6)延伸至曲线bc处，右边的1个中长凸棱(4)和1个短凸棱(6)延伸至曲线gh处；所述的4个大漏土孔(3)和2个小漏土孔(5)均为扇形，扇形的原点均在半径R1为120mm的圆周上，扇形的圆心角φ均为7.5°；4个大漏土孔(3)大小相等，其顶部圆弧在半径R3为225-230mm的圆周上，2个小漏土孔(5)大小相等，其顶部圆弧在半径R2为185-195mm的圆周上；4个大漏土孔(3)间隔置于5个长凸棱(2)之间，左边的小漏土孔(5)置于左边的长凸棱(2)和中长凸棱(4)之间，右边的小漏土孔(5)置于右边的长凸棱(2)和中长凸棱(4)之间；4个大漏土孔(3)和2个小漏土孔(5)与两侧凸棱的距离相等。
CN201710171754.7A 2017-03-22 2017-03-22 一种马铃薯仿生挖掘铲 Active CN107258200B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710171754.7A CN107258200B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种马铃薯仿生挖掘铲

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710171754.7A CN107258200B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种马铃薯仿生挖掘铲

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107258200A true CN107258200A (zh) 2017-10-20
CN107258200B CN107258200B (zh) 2023-05-09

Family

ID=60073635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710171754.7A Active CN107258200B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种马铃薯仿生挖掘铲

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107258200B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109463250A (zh) * 2019-01-08 2019-03-15 海南大学 一种爪趾形态仿生割胶刀
CN110073737A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲
CN111869402A (zh) * 2020-08-28 2020-11-03 吉林大学 一种减粘降阻马铃薯仿生挖掘铲
CN113287434A (zh) * 2021-02-28 2021-08-24 济南大学 基于穿山甲形态特征及挖洞行为仿生的青贮铡切抛送系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102057766A (zh) * 2010-11-04 2011-05-18 吉林大学 鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲
US8388031B1 (en) * 2011-04-22 2013-03-05 Richard Zang High strength shovel and trowels
CN203563301U (zh) * 2013-12-04 2014-04-30 李东国 一种省力松土锹
CN105874902A (zh) * 2016-05-05 2016-08-24 吉林大学 一种基于动态仿生原理的深松铲
CN106416579A (zh) * 2016-12-05 2017-02-22 吉林大学 一种仿生减阻马铃薯收获机挖掘铲
CN106489410A (zh) * 2016-12-26 2017-03-15 吉林大学 一种适用于粘重壤土的仿生减粘降阻马铃薯收获机挖掘铲
CN206948903U (zh) * 2017-03-22 2018-02-02 吉林大学 一种马铃薯仿生挖掘铲

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102057766A (zh) * 2010-11-04 2011-05-18 吉林大学 鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲
US8388031B1 (en) * 2011-04-22 2013-03-05 Richard Zang High strength shovel and trowels
CN203563301U (zh) * 2013-12-04 2014-04-30 李东国 一种省力松土锹
CN105874902A (zh) * 2016-05-05 2016-08-24 吉林大学 一种基于动态仿生原理的深松铲
CN106416579A (zh) * 2016-12-05 2017-02-22 吉林大学 一种仿生减阻马铃薯收获机挖掘铲
CN106489410A (zh) * 2016-12-26 2017-03-15 吉林大学 一种适用于粘重壤土的仿生减粘降阻马铃薯收获机挖掘铲
CN206948903U (zh) * 2017-03-22 2018-02-02 吉林大学 一种马铃薯仿生挖掘铲

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109463250A (zh) * 2019-01-08 2019-03-15 海南大学 一种爪趾形态仿生割胶刀
CN110073737A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲
CN110073737B (zh) * 2019-06-04 2023-11-17 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲
CN111869402A (zh) * 2020-08-28 2020-11-03 吉林大学 一种减粘降阻马铃薯仿生挖掘铲
CN113287434A (zh) * 2021-02-28 2021-08-24 济南大学 基于穿山甲形态特征及挖洞行为仿生的青贮铡切抛送系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107258200B (zh) 2023-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107258200A (zh) 一种马铃薯仿生挖掘铲
CN206948903U (zh) 一种马铃薯仿生挖掘铲
CN108243701B (zh) 一种薯类仿生挖掘铲片
CN205812669U (zh) 一种具有耐磨铧翼的犁铧
CN105340408A (zh) 半干旱区石质荒山造林整地方法
CN202787373U (zh) 一种斗齿
CN201598619U (zh) 坝体排水结构
CN203675544U (zh) 农田用圆盘开沟装置
CN208830262U (zh) 一种生态挡墙墙砖
CN105660025B (zh) 一种具有仿生锯齿结构的薯类挖掘部件
CN110012716A (zh) 一种丘陵地区根茎类仿生挖掘铲
CN206289615U (zh) 一种防压整体式土工格室
CN215735804U (zh) 一种天冬收获机
CN206294525U (zh) 一种适用于粘重壤土的仿生减粘降阻马铃薯收获机挖掘铲
CN204259366U (zh) 一种螺旋渐宽式起垄器
CN210917386U (zh) 一种可降低成本的双排桩支护结构
CN220789669U (zh) 一种农田灌溉渠结构
KR200469490Y1 (ko) 로터리용 칼날 어셈블리
CN215991954U (zh) 一种具有双层铲刀的天冬挖掘铲
CN204377333U (zh) 一种改良犁尖
CN211690277U (zh) 一种侵蚀沟生物治理结构
CN217336396U (zh) 开沟刀及其开沟机
CN204968354U (zh) 培土犁
CN219527682U (zh) 一种泥石流坡面防护装置
CN218622368U (zh) 一种用于沟槽开挖的梯形模具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant