CN108029252A - 超声波双向交叉振动土壤挖掘装置 - Google Patents

超声波双向交叉振动土壤挖掘装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业机械领域，尤其是一种超声波双向交叉振动土壤挖掘装置。包括纵梁，还包括超声波发生器、纵向超声振动换能器、垂向超声振动换能器、纵向超声振动变幅杆和垂向超声振动变幅杆，所述纵向振动变幅杆的一端与纵向超声振动换能器固定连接，纵向超声振动变幅杆的另一端与变幅式铲刀的一端固定连接，所述垂向超声振动变幅杆的一端与垂向超声振动换能器固定连接，垂向超声振动变幅杆的另一端与纵向超声振动变幅杆固定连接，纵向超声振动变幅杆与垂向超声振动变幅杆之间呈垂直设置，所述超声波发生器分别通过信号电缆线将信号传递给纵向超声振动换能器和垂向超声振动换能器。有效地解决了土壤切削挖掘作业中阻力大、耗能高等问题。

Description

超声波双向交叉振动土壤挖掘装置
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其是一种超声波双向交叉振动土壤挖掘装置。
背景技术
农业土壤耕作、深松以及根茎类作物挖掘收获等作业普遍存在工作阻力大、耗能高的问题。因此，应用先进技术或研制出新型土壤切削挖掘装置来降低工作阻力对于节能减排具有重要意义。
振动铲和振动犁已经证明能够有效降低工作阻力，目前主要通过偏心机构和连杆机构实现铲刀或犁刀的机械振动，该振动频率最高达到几十赫兹，很难再提升更高的振动频率。土壤切削挖掘过程中的工作阻主要由土壤切削阻力、土壤重力、土壤与铲的摩擦阻力以及土壤与铲面的粘滞阻力。然而，机械传动的低频振动主要减小了切削阻力，对降低摩擦阻力和粘滞阻力的效果甚微。超声波振动能够产生20KHz以上的振动，目前超声波振动应用领域包括超声波清洗、超声波焊接、合金硬金属的加工等领域，在土壤切削挖掘领域还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，有效地解决了土壤切削挖掘作业中阻力大、耗能高等问题。
本发明的技术方案是：一种超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，包括纵梁，还包括超声波发生器、纵向超声振动换能器、垂向超声振动换能器、纵向超声振动变幅杆和垂向超声振动变幅杆，所述纵向振动变幅杆的一端与纵向超声振动换能器固定连接，纵向超声振动变幅杆的另一端与变幅式铲刀的一端固定连接，所述垂向超声振动变幅杆的一端与垂向超声振动换能器固定连接，垂向超声振动变幅杆的另一端与纵向超声振动变幅杆固定连接，纵向超声振动变幅杆与垂向超声振动变幅杆之间呈垂直设置，所述超声波发生器分别通过信号电缆线将信号传递给纵向超声振动换能器和垂向超声振动换能器；
所述变幅式铲刀沿垂向的截面面积从与纵向超声振动变幅杆的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化；
所述垂向超声振动变幅杆沿纵向的截面面积从与垂向超声振动换能器的固定连接端到与纵向超声振动变幅杆的固定连接端由大到小逐渐过渡变化，纵向超声振动变幅杆沿垂向的截面面积从与纵向超声振动换能器的固定连接端到与变幅式铲刀的固定连接端由大到小逐渐过渡变化。
本发明还包括固定连接件和铲柄，所述固定连接件包括固定连接件法兰I、固定连接件法兰II、固定连接件铲柄连接板，固定连接件法兰I与垂向超声振动变幅杆固定连接，固定连接件法兰II与纵向超声振动变幅杆固定连接，固定连接件铲柄连接板与铲柄固定连接，铲柄的另一端与纵梁固定连接。
所述纵向超声振动变幅杆和垂向超声振动变幅杆上均设有法兰盘，法兰盘与固定连接件法兰固定连接。
所述铲柄为弧形结构，铲柄的下端部设有与固定连接件固定连接的通孔，铲柄的上端部设有与纵梁固定连接的通孔，纵梁与铲柄的连接处设有数个入土角调节孔，数个入土角调节孔形成弧线。
所述纵向超声振动变幅杆和垂向超声振动变幅杆呈圆锥形。
本发明的有益效果：
(1)本发明能够在土壤耕作、深松以及根茎类作物挖掘收获作业时，将超声波发生器产生的高频电信号经超声波换能器转换为超声振动并经变幅杆聚能作用将振动幅度放大后传递给铲刀使铲刃产生高频振动，实现土壤的高频振动切削挖掘；
(2)本发明将两个变幅杆垂直交叉连接后再与铲刀连接，因此变幅式铲刀可产生纵向和垂向双向超声波高频振动，纵向振动可降低铲刃切削阻力，垂向振动可降低铲面粘附摩擦阻力，因此该装置的振动降阻效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是纵向振动超声波换能变幅装置结构示意图；
图3是垂向振动超声波换能变幅装置结构示意图；
图4是变幅式铲刀结构示意图；
图5是固定连接件结构示意图；
图6是铲柄及入土角调节装置示意图。
其中：1变幅式铲刀；101变幅式铲刀上端螺纹杆；2垂向超声振动变幅杆；201垂向超声振动变幅杆螺纹杆；202垂向振动装置法兰；3垂向超声振动换能器；4固定连接件；401固定连接件法兰I；402固定连接件铲柄连接板；403固定连接件法兰II；5超声信号电缆线I；6纵梁；601入土角调节孔；7铲柄；8超声波发生器；9超声信号电缆线II；10纵向超声振动换能器；11纵向超声振动变幅杆；1101纵向超声振动变幅杆螺纹孔Ⅰ；1102纵向振动装置法兰；1103纵向超声振动变幅杆螺纹孔Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的超声波双向交叉振动土壤挖掘装置包括纵梁6、超声波发生器8、纵向超声振动换能器10、纵向超声振动变幅杆11、垂向超声振动换能器3、垂向超声振动变幅杆2、变幅式铲刀1和铲柄7。超声波发生器8布置在作业机架上，超声波发生器8通过超声信号电缆线I5将信号传递给垂向超声振动换能器3，超声波发生器8通过超声信号电缆线Ⅱ9将信号传递给纵向超声振动换能器10。
纵向超声振动换能器10和纵向超声振动变幅杆11通过螺纹连接方式固定连接。纵向超声振动变幅杆11的一端与纵向超声振动换能器10固定连接，纵向超声振动变幅杆11的另一端与变幅式铲刀1固定连接。如图2和图4所示，变幅式铲刀1的一端设有螺纹杆101，对应的在纵向超声振动变幅杆11的端部设有螺纹孔Ⅰ1101，螺纹杆101设置在螺纹孔Ⅰ1101内，从而实现了变幅式铲刀1与纵向超声振动变幅杆11的固定连接。本发明中，变幅式铲刀1是由锰钢加工而成的一体化结构铲刀。
垂向超声振动换能器3和垂向超声振动变幅杆2通过螺纹连接方式固定连接。垂向超声振动变幅杆2的一端与垂向超声振动换能器3固定连接，另一端与纵向超声振动变幅杆11固定连接。如图2和图3所示，垂向超声振动变幅杆2的端部设有螺纹杆201，在纵向超声振动变幅杆11上设有螺纹孔Ⅱ1103，螺纹杆201设置在螺纹孔Ⅱ1103内，从而实现了垂向超声振动变幅杆2与纵向超声振动变幅杆11的固定连接。
纵向超声振动换能器10和垂向超声振动换能器3的作用是将超声波发生器8传递的高频交流电信号转换为同频率的机械超声波振动，并分别传递给与其相连接的纵向超声振动变幅杆11和垂向超声振动变幅杆2。纵向超声振动变幅杆11和所述垂向超声振动变幅杆2将各自的超声波机械振动的振幅放大并同时传递给变幅式铲刀1，使变幅式铲刀产生纵向与垂向复合振动。
本发明还包括固定连接件4，如图1和图5所示，固定连接件4包括固定连接件法兰I401、固定连接件法兰II403和固定连接件铲柄连接板402。固定连接件法兰I401与垂向超声振动变幅杆2固定连接，如图3所示，垂向超声振动变幅杆2上设有垂向振动装置法兰202，垂向振动装置法兰202与固定连接件法兰I401固定连接。固定连接件法兰II403与纵向超声振动变幅杆11固定连接，如图2所示，纵向超声振动变幅杆11上设有纵向振动装置法兰1102，纵向振动装置法兰1102与固定连接件法兰II403固定连接。固定连接件铲柄连接板402与铲柄7的一端固定连接，铲柄7的另一端与纵梁6固定连接，纵梁6固定在机架上。通过设置固定连接件4，将垂向超声振动变幅杆2、纵向超声振动变幅杆11和铲柄7固定连接在一起；同时将该装置固定在机架上。
如图6所示，铲柄7呈弧形，铲柄7的下端与固定连接件4固定连接，铲柄7的上端与纵梁6固定连接。纵梁6上与铲柄7连接处设有数个入土角调节孔601，数个入土角调节孔601排列成弧线形，当铲柄7选择与不同的调节孔连接时，可以调节变幅式铲刀1与地面的夹角，从而设置一个合适的入土角度。
如图1和图4所示，变幅式铲刀1沿垂向的截面面积从与纵向超声振动变幅杆的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化，本实施例中，变幅式铲刀1的垂向截面为三角形。由于铲刀的刀刃处的面积小，且厚度薄，因此变幅式铲刀1既能起到切削挖掘土壤作用，又能对超声波实现聚能和传递，驱动铲刀的刀刃部高频振动，同时还可以将传递的机械振动进一步聚能在刀刃部产生更大幅度振动，起到了变幅作用。
如图1和图3所示，垂向超声振动变幅杆2沿纵向的截面面积从与垂向超声振动换能器3的固定连接端到与纵向超声振动变幅杆11的固定连接端由大到小逐渐过渡变化，本实施例中，垂向超声振动变幅杆2呈倒圆锥形，也可以为锥形或其他形状。如图1和图2所示，纵向超声振动变幅杆11沿垂向的截面面积从与纵向超声振动换能器10的固定连接端到与变幅式铲刀1的固定连接端由大到小逐渐过渡变化，本实施例中，纵向超声振动变幅杆11呈圆锥形，也可以为锥形或其它形状。通过上述形状的设置，垂向超声振动变幅杆2和纵向超声振动变幅杆11可以将各自的超声波机械振动的振幅进一步放大，起到了变幅作用。
本发明的工作原理如下：工作状态下，超声波发生器8可产生与超声波频率相匹配的20KHZ的高频交流电信号，并经过超声信号电缆线I5和超声信号电缆线II9分别将信号传递给纵向超声振动换能器10和垂向超声振动换能器3。纵向超声振动换能器10和垂向超声振动换能器3将超声波发生器8传递的20KHZ的高频交流电信号转换为同频率的机械超声波振动，并分别传递给与其相连接的所述纵向超声振动变幅杆11和所述垂向超声振动变幅杆2，超声振动变幅杆11和所述垂向超声振动变幅杆2将各自的超声波机械振动的振幅进一步放大。纵向超声振动变幅杆11与垂向超声振动变幅杆2可同时将超声波振动传递给变幅式铲刀1，使铲刀产生纵向与垂向复合振动。变幅式铲刀1将传递的机械振动进一步聚能在刀刃部产生更大幅度振动。纵梁7随机架前进可带动整个挖掘装置向前运动，工作过程中，变幅式铲刀1可产生纵向和垂向双向超声波高频振动，纵向振动可降低铲刃切削阻力，垂向振动可降低铲面粘附摩擦阻力，因此该装置可有效降低工作阻力。

Claims (5)

1.一种超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，包括纵梁(6)，其特征在于：还包括超声波发生器(8)、纵向超声振动换能器(10)、垂向超声振动换能器(3)、纵向超声振动变幅杆(11)和垂向超声振动变幅杆(2)，所述纵向振动变幅杆(11)的一端与纵向超声振动换能器(10)固定连接，纵向超声振动变幅杆(11)的另一端与变幅式铲刀(1)的一端固定连接，所述垂向超声振动变幅杆(2)的一端与垂向超声振动换能器(3)固定连接，垂向超声振动变幅杆(2)的另一端与纵向超声振动变幅杆(11)固定连接，纵向超声振动变幅杆(11)与垂向超声振动变幅杆(2)之间呈垂直设置，所述超声波发生器(8)分别通过信号电缆线将信号传递给纵向超声振动换能器(10)和垂向超声振动换能器(3)；
所述变幅式铲刀(1)沿垂向的截面面积从与纵向超声振动变幅杆的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化；
所述垂向超声振动变幅杆(2)沿纵向的截面面积从与垂向超声振动换能器(3)的固定连接端到与纵向超声振动变幅杆(11)的固定连接端由大到小逐渐过渡变化，纵向超声振动变幅杆(11)沿垂向的截面面积从与纵向超声振动换能器(10)的固定连接端到与变幅式铲刀(1)的固定连接端由大到小逐渐过渡变化。
2.根据权利要求1所述的超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，其特征在于：还包括固定连接件(4)和铲柄，所述固定连接件(4)包括固定连接件法兰I(401)、固定连接件法兰II(403)、固定连接件铲柄连接板(402)，固定连接件法兰I(401)与垂向超声振动变幅杆(2)固定连接，固定连接件法兰II(403)与纵向超声振动变幅杆(11)固定连接，固定连接件铲柄连接板(402)与铲柄(7)固定连接，铲柄(7)的另一端与纵梁(6)固定连接。
3.根据权利要求2所述的超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，其特征在于：所述纵向超声振动变幅杆(11)和垂向超声振动变幅杆(2)上均设有法兰盘，法兰盘与固定连接件法兰固定连接。
4.根据权利要求2所述的超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，其特征在于：所述铲柄(7)为弧形结构，铲柄的下端部设有与固定连接件(4)固定连接的通孔，铲柄的上端部设有与纵梁(6)固定连接的通孔，纵梁(6)与铲柄(7)的连接处设有数个入土角调节孔(601)，数个入土角调节孔(601)形成弧线。
5.根据权利要求2所述的超声波双向交叉振动土壤挖掘装置，其特征在于：所述纵向超声振动变幅杆(11)和垂向超声振动变幅杆(2)呈圆锥形。
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