[发明专利]一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲

说明书

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲，解决了现有黄芪收获存在劳动强度大、挖掘成本高、根茎损伤率高、粘附严重且收获效率低的问题。一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲，包括尾首依次连接的铲柄、铲体和铲尖；铲体是由上触土曲面和下触土曲面组成的犰狳爪趾状结构，铲尖包括主铲尖和位于其左右两侧的侧铲尖。本发明结构设计合理可靠，减小了挖掘过程中的土壤工作阻力，而且在保证挖掘深度的情况下，挖掘铲形成多点同时入土，进一步降低了挖掘铲的土壤刺入阻力，同时有利于挖掘铲减小土壤粘附，降低根茎损伤，提高了黄芪挖掘的工作效率。

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲。

背景技术

黄芪是多年生豆科植物，药用和食用价值集中于主根部分，属大宗根茎类中药材之一。黄芪根茎生长较深，根部深入土壤可达500-1000mm，收获存在着挖掘阻力大、根茎损伤率高、挖掘部件与土壤粘附严重等问题，目前主要依靠大量人工采刨主根，劳动强度大、挖掘成本高、收获效率低。选用现有的马铃薯、甘薯等块茎类收获机具采收黄芪等长根茎类作物时，存在着挖掘阻力大、土壤粘附量高的问题，无法达到基本使用要求。黄芪收获用工量占黄芪整个生产全过程的1/3以上，作业成本占总生产成本的50％以上。

研究发现，土壤动物犰狳经过长期的进化形成了特有的体表形态结构，形成了特有爪型结构，拥有了能够适应生活环境的本领。犰狳的四肢十分粗壮，趾上的爪尖锐而强硬，十分有力，能在坚硬的土地上掘洞生存。犰狳爪趾在挖掘土壤过程中爪趾不粘附土壤，挖掘阻力小，挖掘效率高。犰狳头部在爪趾挖掘土壤过程中拱土，配合掘洞行为，头部体表具有六边形的凸起结构，协助降低了土壤对爪趾的粘附，进一步降低了土壤挖掘阻力。

发明内容

本发明为了解决现有黄芪收获存在劳动强度大、挖掘成本高、根茎损伤率高、粘附严重且收获效率低的问题，提供了一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种具有仿生曲面结构的黄芪挖掘铲，包括尾首依次连接的铲柄、铲体和铲尖；铲体是由上触土曲面和下触土曲面组成的犰狳爪趾状结构，铲尖包括主铲尖和位于其左右两侧的侧铲尖。

作业过程中，黄芪挖掘铲固定于拖拉机悬挂机构上，随着拖拉机进行切土挖掘工作，挖掘铲的主铲尖位于最前端，率先刺入土壤，副铲尖随主铲尖刺入土壤，三个铲尖形成多点刺入状态，降低土壤刺入阻力，铲尖间隙构成侧刃，逐步切断黄芪根茎，减小黄芪挖掘铲对根茎的直接冲击，降低黄芪根茎的收获损伤，挖掘铲体切削土壤挖掘黄芪，上触土曲面具有仿生几何结构，减小土壤对铲体的粘附，降低挖掘铲的土壤粘附阻力；犰狳爪趾在坚硬的土质中进行破土、切土和拖土的过程中始终保持铲体形态不发生改变，其性能优异于其他类型的挖掘铲，很好的解决了其他类型挖掘铲不适合挖掘坚硬土质或挖掘深度较深的实际问题，保证在自动化收获过程中收获效率高、能量消耗少，挖掘部件不易损坏。克服了现有黄芪收获存在劳动强度大、挖掘成本高、根茎损伤率高、粘附严重且收获效率低的问题。

铲柄长为L₁，L₁的取值范围是80至90mm，宽为B₁，B₁的取值范围是180至200mm，厚度为B₂，B₂的取值范围是20至30mm，铲柄上设置有两个直径为d的安装孔，d的取值范围是12至15mm，上触土曲面的首尾竖向截面轮廓曲线方程为y₁＝a·x^b+c，其中x的取值范围是7.3至350mm，a的取值范围是(0.031,0.064)，b的取值范围是(1.416,1.543)，c的取值范围是(13.89,18)，下触土曲面的首尾竖向截面轮廓曲线方程为y₂＝d·x^e+f，其中x的取值范围是0至350mm，d的取值范围是(0.007,0.031)，e的取值范围是(1.489,1.601)，f的取值范围是(-0.191,5.504)。