[发明专利]一种减阻耐磨仿生挖掘铲

说明书

技术领域

本发明属工程机械技术领域，具体涉及一种减阻耐磨仿生挖掘铲。

背景技术

作为世界主要粮食作物之一的马铃薯，在我国已有400年的栽培历史，近年来，我国马铃薯种植面积和产量的不断增加，发展马铃薯生产机械化显得尤为重要。

马铃薯挖掘铲的功用在于将马铃薯和土壤掘出，并输送给分离装置，其设计的基本要求为：在挖掘作业时能有效挖掘土壤和马铃薯，且要尽量减小挖掘阻力，减轻分离装置负担，并降低能量消耗。同时还要防止挖掘铲上缠草和壅土，并能顺利地把掘出物输送到分离装置。

仿生学是一门新型的交叉学科，在解决触土部件常见的摩擦磨损、挖掘效率、耗能等问题时，为研究者提供了全新的研究思路和有效的研究方法。

鼹鼠，又被称为“活的挖掘机”，是一种挖掘能力极强的土壤洞穴动物。其前后爪形态存在着明显差异，前足有5个趾，朝外生长，五个爪趾跨列成铲状，各爪趾形状近似，中间三趾前端稍圆，外侧两趾前端稍尖，且爪趾曲面平顺，是其主要的挖掘工具；而后爪棱角分明，前端尖锐，爪趾形状近似三角体，1锐的爪趾结构利于入土，且后肢粗壮，后爪及后肢的这些特点有利于掘土时向前推进。这使得以鼹鼠爪趾为原型将仿生原理与技术应用于土壤工具的开发，研制出一种新型减阻耐磨的高性能土壤工具，并应用于工业及民用成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗小，生产效率高，作业成本低，减阻耐磨的挖掘铲。

本发明利用仿生学原理，以鼹鼠前爪趾为研究对象，利用电子显微镜、扫描电镜等仪器设备对其几何结构参数，纵剖面轮廓线、曲率变化进行测量，并分析鼹鼠爪趾的几何结构参数及其主要受力部位。对鼹鼠爪趾生物原型进行结构特征分析和性能测试，研究鼹鼠爪趾减阻耐磨的宏观结构和微观结构机理。

本发明由铲尖A、前铲面B和后铲面C顺序连接而成，从俯视角度看：铲尖A为ab、bc、cd、da连线所围部分，其中bc连线为直线，ab连线和dc连线由鼹鼠爪趾侧边提取、关于减阻耐磨仿生挖掘铲纵轴线对称的仿生曲线；铲尖A的上表面为仿生曲面abcd；前铲面B为ad、de、eh、ha连线所围部分，ad连线、de连线、ha连线均为直线；后铲面C为he、ef、fg、gh连线所围部分，ef连线、fg连线、gh连线均为直线。

所述的后铲面C上设有沉头螺纹孔Ⅰ1、沉头螺纹孔Ⅱ2和沉头螺纹孔Ⅲ3。

从正视角度看：铲尖A下表面与前铲面B上表面的夹角a为18-20度，前铲面B上表面与前铲面B下表面的夹角β为3-5度。

所述的后铲面C上设有沉头螺纹孔Ⅰ1，沉头螺纹孔Ⅱ2和沉头螺纹孔Ⅲ3。

所述铲尖A上表面仿生曲面abcd的方程为：

z＝-1088+168.3*x+260.8*y-12.13*x^2-76.39*x*y-33.18*y^2

+5.411*x^2*y+10.32*x*y^2+0.675*y^3-0.7582*x^2*y^2

-0.3647*x*y^3+0.05749*y^4+0.03321*x^2*y^3-0.006132*x*y^4-0.0002186*y^5

其中：8.5＜X＜10.5；6.5＜y＜11.5。

所述铲尖A的ab仿生曲线和dc仿生曲线的方程均为：

f(x)＝0.003242*x^5-0.1501*x^4+2.741*x^3-24.7*x^2+109.9*x-722.7

其中：6.5＜x＜11.5。

所述铲尖A的前端宽H1为50-60mm，前铲面B和后铲面C的宽H2均为104-112mm，挖掘铲总长度L1为210-230mm，铲尖A的长度L4为40-46mm；前铲面B的长度L3为96-102mm；前铲面B的厚度从d2为12-16mm逐渐增加到d3为20-24mm；后铲面C的长度L2为76-82mm；后铲面C的厚度d1为8-12mm。

所述沉头螺纹孔Ⅰ1、沉头螺纹孔Ⅱ2和沉头螺纹孔Ⅲ3为M16的公制粗牙螺纹孔，沉头螺纹孔Ⅰ1和沉头螺纹孔Ⅲ3与后铲面C尾端间距L5为32-34mm，沉头螺纹孔Ⅱ2与后铲面C尾端间距L6为66-70mm，沉头螺纹孔Ⅲ3与后铲面C一侧间距H3为52-56mm。

本发明利用逆向工程软件，对鼹鼠爪趾的结构特征进行提取，再加以优化和运用，设计出的挖掘铲减阻效果更好，耐磨性更强，可延长其使用寿命，提高工作效率并降低生产成本。

附图说明

图1为减阻耐磨仿生挖掘铲的轴测图

图2为减阻耐磨仿生挖掘铲的主视图