一种薯类仿生挖掘铲片的制作方法

本实用新型涉及农业机械技术领域，具体涉及一种薯类仿生挖掘铲片。

背景技术：

目前，在薯类作物收获过程中，挖掘铲的好坏直接影响着收获机的整体性能和使用。现有的仿生挖掘铲片结构形式简单，仿生铲面函数曲线单一，碎土能力差；在薯类挖掘过程中，挖掘铲片挖掘阻力较大，能耗大，容易造成挖掘铲片磨损；挖掘铲片与机架连接方式大多为焊接固定连接，当挖掘铲片在工作过程中受损后，拆装和维护不方便，甚至需要换掉整个挖掘铲片，使用成本较高。

研究表明，鼹鼠前肢发达，脚掌向外翻，有利爪，适于掘土，在鼹鼠的挖掘过程中，前肢爪插入土中，将土壤打碎，并将碎土向两侧扒开，其挖掘形式与挖掘铲非常相似，因此采用仿生学原理，提取鼹鼠爪趾轮廓数据，通过曲线拟合，可以应用到挖掘铲铲面结构设计中。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种薯类仿生挖掘铲片解决了现有挖掘铲片碎土能力差、阻力大、能耗大、容易造成挖掘铲片磨损的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种薯类仿生挖掘铲片，其包括铲柄，铲柄的前端设置有铲尖，铲尖包括上铲面和下铲面；上铲面包括仿鼹鼠前爪第一趾外轮廓的曲线段AB和曲线段BC；下铲面包括仿鼹鼠第一趾内轮廓的曲线段DE和曲线段EF；铲尖的前端设置有复合楔形刃口。

进一步地，曲线段AB的形状方程为y1＝-0.012358x1²+1.39204448x1+0.621465764，其中x1和y1均为直角坐标系中的坐标值，且0≤x1≤18.8412。

进一步地，曲线段BC的形状方程为y2＝22.57797094ln(5x2)-80.16552562，其中x2和y2均为直角坐标系中的坐标值，且18.8412≤x2≤70。

进一步地，曲线段DE的形状方程为y3＝-0.06147765x3²+2.77477391x3+2.81686312，其中x3和y3均为直角坐标系中的坐标值，且0≤x3≤15.4193。

进一步地，曲线段EF的形状方程为y4＝21.7072613ln(5x4)-63.33398672，其中x4和y4均为直角坐标系中的坐标值，且15.4193≤x4≤66.4777。

进一步地，复合楔形刃口包括设置在曲线段AB前端的主切削刃，主切削刃与曲线段DE前端之间设置成主刀面；主切削刃的两侧均设置有副切削刃和副刀面。

进一步地，主刀面与上铲面之间的夹角位于25°～35°之间；两个副切削刃之间的夹角位于25°～35°之间；两个副刀面与上铲面之间的夹角均位于80°～90°之间。

进一步地，铲柄包括与铲尖的后端相连接的铲台，铲台的后端设置有至少一根栅条；铲台的下侧设置有连接套筒，连接套筒的左右两端分别设置有两个对称的四分之一槽，且左右两端的槽相差90°。

进一步地，铲台与连接套筒之间设置有加强筋。

本实用新型的有益效果为：本实用新型将薯类仿生挖掘铲片的上铲面和下铲面分别采用鼹鼠前爪第一趾的外、内轮廓仿生设计，被挖起的土壤沿铲面上升过程中将被折弯破坏，有挖掘碎土的效果，且减小了挖掘铲的挖掘阻力；复合楔形铲尖对土壤的切削作用明显，既有良好的减阻性能又起到一定的碎土作用；本实用新型拆卸方便，易于维护。

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型铲尖的P向视图；

图4为本实用新型的仿生轮廓曲线形状示意图。

其中：1、铲尖；11、上铲面；12、下铲面；13、主切削刃；14、副切削刃；15、主刀面；16、副刀面；2、铲柄；21、铲台；22、栅条；23、连接套筒；24、加强筋。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2、图3和图4所示，该薯类仿生挖掘铲片包括铲尖1和铲柄2，铲尖1和铲柄2通过铆钉连接，有利于铲尖1的上铲面11向铲柄2的表面平滑过渡；铲尖1的铲面由上铲面11和下铲面12组成，铲尖1的上铲面11模仿鼹鼠前爪第一趾的外轮廓，由曲线段AB和曲线段BC组成，铲尖1的下铲面12模仿鼹鼠前爪第一趾的内轮廓，由曲线段DE和曲线段EF组成，通过三维扫描测试试验获取了鼹鼠前爪第一趾内外轮廓数据，在直角坐标系中采用作图法对内外轮廓数据分别描点连线得到内外轮廓曲线，鼹鼠前爪第一趾内外轮廓曲线可采用二次多项式函数y＝ax²+bx+c和对数函数y＝mlnx+n进行分段表达，最后根据最小二乘法原理，利用鼹鼠前爪第一趾内外轮廓数据得到各段曲线函数的系数a、b、c和m、n的值，所得曲线段AB的形状方程为y1＝-0.012358x1²+1.39204448x1+0.621465764，其中0≤x1≤18.8412，曲线段BC的形状方程为y2＝22.57797094ln(5x2)-80.16552562，其中18.8412≤x2≤70，曲线段DE的形状方程为y3＝-0.06147765x3²+2.77477391x3+2.81686312，其中0≤x3≤15.4193，曲线段EF的形状方程为y4＝21.7072613ln(5x4)-63.33398672，其中15.4193≤x4≤66.4777。

如图4所示，将曲线段AB和曲线段BC在直角坐标系中进行首尾拼接即可得到上铲面11的形状，将曲线段DE和曲线段EF在直角坐标系中进行首尾拼接即可得到下铲面12的形状。需特殊说明的是，图4仅表示仿生轮廓曲线(即上铲面11和下铲面12)的形状，其并不表示铲片的实际大小；且图4中曲线段AC和曲线段DF之间的间距并不表示铲片的实际厚度。

如图1、图2和图3所示，铲尖1的刃口为复合楔形刃口，由主切削刃13、副切削刃14、主刀面15和副刀面16组成，曲线段AB和曲线段DE的点A和点D相连接构成主刀面15，主刀面15和上铲面11之间夹角为25°～35°，两个副切削刃14之间夹角为25°～35°，两个副刀面16和上铲面11之间的夹角均为80°～90°；当铲尖1挖掘土壤时，主切削刃13和副切削刃14分别切削土壤，有利于切碎土壤和减小切削阻力，被挖起的土壤沿二次多项式和对数函数曲线组成的铲面上升过程中将被折弯破坏，有挖掘碎土的效果，且减小挖掘铲的挖掘阻力。

参见图1～2，铲柄2包括铲台21、栅条22、连接套筒23和加强筋24，铲台21后端和栅条22焊接连接，铲台21前端与铲尖1通过铆钉连接，铲台21下面与连接套筒23焊接连接，连接套筒23呈圆筒形，两端分别设置两个对称布局的四分之一槽，且两端的槽相差90°布局，加强筋24分别与铲台21和连接套筒23焊接连接，以增加铲柄2的强度。若干个本实用新型通过连接套筒23互相连接组成模块化结构的挖掘铲，使挖掘铲方便拆卸，易于维护。