工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置.pdf

工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，采用轮盘作为挖掘机构，包括空心球座、轮盘轴和轮盘。轮盘轴的一端设置有球体，另一端安装有轮盘；空心球座内部为球形空心，球体安装在空心球座内，与空心球座形成可转动结构，两侧的轮盘轴上均有一延伸杆，两侧延伸杆间连接调节机构，通过调节机构调整双侧轮盘间的夹角。轮盘通过自适应调节机构安装在轮盘轴上，自适应调节机构包括轴套、深沟球轴承、轮毂和复位弹簧；轮盘安装在轮毂上，轮毂通过深沟球轴承安装在轴套上，轴套可沿着轮盘轴径向滑动。通过自适应调节结构可调整双侧轮盘的间距。该块根挖掘装置可根据收获作物、种植环境的不同，调整双侧轮盘的间距和工作角度，保证挖掘工作的顺利进行。

权利要求书
1.  工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，通过安装座安装在行走机构上，所述安装座处有一垫块，垫块连接有一轴臂，轴臂两端对称设置有轮盘挖掘机构，其特征在于：所述轮盘挖掘机构包括空心球座、轮盘轴和轮盘；
空心球座设置在轴臂的两侧，轮盘轴的一端设置有球体，另一端安装有轮盘；空心球座内部为球形空心，其侧壁上有一开口，球体的直径与空心球座的球形空心的内径相匹配，球体安装在空心球座内部，与空心球座形成可转动结构，轮盘轴从开口伸出，开口的口径大于轮盘轴的轴径；空心球座的开口斜向下朝向地面；
所述轮盘通过自适应调节机构安装在轮盘轴上，自适应调节机构包括轴套、两个深沟球轴承、轮毂和复位弹簧；轴套套装在轮盘轴外，轮毂的内径安装有两个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔套装在轴套上，轮盘通过轮毂安装在轮盘轴上；轴套为内径与轮盘轴外径相匹配的空心套状结构；轮盘轴的末端与靠近轮盘轴的一个深沟球轴承的一侧分别安装有挡圈，两个挡圈之间的轮盘轴上套装有复位弹簧；
所述轴套上，任意两个深沟球轴承之间具有一条状的空心部，所述轮盘轴上具有一凸起，凸起位于所述轴套壁的空心部的内部，并与所述空心部的宽度相同；
两侧的轮盘轴上均有一延伸杆，两侧的延伸杆之间通过调节机构相连；所述调节机构包括空心螺管，空心螺管两侧分别为左旋螺杆和右旋螺杆，左旋螺杆和右旋螺杆与空心螺管螺纹连接，与延伸杆铰接。

2.  如权利要求1所述的工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，其特征在于：所述延伸杆的延伸方向与轮盘轴垂直。

3.  如权利要求1或2所述的工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，其特征在于：所述空心球座上，沿轮盘轴延伸的方向开有条状槽口，球体上设置有销钉，销钉插入槽口内；所述槽口与延伸杆位于同一平面内，轮盘轴只能在槽口和延伸杆组成的平面内运动。

4.  如权利要求1所述的工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，其特征在于：所述轮盘轴上开有键槽，键槽内安装有滑键，滑键的尺寸与键槽的尺寸相匹配，凸起位于滑键上，轴套壁空心部位的内部。

说明书工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，涉及一种农作物块根挖掘装置，具体说是一种工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置。
背景技术
轮盘式块根挖掘装置多采用被动滚动原理，整体性能较优，适应单株块根作物的收获方式，具有工作阻力小、耗能少的特点，可减轻农民的劳动强度，提高块根的收获效率。但现有的块根挖掘装置多采用固定的工作角度，无有效的自适应调节机构，使得装置对土壤条件和块根大小的适用性不佳，容易发生挖掘壅堵、块根漏挖或损伤。主要原因在于挖掘装置的工作角度影响着挖掘装置的受载、土壤的松碎及流动、挖掘空间等，不能根据土壤环境和块根尺寸调整合理的参数，极易引起土壤的壅堵和块根的损失。本发明的轮盘式块根挖掘装置可使两个轮盘夹角实现10°～35°连续可调及挖掘空间的自适应调整，调整的范围为0-20mm，以适应不同土壤条件和块根的尺寸，从根本上提高挖掘装置的挖掘性能及适应性。
申请号为201210141569.0的专利公开了一种甜菜挖掘装置，通过组合式挖掘部件实现甜菜挖掘功能。其组合式挖掘部件包括圆盘起拔器和振动挖掘器，圆盘起拔器包括连接轴、两轮毂和圆盘，圆盘安装在轮毂上，轮毂的安装轴为倾斜结构，使两侧圆盘呈一定角度相对倾斜，圆盘起拔器包括位于外侧的主动圆盘和位于内侧的被动圆盘，工作中液压马达带动主动圆盘转动，被动圆盘与地面摩擦，实现主动切土，增加入土效果，保证起拔甜菜。从该专利的说明书附图可以看出，轮毂两侧的圆盘是相对倾斜设置的，根据说明书公开的内容可以看出，位于轮毂两侧的轮盘为固定结构，两侧轮盘的间距和倾斜角是固定的。由于作物的种植环境不同，土壤特性不同，块根的大小不同，当挖掘工作遇到土壤环境不好的情况下，如土壤结块、过硬等情况，或遇到块根过大或过小时，这种固定的轮盘结构会影响挖掘效果。
申请号为200820186936.8的专利公开了一种甜菜起拔机，其工作原理与申请号为201210141569.0的专利类似，通过起拔犁完成挖掘工作，起拔梨包括两个圆盘犁，分别安装在连接座上。该专利中还提到，圆盘犁呈倒八字型，两个圆盘犁之间的夹角为45°。该专利中，两个起拔犁也是固定结构，其夹角不可调，同样会遇到不能适应种植环境、土壤特性及作物特性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能可靠、挖掘顺畅、适应性强、双侧轮盘的夹角(即工作 角度)可调，双侧轮盘的间距可根据土壤环境自动调整的自适应轮盘式挖掘装置。
本发明的技术方案是：工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，通过安装座安装在行走机构上，安装座处有一垫块，垫块连接一轴臂，轴臂两端对称设置有轮盘挖掘机构，轮盘挖掘机构包括空心球座、轮盘轴和轮盘。
空心球座设置在轴臂的两侧，轮盘轴的一端设置有球体，另一端安装有轮盘；空心球座内部为球形空心，其侧壁上有一开口，球体的直径与空心球座的球形空心的内径相匹配，球体安装在空心球座内部，与空心球座形成可转动结构，轮盘轴从开口伸出，开口的口径大于轮盘轴的轴径；空心球座的开口斜向下朝向地面，这样使两侧的轮盘安装后为倾斜结构，两侧轮盘上端点之间的距离大于下端点之间的距离。
轮盘通过自适应调节机构安装在轮盘轴上；自适应调节机构包括轴套、两个深沟球轴承、轮毂和复位弹簧；轴套套装在轮盘轴外，轮毂的内径安装有两个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔套装在轴套上，轮盘通过轮毂安装在轮盘轴上；轴套为内径与轮盘轴外径相匹配的空心轴状结构；轮盘轴的末端与靠近轮盘轴的一个深沟球轴承的一侧分别安装有挡圈，两个挡圈之间的轮盘轴上套装有复位弹簧；轴套上，两个深沟球轴承之间具有一条状的空心部；轮盘轴上具有一凸起，凸起位于轴套壁的空心部的内部，并与空心部的宽度相同；轴套可沿着轮盘轴轴向滑动，从而带动两侧的轮盘相对或相向运动，调整双侧轮盘之间的间距。由于设置了凸起的结构，凸起的宽度与轴套壁的空心部的宽度相同，使凸起限制了轴套的运动方向，即轴套不能沿着轮盘轴转动，只能沿着轮盘轴左右滑动。当轮盘带动轮毂、深沟球轴承、轴套向外侧移动时，两侧轮盘之间的间距变大；反之，当轮盘带动轮毂、深沟球轴承、轴套向内侧移动时，两侧轮盘之间的间距变小。两个挡圈之间的复位弹簧的压缩量影响着自适应机构的调整灵敏度，可实现一定长度之内的调整
两侧的轮盘轴上均有一延伸杆，两侧的延伸杆之间通过调节机构相连；调节机构包括空心螺管，空心螺管两侧分别为左旋螺杆和右旋螺杆，左旋螺杆和右旋螺杆与空心螺管螺纹连接，与延伸杆铰接；通过旋转空心螺管可调整左旋螺杆和右旋螺杆的旋进量，调整调节机构的长度，即两个延伸杆之间的距离，从而调节两侧轮盘轴之间的夹角。
优选的是：延伸杆的延伸方向与轮盘轴垂直。
优选的是：空心球座上，沿轮盘轴延伸的方向开有条状槽口，球体上设置有销钉，销钉插入槽口内；槽口与延伸杆位于同一平面内。这种结构限制了球体的转动方向，销钉可沿着槽口运动。轮盘轴只能在槽口和延伸杆组成的平面内运动。根据最小阻力定律，当安装在轮盘轴上一侧轮盘相对另一侧的轮盘受力较大时，两个轮盘轴将向受力较大的轮盘方向偏转，使得两个轮盘的受力均衡，在一定程度上避免了轮盘的壅堵，对平衡整个挖掘装置的受力起 到重要的作用。
优选的是：轮盘轴上开有键槽，键槽内安装有滑键，滑键的尺寸与键槽的尺寸相匹配，凸起位于滑键上，轴套壁空心部位的内部。自适应调节机构中的深沟球轴承与轴套、轮毂过盈配合，轴套的空心部长度决定着轮轴与轴套的相对移动距离。安装在轮轴上的键槽的端面与轴套内壁之间具有一定的间隙，凸起部分平面高于轴套的外壁，可使得轴套随轴转动，且沿着轮轴轴线方向移动。
本发明的有益效果是：
(1)本发明设计了可实现两侧轮盘之间角度调节的装置。设计了调节机构，通过空心螺管的旋转调整左旋螺杆和右旋螺杆的旋进和旋出，可分别实现两侧轮盘之间夹角的变大和变小；可根据作物块根的大小，调节轮盘夹角，提高了挖掘时效率，减小了对块根的损伤率。
(2)空心球座与轮盘轴为球连接。通过球体上设置有销钉，使得槽口与延伸杆位于同一平面内。这种结构限制了球体的转动方向，销钉可沿着槽口运动，轮盘轴只能在槽口和延伸杆组成的平面内运动。根据最小阻力定律，当安装在轮盘轴上一侧轮盘相对另一侧的轮盘受力较大时，两个轮盘轴将向受力较大的轮盘方向偏转，使得两个轮盘的受力均衡，在一定程度上避免了轮盘的壅堵，对平衡整个挖掘装置的受力起到重要的作用。
(3)本发明还设计了自适应调节机构，可以使挖掘装置在应对不同的土壤特性时，自动调节两侧轮盘之间的间距，改变挖掘空间和挖掘阻力。装置的自适应调节机构可以实现自动调节，工作过程中土壤流动畅通，阻力小，无堵塞现象。同时实现挖掘的空间自适应，可以根据不同的土壤特性进行合理的调节。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为空心球座结构示意图。
图3为轮盘轴、空心球座和复位弹簧安装结构示意图。
图4为调节机构结构示意图。
图5为轴套、滑键立体结构示意图。
图6为轴套、滑键剖视结构示意图。
其中，1-垫块，2-安装座，3-轴臂，4-空心球座，5-轮盘轴，6-轮盘，7-球体，8-轴套，9-槽口，10-销钉，11-深沟球轴承，12-轮毂，13-挡圈，14-复位弹簧，15-延伸杆，16-空心螺管，17-左旋螺杆，18-右旋螺杆，20-螺栓，21-安装轴，22-开口，23-空心部，24-凸起，25滑键
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，工作角度可调的自适应轮盘式块根挖掘装置，通过安装座2安装在行走机构上，安装座2处有一垫块1，垫块1与轴臂3相连，轴臂3两端对称设置有轮盘挖掘机构。轮盘挖掘机构执行块根挖掘动作，包括空心球座4、轮盘轴5和轮盘6。
两侧轮盘挖掘机构上的空心球座4对称设置在轴臂3的左右两侧，轮盘轴5的一端设置有球体7。如图2所示，空心球座4内部为球形空心，其侧壁上有一开口22，球体7的直径与空心球座4的内径相匹配，如图3所示，球体7安装在空心球座4内部，与空心球座4形成可转动结构。工作时，球体7可在空心球座4内转动。轮盘轴5从开口22伸出，开口22的口径大于轮盘轴5的轴径。根据最小阻力定律，当安装在轮盘轴5上一侧轮盘6相对另一侧的轮盘6受力较大时，两个轮盘轴5将向受力较大的轮盘6方向偏转，使得两个轮盘6的受力均衡，在一定程度上避免了轮盘6的壅堵，对平衡整个挖掘装置的受力起到重要的作用。
图4所示，轮盘轴5上，与设置有球体7相对的一端安装有轮盘6，轮盘6通过自适应调节机构安装在轮盘轴5上，自适应调节机构包括轴套8、两个深沟球轴承11、轮毂12和复位弹簧14；轴套8套装在轮盘轴5外，轮毂的内径安装有两个深沟球轴承11，两个深沟球轴承11间隔套装在轴套8上，轮盘6通过轮毂12安装在轮盘轴5上；轴套8为内径与轮盘轴5外径相匹配的空心轴状结构；轮盘轴5的末端安装有挡圈13，靠近轮盘6的一个深沟球轴承11与挡圈13之间的轮盘轴5上套装有复位弹簧14。
轴套8上，两个深沟球轴承11之间具有一条状空心部23，轮盘轴上具有一凸起24，凸起24位于深沟球轴承空心部23的内部，并与空心部23的宽度相同。
自适应调节机构的功能是在工作中，调整两侧轮盘6之间的间距。
空心部23的长度决定了双侧轮盘6之间间距的调节范围。本实施例中，每一侧自适应调节机构的调节范围是0～20mm，即空心部的长度为20mm，每一侧的轮毂12均可沿着轮盘轴5向外侧移动0～20mm，这样，双侧轮盘6间距的调节范围可以达到0～40mm。运动过程中，当空心部23的边缘遇到凸起24后，轮盘停止运动。
当遇到不同的土壤特性，或遇到待收获的块根过大时，土壤或作物的块根会对某一侧或双侧的轮盘6施加外力，此时，轴套8带动轮毂12向轮盘轴5外侧移动，压缩复位弹簧14，挡圈13限制复位弹簧14的位移，双侧轮盘6之间的间距增大。当轮盘6上的作用力消失后，复位弹簧14的恢复力作用于深沟球轴承11旁的挡圈，复位弹簧14回复原长，同时推动深沟 球轴承11带动轮毂12向内侧运动，从而带动轮盘6运动，使轮盘6复位，两侧轮盘6之间的间距减小。
本发明不仅可以实现两侧轮盘6间距连续可调，还可以实现两侧轮盘6的夹角有序、连续的可调。
空心球座4的开口斜向下朝向地面，这样使两侧的轮盘6安装后为倾斜结构，两侧轮盘6上端点之间的距离大于下端点之间的距离，两侧的轮盘6之间呈一定的夹角。
空心球座4上，沿轮盘轴5延伸的方向开有条状槽口9，球体7上设置有销钉10，销钉10插入槽口9内。这种结构，槽口9限制了销钉10的运动方向，使销钉10只能沿着槽口9的长度方向运动，从而也限制了球体7的转动方向。
如图5所示，两侧的轮盘轴5上均有一延伸杆15，两侧的延伸杆15之间通过调节机构相连；如图6所示，调节机构包括空心螺管16，空心螺管16两侧分别为左旋螺杆17和右旋螺杆18，左旋螺杆17和右旋螺杆18与空心螺管16螺纹连接，与延伸杆15铰接；通过旋转空心螺管16可调整左旋螺杆17和右旋螺杆18的旋进量，调整调节机构的长度，即两个延伸杆15之间的距离，从而调节两侧轮盘轴5之间的夹角。延伸杆15的延伸方向与轮盘轴5垂直；槽口9与延伸杆15位于同一平面内。
本实施例中，左旋螺杆17和右旋螺杆18的伸长范围为5～20mm，两侧轮盘6之间的夹角θ是指两侧轮盘6的刃口平面之间的夹角，其夹角的大小决定了两侧轮盘6与地面相接处的间距。当待挖掘的块根较大或土壤硬度较大时，需要将两侧轮盘6与地面相接处的间距调大，避免间距过小对块根造成损坏，此时需要将两侧轮盘6之间的夹角调小。顺时针转动空心螺管16，使得调节机构长度增大，即两延伸杆15间的距离增大，球体7在空心球座4内转动，两侧轮盘轴5之间的张角变大，两侧轮盘6之间的夹角(即工作角度)变小；相反，当待挖掘的块根较小或土壤硬度较小时，需要将两侧轮盘6之间的夹角调整大时，逆时针转动空心螺管16，调节机构总长减小，球体7在空心球座4内转动，两侧轮盘轴5之间的张角变小，两侧轮盘6之间的夹角(即工作角度)变大。槽口9影响球体7的转动空间，通过改变槽口9的长度，可影响夹角的调节范围，例如：若槽口9的长度加长，两侧轮盘6之间的夹角可更小。
本实施例中，夹角的调节范围为10°～35°，这一角度范围即可以保证挖掘效果，又可以保证轮盘9对块根大小、种植环境的自适应能力。
根据收获作物品种和种植环境的不同，可通过调节空心部23长度、调节机构伸长范围的方式，调整挖掘装置双侧轮盘6间距的范围和夹角的范围。
实施例2
与实施例1不同的是，轮盘轴5上开有键槽，销槽内安装有滑键25，滑键25的尺寸与键槽的尺寸相匹配，由于滑键25上带有凸起24，凸起24位于轴套8壁空心部23的内部。滑键25上的凸起24即可以起到限制轴套8运动方向的作用，因此不需要再在轮盘轴5上加工凸起24。采用这种结构是考虑到在轮盘轴5上直接加工凸起24结构的技术难度，采用滑键25的结构简化了产品的加工工艺。