青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3.2.2 铲刃夹角?
图3-2挖掘铲参数及受力图
三角挖掘铲结构简单，制造工艺少。被广泛的应用于马铃薯挖掘中。铲面由三片挖掘铲组成，刚性的固定在铲架上，各铲之间留有滑草间隙。挖掘铲的主要参数有：刃切口夹角?、挖掘铲与地面的夹角?、铲的长度L、铲的宽度B[7]。如图3-2所示。选择挖掘铲刃口夹角的值必须使杂草和茎秆都能滑离铲刃。使茎秆滑离刃口的力如图3-2（d）所示，它必须满足下列不等式：
R1t?R1n?1?R1ntg?1 公式（3—1）
式中 R1—作用于铲刃的阻力（N）；
?1—茎杆对钢的摩擦系数；?1?0.85?0.9。 从图中可得到下列不等式：
R1cos??R1sintg?1
22?即：
?2 ?90???1 公式 （3—2）
?一般取45?~55?，该挖掘铲采用??100?。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3.2.3 铲面倾角?和铲体总长度L
挖掘铲的倾角α和铲的长度L可由图3-2(b)的受力分析求得。根据土壤在挖掘铲上的受力分析可建立如下平衡方程式：
s?F?Gsin??0 公式(3—3) Pco?s?Psin??0 公式(3—4) N?Gco?F??N 公式(3—5)
式中 P —沿着挖掘铲移动掘起物所需的力(N)；
N —铲对土壤的反作用力(N)； G —铲面上土壤的重力(N)； F —土壤对铲的摩擦力(N)；
? —土壤对挖掘铲的摩擦系数。 将式(3)，(4)，(5)联立求解得：
??arctan???P??G?? 公式（3—6） ???P?G?（3—7） P?Gtan????? 公式
挖掘铲的工作阻力不仅只是由于铲起的土壤沿铲移动而产生的，同时也是由切割土壤所造成的[8]，若不考虑垄台沿着挖掘铲移动速度变化的影响，铲的总阻力可以用下面的关系式来表达：
（3—8） R?P?P1?Gtan??????KA 公式
式中?—土壤对钢的摩擦角；
K—挖掘垄沟的比阻系数(N/m)，轻质土壤K=16000～20000（N/m）；中等轻质土壤K=20000～24000（N/m）；中等坚实土壤K=24000～3000（N/m）
A—挖掘垄沟的横截面积（m）。
铲的长度可由挖掘深度h与倾角α计算，即：
L?h/sin? 公式 （3—9）
22222由农艺要求可知，挖掘深度h=15～25cm时才能将马铃薯完全挖出，并不损坏马铃薯。最后
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 根据各个公式得：铲的最大倾角α=25，φ=30（中等轻质土），铲的最大长度为49cm。取L=40cm；并可计算出挖掘铲在中等轻质土壤，挖掘最大倾角25°时的最大挖掘阻力为3086 N。
3.2.4 单铲片宽度B
当挖掘铲的? 、? 、L选定后，下一步是确定铲宽。设计要求取总宽度为600mm，取单铲宽度B为160mm，则产片间隙为10mm，挖掘铲的厚度为5mm。最后得到的挖掘铲的结构图，如图3-4所示。
??
图3-4挖掘铲平面图
3.3 振动分离输送装置的设计
振动分离输送装置采用升运链式。当被掘起的土垡、薯块及茎杆等向上输送时，在输送链的作用下，土垡被疏松，土壤通过杆间隙筛出，薯块则被输送到侧向输送器。为增强分离效果，在分离输送器上装有三星抖动器[9]。因此，链面在三星抖动器的作用下产生振动。此时分离输送器链轮的链节不是作直线运动，而在某段时间内沿圆弧运动，这种抖动分离输送器相当于一个环形可移动的栅格筛。三星抖动器由线速度一定的分离输送器带动旋转。作业时，位于前部的挖掘铲进入土层内将薯垄整个掘起，掘起土垡在平面铲的作用下发生劈裂破碎，然后输送到分离输送器上。分离输送器杆条在向后运动的同时受抖动器作用而上下抖动，使大部分土壤变松并落到杆条链下部垄沟内，薯块则被顺利运送到尾部落到侧向输送器上。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3.3.1 杆条参数的确定
一般马铃薯的块茎为扁圆、椭圆、圆、长筒等形状，为了研究方便我们统一采用长、宽、厚三个特征尺寸来描述块茎物理机械特性，其中厚度尺寸是关键的一个尺寸。分离输送器的杆条间隙如图3-5所示，
图3-5杆间距示意图
从图中可以看出下面的关系：
L?L1?d 公式（3-10）
式中：L —杆间隙；
L1—杆条间隙； d —杆直径。
要使分离输送器达到筛分土壤保留薯块的目的，杆条间隙的设计应满足L1?c(c为马铃薯最小特征尺寸)的条件，即保证马铃薯最小特征尺寸大于枝条间隙，使块茎不至于在杆条间随土壤漏下。据资料和实际测量，我国马铃薯块茎厚度尺寸大多在30-80mm之间，因此若取杆间距L为38mm，杆条直径为10mm代入式（3-1）得杆条间隙为28mm[10]。 3.3.2 抖动器参数确定及安装
为使薯块在分离输送器上能够分离并向上输送，必须确定抖动器的运动参 数，并正确安装抖动器。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3.3.3 三星抖动器参数的确定
本设计中，抖动器采用三星抖动器，其结构如图3-6，按照设计要求[11]，分离输送器的线速度为1.6 m/s，即三星抖动器的线速度为1.6 m/s，半径r为60mm，由??r? ，n?30??
得n?255(r/min)?4.25(r/s)所以抖动频率：f?4.25Hz，也就是说抖动器每秒钟抖动4.25次。
图3-6三星轮式振动分离装置
3.3.4 抖动器的安装
根据齐姆斯的研究，升运器的功率消耗与抖动器的位置有关，一般抖动器在距升运器前从动轮0.3～0.4m的位置，升运器消耗的功率比较小，因为在0.3～0.4m的位置上最容易形成物料的堆积。如果在这个位置上的震动发生的最多那么，整个升运器上的力就会降低，从而使功率消耗减小。
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