一种山药收获装置、设备及方法
技术领域
本公开涉及农业收获设备领域，特别涉及一种山药收获装置、设备及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
山药一般在叶片枯落时收获，也可以越冬来春收获。传统的收获方式采用人力进行挖掘采收，从种植区域的一端，循种植垄挖深70cm-80cm的沟，然后顺次将山药挖出，并且，需要避免损伤，去净泥土;正是因为对于山药挖掘时具有避免损伤的需求，目前多依靠手动配合铁锹进行操作，一根一根的挖取，耗时较长，另外，山药的种植地一般为粘结状的沙土地，在操作时更加耗时费力。
现有的机械化挖掘山药，通过夹持板和收获铲相互配合的方式来实现收获，尤其是对于长根茎类作物，能够对长根茎类作物进行方便的挖掘，并且，能够一定程度上减少对作物的损伤。
发明人发现，目前的机械化设备在收获山药时仍存在一定的缺点，一方面，需要实现在山药种植垄的两侧挖深沟，才能够配合设备实现较好的挖掘，仍存在收货前的准备操作，并且两行山药之间的区域并不平整，其前期准备工作并不方便完成，仍存在工作量较大的问题;另一方面，通过传动链带动的收获装置容易受到来自挖掘机构带出来的土壤的掩埋，干涉传动机构动作，造成传动失效，难以进行长时间的工作。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种山药收获装置、设备及方法，实现对山药及其周围土体的整体挖掘、取出，无需预先进行挖掘，使得少量土体包裹山药，在地面上散落取出，并在能够实现山药的快速、无损挖掘。
本公开的第一目的是提供一种山药收获装置，采用以下技术方案：
包括伸缩杆，伸缩杆通过球铰与支架配合，通过绕球铰中心的摆动调节与支架的夹角，伸缩杆一端配合有伸缩驱动机构，另一端为输出端，同轴配合有筒状挖掘槽，伸缩驱动机构通过伸缩杆带动挖掘槽动作，改变挖掘槽与支架的竖直间距。
本公开的第二目的是提供一种山药收获设备，包括如上所述的山药收获装置，并山药收获装置安装在行走机构上，由行走机构承载山药收获装置移动。
本公开的第三目的是提供一种山药收获方法，利用如上所述的山药收获设备，包括以下步骤：
山药收获装置通过行走机构调整工作位置，使挖掘槽朝向山药栽种区域;
伸缩驱动机构通过伸缩杆使得挖掘槽下落，并逐渐深入山药周围的土壤中，使山药整体位于挖掘槽内;
伸缩杆绕球铰中心摆动，使挖掘槽内包裹有山药的土体与外部土体分离，驱动挖掘槽整体提升至地面上方;
调整工作位置至山药栽种区域外，释放挖掘槽内包裹有山药的土体，进行下一山药栽种区域的收获。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)通过深入山药种植区域的土体内，将山药和其周围的土体整体取出，避免了对山药周围土体的大量挖掘，取出的土体对山药进行保护，避免了山药在收获时受损，并在取出到底面上后散落，露出山药实现收获，提高了山药的收获速度;
(2)行走机构能够跨山药种植垄行走，利用山药垄之间的区域作为行走空间和行走路径，保证挖掘槽始终位于山药种植区域的上方;将驱动机构整体布置在挖掘槽的上方及种植区域的上方，从而能够避免挖掘过程中土体对驱动机构产生干涉，由于无需翻动大量土壤，也减少了土体的堆积高度，避免土体从种植垄滑落到垄行之间影响行走机构的平稳行进;
(3)利用伸缩驱动机构带动挖掘槽的纵向运动，实现挖掘和取出，利用伸缩杆的摆动动作使得挖掘槽内的土体能够脱离外部土体，保证挖掘槽能够将包裹有山药的土体从土壤中取出，配合挖掘槽的端部小开口结构，避免在提升过程中包裹有山药的土体从挖掘槽中脱落，从而实现良好的挖掘、取出效果;
(4)伸缩杆的第二轴通过插板槽配合固定板能够对第二轴的转动进行限定，并且固定板能够沿插板槽摆动，满足挖掘槽需求的同时，能够在驱动伸缩机构的作用下进行轴向往复运动，满足挖掘过程中的下落和提升需求;
(5)在挖掘槽取出包裹山药的土体后，利用激振器对伸缩杆进行震荡，使得土体从距离地面一定高度脱落，使得土体落在地面上分散露出内部的山药，激振器还能够避免土体在挖掘槽的粘附积累，在每次挖掘后，完全清空挖掘槽内的土体，保证下一挖掘位置时的良好运行。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2、3中山药收获装置与行走机构的配合示意图;
图2为本公开实施例1、2、3中山药收获设备配合牵引装置的示意图;
图3为本公开实施例1、2、3中收获装置中伸缩杆与球铰的配合示意图;
图4为本公开实施例1、2、3中挖掘槽的结构示意图;
图5为本公开实施例1、2、3中伸缩杆绕球铰摆动时的示意图;
图6为本公开实施例1、2、3中山药在挖掘前分别在土体中的示意图;
图7为本公开实施例1、2、3中山药收获装置在种植区域的示意图;
图8为图1中的A向视图;
图9为本公开实施例1、2、3中山药收获装置的工作流程图。
图中，1.行走侧箱，2.摆动球，3.摆动气缸，3-1.气缸支撑，3-2.气缸动作轴，4.控制面板，4-1.主启动开关，4-2.主关闭开关，4-3.电机开关，4-4.气缸开关，4-5.激振器开关，5.动力舱，6.供电箱，7.异步电机，7-1.电机连接轴，8.平架板，9.工作外轴，9-1.螺纹内孔，10.配重，11.延伸长度，12.工作内轴，13.行走轮，14.山药，15.种植土壤，16.挖掘槽，16-1.挖掘齿，16-2.槽板内角，17.土槽柱，18.激振器，18-1.激振轴，18-2.激振皮垫，19.牵引装置，20.回位弹簧，21.电机固定板，22.电机架板，23.滑动轴承，24.滑套，25.摆动角度，26.山药栽域，27.山药深度，28.种植间距，29.种植沟，30.行走沟，31.间隔位置，32.控制线路，33.内轴固定板，34.插板槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合;
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中的山药机械收获设备存在较多不足，仍存在工作量大、连续工作时间短的问题;针对上述问题，本公开提出了一种山药收获装置、设备及方法。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种山药收获装置。
主要包括支架、通过球铰安装在支架上的伸缩杆、伸缩驱动机构、挖掘槽16、摆动驱动机构和激振器18;
球铰与平架板配合，平架板、激振器和摆动驱动机构均安装在支架上，所述支架适应上述各元件的位置进行布置，对其进行支撑和约束。
伸缩杆通过球铰与支架配合，通过绕球铰中心的摆动调节与支架的夹角，伸缩杆一端配合有伸缩驱动机构，另一端为输出端，同轴配合有筒状挖掘槽，伸缩驱动机构通过伸缩杆带动挖掘槽动作，改变挖掘槽与支架的竖直间距;
伸缩杆配合有摆动驱动机构，摆动驱动机构的输出端铰接在伸缩杆杆上，从而带动伸缩杆、伸缩驱动机构共同绕球铰中心摆动。
通过伸缩杆的摆动，能够带动末端的挖掘槽绕球铰中心摆动，利用伸缩杆的摆动动作使得挖掘槽内的土体能够脱离外部土体，保证挖掘槽能够将包裹有山药14的土体从挖掘槽外部的土壤中取出。
所述伸缩杆包括同轴布置的第一轴和第二轴，第一轴一端穿过球铰后配合伸缩驱动机构，另一端通过螺纹配合第二轴一端，第二轴远离第一轴的一端连接挖掘槽;
在本实施例中，第一轴作为工作外轴，其一端连接伸缩驱动机构，另一端设有螺纹内孔9-1，第二轴作为工作内轴，一端连接挖掘槽，另一端为螺纹杆，螺纹杆与螺纹内孔9-1配合形成螺纹传动机构，在外轴转动时，能够带动第二轴沿轴向往复移动，从而带动挖掘槽沿轴向往复运动。
所述第二轴上设有矩形通孔，且沿第二轴侧圆周面母线分布形成插板槽34，插板槽34内配合有能够沿第二轴轴向相对插拔槽滑动的固定板，固定板安装在支架上;在外轴转动时，内轴的转动被插板槽34约束，从而，相对于外轴产生相对转动，使得内轴沿轴向和插板槽34运动。
所述激振器安装在支架上，激振器的输出端朝向伸缩杆布置，在工作时，激振器输出端间歇撞击伸缩杆，实现对伸缩杆的震荡。
对于挖掘槽，挖掘槽轴向一端开口，另一端封堵并连接伸缩杆，挖掘槽的开口处的内径小于轴向其他位置的内径;
挖掘槽的端部小开口结构，避免在提升过程中包裹有山药的土体从挖掘槽中脱落，从而实现良好的挖掘、取出效果。
通过深入山药种植区域的土体内，将山药和其周围的土体整体取出，避免了对山药周围土体的大量挖掘，取出的土体对山药进行保护，避免了山药在收获时受损，并在取出到底面上后散落，露出山药实现收获，提高了山药的收获速度。
具体的，结合附图，在本实施例中，各个部分的详细配置如下。
所述的摆动驱动机构，安装在机架上，并对应外部的动力舱进行安装，包括摆动气缸和回位弹簧，所述的伸缩驱动机构包括异步电机7和电机固定板21;
动力舱一侧外部通过气缸支撑3-1固定安装有摆动气缸3，其中所述摆动气缸通过动力舱壁板孔槽内的滑动轴承连接有气缸动作轴，气缸动作轴3-2另一端连接在电机固定板21侧端部，异步电机上端部固定在所述电机固定板21中间，所述电机固定板21另一侧端部连接有回位弹簧20，所述回位弹簧另一端固定在所述动力舱内端面。
所述异步电机上端部固定在所述电机固定板21中间，所述电机固定板21另一侧端部连接有回位弹簧，所述回位弹簧另一端固定在所述动力舱内端面，保证异步电机等装置在受到摆动力后能够及时回正。
所述的球铰为摆动球配合平架板的结构，所述电机固定板21外端面焊接有若干电机架板22，所述电机架板22另一端固定焊接在所述摆动球端面上，使得异步电机与摆动球动作同步;
所述平架板与所述摆动球配合位置设置有可润滑转动的滑套24，其中电机连接轴与摆动球连接配合孔槽位置设置有滑动轴承23;
所述电机连接轴与所述工作内轴配合连接长度位置设置有螺纹内孔，所述工作内轴下部穿过内轴固定板，所述工作内轴上设置有贯穿式的插板槽34;
当然，可以理解的是，工作外轴与所述工作内轴可螺纹调节的距离成为延伸长度11D1，所述挖掘槽可深入到种植土壤15的深度为山药深度27D2，且延伸长度11D1可以配置为山药深度D2的2倍，从而保证其挖掘效果。
所述内轴固定板配合安装在所述插板槽34中，宽度上，所述内轴固定板与所述插板槽34尺寸一致，配合方式为可滑移的间隙配合;
在长度尺寸上，所述插板槽34大于所述内轴固定板，所述插板槽34长度根据所述延伸长度11D1设置。
由于工作内轴被内轴固定板在转动方向上进行了限位，但工作内轴恰好在插板槽34内上下滑移移动，最后工作内轴带动挖掘槽下移。
伸缩杆的第二轴通过插板槽34配合固定板能够对第二轴的转动进行限定，并且固定板能够沿插板槽34摆动，满足挖掘槽需求的同时，能够在驱动伸缩机构的作用下进行轴向往复运动，满足挖掘过程中的下落和提升需求。
所述激振器18水平安装在一侧外部的行走侧箱上，且端面连接有激振轴18-1，所述激振轴另一端设置有激振皮垫18-2，所述激振器水平安装高度保证与工作外轴接触。
在挖掘槽取出包裹山药的土体后，利用激振器对伸缩杆进行震荡，使得土体从距离地面一定高度脱落，使得土体落在地面上分散露出内部的山药，激振器还能够避免土体在挖掘槽的粘附积累，在每次挖掘后，完全清空挖掘槽内的土体，保证下一挖掘位置时的良好运行。
对于挖掘槽16，在本实施例中，所述挖掘槽底端面均匀设置有挖掘齿16-1，所述挖掘槽设置有小于90°的槽板内角16-2，在本实施例中，槽板内角约为89°，从而使挖掘槽的开口小于其他位置的直径;
挖槽板最小直径大小等于近似圆形的山药栽域Dmax，所述摆动球沿所述插板槽34可在摆动气缸的作用下产生侧方向上一定的摆动角度δ;
摆动角度25根据土壤黏连度设置，一般为30°-40°，保证土槽柱17及时脱离折断种植土壤。
实施例2
本公开的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种山药收获设备。
包括如实施例1中所述的山药收获装置，所述山药收获装置安装在行走机构上，并且由牵引装置19带动行走机构、山药收获装置移动。
在本实施例中，所述的行走机构包括行走侧箱1，行走侧箱1两侧分布，顶部中间固定架设有平架板8，所述平架板8中心槽孔内安装有摆动球2;
所述行走侧箱顶端面架设有动力舱5，动力舱内安装设置有异步电机7，所述异步电机端部连接有电机连接轴7-1，所述电机连接轴另一端连接有工作外轴9，所述工作外轴9另一端通过工作内轴12固定连接在所述挖掘槽外端面上;
所述挖掘槽可深入种植土壤中将含有山药的土槽柱17挖掘出来，两侧所述行走侧箱底端部四角均设置有行走轮13，两侧所述行走侧箱空腔内均放置有配重10，其中一侧所述行走侧箱的配重上固定安装有激振器;
所述动力舱内部安装有提供电能的供电箱6，外端部安装有控制面板4，所述控制面板设置有主启动开关4-1、主关闭开关4-2以及依次排序的电机开关4-3、气缸开关4-4、激振器开关4-5，并通过控制线路32对其进行特定时间控制;
控制过程通过控制面板4与控制线路32实现，电能供应装置为供电箱6。
行走侧箱通过行走轮在行走沟30内行走，过程中所述工作外轴或所述工作内轴的中心线保持在种植沟29范围内，所述种植沟内均匀种植有山药栽域26，所述山药栽域26之间设置为间隔位置31，其中间隔距离为种植间距D0。
整个装置行走装置可以根据山药载域的种植间距28实现步进行走控制，实现方式可以通过装置内安装编程控制器来控制，所述摆动球与所述插板槽同轴线布置，保证摆动角度的一致性。
对于山药收获装置的配置与实施例1中相同，在此不再赘述。
实施例3
本公开的再一典型实施例中，给出一种山药收获方法。
利用如实施例2中公开的山药收获设备进行工作，具体包括以下步骤：
山药收获装置通过行走机构调整工作位置，使挖掘槽朝向山药栽种区域;
伸缩驱动机构通过伸缩杆使得挖掘槽下落，并逐渐深入山药周围的土壤中，使山药整体位于挖掘槽内;
伸缩杆绕球铰中心摆动，使挖掘槽内包裹有山药的土体与外部土体分离，驱动挖掘槽整体提升至地面上方;
调整工作位置至山药栽种区域外，释放挖掘槽内包裹有山药的土体，进行下一山药栽种区域的收获。
所述伸缩杆在摆动时，相对于球铰中心往复摆动，且包裹有山药的土体处于挖掘槽内不脱落;
所述挖掘槽将包裹有山药的土体释放于相邻的两个山药栽种区域之间，释放后土体散落露出山药。
结合附图1-附图9及实施例2中公开的山药收获设备的结构，对山药收获过程进行详细描述：
主启动开关4-1按下后整个收获设备在牵引装置19牵引下行驶;
装置中所述行走侧箱1通过行走轮13在行走沟30内行走，过程中所述工作外轴9或所述工作内轴12的中心线保持在种植沟29范围内;
当行走到挖掘槽16正对第一个山药栽域26时，启动电机开关4-3，异步电机7正转，通过电机连接轴7-1将转动动能传递给工作外轴9，由于工作外轴9内部设置有螺纹内孔9-1，工作内轴12被内轴固定板33在转动方向上进行了限位，但工作内轴12恰好在插板槽34内上下滑移移动，最后工作内轴12带动挖掘槽16下移，接触种植土壤15并深入下去;
挖掘槽16最小直径大小等于近似圆形的山药栽域26Dmax，将整个山药栽域26包含在内，所述工作外轴9与所述工作内轴12可螺纹调节的距离成为延伸长度11D1，所述挖掘槽16可深入到种植土壤15的深度为山药深度27D2，且延伸长度11D1为山药深度27D2的2倍，保证深入深度大于山药最大长度-山药深度27D2;
当达到规定深度后，挖掘槽16内出现土槽柱17，这时关闭电机开关4-3，异步电机7正转停止;
启动气缸开关4-4，气缸动作轴3-2快速伸出推动电机固定板21摆动，由于电机连接轴7-1与摆动球2的配合，使得异步电机7、电机连接轴7-1、挖掘槽16等在摆动球2的摆动角度25δ下，也产生相同的摆动角度δ，这就会使得挖掘槽16内的土槽柱17与种植土壤15分离;
并且所述挖掘槽16底端面均匀设置有挖掘齿16-1，所述挖掘槽16设置有小于90°的槽板内角16-2，约为89°，保证挖掘槽16的深入以及分离后的土槽柱17暂时固定于挖掘槽16内;
这时启动电机开关4-3，异步电机7反转，挖掘槽16等结构在螺纹内孔9-1中的工作内轴12作用下上移，直到挖掘槽16带动土槽柱17上升脱离种植土壤15一定高度;
再次打开主启动开关4-1，装置行走前进，到达种植沟29的间隔位置31后，按下激振器开关4-5，激振轴18-1的激振皮垫18-2快速振击工作外轴9，此振动力将挖掘槽16内的土槽柱17突然脱落;
着落在种植沟29的间隔位置31供种植人员筛选山药14，也可着落在配套设置相应的传输筛选机构中滚筒等进行山药自动化筛选收集;
之后装置前行到达下一个山药栽域26位置，同理操作，依次循环。
行走机构能够跨山药种植垄行走，利用山药垄之间的区域作为行走空间和行走路径，保证挖掘槽始终位于山药种植区域的上方;将驱动机构整体布置在挖掘槽的上方及种植区域的上方，从而能够避免挖掘过程中土体对驱动机构产生干涉，由于无需翻动大量土壤，也减少了土体的堆积高度，避免土体从种植垄滑落到垄行之间影响行走机构的平稳行进。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
