Structural Bionic Design for Digging Shovel of Cassava Harvester Considering Soil Mechanics

Abstract

In order to improve the working performance of cassava harvester, structural bionic design for its digging shovel was conducted. Taking the oriental mole cricket's paws as bionic prototype, a new structural bionic design method for digging shovel was established, which considers the morphology-configuration-function coupling bionic. A comprehensive performance comparison method was proposed, which is used to select the bionic design schemes. The proposed bionic design method was used to improve digging shovel structure of a digging-pulling style cassava harvester, and nine bionic-type digging shovels were obtained with considering the impact of soil mechanics. After conducting mechanical properties comparative analysis for bionic-type digging shovels, the bionic design rules were summed up, and the optimal design scheme of digging shovel was obtained through combining the proposed comprehensive performance comparison method with Analytic Hierarchy Process (AHP). Studies have shown that bionic design method not only can improve the overall mechanical properties of digging shovel, but also can help to improve the harvesting effect of cassava harvester, which provides a new idea for crops harvesting machinery's structural optimization design.

Аддитивное Производство Деталей Сельскохозяйственных Машин

“…Таблица 1 -Биопроектирование деталей почвообрабатывающих и уборочных машин (модифицирование внешней геометрии) Сущность биопроектирования / Достигаемые эффекты Нож культиватора-плоскореза, закрепленный на двух стойках, с криволинейной режущей кромкой в горизонтальной плоскости и треугольными выступами на боковых частях подобно лобовой части ската-рогача / Обеспечивается равномерное распределение давления ножа на почву и равномерное рыхление почвы, повышается устойчивость работы в продольной плоскости, снижается тяговое сопротивление [3] Рыхлительные элементы дисков кольчато-режущего катка в форме усеченных конусов подобно роющим конечностям жука-носорога / Обеспечивается равномерное распределение контактного давления на почву [4] Рабочий орган уплотнителя почвы в виде зубчатого колеса с зубьями, по форме подобными зубцам передней ноги навозного жука / Снижается сопротивление проникновению в почву, улучшается качество уплотнения почвы [5] Плуг-запашник с рабочей частью, по форме подобной голове хряка / Снижается тяговое сопротивление [6] Стойка культиватора, подобная по форме профиля когтю барсука / Снижается тяговое сопротивление [7] Зубья жатки, подобные по форме когтям лап медведки / Повышается производительность жатки [8] Лезвие жатки, по форме подобное режущему зубу жука-усача / Повышается режущая способность и качество резания [9] Лезвие лущильника, имеющее зубчатую форму подобно шипам передней ноги богомола / Повышается производительность лущильника [10] Таблица 2 -Биопроектирование деталей уборочных и транспортных машин (модифицирование геометрии рельефа поверхности) Сущность биопроектирования / Достигаемые эффекты Поверхности стойки и рыхлительной лапы почвоуглубителя, взаимодействующие с грунтом, имеют риблеты подобно панцирю моллюсков, чешуе панголина или акулы / Снижается тяговое сопротивление и повреждение почвы, повышается стрессовая устойчивость посевов [11] Поверхности отвального плуга и бульдозерного отвала, взаимодействующие с грунтом, имеют множество бугорков подобно поверхности головы навозного жука / Уменьшается адгезия грунта к рабочей поверхности, снижается тяговое сопротивление, повышается износостойкость [12] Загрузочные и разгрузочные желоба ленточных транспортеров сыпучих материалов, у которых поверхности, подвергающиеся воздействию этих материалов, имеют риблеты подобно поверхности головы навозного жука, задней части жужелицы, чешуе панголина или песчаной ящерицы / Повышается износостойкость [13] Рисунок 1 -Биопроектирование деталей сельхозмашин а -лобовая часть ската-рогача и культиватор-плоскорез с бионическим ножом (модифицирование внешней геометрии) [3]; б -чешуя акулы и бионические поверхности стойки и рыхлительной лапы почвоуглубителя c риблетами (модифицирование геометрии рельефа поверхности) [11]; в -пчелиные соты и бионическая ячеистая структура детали (модифицирование внутренней структуры) [15].…”

Innovative Design and Performance Evaluation of Bionic Imprinting Toothed Wheel

“…A dung beetle ( Copris ochus Motschulsky) is a special soil-burrowing animal, which can dig holes in hard and compacted soil at a high speed. The two forelegs of the dung beetle are fossorial ones with the special geometrical feature, offering a very stout-burrowing function to soil [ 25 ]. Through careful observation, it was found that when the dung beetle walks or burrows, the end-tooth of its foreleg interacts with soil continuously and directly.…”

Optimized tuber-lifting velocity model for cassava harvester design

“…Currently, ''dig-pull'' method is the main approach used in mechanized cassava harvesters. 5 During cassava harvesting, the soil around tubers is dug first and then the stem is pulled up to lift the tubers out of the soil by the tuber-lifting device of the harvester. If the soil hardness were low, the tubers would be easily lifted up.…”