一种白萝卜辅助收获装置及方法技术领域
本发明属于农业机械装备领域，具体涉及一种能辅助收获白萝卜的装置。
背景技术
白萝卜是根菜类的主要蔬菜，其茎直立、粗壮，呈圆柱形，其埋在地下的根茎可达20多公分，收获时需人工挖土和拔出，而在一些大规模集中种植的区域，每到收获季节，这样的收获方式使得劳动强度很大，因此设计一种适用于白萝卜自身生长特点的辅助收获装置，从而减轻大规模收获时的劳动强度，提高生产效率，具有重要的实际应用价值。
目前来看适用于白萝卜的收获装置设计还较少，中国专利申请号为201420794486.6的文献中提供的一种白萝卜辅助收获机，通过旋转的前置薄刀片和后置厚刀片分别实现切缨和碎土功能，但其碎土局限在土地表面，切去萝卜缨作用有限，因此对拔取白萝卜并无实质帮助。中国专利申请号为201410652782.7的文献中提供的胡萝卜收获机，它利用两把挖铲先实现松土，再通过皮带夹取装置夹住萝卜缨实现拔取，这种方式针对胡萝卜的收获行之有效，但由于白萝卜相对胡萝卜个大，入土深，夹取萝卜缨易断，因此这种收获方法不适用于白萝卜。
发明内容
本发明的目的是为了解决由于白萝卜个大、根茎粗壮、入土深等自身特点所导致的收获效率低、劳动强度大的问题，提供一种能将白萝卜与周围土地分离、并实现自动夹紧和拔取萝卜的辅助收获装置及收获方法。
本发明一种白萝卜辅助收获装置采用的技术方案是：具有一个支架，支架底部左右两侧各设一个车轮，支架的前方上部固定一上支撑板，上支撑板中部靠后方处设蜗轮蜗杆组件，蜗轮蜗杆组件后方固定连接手轮，蜗轮蜗杆组件前方固定连接竖直的丝杠，丝杠外通过螺纹同轴配合有螺纹套筒；支架的前方一左一右固定设置2根竖直的导柱，导柱上同轴空套一个套筒；在导柱和丝杠之间设置升降台，升降台上方设有直流电机，下方设有空心钻，直流电机经减速器连接空心钻；空心钻是由上下两段组成的圆筒形，上段的筒壁上开有通槽，下段开有阶梯方孔，上下两段之间的轴肩处设有关节销，卡销穿过浮动轴上方径向定位通孔使浮动轴在所述通槽内上下移动，一左一右2个连杆爪位于空心钻的下段内部，连杆爪顶部与浮动轴底部销接，中部通过定位槽与所述关节销配合；空心钻上段外部套有随空心钻转动的棘轮内环，棘轮内环通过所述卡销连接于通槽处，棘轮外环位于棘轮内环的外圈与棘轮内环相互配合，棘轮外环上端与钢丝绳下端相连，钢丝绳上端固定连接于偏心自锁扳手的前端。偏心自锁扳手设在升降台上。
本发明一种白萝卜辅助收获装置的收获方法采用的技术方案是包括以下步骤：
A、逆时针转动手轮，蜗轮蜗杆组件带动丝杠转动，丝杠带动升降台、直流电机、减速器和空心钻上升；在白萝卜刚好位于空心钻底部中心正下方时，顺时针转动手轮带动空心钻下降，当空心钻底部接近地面时停止转动手轮；
B、直流电机工作带动空心钻转动，同时顺时针缓慢转动手轮带动空心钻逐渐下降钻入土地中，停止转动手轮；
C、转紧偏心自锁扳手，棘轮外环、棘轮内环、卡销和浮动轴上升，浮动轴带动2个连杆爪相互合拢贴住白萝卜；逆时针转动手轮，空心钻、浮动轴、连杆爪和白萝卜上升，在白萝卜底部上升至地面以上时转松偏心自锁扳手，浮动轴因重力下降带动2个连杆爪松开，白萝卜脱离连杆爪掉落。
本发明的有益效果：
本发明能针对难拔的白萝卜，采用直流电机带动空心钻实现白萝卜和周围土地的分离，能有效减小拔取萝卜的阻力。将浮动轴和连杆爪所组成的夹取机构集成到空心钻头部，有利于拔取动作的连贯性；运用偏心自锁扳手、钢丝绳、棘轮外环实现夹取机构的合拢和展开，确保白萝卜夹取的可靠性。本发明还将执行机构都安装在可手动控制高度升降台上，操作方便，整个支架结构紧凑，便于携带，省时省力，收获效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明在空心钻12入土、连杆爪13夹住白萝卜11时的整体结构示意图；
图2是图1的后视图；
图3是本发明在图1基础上空心钻12未钻入土，升降台8位于较高位时的示意图；
图4是图1中支架1的结构示意图；
图5是图3中空心钻12内部及上方部分零部件的爆炸示意图；
图6是在图1的基础上使升降台8上升并将白萝卜11拔出的状态示意图。
图中：1.支架；2.手轮；3.蜗轮蜗杆组件；4.蓄电池；5.上支撑板；6.丝杠；7.螺纹套筒；8.升降台；9.偏心自锁扳手；10.车轮；11.白萝卜；12.空心钻；13.连杆爪；14.浮动轴；15.棘轮外环；16.卡销；17.棘轮内环；18.钢丝绳；19.套筒；20.减速器；21.电机座；22.直流电机；23.导柱；24.电源开关。
具体实施方式
参见图1，本发明具有一个支架1，工作时，操作人员在支架1后方双手扶在支架1顶部。为便于理解本发明的结构和工作原理，现规定空间方位如下：以导柱23处位置为前，以手轮2处位置为后，当人站在支架1后方双手扶在支架1顶部时，以其左手位置为左，右手位置为右，以支架1顶部位置处为上，以白萝卜11底部位置为下。
参见图4，支架1由小U型框a、大U型框b、上W型支撑架c、下W型支撑架d和L型支撑架e组成。小U型框a位于支架1的顶部，其水平放置，U型开口朝向后方，便于操作人员站在小U型框a的后方，用双手扶持小U型框a的左右操作；大U型框b竖直放置，与小U型框a相垂直，开口朝上，顶部与小U型框a焊接固定，它用于承载整个装置质量；上W型支撑架c和下W型支撑架d均水平放置，分别通过外侧两端焊接固定在大U型框b前方上部和前方底部，它们的中部3个折角处开有3个盲孔；有两个左右布置的L型支撑架e，均竖直放置，两个L型支撑架e的一端均与大U型框b底部通过焊接固定，两个L型支撑架e的折角处分别与两个下W型支撑架d的折角处通过焊接固定，起传递作用力和支撑脚的作用。
参见图1和图2，支架1底部左右两侧各安装一个车轮10，，便于操作人员携带并挪动本发明装置。
参见图1，支架1的前方上部固定一上支撑板5，将上支撑板5安装在上W型支撑架c上，上支撑板5为近似W型的钢板，与支架1的上W型支撑架c上端用螺栓固定，它盖住上W型支撑架c原有的空隙，便于放置零部件。蓄电池4共2块，一左一右通过螺钉固定在上支撑板5上，为装置提供电源。
参见图2，在上支撑板5中部靠后方安装蜗轮蜗杆组件3，蜗轮蜗杆组件3固定连接手轮2，手轮2固定在蜗轮蜗杆组件3后方，蜗轮蜗杆组件3前方固定连接竖直的丝杠6，通过转动手轮2可带动蜗轮蜗杆组件3，进而带动丝杠6转动。电源开关24安装在蜗轮蜗杆组件3左侧的上支撑板5上，通过控制线与直流电机22相连以控制启停。丝杠6竖直放置，上端与蜗轮蜗杆组件3的输出轴通过键连接，下端通过轴承与下W型支撑架d固定。丝杠6外同轴安装螺纹套筒7，螺纹套筒7与丝杠6通过螺纹相配合。
参见图1，在支架1的前方一左一右设置2根导柱23，2根导柱23均竖直放置，上下端分别对应地固定在上W型支撑架c和下W型支撑架d的前端。2根导柱23上各同轴空套一个套筒19。
参见图1，在导柱23和丝杠6之间设置升降台8，升降台8是一块近似三角形的钢板，水平放置，上面开有三个通孔；螺纹套筒7呈阶梯轴状，内孔切有与丝杠6相配合的螺纹，它通过边缘螺纹固定连接在升降台8后方；套筒19与螺纹套筒7相比内孔是光滑的，也通过边缘螺纹固定连接在升降台8的前方。这样，通过转动手轮2带动丝杠6的转动，带动升降台8、螺纹套筒7及2个套筒19组成的整体件的高度上下可调，该整体件沿着丝杠6和导柱23实现上下移动。在本发明中设定逆时针转动手轮2时升降台8上升，反之则下降。
参见图1，升降台8上方设有直流电机22，下方设有空心钻12，直流电机22经减速器20连接空心钻12。具体是：将直流电机22竖直放置，与蓄电池4通过电源线相连，与电机座21顶部通过螺栓固定，电机座21为倒U型盒，通过螺栓固定在升降台8上，减速器20安装在电机座21内部空间中，通过螺栓与升降台8固定，直流电机22输出轴与减速器20输入轴相连，减速器20输出轴与空心钻12顶部通过联轴器连接固定，在本发明中设定工作时空心钻12仅顺时针（从上往下看）转动。
参见图5，空心钻12外形与市面上产品基本一致，是由上下两段组成的圆筒形，上段外径小于下段外径。但其上段是空心的圆筒形，且筒壁上开有通槽f，下段开有阶梯方孔g，上下两段之间的轴肩处设有关节销h。浮动轴14是根短轴，上圆下扁，上下各开有径向定位通孔。卡销16穿过浮动轴14上方径向定位通孔，将浮动轴14连接在空心钻12上段的通槽f内，浮动轴14可在通槽f内上下移动。连杆爪13位于空心钻12的下段内部，一左一右共2个，顶部与浮动轴14底部销接，中部开有定位槽i，连杆爪13通过定位槽i与空心钻12轴肩上的关节销h配合来限制连杆爪13的运动轨迹，连杆爪底部套环j的材质是弹性橡胶，便于紧密贴合萝卜，增大摩擦力以抓取萝卜。上下移动浮动轴14，便可带动连杆爪13合拢和展开。
参见图3和图5，在空心钻12上段外部套有棘轮内环17，棘轮内环17随着空心钻12转动而转动，棘轮内环17径向开有通孔，通过卡销16连接于通槽f处，卡销16同时穿过棘轮内环17和浮动轴14上的径向通孔。棘轮外环15位于棘轮内环17的外圈，与棘轮内环17相互配合，上端与4根钢丝绳18下端相连，通过拉紧钢丝绳18可上下移动棘轮外环15，棘轮外环15底部内径小于棘轮内环17外径，因此当棘轮外环15上升时可带动棘轮内环17上升，继而带动卡销16、浮动轴14上升，最终带动连杆爪13合拢。要注意的是，空心钻12工作时会带动棘轮内环17顺时针转动，设定此时棘轮外环15和棘轮内环17处于不啮合状态，即棘轮外环15是不转动的。
参见图3和图5，钢丝绳18共4根，其下端固定在棘轮外环15上，其上端固定连接于偏心自锁扳手9的前端。偏心自锁扳手9安装在升降台8上，靠升降台8的右方处，通过扳动偏心自锁扳手9可拉紧或放松钢丝绳18，从而控制棘轮外环15的上升和下降，进而依次带动棘轮内环17、卡销16、浮动轴14上升和下降，实现连杆爪13的合拢和展开。
参见图3，白萝卜11大部分长在土地中，约1/3长度露出地面，为便于本发明工作，其萝卜叶已切去，主要剩下根茎本体。
下面说明本发明装置的工作原理和流程，共分三个步骤，分别是位置调整阶段、钻土阶段和拔取白萝卜阶段。
第一步：位置调整阶段。参见图3，首先操作人员拉住支架1顶部将本发明拖至待收获的萝卜地中并放置在待拔白萝卜11后方。根据白萝卜11的实际生长高度，逆时针转动手轮2，手轮2带动蜗轮蜗杆组件3转动，依次地，蜗轮蜗杆组件3带动丝杠6转动，丝杠6带动升降台8上升，继而安装在升降台8上方的直流电机22和减速器20也上升，带动空心钻12也上升，当空心钻12底部高于白萝卜11顶部一定距离时，停止转动手轮2。操作人员微调本发明装置位置，使得白萝卜11刚好位于空心钻12底部中心正下方，此时状态如图3所示。接着顺时针转动手轮2带动空心钻12下降，当空心钻12底部接近地面时停止转动手轮2，此时第一步操作完毕。
第二步：钻土阶段。参见图1，操作人员打开电源开关24，直流电机22开始高速转动，直流电机22带动减速器20工作，减速器20带动空心钻12转动。同时，操纵人员顺时针缓慢转动手轮2，带动空心钻12逐渐下降，此时空心钻12便慢慢钻入土地中，当钻至一定深度时停止转动手轮2，关闭电源开关24。操作人员前后左右晃动支架1，将本发明沿前后左右轻轻晃动，带动空心钻12前后左右小幅度晃动，以便将空心钻12底部的泥土晃松，便于下一步拔取白萝卜11。
第三步：拔取白萝卜阶段。参见图1，操作人员转紧偏心自锁扳手9，偏心自锁扳手9带动钢丝绳18上升，钢丝绳18带动棘轮外环15上升，进而依次带动棘轮内环17、卡销16和浮动轴14上升，浮动轴14最终带动2个连杆爪13相互合拢，连杆爪13底部紧紧贴住白萝卜11，实现对白萝卜11的夹紧。参见图6，操作人员逆时针转动手轮2，手轮2带动升降台8上升，进而带动空心钻12上升，同时浮动轴14带动连杆爪13上升，连杆爪13带动白萝卜11及其周围一圈泥土上升，当白萝卜11底部上升至地面以上时，操纵人员移动本发明至空地，转松偏心自锁扳手9，浮动轴14因重力下降，带动2个连杆爪13松开，白萝卜11便脱离连杆爪13掉落至空地上，此时整个白萝卜11拔取完毕，只待后期清土、洗净即可。