本实用新型涉及农业机械，尤其是一种超声波振动土壤挖掘装置。
背景技术：
农业土壤耕作、深松以及根茎类作物挖掘收获等作业普遍存在工作阻力大、耗能高的问题。因此，应用先进技术或研制出新型土壤切削挖掘装置来降低工作阻力对于节能减排具有重要意义。
采用振动的方式是降低土壤切削挖掘阻力的途径，目前研究和应用的振动挖掘铲均通过机械传动频率低于20Hz的低频振动。挖掘与切削阻力的主要来源是土壤切削阻力、土壤重力、土壤与铲的摩擦阻力以及土壤与铲面的粘滞阻力。然而，机械传动的低频振动主要减小了切削阻力，对降低摩擦阻力和粘滞阻力的效果甚微。超声波振动能够产生20KHz以上的振动，目前超声波振动应用领域包括超声波清洗、超声波焊接、合金硬金属的加工等领域，在土壤切削挖掘领域还未见报道。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于土壤耕作、深松以及根茎类作物收获作业的超声波振动土壤挖掘装置，该装置可以有效解决土壤切削挖掘作业阻力大、耗能高等问题。
本实用新型的技术方案是：一种超声波振动挖掘铲装置，包括机架，其中，还包括变幅杆挖掘铲、超声波换能器和超声波发生器，所述变幅杆挖掘铲与超声波换能器固定连接，超声波发生器通过信号电缆线将电信号传递给超声波换能器，超声波换能器与机架连接；
所述变幅杆挖掘铲包括铲刀和铲柄，铲柄的一端与超声波换能器固定连接，铲柄的另一端与铲刀固定连接，铲柄在竖直方向的截面面积从与超声波换能器的固定连接端到与铲刀的固定连接端由大到小逐渐过渡变化；
所述铲刀在竖直方向的截面面积从与铲柄的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化，且铲刀在水平方向的截面面积从与铲柄的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化。所述铲刀和铲柄可以为一体式结构。
本实用新型还包括换入土角调节杆，入土角调节杆的一端与机架铰接，另一端与超声波换能器铰接。
所述入土角调节杆包括双向丝杠，双向丝杠的上端设有正旋螺母，双向丝杠的下端设有反旋螺母，正旋螺母与机架铰接，反旋螺母与超声波换能器铰接。
所述超声波换能器的外部设有换能器连接护罩，所述超声波换能器固定在换能器连接护罩内，换能器连接护罩与机架铰接，换能器连接护罩与入土角调节杆铰接。
所述超声波换能器包括超声波换能器主体和固定在超声波换能器主体上的换能器法兰，对应的在换能器连接护罩的端部设有护罩法兰，换能器法兰与护罩法兰固定连接。
所述铲刀可以为三角形。
工作状态下，变幅杆挖掘铲的长度方向与地面之间呈20-30°的入土夹角。
本实用新型的有益效果：能够在进行根茎类作物的挖掘的同时，将超声波发生器产生的高频电信号经超声波换能器转换为超声振动，并经过变截面的变幅铲柄聚能后传递给铲刀，传递过程中铲柄将超声波振动的振幅放大，从而驱动铲刀的刀刃部产生高频振动，减小土壤与铲面间的粘滞阻力和摩擦阻力，从而降低挖掘铲的工作阻力。
附图说明
图1是本实用新型的立体结构示意图；
图2是本实用新型的主视结构示意图；
图3(a)是变幅杆挖掘铲的主视图；
图3(b)是变幅杆挖掘铲的俯视图；
图4是超声波换能器的结构示意图；
图5是换能器连接护罩的结构示意图。
其中：1变幅杆挖掘铲；2超声波换能器；3换能器连接护罩；4铰链I；5入土角调节杆；6信号电缆线；7超声波发生器；8机架；9铰链II；10铰链III；11铲刀；12铲柄；13连接螺杆；14连接螺孔；15换能器法兰；16超声波换能器主体；17护罩法兰。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型所述的超声波振动挖掘铲装置，包括变幅杆挖掘铲1、超声波换能器2、超声波发生器7和机架8，超声波换能器2与变幅杆挖掘铲1固定连接，超声波发生器7通过信号电缆线6将电信号传送给超声波换能器2，超声波换能器2与机架8连接。超声波发生器7设置在驱动机架8前进的动力载体上。超声波换能器可将超声波发生器7输入的电功率转换成机械功率即超声波，并传递给与其直接接触的变幅杆挖掘铲。
超声波换能器2设置在换能器连接护罩3内，如图4和图5所示，超声波换能器2包括超声波换能器主体16和换能器法兰15，换能器法兰15固定在超声波换能器主体16的中部。换能器连接护罩3的端部设有换能器法兰14，换能器法兰15与换能器法兰14固定连接，从而实现了超声波换能器2与换能器连接护罩3的固定连接。换能器连接护罩3经铰链III 10与机架8铰接。本实施例中，换能器连接护罩3的罩体呈方管状，换能器连接护罩3既能将机架的驱动力传递给变幅杆挖掘铲，又起到了防护超声波换能器2的作用。
超声波换能器2与机架8之间设有入土角调节杆5。入土角调节杆5的上端与机架8通过铰链II 9铰接，入土角调节杆5的下端与换能器连接护罩3通过铰链I 4铰接。入土角调节杆5包括双向丝杠，双向丝杠的上端设有正旋螺母，双向丝杠的下端设有反旋螺母，正旋螺母通过铰链II9与机架8铰接，反旋螺母通过铰链I 4与超声波换能器2铰接。通过旋转正旋螺母和反旋螺母，使正旋螺母和反旋螺母之间的丝杠长度发生变化，从而使入土调节杆的长度发生变化，变化的同时对变幅杆挖掘铲与地面之间的夹角进行调整，对变幅杆挖掘铲设置一个合适的入土角度。
如图3(a)、图3(b)和图4所示，变幅杆挖掘铲1包括铲柄12和铲刀11，铲柄12的一端与铲刀固定连接，另一端设有连接螺杆13，对应的在超声波换能器主体的一端设有连接螺孔14，连接螺杆13设置在连接螺孔14内，从而实现了铲柄12与超声波换能器2的固定连接。本实施中，铲柄12和铲刀11呈一体式结构，因此变幅杆挖掘铲1是由锰钢加工而成的一体化结构挖掘铲。铲柄12在竖直方向的截面面积从与超声波换能器的固定连接端到与铲刀的固定连接端由大到小逐渐过渡变化。同时，铲刀在竖直方向的截面面积从与铲柄的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化，且铲刀在水平方向的截面面积从与铲柄的固定连接端到自由端的刀刃处由大到小逐渐过渡变化。因此，本实施例中铲刀为三角形，铲刀的自由端设有刀尖。变幅杆挖掘铲1的作用一是进行土壤切削和挖掘，另一作用是将所述超声波换能器传递来的超声波振动经过变截面的变幅铲柄传递给铲刀的过程中实现聚能，变幅铲柄在传递超声波振动的同时，可以将超声波振动的振幅放大，并驱动铲刀的刀刃处产生高频振动。如图2所示，工作状态下，变幅杆挖掘铲1的长度方向上与地面之间呈20-30°的入土夹角。
本实用新型的工作过程如下所述：超声波发生器7在外接电源的驱动下可产生与超声波频率相匹配的大于20KHz的高频交流电信号，并将产生的电信号经信号电缆线6传递给所述超声波换能器2。超声波换能器将超声波发生器7输入的电功率转换成机械功率，并传递给与其直接接触的变幅杆挖掘铲。变幅杆挖掘铲1既能起到切削挖掘土壤作用，又能起到超声波变幅杆的作用，对超声波实现聚能和传递驱动铲刀的刀刃部高频振动。工作过程中，机架8的前进可带动整个挖掘装置向前运动，变幅杆挖掘铲1在进行根茎类作物的挖掘的同时，由于吵到刀刃的高频振动，使得土壤与铲面间的粘滞阻力和摩擦阻力减小，从而降低挖掘铲的工作阻力。