1、第一章 耕地機械,引 言,第一節(jié)主要農業(yè)技術要求和農機具,第二節(jié)耕層土壤的動力學特性,第三節(jié)鏵式犁的一般構造和工作原理,第四節(jié)犁體曲面,第五節(jié)犁的牽引阻力,第六節(jié)鏵式犁的總體配置,第七節(jié)犁耕機組,第八節(jié)牽引犁和半懸掛犁犁耕機組,第九節(jié)旋耕機,引言 耕地是大田農業(yè)生產中最基本也是最重要的工作環(huán)節(jié)之一。其目的就是在傳統(tǒng)的農業(yè)耕作栽培制度中通過深耕和翻扣土壤，把作物殘茬、病蟲害以及遭到破壞的表土層深翻，而使得到長時間恢復的低層土壤翻到地表，以利于消滅雜草和病蟲害，改善作物的生長環(huán)境。,目前所使用的耕地機械，由于其作業(yè)的工作原理不同類型主要分為三大類： 鏵式犁 圓盤犁 鑿形犁,鏵式犁應用歷史最長，技術

2、最為成熟，作業(yè)范圍最廣，鏵式犁是通過犁體曲面對土壤的切削、碎土和翻扣實現耕地作業(yè)的。,視頻,圓盤犁是以球面圓盤作為工作部件的耕作機械，它依靠其重量強制入土，入土性能比鏵式犁差，土壤摩擦力小，切斷雜草能力強，可適用于開荒、粘重土壤作業(yè)，但翻垡及覆蓋能力較弱，價格較高。,視頻,鑿形犁，又稱深松犁。工作部件為一鑿齒形深松鏟，安裝在機架后橫梁上，鑿形齒在土壤中利用擠壓力破碎土壤，深松犁低層，沒有翻垡能力。,根據農業(yè)生產的不同要求、自然條件變化、動力配備情況等，鏵式犁在形式上又派生出一些具有現代特征的新型犁：雙向犁、柵條犁、調幅犁、滾子犁、高速犁等。,視頻,圓盤犁和鑿形犁在歐洲國家應用較多，在中國雖有應

3、用，但量較少，本章重點介紹鏵式犁的基本結構、工作原理、設計方法和理論分析等。本章除課堂教學外，尚有二個實驗實習類型和結構；懸掛犁的調整。一個課程設計犁體曲面測繪。,第一節(jié)主要農業(yè)技術要求和農機具,一、農業(yè)技術要求,二、少耕法,三、耕作機具,一、農業(yè)技術要求,耕地作業(yè) 耕深、覆蓋、碎土 整地作業(yè) 旱地與水田整地作業(yè)的農業(yè)要求差別很大，應分別情況區(qū)別對待，基本的要求有：靶深、碎土等,二、少耕法,少耕法是一種改變以犁耕為中心的耕作方法，可大大減少或完全免去耕耘作業(yè)，把作物種子直接播在前作莖稈覆蓋的土壤中。這種耕作法，主要是為了和干旱、風蝕及水蝕作斗爭。早在幾百年前，我國東北地區(qū)應用扣、耕作法，特別是

4、原壟種法，即為適應春寒的一種少耕法。50年代在蘇聯推廣的馬爾采夫耕作法，是采用無壁犁的深松耕作，也屬于少耕法。60年代美國也發(fā)展了這一耕作法。70年代我國黑龍江省亦進行了深松耕作法的試驗和推廣；80年代我國南方水稻地區(qū)正進行著少耕法的試驗和推廣工作，并相應的研制了少耕法機械化配套農業(yè)機械。,三、耕作機具,、播前耕作 耕地作業(yè)：鏵式犁、圓盤犁 整地作業(yè)：圓盤耙、釘齒耙、水田耙、鎮(zhèn)壓器、驅動耙、耢等 耕耙聯合作業(yè)：懸耕機、耙耕機、回轉鍬 、播后耕作 中耕培土作業(yè)：中耕機（水田旱地兩類）、培土器 施肥、開溝、筑埂等作業(yè)：中耕培土施肥機、筑埂機、開溝機等 、少耕法 淺松或深松作業(yè)：深松（鑿形）犁、通用

5、耕作機（深松、淺松、除草 播種、施肥、灑藥等聯合作業(yè)：聯合種植機（深松、鎮(zhèn)壓、播種、施肥灑藥等）。,思考題1、鏵式犁的基本構造和類型？2、主犁體的結構及各部件的功用？,第二節(jié)耕層土壤的動力學特性,一、耕層土壤的物理特性 二、耕層土壤的動力特性,一、耕層土壤的物理特性 土壤的主要物理力學性質有以下幾方面： （一）容重 （二）濕度（又稱含水量）,二、耕層土壤的動力特性,（一）土壤與金屬間的摩擦系數 （二）土壤的堅實度（又稱貫入阻力） （三）土壤的凝聚力和附著力 （四）土壤的抗剪強度 （五）犁耕土壤比阻,（一）土壤與金屬間的摩擦系數,為克服在耕作機械工作部件工作表面上產生的土壤與金屬間的摩擦力，大約

6、消耗拖拉機牽引功率的一半。 摩擦力F通常按下列公式計算： FfN 式中 f摩擦系數； N正壓力。,（二）土壤的堅實度（又稱貫入阻力）,當壓縮非密實土壤時，使其壓痕的容積為1厘米3時所需的力稱為單位壓實力q0（公斤厘米3）。當以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為h0時，作用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅實度p0 p0q0 h0 （kgcm2）,（三）土壤的凝聚力和附著力,土壤同金屬接觸面之間的附著力，幾乎完全是因水膜的表面張力所造成的。因此，附著力也與土壤質地、含水量、接觸面的材料和光潔度等因素有關。土壤沿著耕地機械工作表面的滑移阻力 T=F+F=N+NA 式中 土壤對鋼的

7、摩擦系數 N作用在工作表面上的法向載荷 附著系數 N由水膜吸附作用而產生的法向載荷 A吸附水膜的面積 當摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內摩擦力時，農具的工作表面就會粘土。工作部件表面粘土，不但會使耕作質量變壞，而且會增加牽引阻力。,（四）土壤的抗剪強度,耕層土壤在耕作機械工作部件（如犁體、中耕鏟等）作用下，往往出現剪切破壞，其剪應力大致服從庫倫定律： = c +tg 式中 剪應力（kN/cm2） 剪切面上的法向壓應力（正應力）； c 單位粘結力（kN/cm2），是同類粒子間相互結 合在一起的作用力； tg土壤與土壤之間的摩擦系數，又稱土壤的內摩擦系數； 土壤的內摩擦角。,（五）犁耕土壤比阻,為

8、判別耕層土壤耕作難易程度，常常采用犁耕土壤比阻Kt，kNcm2或kPa。但Kt值大小不僅和土壤的物理性質有關，而且很大程度取決于犁的結構（犁體曲面和小前犁曲面幾何參數和形狀，犁鏵銳鈍程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可采用空間測力或單犁體的線性測力，測得與前進方向相反的犁耕阻力分量Rx，在此測力犁上一般不裝 犁側板，所以Rx是有效阻力。則犁耕的有效土壤比阻,式中 a測力犁的耕深 b測力犁的單鏵幅寬,思考題 1、犁體曲面的主要類型？ 2、理想土垡翻轉的假設條件？ 3、土垡寬深比的概念？它對工作 質量有何 影響？,第三節(jié)鏵式犁的一般構造和工作原理,一、鏵式犁的類型 二、鏵式犁的基本構造 三、

9、鏵式犁的翻垡原理,一、鏵式犁的類型,（一）、鏵式犁的類型,牽引式運輸狀態(tài)下，機具的重量全部由機具本身來承擔。,懸掛式運輸狀態(tài)下，機具的重量全部由拖拉機來承 擔。,半懸掛犁運輸狀態(tài)下，機具的重量前部分由拖拉機承 擔，后半部分由機具承擔。,鏵式犁的工作特點,鏵式犁的類型與特點視頻,（二）、鏵式犁的基本構造,組成：犁架、主犁體、耕深調節(jié)裝置、支撐行走裝置、牽引懸掛裝置等。主犁體為鏵式犁的核心工作部件。,（三）、鏵式犁的翻垡原理,一 矩形土垡的翻轉過程 二 矩形土垡寬深比K的確定 三 菱形土垡的翻轉過程 四 竄垡過程,一 矩形土垡的翻轉過程,理想土垡的翻轉過程：,1、土垡塊在翻轉過程中始終保持矩形斷面

10、；,2、始終有一個棱角與溝底相接觸，既只有滾動而無滑動 。,理想土垡的翻轉,因為土垡在翻轉過程中是要變形的，為了研究的方便，我們作了如下假設：,土垡翻轉的目的是為了徹底的翻扣地表雜草和病蟲害，實現土垡的穩(wěn)定鋪放既徹底翻扣（不要出現回垡現象）是犁體曲面工作和設計時的關鍵所在。是否回垡主要取決于曲面的形狀，或者說是取決于曲面的設計參數。,二 矩形土垡寬深比K的確定,我們觀察這樣一種現象：設土垡斷面深度為a，寬度為b1、b2、b3，在翻轉到某個時刻為土垡的臨界狀態(tài)。,回垡,臨界,穩(wěn)定鋪放,b1,a,b2,a,a,b3,當土垡翻轉至最終位置時，如果支撐點在右側，則可保證為穩(wěn)定鋪放，在正上方則為臨界狀態(tài)

11、（不穩(wěn)定狀態(tài)），在左側可產生回垡現象。很顯然，在耕深不變的情況下，耕寬的改變可對土垡的穩(wěn)定鋪放產生重要的影響。通過正確的確定土垡的尺寸，決定犁體曲面的大小和形狀，以保證土垡的穩(wěn)定鋪放。,我們以臨界狀態(tài)為研究對象，確定土垡翻轉過程中不產生回垡的基本條件，為犁體曲面的設計提供依據。,ABCADE故有對應邊成比例，并設b/a=k，則導出：,AB/AC=AE/DE,AC=b，AE=b，ED=a,k4-k2-1=0,k1.27,我們稱b/a=k為理想土垡的寬深比。實際上土壤是不均質的，土垡在翻轉過程中是要變形的，有的變形很嚴重，含水率高的粘重土壤變形較小，k1、27，對沙質土，土壤很難成形，犁體通過后立

12、刻堆積，k1、27，一般k=1。,三 菱形土垡的翻轉過程,菱形犁體的脛刃向未耕地凸出，溝墻呈圓弧狀，耕翻的土垡斷面近似為菱形（圖244a）。這種犁的特點是可以縮短犁體之間的縱向距離，犁溝較寬，阻力較小。,耕地時菱形土垡始終繞一個棱角翻轉。直至土垡頂邊和前趟已翻土垡的底邊相靠貼（圖244c）。土垡翻轉至直立位置以前，其重心即已偏離支承點（向已耕地偏離），有利于穩(wěn)定鋪放。,四 竄垡過程,土垡在“竄垡型”犁體曲面上的運動過程與前述滾垡過程不同。如圖245所示，當土垡被犁體的鏵刃和脛刃切開后，不是繞某一棱角滾翻，而是沿著得體曲面向上竄升，同時略有扭轉和側移。當土垡上竄到一定高度后，扭轉和彎曲加大，并騰

13、空翻轉。土垡離開犁壁后，在重力和落地后的撞擊作用下，土垡內的剪切裂紋發(fā)生斷裂，并形成較短的垡塊，稱為斷條。,第四節(jié) 犁體曲面,一、三面楔的工作原理 二、犁體曲面的形成原理 三、高速犁體曲面,一、三面楔的工作原理,犁體曲面是由犁鏵和犁壁所形成的曲面。犁體的切土、碎土和翻土作用都是由犁體曲面來完成的?？梢园牙珞w曲面簡化成由幾個簡單的兩面楔（工作面和支承面）復合成的一個三面楔。犁體的工作過程可以看成幾個二面楔沿水平面運動時對土壤的合成作用。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它對土壤的作用也不同。圖246中的a、b和c分別表示兩面楔的起土、側向推土和翻土作用。,二、犁體曲面的形成原理,（一）水平直元線法

14、形成犁面的原理 （二）傾斜直元線法形成犁體曲面的原理 （三）曲元線法形成犁體曲面的原理,三、高速犁體曲面,（一）發(fā)展高速犁的必要性 提高耕作機組生產率的主要途徑有兩方面，即增加機具的工作幅寬或提高機組的耕作速度。在拖拉機功率相同的條件下，增加耕速比加大耕作幅寬更為有利。因提高耕速后，可采用耕幅較窄的犁，從而降低金屬耗量，減小購置費用，同時可采用輕型的輪式拖拉機。這樣不但可減小輪胎下陷量，降低胎輪的滾動阻力，減小胎輪對耕層土壤的壓實和破壞程度，而且還可提高機組對不平地面的適應性，改善機組的機動性。 犁耕速度是不斷提高的。50年代一般耕速為46kmh，60年代提高到79kmh，目前高速犁的耕速為8

15、10kmh，有的可達12kmh。近幾十年，大約每10年可提高耕速3kmh。因些，高速型犁體曲面的研究工作，已引起國外的普遍重視。,（二）高速型犁體曲面的基本要求,常速犁（耕速在7kmh以下）用于高速作業(yè)時，往往會使作業(yè)攝影師降低，如土壤拋擲過遠，犁溝太寬，還會導致阻力陡增。 耕速與牽引阻力有以下關系： 式中 Pv在耕速v（kmh）時的牽引阻力（kN）； P在耕速為4.83kmh時的牽引阻力（kN）； V犁耕速度（kmh）。,（三）高速型犁面的特點,高速型犁體可以從常速的熟地型（碎土型）、通用型和翻垡犁體通過試驗和個性設計出來，使之適應高速作業(yè)。 高速型犁體曲面的基本特點是：犁體較長，鏵刃角較小

16、，縱剖和橫剖曲線族較為平坦，犁翼部分后掠和扭曲較大。這樣，可使土壤的垂直與側向分速不致比常速增大過多，并改善翻垡性能。此外，犁體的最大高度也略高于常速犁，使土垡不致在高速時飛越項邊線。,第五節(jié) 犁的牽引阻力,一、土壤對犁體曲面的反作用力 二、犁的牽引阻力 三、減少牽引阻力的途徑,一、土壤對犁體曲面的反作用力,土壤施加于犁體曲面上各部位的反作用力，其大小和方向是隨犁體曲面的部位而變化的。由于土垡在犁體曲面上的運動方向在不斷改變，因而曲面各處所產生的摩擦力的大小和方向也各不相同。因此要想求出犁體曲面上的受力分布情況，無論是用計算方法或是用實驗方法都有一定的困難。但是土壤對犁體曲面上的反作用力又極為

17、重要，不僅在設計犁時作為零件強度計算和總體受力平衡的依據，而且在使用犁時也是操作調節(jié)的依據。 目前，對犁體曲面受力情況主要從兩個方面研究：一是求整個犁體曲面上總的受力情況，找出它的合力的大小、方向及其作用線，以便進行犁柱及犁梁的強度校核和犁的牽引平衡；二是探求犁體曲面各部位所受土壤反力的分布情況，用來確定犁壁和犁鏵的磨損部位。這兩方面的研究，目前都是用實驗方法進行測定。前者采用六分力測定法，后者常采用電阻應變儀測定。,二、犁的牽引阻力,犁的牽引阻力是指土壤作用在犁上的總阻力沿前進方向的水平分力。這部分阻力直接關系到耕地機組的動力性和經濟性。所以它是犁的主要性能指標之一。在滿足作業(yè)要求的情況下，

18、應盡量減小牽引阻力。犁的牽引阻力的計算，不僅是強度核算的依據，同時也是合理配置機組動力的依據。,三、減少牽引阻力的途徑,關于減少犁的牽引阻力的問題，過去和現在世界各國都進行了大量的工作，目前在理論研究上和生產實際上所探討和采用的方法和措施，有以下幾方面： （一）機務技術措施 1選擇適耕期 選擇土壤含水量適宜、殘根腐爛適度的時間進行耕地。此時土壤的強度較小，易于松散破碎，可減少牽引力。 2保持鏵尖和鏵刃銳利 銳利的鏵尖和鏵刃，切割破碎的能力強，刺入并切開土壤時所受的阻力較小，因此，勤摩鏵刃和勤換犁鏵，保持鏵尖和鏵刃鋒利，可以顯著地減少犁的牽引力。,3減少摩擦力 保持犁體曲面以及側板、犁底、輪子等

19、與土壤接觸的部分光潔平滑（例如，犁閑置時，在這些地方涂上廢機油或黃油，不使生銹；不以鐵錘敲擊犁體曲面等）。減少犁與土壤之間的摩擦，可以減少犁的牽引力。 4正確裝配零件 犁鏵、犁壁、犁側板等工作部件安裝的位置正確，接縫嚴密，犁體上埋頭螺釘與安裝件表面平坦光滑，減少對土垡的阻礙，讓土垡順利滑動，可以減少犁的牽引力。 5正確調整牽引線 在前面曾闡明當牽引線在縱向鉛垂面上的傾角T和水平面上的偏角T，調整到一適宜的位置，即調整到使T和T分別等于其摩擦角時，犁的牽引阻力最小。因此，在耕地時，正確調整牽引線，也是減少牽引力的重要方法之一。,（二）設計制造方面的措施,從設計制造方面來減少犁的阻力，現有方法有三

20、個方面： 1良好的犁體曲面設計是減少阻力的重要因素。曲面形狀塑造得好，各項參數選擇得當，對減少犁的阻力有很大的影響。犁體曲面除了滿足翻土、碎土等性能要求而外，欲使其阻力較小，還須1）對土壤的擠壓較小，土垡能在犁面上順利滑過；2）在翻垡過程中，垡片重心的提升高度小，因而位能變化?。?）土垡在翻轉過程中發(fā)生的位移?。?）土垡運動時的絕對速度小，所消耗的動能小。這樣，所需的牽引力也就較小。 2用兩種軟硬不同的材料制造犁鏵，使刃口能夠自己磨銳，這種自磨刃犁鏵經過熱處理后，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面的材料則較軟，不耐磨。這樣，當犁鏵在耕地時，表面磨損慢，背面磨損快，因而可以使刃口始終保持鋒銳。

21、 3采用非金屬特殊材料。目前有些國家已用特制的塑料薄膜敷貼在犁壁上，此種塑料與土壤的摩擦系數很小，且甚耐磨，這樣可以減少犁的阻力,（三）新方法和新原理的探討,探討一些新方法和新原理來減少犁的阻力，目前也有一些進展。 1在減少摩擦阻力方面有兩種方法。一是改固定部件為轉動部件，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦；一是犁體曲面上加潤滑劑。在前一種方法中有將犁壁制成由許多滾柱組成的曲面；有的曲面上嵌設滾珠者，但因制造復雜及其他技術問題沒有解決，現在尚未推廣。利用滾輪來代替犁側板的犁，則已在生產中使用。匈牙利曾設計了一種利用一個能夠轉動的錐形滾筒來代替犁壁翼部的滾子犁。滾筒系同不粘土的材料作成。據試驗這種犁可以減少

22、1015的牽引力。 在犁曲面上加水作潤滑劑以減少阻力的辦法，據試驗可以減少阻力30。加水的方法是將犁體曲面上的螺釘中央通一小孔，孔的開口處是一向土垡運動方向傾斜的縫，（傾斜是為了避免為泥土堵塞）。水箱置于機架上，用軟管在犁壁背面與螺釘連通。據實驗，這種方法在透水性差的粘土中效果較好，在砂土中則較差。,2應用振動技術。世界各國在對土壤加工時，應用振動技術已逐漸廣泛。根據各國的試驗表明，在鏵式犁的犁鏵或其他耕作土壤機具的工作件上加裝振動器，可以減輕牽引阻力約525，并且改善碎土質量。振動式的犁可以減輕阻力的原因是因為振動件在頻率較高時，它強大的振動力可以破壞土壤分子的粘結力。也有人認為土壤在受到較

23、高頻率的振動之后，會發(fā)生“振動液化現象”，使土壤的內摩擦力和抗剪強度均大大降低，因而可以減少阻力。 根據初步試驗發(fā)現：振動犁所需的振動頻率和振幅，應隨機組前進速度增加而增加。當犁的前進速度小于1ms時效果較好，振動頻率以20003000Hs，振幅以0.53mm為宜。至于工作件的定向振動問題（即振動件的振動方向問題），目前尚在研究中。振動犁的振動件因需要消耗動力，故在總的能量消耗上是否經濟亦無定論。,3電滲作用的試驗。電滲作用（圖260）的原理是將犁刀和犁鏵作為直流電的正極（）和負極（），通以直流電，因為土壤是導體，故電流在土中通過后由于電滲作用，土壤中的毛細管水向負極集結使犁鏵表面形成一層水膜

24、，起著潤滑劑的作用，減少了摩擦阻力。同樣，土壤由于有電流通過，土壤中的凝膠體變?yōu)槿苣z體，降低了土壤分子的凝結力，因而降低了它的強度。根據國內外的實驗結果，此法在潮濕土壤中效果較好，當水分為20左右，電壓為1260V時，阻力減少約20。,第六節(jié) 鏵式犁的總體配置,一、犁的總耕幅和鏵數 二、犁體間距 三、拖拉機輪距與犁的工作幅寬 四、第一鏵的配置 五、犁的梁架高度,一、犁的總耕幅和鏵數,總耕幅根據拖拉機的有效牽引力P來確定。假設所在地區(qū)的土壤耕作比阻為k，要求的耕深為a，單個犁體的幅寬為b，則犁的鏵數（多鏵犁的犁體數）可用下式算出： 因 Pnkab 故 n取整數。 在P、b、n確定后，為了考慮這臺

25、犁的適應能力，可將前式寫成： c為一已知的常數。上式表明，一臺犁耕機組在作業(yè)時，如果土壤的比阻較大，則犁的耕深要適當減小，否則牽引力P不足；如果要求耕得較深，則只能在土壤比阻較小的地方使用。二者之間是一個等軸雙曲線函數關系。 即 kac 將上式按拖拉機的額定牽引力繪成曲線如圖261所示。這就可以清楚地看出該機組對不同耕深和不同土壤的適應能力。不同牽引力可獲得不同的曲線。,二、犁體間距,多鏵犁相鄰兩犁體間的間距是犁的一個重要參數。間距太小，沒有足夠的空間讓垡片通過就會造成堵塞；間距太大，則將增加犁的長度，這不僅浪費鋼材，對于牽引式犁還將使轉彎半徑增大，對于懸掛式犁則因重心后移，會影響機組的縱向穩(wěn)

26、定性。因此，在保證垡片能順利通過的前提下，犁的間距盡量縮小。 犁體間距的表示方法，國內外都不一致。有的用縱向間距S（相鄰犁體在縱向鉛垂面上的投影距離），有的用鏵尖距Ss（相鄰犁體的鏵尖點或兩對應點之間的距離），有的用犁體配置角（各犁體在犁上所形成的斜線與犁的前進方向線的夾角）來表示（圖262），它們之間的關系為： tg=b/s，sin=b/ss。,三、拖拉機輪距與犁的工作幅寬,一般的輪式拖拉機，因受牽引力限制，輪距總是大于犁的耕幅，為此，通常是讓拖拉機一側的輪子走在犁溝內。拖拉機的輪胎內側在橫的方向應與溝墻保持=12cm的間隙，犁的阻力中心應處于拖拉機的中心線上（或很靠近）。這樣可使機組具有較

27、好的牽引穩(wěn)定性。如若差距較大應對拖拉機輪距進行調整使之符合下列關系式： BT=B+E+2+b/2 此處Br是拖拉機傾斜后的輪距投影，b4是阻力中心與脛刃邊的距離，b為單鏵幅寬。 對于輪子不能進入犁溝內的履帶拖拉機或后輪是兩輪并聯的大型輪式拖拉機，當輪子或履帶在未耕地上時，輪胎或履帶外側與溝墻線保持的距離應不小于10cm，以免壓塌溝墻。這時，犁的阻力中心，亦應處于拖拉機的中心線附近，以免產生偏轉力矩。,四、第一鏵的配置,無論是輪子走在溝內的機組，或履帶走在未耕地上的機組，第一鏵的橫向位置均應將鏵翼末端置于溝墻線上，使第一鏵的切垡寬度正好等于b。 第一鏵的縱向位置，對于輪子走在溝內的懸掛式機組，鏵

28、尖與輪子外緣的縱向投影距離e一般不小于犁體的幅寬b（圖265）。對于牽引式或半懸掛機組則應考慮機組在900牽引時，拖拉機不會與犁架碰撞。,五、犁的梁架高度,犁的梁架高度是指犁架下表面至犁底平面的空間高度。為了保證垡片在犁架下面順利翻轉，不產生擁土堵草現象。一般是根據矩形土垡的厚度（按最大耕深計算）加割茬高度的對角線高度計算，即 式中：H為梁架空間高度，b為犁體耕寬，max為最大耕深，h為割茬高度。 對于采用直犁柱和主斜梁結構的犁，因垡片主要是在主斜梁的下方翻轉，故H的數值應適當加大。而對于鉤形犁柱的梁架，則因垡片是在梁架外側翻轉，故可比前者略小。,第七節(jié) 犁耕機組,一、懸掛犁機組 二、懸掛犁的

29、懸掛參數選擇和掛結調節(jié)原理,一、懸掛犁機組,（一）懸掛犁的掛接方式 懸掛犁一般采用后懸掛型式，通常以三點懸掛方式和拖拉機相結合。所謂三點懸掛，就是用三根桿分別把拖拉機后部的三個點和犁上的三個點鉸接起來，而使二者成為一體。,（二）工作狀態(tài)與縱垂面內的受力分析,1“浮動”狀態(tài) 油缸內無壓力，懸掛犁由地面支承，隨地形起伏而浮動。 2 “位調節(jié)”狀態(tài) 作業(yè)機下降到所要求的耕深時，利用液壓系統(tǒng)將機構鎖定，使作業(yè)機與拖拉機結成一個整體，作業(yè)機與拖拉機在縱的方向不能產生相對運動。這種方式在地面平坦時，即使土質軟硬不一，也可使耕深較為一致。但在地面起伏不平時，作業(yè)機隨拖拉機的頭尾起伏而上下波動，難以保證作業(yè)質

30、量。 “位調節(jié)”狀態(tài)的機構受力,二、懸掛犁的懸掛參數選擇和掛結調節(jié)原理,犁與拖拉機通過懸掛機構結成一個懸掛犁機組，進行耕地作業(yè)，目前三點懸掛機構的應用較廣泛。懸掛犁的懸掛參數有下懸掛軸至犁體支持面的距離h，上下懸掛點的距離H（犁架立柱高度），懸掛軸的長度B以及兩下懸掛點與犁梁的相對位置。在設計或掛結調整懸掛犁時，合理地選擇這些參數，對保證犁耕質量，提高機組的牽引性能有很大的影響。,在犁入土時，能使犁平穩(wěn)而迅速地達到預定的耕深，入土行程短； 在犁耕過程中，當土質不均勻或地表起伏時，犁具有良好的耕深耕寬穩(wěn)定性。如有偏差，迅速地自動糾正； 機組有良好的牽引性能和直線行駛性； 能進行耕深耕寬等調整，犁

31、的縱軸與機組前進方向一致，多鏵犁前后犁體耕深相同； 在運輸狀態(tài)，有足夠的運輸高度，縱向穩(wěn)定性和通過性好。,在選擇懸掛參數時，應滿足以下要求：,（一）縱垂面懸掛參數的選擇,1入土性能,3牽引性能,4運輸通過性,5確定縱垂面懸掛參數的要點,2耕深穩(wěn)定性,（二）水平面懸掛參數的選擇,在水平面內的懸掛參數，應滿足耕寬穩(wěn)定、機組直線行駛和操作省力的要求。 1耕寬穩(wěn)定性 2機組的直線行駛性能,（三）懸掛犁的掛結與調整,1掛結原則 2耕深調節(jié) 3耕寬調整 4偏牽引調整 5正位調整 6 縱向水平調整 7橫向水平調整,第八節(jié) 牽引犁和半懸掛犁犁耕機組,一、牽引犁機組 二、半懸掛犁機組,一、牽引犁機組,（一）在縱

32、垂面內的受力和影響工作性能的因素 （二）在水平面內的受力和影響工作性能的因素,二、半懸掛犁機組,就牽引方式來說，半懸掛犁分為三拉桿牽引與兩拉桿牽引兩種類型。當拖拉機上拉桿裝有傳感器時，犁通過懸掛頭架與拖拉機上下拉桿鉸接為三拉桿牽引。當拖拉機下拉桿裝有傳感器時，犁只與拖拉機的兩個下拉桿鉸接為兩拉桿牽引。二者前端均有水平橫軸與鉛垂立軸，犁可在水平面與縱垂面繞軸擺動，有兩個自由度。半懸掛犁均裝有尾輪與限深輪。高度調節(jié)機組的限深輪裝在犁的前部，力調節(jié)機組的限深輪裝在犁的后部，均走未耕地。,第九節(jié) 旋耕機,一、總言 二、旋耕機類型 三、橫軸式旋耕機械的理論分析 四、刀齒類型及排列 五、橫軸旋耕機的功率消

33、耗 六、橫軸式旋耕機組總體分析,一、總言,旋耕機是一種由動力驅動的土壤耕作機具。其切土、碎土能力強，能切碎秸桿并使土肥混合均勻。一次作業(yè)能達到犁耙?guī)状蔚男Ч?，耕后地表平整、松軟、能滿足精耕細作的要求。旋耕機作業(yè)時，拖拉機的動力以扭矩的形式直接作用于工作部件，不需要很大的牽引力，避免了拖拉機由于受附著力的限制，功率不能充分利用的問題。 我國南方地區(qū)多用于秋耕稻茬田種麥，水稻插秧前的水耕水耙。它對土壤濕度的適應范圍較大，凡拖拉機能進入的水田都可進行耕作。我國北方地區(qū)大量用于打茬，起到秸桿還田、鏟茬肥田的作用。另外，還適于鹽堿地的淺層耕作，以抑制鹽分上升，圍墾荒地滅茬除草，牧場草地淺耕再生等作業(yè)。,

34、二、旋耕機類型,旋耕機的類型很多，按其工作部件的運動方式可分為水平橫軸式、立軸式等幾種。 （一）水平橫軸式旋耕機 （二）立軸式旋耕機,水平橫軸式旋耕機工作時（圖286），刀片一方面由拖拉機動力輸出軸驅動作回轉運動，一方面隨機組前進作等速直線運動。刀片在切土過程中，首先將土垡切下，隨即向后方拋出，土垡撞擊到罩殼與拖板而細碎，然后再落回到地表上。由于機組不斷前進，刀片就連續(xù)不斷地對未耕地進行松碎。,（一）水平橫軸式旋耕機,圖（287）是曲刃彎刀式旋耕機，主要由機架、傳動系統(tǒng)、旋轉刀軸、刀片、耕深調節(jié)裝置、罩殼等組成。刀軸和刀片是主要工作部件，由拖拉機動力輸出軸來的動力經萬向節(jié)傳給中間齒箱，再經側邊

35、傳動箱驅動力軸回傳。,圖288是釘齒式旋耕機。釘齒為一直圓鋼制成，沿輥軸直徑方向1800貫穿并予以固定。圖289是星輪式旋耕機。刀輥由多個帶釘齒的星輪組成。星輪盤面不與刀輥軸線垂直，每個星輪的偏斜方向均不同。圖290是滾籠式旋耕機。旋轉滾筒由若干個籠形部件沿軸向排列組成。用于水稻插秧前平整田面。有較好的耥平和起漿效果。圖291所示為梳齒式旋耕機。將多個齒棍縱向固定在扭曲的人字形長刀片上。碎土性能好，且溝底平坦。,圖292是幾種有翻土功能的旋耕刀。圖292a所示的轉柄旋耕刀能將切下的土成形垡片翻轉約1800，它的刀柄裝在與刀軸一起旋轉的套管上，套管的里面還有一個靜止的心軸。心軸有導槽，鋤柄上的橫

36、銷嵌入導槽中。當旋耕刀切下土塊并將其帶到一定高度時，刀柄上的橫銷就碰到導槽的斜凸部分，迫使刀柄偏轉。于是刀面?zhèn)葍A將土塊翻轉落下。圖292b所示為帶有托土板的旋耕刀盤。當刀齒切下土塊時，托土板正好托住土塊的上端將其送到后方翻轉落下。圖292c是帶有彈性拖板的旋耕刀。當刀片切入土中時，彈性拖板隨切縫彎曲進入縫中，將切下的土塊托帶到后方一定高度然后彈片伸直使土塊翻轉落下。,圖293所示是錘片碎土滅茬機的多種錘片。這種機具的整機結構與一般水平橫軸式旋耕機相同，只是工作部件是錘片而不是刀齒。錘片用活動鉸鏈與轉軸聯結。利用高速旋轉時的慣性力來打碎禾茬、硬土塊或草皮層。 還有一種新創(chuàng)造的水平橫軸式旋耕機，它

37、的刀齒不需要另外的動力驅動，而由旋耕刀輥自身驅動，如圖294所示，這種旋耕機有兩個刀輥，一前一后。工作時機組前進，前刀輥的刀齒入土后，土壤阻力迫使前刀輥轉動并通過鏈條帶動后刀輥旋轉。利用鏈傳動的速比關系，后刀輥的轉速比前刀輥快約三倍。后刀輥的刀齒將土壤弄松碎并向后拋送。前刀輥因要帶動后刀輥工作，所需扭矩較大，致使入土的刀齒在土中產生向前的局部滑移。這種滑移現象的實際效果是前刀輥的刀齒一方面向前耕松一些土壤，另一方面獲得扭矩驅動后刀輥旋轉。而前刀輥將土壤弄松成大土塊，也使后刀輥的負荷減輕。對于土質不同和耕作要求不同時，可以調整前后刀輥的相對入土深度，使彼此協調工作可以獲得滿意的結果。,（二）立軸

38、式旋耕機,刀齒或刀片繞立軸旋轉的旋耕機，其突出功能就是可以進行深耕，一般都能達到3035cm，較深的能達到40-50cm，而且可使整個耕層土壤疏松細碎，但前進速度較慢,圖295是安裝在手扶拖拉機前面的槳葉式旋耕機（亦稱旋槳式犁）。它的葉輪象一個豎立著的船用螺旋槳，工作時，葉片旋轉將土壤鏟起，并向一側拋出，耕后象鏵式犁一樣留有耕溝。因其向一側拋土，故側向力較大。工作幅寬約等于葉輪的外緣直徑，耕作的最大深度可略大于葉輪高度。一般耕深2030cm。圖296所示的這種立軸爪式旋耕機是英國人所制，他們稱為“Gyro-tiller”。兩個轉盤相對旋轉，刀齒位于轉盤周邊，軸向固定（略微前傾），一般耕深305

39、0cm。圖297所示是日本常用的立軸刀籠式旋耕機。25個傾斜的窄條形刀片構成一個圓形刀籠旋轉切土。刀籠高度約3035cm，一般耕深2030cm。圖298是一種立軸轉齒式旋耕機。它的工作部件是由兩個釘齒構成“門”字形的轉子。多個轉子橫向排列成一排。兩個相鄰的轉子由兩個齒輪直接嚙合驅動。因此，每個轉子與左、右相鄰轉子的旋轉方向相反。轉子在安裝時，相鄰轉子的“門”形平面均互相垂直，故可互不干擾，并使相鄰釘齒的活動范圍有較大的重疊量以防止漏耕。由于釘齒的圓周速度比機器前進速度要大得多（2倍以上），故每個釘齒在地面上經過的路線都是長輻擺線，因而釘齒有較好的碎土效果。,三、橫軸式旋耕機械的理論分析,各種驅

40、動式耕耘機械，由于其工作原理各不相同，因而工作部件的運動情況，也不相同。下面著重對目前使用較為廣泛的橫軸類旋耕機械的有關理論進行一些分析。,（一）刀齒的運動軌跡,1刀齒運動軌跡方程 旋轉耕耘機的刀齒，無論其為何種形狀，它在工作時的絕對運動均系由兩種運動合成。如圖299所示一種運動是由于安裝刀齒的軸轉動時刀齒繞軸心旋轉所形成的圓周運動，另一種運動是機器不斷前進時所具有的直線運動。旋轉耕耘機在工作時，這兩種運動同時在刀齒上產生，刀齒的絕對運動就是由這兩種運動合成的結果。,在圖299中假設u、vm均為等速運動，則刀齒上任意點的運動軌跡，均系一有規(guī)律的曲線。如圖2100所示，在刀齒旋轉前進的過程中，設

41、刀齒軸心所在的位置原為O0，某一刀齒(O0m0)的端點為m0。該刀齒按圖中箭頭所示的方向轉過1的角度時，軸的中心由O0前進至O1（這種情況稱為正轉），此時刀齒端點的位置則由m0移至m1；當刀齒連續(xù)再轉過2時，軸的中心將再前進一段距離而至O2，此時刀齒端點的位置則由m1移至m2，如此繼續(xù)下去，當機,R。,器走過距離S即刀軸中心經過O1、O2、O3、而至On時，刀齒端的軌跡即為m1、m2、m3、mn所連成的曲線。如果S為旋轉軸旋轉一周時機器前進的距離，則此時刀齒繞其軸心旋轉一周后其運動軌跡亦完成了一個行程周期，當旋轉軸繼續(xù)轉動、機器繼續(xù)前進時，刀齒端點的運動軌跡即為此段曲線的重復出現。顯然，在圖2

42、100所示情況下，S2R。,R。,當刀齒的轉動半徑R、旋轉角速度以及機器的前進速度vm已知時，刀齒的運動軌跡可根據上述原理用作圖法繪出。關于刀齒運動軌跡的方程式，可建立如圖2101所示的坐標系。設位于坐標軸y上的刀齒A0O以角速度經過t秒鐘轉動后，其角位移為，此時刀齒軸心移動的距離為x0，刀齒端點的位置則移至m點，點m的水平位移為x，鉛垂位移為y。,則因 =t， 或t=/ 故x0=vmt=vm/。又因=u/R，所以x0=Rvm/u,刀齒的軌跡曲線系由運動的m點所形成，故其曲線的方程式為,此式為參數方程式，消去參變數后得,此曲線即解析幾何上的擺線，亦稱旋輪線(Cycloid)。,將x0代入并整理

43、得：,（1）當u/vm=1時，方程變?yōu)?此式系一標準的擺線，S=2R。具有這種運動特性的刀齒只能象自由輪的輪爪一樣刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。,2.刀齒軌跡的性能特征 從刀齒運動的軌跡方程式得知，刀齒運動軌跡曲線的形狀與刀齒的半徑R、圓周線速度u以及機器前進速度vm有關。由于R、u和vm的不同，此曲線具有以下的特性：,（2）當u/vm=1時，刀片端點在任何位置的絕對運動水平位移 的方向均與機器前進方向相同，故刀齒不能撥土向后。刀齒對土壤的作用還不如被動式牽引機具的作用大。這種曲線數學上稱為短輻擺線。S2R,（3）當u/vm=1時，刀齒轉動到一定部位，它的端點絕對運動的水平位移就會與機器前

44、進的方向相反，因而能以刀齒的刃口切削土壤。具有這種運動的曲線稱長輻擺線（圖2102），此種擺線具有一個繞扣。MN為繞扣的橫弦。當vm/u值愈小時，繞扣的橫弦愈大。若vm=0（即機器停止前進時）則繞扣即為一圓，其最大橫弦等于2R。,（二）刀齒的切削速度,刀齒端點在旋轉一周的過程中，所經各處的速度是不同的。將方程對時間求導數得：,刀片端點的絕對速度為：,從上式可知，當刀齒端點處于最低位置即t=2n時，絕對速度最小vmin=vmu，在vmu時，方向為水平向后；當刀齒端點處于最高位置即t=(2n+1)時，絕對速度最大，vmax=vm+u，方向為水平向前。,刀齒運動軌跡曲線的繞扣大小與vm/u的值有關。

45、vm/u的值愈大時，繞扣愈??；反之，則繞扣愈大。若vm/u=0（即機器停止前進時），則繞扣與軌跡曲線均為一個半徑為R的圓。 繞扣的最大橫弦MN可以從圖2104中得知，因刀齒在最大橫弦N點處其絕對速度的方向是垂直向下。 于是有 sin= vm/u 故最大橫弦距溝底的高度 Hmax=RRsin=R(1- vm/u),（三）刀齒工作深度,可以看出，在最大橫弦的N點以上，刀齒沿水平方向的分速度vx為向前，N點以下則向后。因此一般用途的旋耕機刀齒入土處，均在N點以下，以利于向后拋土，減少功耗。為此，旋耕機的工作深度ha，通常是以不超過最大橫弦處為度。由前式可知，刀齒的半徑R較大或vm/u的比值較小時，刀

46、齒的耕作深度可以較大,（四）切土進距,在刀齒旋轉的同一縱向平面內，前后兩相鄰刀齒的切土間距，稱為進距。亦即在兩刀齒相繼切土的時間間隔內，機器前進的距離Sx（圖2105）。假設某旋耕機的刀盤上均布安裝z把刀齒，則刀盤旋轉一周時，刀齒相繼切土的時間間隔為ts=2/(2)。在此時間內，機器前進的距離Sx即為切土進距。,式中n為刀盤轉速。,旋耕機兩個縱向相鄰刀齒相繼切土后，耕層底部存在一個凸起部分。此凸起部分是沒有耕到的生土，其高度與刀齒的運動軌跡和進距有關，而由前后兩刀齒軌跡的交點C確定。如圖2105所示，在交點C處，凸起高度hc=R(1sinc),此處，前一刀齒轉角c=arcsin(1hc/R)

47、后一刀齒轉角c=2/z+2c,（五）溝底凸埂高度,此時刀輥中心的移動距離為,此處=u/R,又因,令上兩式相等并整理后得,上式即為凸起高度hc與u、vm、R和z的關系式。但利用此式求hc的數值亦很麻煩，為了簡便，溝底凸埂高度也可用下述方法近似地計算，即利用軌跡方程式：,當的數值不大時，可以認為 sin=,故,因 xc=sx/2, 且sx=2Rvm/(zu),代入上式并化簡得,故,上面所計算的凸起高度是假定在旋耕刀齒切土時，所切下的垡片和溝底的土壤均能按刀齒所經過的軌跡，保持完整的幾何形狀而推導出來的理論公式。實際上凸埂并不能形成圖中所示的尖角狀，這是由一垡片被刀齒從土體切下時，其尾部與土體連接處

48、因強度減弱，刀齒接近尾部時即因受剪切或撕拉而斷裂，因而不能形成純幾何圖形上的那種尖角。試驗表明，凸埂高度的實際值只有理論值的1213左右。,四、刀齒類型及排列,1刀齒的類型 橫軸旋耕機的刀齒有剛性和彈性兩大類。剛性刀按其外形分，有直刀、L形刀、彎刀、鑿形刀齒等類型。 其中直刀齒有釘齒型、直棍型、直刀片型等，刀體平直，結構簡單，主要用于對已耕翻的土地進行碎土作業(yè)；L形發(fā)、彎刀和鑿形刀則可用于初耕。,2刀齒排列,研究刀齒排列和配置其目的是使旋耕機在作業(yè)時達到不堵塞、不漏耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整等要求。,軸向相鄰刀齒（或刀盤）的間距，以不產生實際的漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。 相繼入土的

49、刀齒的軸向距離愈大愈好，以免發(fā)生干擾和堵塞。 左刀和右刀應盡量交替入土，以保證刀輥的側向穩(wěn)定。 一般鑿形刀齒、直刀齒、彈齒等按復螺旋線排列；中央傳動式刀輥，可分左、右段排列，以簡化結構參數。 刀盤或座應便于刀齒安裝。旋耕刀齒在排列時能最大限度地兼顧到上述要求即為最佳排列。,為此，旋耕刀齒在刀軸上的排列應遵從下述原則： 在同一回轉平面內，若配置兩把以上的刀齒，每把刀的進距應相等，使之切土均勻。 整個刀軸回轉一周的過程中，在同一相位角上，應當只有一把刀入土（受結構限制時，可以是一把左刀和一把右刀同時入土），以保證工作穩(wěn)定和刀軸負荷均勻。,（一） 單刀的阻力和扭局矩,五、橫軸旋耕機的功率消耗,常用實驗方法測定一把刀齒在切土過程中的扭矩變化來考察阻力變化的過程。實驗測定的結果表明（圖2109），正轉刀齒從開始入土到切至垡片中段部位時，扭矩迅速增加到最大值，然后慢慢減少，到切削終了時因向后拋土，故仍存在一定的扭矩。,鉤狀鑿形刀的受力與彎刀有所不同。 由圖2109b可以看出： 刀齒入土后阻力迅速增大，當刀齒轉過一定角度（約200）時，達到最大值。在此階段內土壤受擠壓。 在轉角約為25400的區(qū)段內，切削阻力保持在最大