農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)PPT課件

1、第三章 整地機(jī)械 Scarification machineScarification machine 第一節(jié)、引言（introductionintroduction） 第二節(jié)、圓盤(pán)耙(disc harrow)(disc harrow) 第三節(jié)、旋耕機(jī)(Rotary Tiller /rotary cultivator )(Rotary Tiller /rotary cultivator ) 第二章 土壤耕作機(jī)械 Soil tillage machine Soil tillage machine 第一節(jié) 、引言 整地作業(yè)包括耙地、平地和鎮(zhèn)壓。有的地區(qū)還包括起壟和作畦。 耕地后土垡間存在著很多大孔

2、隙。土壤的松碎程度與地面的平整度還不能滿(mǎn)足 播種和栽植的要求。所以必須進(jìn)行整地，為作物的 發(fā)芽和生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的條件。在干旱地區(qū)用鎮(zhèn)壓 器壓地是抗旱保墑，保證作物豐產(chǎn)的重要農(nóng)業(yè)技 術(shù)措施之一。有的地區(qū)應(yīng)用釘齒耙進(jìn)行播前、播 后和苗期耙地除草。 整地機(jī)械包括耙（圓盤(pán)耙、水田耙和釘齒 耙）、鎮(zhèn)壓器、起壟犁和作畦機(jī)等。 整地機(jī)械的種類(lèi)很多，根據(jù)不同作業(yè)的需要有以下幾種類(lèi)型：釘齒耙、 圓盤(pán)耙、旋耕機(jī)、滾軋耙、鎮(zhèn)壓器等。其中，釘齒耙目前多用于畜力作業(yè)， 圓盤(pán)耙和懸耕機(jī)機(jī)械化應(yīng)用較多。 第一節(jié) 、引言 1 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 2 2、圓盤(pán)耙類(lèi)型 3 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 4 4、球面圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定

3、 5 5、圓盤(pán)耙的受力分析 第二節(jié) 圓盤(pán)耙 懸 掛 圓 盤(pán) 耙 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 牽引 圓盤(pán) 耙 齒 形 耙 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 旋耕鎮(zhèn)壓聯(lián)合作業(yè)機(jī)在工作 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 1、圓盤(pán)耙簡(jiǎn)介 圓盤(pán)耙始于4040年代，是 替代釘齒耙的主要機(jī)具之一， 目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用，其主 要特點(diǎn)：被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，斷草能 力較強(qiáng)，具有一定切土、碎 土和翻土功能，功率消耗少， 作業(yè)效率高，既可在已耕地 作業(yè)又可在未耕地作業(yè)，工 作適應(yīng)性較強(qiáng)。 1 1）按與動(dòng)力的連接方式分： 牽引式、懸掛式和半懸掛式。 2、圓盤(pán)耙的類(lèi)型 2 2）按耙片的直徑分： 重型耙（660mm660mm） 中型耙（560mm560mm） 輕型

4、耙（460mm460mm） 2、圓盤(pán)耙的類(lèi)型 3 3）按耙片的外緣形狀分： 全緣耙 缺口耙 全緣耙片易于加工制造，缺口耙片入土能力強(qiáng)，易于切斷雜草、作物殘茬等，但 成本高。 2、圓盤(pán)耙的類(lèi)型 4 4）按耙組的配置方式分 單列耙 、雙列耙、組合耙、偏置耙、對(duì)置耙。 2、圓盤(pán)耙的類(lèi)型 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 犁耕后的碎土和平地，也可用于攪土、除草、混肥，收獲后的淺耕、滅茬，播種前的松土，播 種后的蓋種等。 1 1）作用 2 2）組成：耙組、耙架、牽引架、偏角調(diào)節(jié)裝置等。 耙組 耙架 牽引架偏角調(diào)節(jié)裝置 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 （1 1）耙組： 耙組是圓盤(pán)耙的主要工作部件，由

5、5 51010片圓盤(pán)耙片穿在一根方軸上，耙片之間用間管隔開(kāi)，保持 一定間距，最后用螺母擰緊、鎖住而成。如圖2-472-47，耙組通過(guò)軸承及其支座與梁架相連接，工作時(shí)所 有耙片隨耙組一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)耙片的凹面都一個(gè)刮土板，安裝在刮土器橫梁上。 耙片分全緣耙片和缺口耙片兩種，缺 口耙片在耙片外緣有6 61212個(gè)三角形、梯 形或半圓形缺口。 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 2 2耙架 用來(lái)安裝圓盤(pán)耙組、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和牽引架（或懸掛架）等部件。有鉸接耙架和剛性耙架兩種。 有的耙架上還裝有載重箱，以便必要時(shí)加配重，以增加和保持耙的深度。 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 3 3角度調(diào)節(jié)器 用于調(diào)節(jié)圓盤(pán)耙的偏角，以適應(yīng)不同耙深

6、的需要。角度調(diào)節(jié)器的型式有絲杠式、齒板式、液壓 式、插銷(xiāo)式等。 絲杠式用于部分重耙上。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作可靠。 齒板式在輕耙上使用，調(diào)節(jié)比較方便，但桿體容易變形，影響角度調(diào)節(jié)。 插銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。調(diào)整時(shí)，將耙升起，撥出鎖定銷(xiāo)，推動(dòng)耕組橫梁使其繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 到合適位置時(shí)，把鎖定銷(xiāo)插入定位孔定位，一般在中耙與輕耙上采用。 液壓式用于系列重耙上，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作可靠，操作容易。 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 4 4牽引或掛接裝置 對(duì)于懸掛式圓盤(pán)耙，其懸掛架上有不同的孔位，以改變掛接高度。 對(duì)于牽引式圓盤(pán)耙，其工作位置和運(yùn)輸位置的轉(zhuǎn)換是通過(guò)起落機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。 起落過(guò)程由液壓油缸升降地輪來(lái)完成，耙架調(diào)

7、平機(jī)構(gòu)與起落機(jī)構(gòu)連動(dòng)，在起落過(guò) 程同時(shí)改變掛接點(diǎn)的位置，保持耙架的水平。在工作狀態(tài)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，改變 掛接點(diǎn)的位置，使前后列耙組的耕深一致。 3、圓盤(pán)耙的作用與構(gòu)造 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 （一）圓盤(pán)耙片作業(yè)過(guò)程 耙片在空間的位置對(duì)土壤作用的影響： 以地面為作業(yè)面，圓盤(pán)回轉(zhuǎn)平面與地面垂直為基本工作條件，則有下列幾種作用效果： Vm =0=0時(shí)，只有滾動(dòng)沒(méi)有拖動(dòng)，能切斷雜草和土塊，但 無(wú)翻土能力，且難以達(dá)到預(yù)定的耙深。 =90 =90時(shí)，耙片只有拖動(dòng)沒(méi)有滾動(dòng)，有強(qiáng)烈的翻土能力，但斷草能力幾乎為零，且很容易 造成土壤堆積和堵塞現(xiàn)象。 Vm 90o 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 0 09

8、090時(shí)，既有滾動(dòng)又有拖動(dòng)，是整地過(guò)程所需要的工作狀態(tài)。 Vm 工作過(guò)程： 耙地機(jī)組在牽引動(dòng)力的作用下，圓盤(pán)耙片受重力和土壤反力的作 用邊滾動(dòng)邊切入土壤并達(dá)到預(yù)定耙深，由于耙片偏角的作用，耙組同 時(shí)完成了切割土壤，切斷雜草和翻扣的工作。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 （二）圓盤(pán)耙片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和基本計(jì)算 1 1）耙片直徑：D = k amaxD = k amax 式中：kk經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，4 46 6； amaxamax最大設(shè)計(jì)耙深，cmcm； 2 2）圓盤(pán)球面半徑：R=D/2sinR=D/2sin 式中：扇形半角，2121 2727 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 3 3）耙片厚度 充分考慮直徑大

9、小、工作負(fù)荷等因素，一般用下式來(lái)確定： =（0.008 0.008 0.0120.012）D D 重耙：=5 mm=5 mm 中耙：=4 mm=4 mm 輕耙：=3.5 mm=3.5 mm 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 4 4）耙片軸向安裝間距b b的確定 耙片間距對(duì)圓盤(pán)耙設(shè)計(jì)安裝和使用耙組、保證其正常工作是非常重要的。軸向間距的大小 直接影響耙組在耕作橫斷面內(nèi)的對(duì)土壤加工和處理的程度、碎土質(zhì)量。間距太小易造成土壤堵 塞，太大易產(chǎn)生漏耙。要解決好這一矛盾，耙片軸向安裝間距的合理選擇是至關(guān)重要的。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 在橫斷面內(nèi)的耙片對(duì)土壤的影響區(qū)域形狀如下： 圓盤(pán)耙片在工作時(shí)，從

10、其橫斷面看上去為一橢圓 形，由于b b的存在，相鄰兩圓盤(pán)加工后的土壤橫斷面 中間有一凸起高度h h，當(dāng)h=ah=a時(shí)表示有嚴(yán)重的漏耙現(xiàn)象 發(fā)生，而h=0h=0又是不可能的，所以，要求haha。因此， b b的確定對(duì)凸起高度h h的大小有直接的影響，必須找出 b b與h h的函數(shù)關(guān)系，以便保證既不漏耙又不堵塞正確合 理的耙片軸向安裝間距。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 由圖所知：b=Dhtgb=Dhtg DhDh耙片盤(pán)面在凸起高度處的耙片弦長(zhǎng)， Dh=Dh=？，其大小可通過(guò)沿耙片軸向的投影輔 助圖獲得。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 h A F B C Dh D ABCACF h（Dh）=D

11、h2/4， 又 b = Dh tg b =2h（Dh）tg 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 / 2 / 2 h h DDh Dh b =2h（Dh）tg 注意：該公式只是一定性分析式，它只是說(shuō)明了b b與h h函數(shù)關(guān)系，并沒(méi)有進(jìn)行量化處理，我們做如下 舉例： 設(shè)：hmaxa/2hmaxa/2，D=kamax=D=kamax=（4-64-6）amaxamax，取平均值k=5k=5，=140=140 230 230，取= 200= 200，a=180mma=180mm， D=460mmD=460mm，h=a/2=180/2=90mmh=a/2=180/2=90mm，則有：b=132mmb=132m

12、m。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 b=132mm 可以嗎？可以嗎？ 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 該值從理論上滿(mǎn)足了圓盤(pán)耙不產(chǎn)生漏耙的要求，按照這樣一個(gè)參數(shù)進(jìn)行耙片安裝在實(shí)踐中如何呢？ 通過(guò)田間試驗(yàn)表明，由不產(chǎn)生漏耙所確定的b b值過(guò)小，極易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。 通過(guò)田間試驗(yàn)表明，由不產(chǎn)生漏耙所確定的b b值過(guò)小，極易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。在同樣結(jié)構(gòu)參數(shù)條件 下，不產(chǎn)生泥土和雜草堵塞的經(jīng)驗(yàn) b b 值為： bb（1.5 1.5 2 2）a a 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 如果該經(jīng)驗(yàn)公式與前面我們已經(jīng)求得的不產(chǎn)生漏耙現(xiàn)象的耙片最大軸項(xiàng)安裝間距： b =2h（Dh）tg 等價(jià)的話(huà)，這是我們最希望出現(xiàn)的

13、結(jié)果，這使得理論與實(shí)踐獲得了統(tǒng)一。事實(shí)并非如此，將 已知量a=180mma=180mm經(jīng)驗(yàn)公式，取系數(shù)為1.51.5，得：b 1.5b 1.5180270mm180270mm。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 驗(yàn)證結(jié)果表明，不產(chǎn)生漏耙的條件與不產(chǎn)生堵塞的條件不能同時(shí)滿(mǎn)足，即出現(xiàn)了二種結(jié) 果： 不漏耙 b（1.52）a 不堵塞 這是農(nóng)機(jī)具設(shè)計(jì)和使用中常出現(xiàn)的矛盾！ 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 b2 tg)(hDh 問(wèn) 題 措 施 1 1、如何解決這一矛盾？ 2 2、取中間值？ 1 1、以不產(chǎn)生堵塞的條件bb（1.51.52 2）a a 確定圓盤(pán)耙片的軸向安裝間距，保證耙組 能入土工作。 2

14、2、采取配置相互交錯(cuò)排列的前后2 2列耙組，前耙組產(chǎn)生的漏耙由后列耙組進(jìn)行處 理，保證整臺(tái)機(jī)組既不漏耙又不堵塞。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 措 施 結(jié)論：通常在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中所應(yīng)用的圓盤(pán)耙均為雙列耙。 4、圓盤(pán)耙片工作分析和參數(shù)確定 圓盤(pán)耙工作中受到的外力包括重力、牽引力和土 壤阻力。一般認(rèn)為土壤阻力集中作用于耙組中間耙片 上。根據(jù)耙片外載的測(cè)定結(jié)果得出，作用在耙片上的 土壤阻力一般為空間力系，可簡(jiǎn)化兩個(gè)不相交的力R1R1 和R2R2，如圖2-51a2-51a所示。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 力R1R1作用于耙片的刃口平面上，并 與水平面呈一夾角，其作用線通過(guò)圓 盤(pán)軸線后方處。力R2R2垂直

15、于刃口平面， 其作用線通過(guò)圓盤(pán)入土部分的重心附近， 即距溝底h h=a/2=a/2（a a為耙深），離耙片垂 直中心線l l處。由于與l l值很小，為了 簡(jiǎn)化分析，設(shè)其為零，則R1R1和R2R2的作用 線方向如圖2-51b2-51b所示。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 （1 1）圓盤(pán)耙組水平面內(nèi)的平衡。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 （a a）由于左右耙組對(duì)稱(chēng)，合力位于中心線上，并與牽引線一致。左右耙組的測(cè)向力相互抵消， 因而不存在片牽引，在水平面內(nèi)自動(dòng)平衡，所以這種對(duì)置耙具有很好的穩(wěn)定性。 （b b）偏置圓盤(pán)耙的平衡 由于不對(duì)稱(chēng)，前組和后組阻力作用線的交點(diǎn)H H偏于一側(cè)（圖2-53a2-53a）若 牽引線通

16、該點(diǎn)則穩(wěn)定性好，故牽引此種耙工作時(shí)，拖拉機(jī)的位置可偏于一側(cè)，而耙的位置則偏于 另一側(cè)。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 5、圓盤(pán)耙的受力分析 若將懸掛點(diǎn)由F轉(zhuǎn)到F”處，則機(jī)具相對(duì)拖拉機(jī)有個(gè)逆時(shí)針的阻力矩，結(jié)果前面耙片的偏轉(zhuǎn)角變小，后 邊耙片的偏轉(zhuǎn)角增大，最終會(huì)在b所示位置重新達(dá)到平衡。這樣雖然可以耕作，但是拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)一直 受到一個(gè)側(cè)向力的作用，使得耙組相對(duì)拖拉機(jī)縱軸線的偏移量增大。 若懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)到F處，則機(jī)具收到一順時(shí)針力矩，促使前面的耙片偏角增大，后邊耙組偏角變小，直到 圖C位置到達(dá)平衡位置，顯然，這樣拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)也會(huì)受到一個(gè)側(cè)向力的作用，使得耙組相對(duì)拖拉機(jī)縱 軸線的偏移量減小，有時(shí)甚至可以達(dá)到無(wú)偏置

17、狀態(tài)。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 從圖中還可看出，前后列耙組間的縱 向距離對(duì)平衡的影響。如將后列耙組向后 移L L距離，則合力的交點(diǎn)即從H H移到HH。 只有將牽引線也相應(yīng)地從F0F0移到F0F0，才 能使耙組保持原有偏角進(jìn)行工作，并獲得 平衡。 5、圓盤(pán)耙的受力分析 2 ()/ 2 N MDaR 使耙組凹端耙深加大，而凸端耙深減小。為此，耙組重心常 配置的靠近凸端，或?qū)ν苟思訅夯蛴玫醺蓪级松侠?（2 2）圓盤(pán)耙在垂直面內(nèi)的平衡：圓盤(pán)耙組在垂直面內(nèi)的受力如圖2-542-54所示，主要作用力是重力G G、土 壤對(duì)耙組的垂直分力RzRz、土壤對(duì)耙組的軸向反力R2R2。 由于R2R2力作用在圓盤(pán)耙片

18、下面相當(dāng)?shù)偷奈恢茫胶饬t通過(guò)軸承作用在耙組中心線上，因而形 成了一附加力矩 2 R 5、圓盤(pán)耙的受力分析 第三節(jié) 旋耕機(jī) 1 1、旋耕機(jī)簡(jiǎn)介 2 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 3 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 4 4、旋耕機(jī)的功率消耗與配置 一、旋耕機(jī)簡(jiǎn)介 旋耕機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工作部件以切碎土壤的耕作機(jī)具。兼有耕翻和碎土功能，一次作業(yè) 即能達(dá)到土碎地平的效果，而犁耕很難一次造成土壤松碎、地表平整而滿(mǎn)足播種或插秧的要求， 必須再經(jīng)過(guò)整地才能進(jìn)行種植作業(yè)。因此，用旋耕機(jī)耕地可大大縮短耕整地的時(shí)間，有利于搶農(nóng) 時(shí)和提高功效。缺點(diǎn)是功率消耗大，耕層較淺，翻蓋質(zhì)量差。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 按

19、旋耕刀軸的位置可 分為 橫軸式（臥式） 立軸時(shí)（立式） 斜軸式 按刀軸傳動(dòng)方式可 分為 中間傳動(dòng)式 側(cè)邊傳動(dòng)式 側(cè)邊齒輪傳動(dòng) 側(cè)邊鏈傳動(dòng) l類(lèi)型: : 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 臥式旋耕機(jī) 圖2 28888是釘齒式旋耕機(jī)。釘齒為一直圓鋼制成，沿輥軸直徑方向18001800貫穿并 予以固定。 圖2 28989是星輪式旋耕機(jī)。刀輥由多個(gè)帶釘齒的星輪組成。星輪盤(pán)面不與刀 輥軸線垂直，每個(gè)星輪的偏斜方向均不同。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 本圖所示的轉(zhuǎn)柄旋耕刀能將切下的土成形垡片翻轉(zhuǎn)約180 180 ， 它的刀柄裝在與刀軸一起旋轉(zhuǎn)的套管上，套管的里面還有一個(gè)靜 止的心軸。心軸有導(dǎo)槽，鋤柄上的橫銷(xiāo)嵌入

20、導(dǎo)槽中。當(dāng)旋耕刀切 下土塊并將其帶到一定高度時(shí)，刀柄上的橫銷(xiāo)就碰到導(dǎo)槽的斜凸 部分，迫使刀柄偏轉(zhuǎn)。于是刀面?zhèn)葍A將土塊翻轉(zhuǎn)落下。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 還有幾種有翻土功能的旋耕刀，如下： 帶有托土板的旋耕 刀盤(pán)。當(dāng)?shù)洱X切下土塊時(shí)， 托土板正好托住土塊的上 端將其送到后方翻轉(zhuǎn)落下。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 帶有彈性拖板的旋耕刀。當(dāng)?shù)镀?切入土中時(shí)，彈性拖板隨切縫彎曲進(jìn) 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(zhuǎn)落下。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 立式旋耕機(jī)： 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 刀齒或刀片繞立軸旋轉(zhuǎn)的旋耕機(jī)，其突出功能就是可以進(jìn)行深耕，一般都能達(dá)到303035

21、cm35cm，較深 的能達(dá)到40-50cm40-50cm，而且可使整個(gè)耕層土壤疏松細(xì)碎，但前進(jìn)速度較慢。 圖2 29595是安裝在手扶拖拉機(jī)前面的槳葉式旋耕機(jī)（亦稱(chēng)旋槳式犁）。 它的葉輪象一個(gè)豎立著的船用螺旋槳，工作時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)將土壤鏟起， 并向一側(cè)拋出，耕后象鏵式犁一樣留有耕溝。因其向一側(cè)拋土，故側(cè)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202030cm30cm。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 圖2 29696所示的這種立軸爪式旋 耕機(jī)是英國(guó)人所制，他們稱(chēng)為 “Gyro-tillerGyro-tiller”。兩個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)相 對(duì)旋轉(zhuǎn)，刀齒位于轉(zhuǎn)盤(pán)周邊，軸

22、向固定（略微前傾），一般耕深 303050cm50cm。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 圖2 29797所示是日本常用的立軸刀籠式旋耕機(jī)。2 25 5個(gè)傾斜的窄條形刀片構(gòu) 成一個(gè)圓形刀籠旋轉(zhuǎn)切土。刀籠高度約303035cm35cm，一般耕深202030cm30cm。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 立軸轉(zhuǎn)齒式旋耕機(jī)： 工作部件由兩個(gè)釘齒構(gòu)成“門(mén)”字形的 轉(zhuǎn)子。多個(gè)轉(zhuǎn)子橫向排列成一排。兩個(gè)相鄰 的轉(zhuǎn)子由兩個(gè)齒輪直接嚙合驅(qū)動(dòng)。故每個(gè)轉(zhuǎn) 子與左、右相鄰轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。轉(zhuǎn)子 在安裝時(shí)，相鄰轉(zhuǎn)子的“門(mén)”形平面均互相 垂直，故可互不干擾，并使相鄰釘齒的活動(dòng) 范圍有較大的重疊量以防止漏耕。由于釘齒 的圓周速度

23、比機(jī)器前進(jìn)速度要大得多（2 2倍以 上），故每個(gè)釘齒在地面上經(jīng)過(guò)的路線都是 長(zhǎng)輻擺線，因而釘齒有較好的碎土效果。 2、旋耕機(jī)的類(lèi)型與一般構(gòu)造 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 各種驅(qū)動(dòng)式耕耘機(jī)械，由于其工作原理各不相同，因而工作部件的運(yùn) 動(dòng)情況，也不相同。下面著重對(duì)目前使用較為廣泛的橫軸類(lèi)旋耕機(jī)械的有 關(guān)理論進(jìn)行一些分析。 1 1）刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡方程 旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)的刀齒，無(wú)論其為何種形狀，它在工作時(shí)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)均系由 兩種運(yùn)動(dòng)合成。如圖2 29999所示一種運(yùn)動(dòng)是由于安裝刀齒的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刀齒繞軸 心旋轉(zhuǎn)所形成的圓周運(yùn)動(dòng)，另一種運(yùn)動(dòng)是機(jī)器不斷前進(jìn)時(shí)所具有的直線運(yùn)動(dòng)。 旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)在工作時(shí)，這兩種運(yùn)動(dòng)同時(shí)在刀齒

24、上產(chǎn)生，刀齒的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)就是由 這兩種運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 假設(shè)u u、vmvm為等速運(yùn)動(dòng)，則刀齒上任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均系一有規(guī)律的曲線。如圖2 2100100所示， 在刀齒旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的過(guò)程中，設(shè)刀齒軸心所在的位置原為O O0 0，某一刀齒(O(O0 0m m0 0) )的端點(diǎn)為m m0 0。該刀齒按 圖中箭頭方向轉(zhuǎn)過(guò)1 1的角度時(shí)，軸的中心由O O0 0前進(jìn)至O O1 1，此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位置則由m m0 0移至m m1 1； 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 當(dāng)?shù)洱X連續(xù)再轉(zhuǎn)過(guò)2 2時(shí)，軸 的中心將再前進(jìn)一段距離而至 O O2 2，此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位

25、置則由 m m1 1移至m m2 2，如此繼續(xù)下去，當(dāng) 機(jī)器走過(guò) 距離S S即刀軸中心經(jīng)過(guò)O1O1、O2O2、O3O3、而至OnOn時(shí)，刀齒端的軌跡即為m1m1、m2m2、m3m3、mnmn 所連成的曲線。如果S S為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)機(jī)器前進(jìn)的距離，則此時(shí)刀齒繞其軸心旋轉(zhuǎn)一周后其運(yùn)動(dòng) 軌跡亦完成了一個(gè)行程周期，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)器繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，刀齒端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡即為此段曲 線的重復(fù)出現(xiàn)。顯然，在圖2 2100100所示情況下，S S2R2R。 當(dāng)?shù)洱X的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R R、旋轉(zhuǎn)角速度以及機(jī)器的前進(jìn)速度vmvm已知時(shí)，刀齒的運(yùn)動(dòng)軌跡可根據(jù)上述原 理用作圖法繪出。關(guān)于刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡的方程式，可建立如圖2

26、2101101所示的坐標(biāo)系。 設(shè)位于坐標(biāo)軸y y上的刀齒A0OA0O以角速度經(jīng)過(guò)t t秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)后，其角位移為，此時(shí)刀齒軸心移動(dòng)的距 離為x0 x0，刀齒端點(diǎn)的位置則移至m m點(diǎn)，點(diǎn)m m的水平位移為x x，鉛垂位移為y y。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 由于 =t=t 故x0=vmt=vm/x0=vmt=vm/。又因=u/R=u/R， 所以x0=Rvm/ux0=Rvm/u cosRRy sinRxx 0 刀齒的軌跡曲線系由運(yùn)動(dòng)的m m點(diǎn)所形成，故其曲線的方程式為 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 )cos1( )sin( Ry u v Rx m )cos1(Ry )sin(Rx 此式為參數(shù)方程式

27、，消去參變數(shù)后得 此曲線即解析幾何上的擺線，亦稱(chēng)旋輪線(Cycloid)(Cycloid)。 將x0 x0代入并整理得： 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 )2()1(cos 1 yRy R y u v Rx m )cos1(Ry )sin(Rx （1 1）當(dāng)u/vm=1u/vm=1時(shí)，方程變?yōu)?此式系一標(biāo)準(zhǔn)的擺線，S=2RS=2R。具有這種運(yùn)動(dòng)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 2）刀齒軌跡的性能特征 從刀齒運(yùn)動(dòng)的軌跡方程式得知，刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的形狀與刀齒的半徑R R、圓周線速度u u以及 機(jī)器前進(jìn)速度vmvm有關(guān)。由于R R、u u和vmvm的不同，此曲

28、線具有以下的特性： 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 （2 2）當(dāng)u/vm=u/vm=1 1時(shí)，刀片端點(diǎn)在任何位置的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)水平位移方向均與機(jī)器前進(jìn)方向相同，故刀 齒不能撥土向后。刀齒對(duì)土壤的作用還不如被動(dòng)式牽引機(jī)具的作用大。這種曲線數(shù)學(xué)上稱(chēng)為短輻擺 線。S S2R2R。 （3 3）當(dāng)u/vm=u/vm=1 1時(shí)，刀齒轉(zhuǎn)動(dòng)到一定部位，它的端點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的水平位移就會(huì)與機(jī)器前進(jìn)的方向 相反，因而能以刀齒的刃口切削土壤。具有這種運(yùn)動(dòng)的曲線稱(chēng)長(zhǎng)輻擺線（圖2 2102102），此種擺線具 有一個(gè)繞扣。MNMN為繞扣的橫弦。當(dāng)vm/uvm/u值愈小時(shí)，繞扣的橫弦愈大。若vm=0vm=0（即機(jī)器停止前進(jìn)時(shí)） 則

29、繞扣即為一圓，其最大橫弦等于2R2R。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 u/vm=1 3 3）刀齒的切削速度 刀齒端點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，所經(jīng)各處的速度是不同的。將方程對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得： ) tcos(uv2uvvvv m 2 2 m 2 y 2 x 刀片端點(diǎn)的絕對(duì)速度為： 從上式可知，當(dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最高位置即t=2nt=2n時(shí)，絕對(duì)速度最小vmin=vmvmin=vmu u，在vmvmu u時(shí)， 方向?yàn)樗较蚝螅划?dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最低位置即t=(2n+1)t=(2n+1)時(shí)，絕對(duì)速度最大，vmax=vm+uvmax=vm+u，方向?yàn)?水平向前。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論

30、分析 c o s s i n xm y d x vvu d t d y vu d t 刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線繞扣大小與vm/uvm/u有關(guān)。vm/uvm/u愈大時(shí)，繞扣愈?。环粗?，則繞扣愈大。若vm/u=0vm/u=0 （即機(jī)器停止前進(jìn)時(shí)），則繞扣與軌跡曲線均為一個(gè)半徑為R R的圓。 繞扣的最大橫弦MNMN可以從圖2 2104104中得知，因刀齒在最大橫弦N N點(diǎn)處其絕對(duì)速度的方向是垂直向下。 于是有sin= vm/usin= vm/u 故最大橫弦距溝底的高度 Hmax=RHmax=RRsinRsin=R(1- vm/u) =R(1- vm/u) 4 4）刀齒工作深度 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析

31、可以看出，在最大橫弦的N N點(diǎn)以上，刀齒沿水平 方向的分速度vxvx為向前，N N點(diǎn)以下則向后。因此一般 旋耕機(jī)刀齒入土處，均在N N點(diǎn)以下，以利于向后拋土， 減少功耗。為此，旋耕機(jī)的工作深度haha，通常是以 不超過(guò)最大橫弦處為度。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 故，要增加耕深，則只有加大刀齒半徑R R或減小vm/uvm/u比值。 5 5）切土進(jìn)距 zn v u v z R z v tvS mmm smx 6022 在刀齒旋轉(zhuǎn)的同一縱向平面內(nèi)，前后兩相鄰刀齒的切土間距，稱(chēng)為進(jìn)距。亦即在兩刀齒相繼切土 的時(shí)間間隔內(nèi)，機(jī)器前進(jìn)的距離SxSx（圖2 2105105）。假設(shè)某旋耕機(jī)的刀盤(pán)上均布安裝z

32、 z把刀齒，則刀盤(pán)旋 轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀齒相繼切土的時(shí)間間隔為ts=2/(z)ts=2/(z)。在此時(shí)間內(nèi)，機(jī)器前進(jìn)的距離SxSx即為切土進(jìn)距。 式中n n為刀盤(pán)轉(zhuǎn)速。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 旋耕機(jī)兩個(gè)縱向相鄰刀齒相繼切土后，耕層底部存在一個(gè)凸起部分。此凸起部分是沒(méi)有耕到的生 土，其高度與刀齒的運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)距有關(guān)，而由前后兩刀齒軌跡的交點(diǎn)C C確定。如圖2 2105105所示，在交 點(diǎn)C C處，凸起高度hc=R(1hc=R(1sinc)sinc) ) 2 z 2 (vtvOO c mm21 此處，前一刀齒轉(zhuǎn)角c=arcsin(1c=arcsin(1hc/R)hc

33、/R) 后一刀齒轉(zhuǎn)角c=2/z+c=2/z+2c2c 6 6）溝底凸埂高度 此時(shí)刀輥中心的移動(dòng)距離為： 此處=u/R=u/R 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 ) R h 2( R h ) R h 1arcsin( 22 v u cc c m cosR2OO 21 又因 令上兩式相等并整理后得 )cos1(Ry )sin u v (Rx c m c 上式即為凸起高度hchc與u u、vmvm、R R和z z的關(guān)系式。但利用此式求hchc的數(shù)值亦很麻煩，為了簡(jiǎn)便， 溝底凸埂高度也可用下述方法近似地計(jì)算，即利用軌跡方程式： 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 當(dāng)?shù)臄?shù)值不大時(shí)，可以認(rèn)為 sinsin 故 )1

34、( ,)1( u v R x u v Rx m cm c 即 )1 u v (R x ,)1 u v (Rx m cm c 即 因 xc=sx/2, xc=sx/2, 且sx=2Rvm/(zu)sx=2Rvm/(zu) 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 )1 v u (z m 代入上式并化簡(jiǎn)得 )1 v u (z cos1R)cos1(Rh m c故 上面所計(jì)算的凸起高度是假定在旋耕刀齒切土?xí)r，所切下的垡片和溝底的土壤均能按刀齒所經(jīng) 過(guò)的軌跡，保持完整的幾何形狀而推導(dǎo)出來(lái)的理論公式。實(shí)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(shí)，其尾部與土體連接處因強(qiáng)度減弱，刀齒接近尾部時(shí)

35、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(yàn)表明，凸埂高度的實(shí)際值只有理論值 的1 12 21 13 3左右。 3、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 常見(jiàn)刀片有彎形、鑿形和直角刀片( (如圖2-32)2-32)。彎形刀有滑切作用，不易纏草，碎土翻土能力好， 但功率消耗大；鑿形刀入土松土能力好，功率消耗低，但易纏草；直角性能同彎形刀片相似。 1 1）旋耕機(jī)刀片的類(lèi)型 4、旋耕機(jī)的功率消耗與配置 有單螺旋線排列、雙螺旋線排列、星形排列、對(duì)稱(chēng)排列等幾種。 2 2）旋耕刀片的排列 4、旋耕機(jī)的功率消耗與配置 軸向相鄰刀齒（或刀盤(pán)）的間距，以不產(chǎn)生實(shí)際的漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。

36、相繼入土的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(yīng)盡量交替入土，以保證刀輥的側(cè)向穩(wěn)定。 一般鑿形刀齒、直刀齒、彈齒等按復(fù)螺旋線排列；中央傳動(dòng)式刀輥，可分左、右段排列，以簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)參數(shù)。 刀盤(pán)或座應(yīng)便于刀齒安裝。旋耕刀齒在排列時(shí)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(yīng)遵從下述原則： 在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若配置兩把以上的刀齒，每把刀的進(jìn)距應(yīng)相等，使之切土均勻。 整個(gè)刀軸回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，在同一相位角上，應(yīng)當(dāng)只有一把刀入土（受結(jié)構(gòu)限制時(shí)，可以是一把 左刀和一把右刀同時(shí)入土），以保證工作穩(wěn)定和刀軸負(fù)荷均勻。 4、旋耕機(jī)的功率消耗與配置 qptfn NNNNNN 式中 ： NN旋耕機(jī)的總功率消耗； Nq Nq 切土功率消耗； NpNp拋土功率消耗； NtNt機(jī)器前進(jìn)功率消耗； NfNf傳動(dòng)及摩擦功率消耗； NnNn克服土壤水平范例的消耗功率。 在旋耕機(jī)的總功率消耗中以切土和拋土功率為主，占總功率的70%70%80%80%。 3 3）旋耕機(jī)的功率消耗 4、旋耕機(jī)的功率消耗與配置 5)5)旋耕機(jī)的工作幅寬 p rm N B k H v NpNp為拖拉機(jī)輸出軸的額定功率，為旋耕機(jī)的傳動(dòng)效率。 3 (/) r m N kJm