農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)計(jì)-第三章 犁耕原理與犁面形成ppt課件

1、第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成第二節(jié)第二節(jié) 犁體曲面的構(gòu)成原理犁體曲面的構(gòu)成原理第一節(jié)第一節(jié) 犁耕原理犁耕原理 耕地的主要義務(wù)是碎土、翻土和覆蓋殘茬。這些義務(wù)均由犁體來完成。為了闡明犁體的任務(wù)過程，首先分析 兩面楔沿程度方向運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤的作用。如以下圖所示目前，我國(guó)常用的鏵式犁的土垡運(yùn)動(dòng)過程大致有滾垡、竄垡和滾竄結(jié)合三類。目前，我國(guó)常用的鏵式犁的土垡運(yùn)動(dòng)過程大致有滾垡、竄垡和滾竄結(jié)合三類。二、土垡運(yùn)動(dòng)過程及寬深比確實(shí)定二、土垡運(yùn)動(dòng)過程及寬深比確實(shí)定二土垡寬深比二土垡寬深比一土垡的翻轉(zhuǎn)一土垡的翻轉(zhuǎn)一、三面楔的任務(wù)原理一、三面楔的任務(wù)原理第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、

2、犁面形成對(duì)于凝聚性小的砂土和砂壤土，土壤在兩面楔作用下發(fā)生破裂，對(duì)于凝聚性小的砂土和砂壤土，土壤在兩面楔作用下發(fā)生破裂，主要是由于楔刃的直切和楔面上土垡受擠壓所致。隨著壓力增大，主要是由于楔刃的直切和楔面上土垡受擠壓所致。隨著壓力增大，土垡應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力到達(dá)破壞極限時(shí)，即出現(xiàn)剪切裂紋，其方土垡應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力到達(dá)破壞極限時(shí)，即出現(xiàn)剪切裂紋，其方向約垂直于任務(wù)面向約垂直于任務(wù)面AB，并與程度面成，并與程度面成角。土垡沿角。土垡沿AB面上升而面上升而漸裂成梯形，假設(shè)楔子入土較淺，出現(xiàn)剪切裂紋較密而梯形土塊漸裂成梯形，假設(shè)楔子入土較淺，出現(xiàn)剪切裂紋較密而梯形土塊較小。如圖較小。如圖b第三章第三章

3、犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成對(duì)于粘性土壤，土垡在楔子作用下所產(chǎn)生的破裂主要是由于楔刃對(duì)于粘性土壤，土垡在楔子作用下所產(chǎn)生的破裂主要是由于楔刃的直切和楔面的撕裂所致。的直切和楔面的撕裂所致。(如圖示如圖示)當(dāng)楔子開場(chǎng)切入土中時(shí)，在當(dāng)楔子開場(chǎng)切入土中時(shí)，在楔刃前方出現(xiàn)裂紋，當(dāng)楔子繼續(xù)前進(jìn)，裂紋擴(kuò)展并向上延伸，直楔刃前方出現(xiàn)裂紋，當(dāng)楔子繼續(xù)前進(jìn)，裂紋擴(kuò)展并向上延伸，直達(dá)地表，構(gòu)成不規(guī)那么的土塊。達(dá)地表，構(gòu)成不規(guī)那么的土塊。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 對(duì)于潮濕的粘性土壤，在楔子作用下土垡雖出現(xiàn)裂紋，但由于這種土壤有較大的塑性，當(dāng)土垡沿楔面運(yùn)動(dòng)時(shí)，裂紋會(huì)逐漸彌合，而不能構(gòu)

4、成土塊。 楔子在土壤中的位置不同，它對(duì)土壤的作用也不同，以下圖分別表示兩面楔的起土、側(cè)向推土和翻土作用及三面楔對(duì)土壤的作用。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往兩面楔和三面楔對(duì)土垡的作用兩面楔和三面楔對(duì)土垡的作用側(cè)向推土側(cè)向推土起土起土翻土翻土第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 早在1832年，意大利的蘭姆勃洛新(Lambru Schini)和里德爾費(fèi)(Ridolphi)就提出了滾垡型犁體的假想翻轉(zhuǎn)過程。他們將土垡籠統(tǒng)為呈矩形斷面的土垡條，在翻轉(zhuǎn)過程中，把土垡斷面外形看作是既不變形又不破裂的剛體。因此，將犁面籠統(tǒng)為由垂直于以矩形斷面的土垡條的一棱邊為軸線的

5、直元線，在其作等距挪動(dòng)和等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)而構(gòu)成的曲面。這樣的土垡翻轉(zhuǎn)過程稱為“假想土垡翻轉(zhuǎn)過程。一土垡的翻轉(zhuǎn)假想土垡翻轉(zhuǎn)過程一土垡的翻轉(zhuǎn)假想土垡翻轉(zhuǎn)過程第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成土垡在回轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過直立形狀，然后在犁翼土垡在回轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過直立形狀，然后在犁翼作用下繼續(xù)繞點(diǎn)作用下繼續(xù)繞點(diǎn)C回轉(zhuǎn)，最后靠在前一行程的土回轉(zhuǎn)，最后靠在前一行程的土垡上。如圖示：垡上。如圖示：“假想土垡翻轉(zhuǎn)過程中的假定：假想土垡翻轉(zhuǎn)過程中的假定：土垡斷面矩形在翻轉(zhuǎn)中：不變形；土垡斷面矩形在翻轉(zhuǎn)中：不變形； 不破裂；不破裂； 無側(cè)移。無側(cè)移。其任務(wù)過程為：其任務(wù)過程為：切垡切垡鏵刃和徑刃分別沿程度面和

6、垂直面切出土垡的底面鏵刃和徑刃分別沿程度面和垂直面切出土垡的底面和左側(cè)面，其耕寬為和左側(cè)面，其耕寬為b,耕深為耕深為a；推垡推垡被切出的土垡在鏵面和犁胸的作用下，左邊被抬被切出的土垡在鏵面和犁胸的作用下，左邊被抬起，繞右下角起，繞右下角D點(diǎn)回轉(zhuǎn)；點(diǎn)回轉(zhuǎn)；翻垡翻垡第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成滾滾 垡垡 過過 程程第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成相鄰?fù)鳞抑С悬c(diǎn)相鄰?fù)鳞抑С悬c(diǎn)D 和和D 之間的間隔等于耕寬之間的間隔等于耕寬b；翻轉(zhuǎn)后土垡的棱角翻轉(zhuǎn)后土垡的棱角C 或或C 必然位于地表的程度線必然位于地表的程度線CC 上；上；土垡外表與溝底的傾角為土垡外表與溝底的

7、傾角為。即土垡自初始位置。即土垡自初始位置翻轉(zhuǎn)至終了位置翻轉(zhuǎn)至終了位置所所翻轉(zhuǎn)的角度為翻轉(zhuǎn)的角度為180- 。由于假定土垡在翻轉(zhuǎn)過程中不變形、無側(cè)移并且一直繞一棱角由于假定土垡在翻轉(zhuǎn)過程中不變形、無側(cè)移并且一直繞一棱角轉(zhuǎn)動(dòng)，所以每一土垡在翻轉(zhuǎn)后均堅(jiān)持確定的幾何位置，即：轉(zhuǎn)動(dòng)，所以每一土垡在翻轉(zhuǎn)后均堅(jiān)持確定的幾何位置，即：土垡鋪放位置土垡鋪放位置前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 在耕地作業(yè)中，有時(shí)曾經(jīng)翻轉(zhuǎn)的土垡，并不能穩(wěn)定地鋪放在前一在耕地作業(yè)中，有時(shí)曾經(jīng)翻轉(zhuǎn)的土垡，并不能穩(wěn)定地鋪放在前一土垡上面，而是當(dāng)犁體經(jīng)過后，被翻過的土垡又重新翻回到犁溝中，土垡上面，而是當(dāng)犁體經(jīng)

8、過后，被翻過的土垡又重新翻回到犁溝中，這種景象稱為回垡。這種景象稱為回垡。二土垡寬深比二土垡寬深比K第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成下面分析臨界形狀如上圖下面分析臨界形狀如上圖b所示所示22babbaabk 0124kk11112kk5227.11arcsinarcsin0ba因此，要使土垡穩(wěn)定鋪放，寬深比應(yīng)大于因此，要使土垡穩(wěn)定鋪放，寬深比應(yīng)大于1.27 BCD DAD設(shè)臨界寬深比設(shè)臨界寬深比那么有那么有整理得整理得解之得：解之得： K=1.27臨界覆土角臨界覆土角第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成K=1，C第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成

9、南方水田有曬垡要求，希望暴露在空氣中的土垡外表積最大，即南方水田有曬垡要求，希望暴露在空氣中的土垡外表積最大，即m+n最大。最大。.414. 12222sin45cossin0)sin(cos)cos(sinsincosabkbabsbnmsbnbm則。時(shí)，有最大的暴曬面積即則令前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成第二節(jié)第二節(jié) 犁體曲面的犁體曲面的 構(gòu)成原理構(gòu)成原理幾個(gè)概念：幾個(gè)概念：程度直元線法構(gòu)成犁面的原理程度直元線法構(gòu)成犁面的原理傾斜元線法構(gòu)成犁面的原理傾斜元線法構(gòu)成犁面的原理曲元線法構(gòu)成犁面的原理曲元線法構(gòu)成犁面的原理一、犁面構(gòu)成原理一、犁面構(gòu)成原理二、程度直元線

10、犁面的設(shè)計(jì)方法二、程度直元線犁面的設(shè)計(jì)方法第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成坐標(biāo)面有三個(gè)，所得的相應(yīng)剖面曲線族也有等高、縱剖、橫剖三組。坐標(biāo)面有三個(gè)，所得的相應(yīng)剖面曲線族也有等高、縱剖、橫剖三組。習(xí)慣上縱剖曲線族又稱碎土曲線族；橫剖曲線族有稱翻土曲線習(xí)慣上縱剖曲線族又稱碎土曲線族；橫剖曲線族有稱翻土曲線 族。族。前往前往犁面可以看作是由直線或曲線在空間按照一定的規(guī)犁面可以看作是由直線或曲線在空間按照一定的規(guī) 律運(yùn)動(dòng)而成，律運(yùn)動(dòng)而成， 這些構(gòu)成犁面的直線或曲線稱為元線。這些構(gòu)成犁面的直線或曲線稱為元線。元線：元線：元線在空間的運(yùn)動(dòng)，可由直線、曲線或平面來控制，這元線在空間的運(yùn)動(dòng)，

11、可由直線、曲線或平面來控制，這些控制元線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱為些控制元線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱為。導(dǎo)線、導(dǎo)面：導(dǎo)線、導(dǎo)面：樣板曲線：樣板曲線：用一條垂直于鏵刃線的平面剖切犁面所得的交線，稱為用一條垂直于鏵刃線的平面剖切犁面所得的交線，稱為。導(dǎo)曲線：導(dǎo)曲線：程度直元線犁體曲面的準(zhǔn)線，是樣板曲線族中的一條，稱為程度直元線犁體曲面的準(zhǔn)線，是樣板曲線族中的一條，稱為。剖面曲線族：剖面曲線族：利用平行于坐標(biāo)平面的一組平面剖切犁體曲面，所得交線即為利用平行于坐標(biāo)平面的一組平面剖切犁體曲面，所得交線即為。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 傾斜直元線法構(gòu)成犁面的原理是以直元線傾斜直元線法構(gòu)成犁

12、面的原理是以直元線AB的端的端點(diǎn)點(diǎn)P，沿準(zhǔn)線，沿準(zhǔn)線CD，按與三個(gè)投影面的夾角成一定規(guī)，按與三個(gè)投影面的夾角成一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所構(gòu)成的曲面。如圖示律運(yùn)動(dòng)所構(gòu)成的曲面。如圖示前往前往程度直元線法構(gòu)成犁面的原理就是以直元線程度直元線法構(gòu)成犁面的原理就是以直元線MN沿準(zhǔn)線沿準(zhǔn)線AB運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，并一直平行于程度面，且不斷改動(dòng)直元線并一直平行于程度面，且不斷改動(dòng)直元線MN與與W平面即溝平面即溝墻平面的夾角所構(gòu)成的曲面。如圖示墻平面的夾角所構(gòu)成的曲面。如圖示曲元線法構(gòu)成犁面的原理就是以曲元線曲元線法構(gòu)成犁面的原理就是以曲元線AA1B沿準(zhǔn)線沿準(zhǔn)線CC1、C1D運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成犁面。如圖示運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成犁面。如圖示第三章第

13、三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成程度直元線構(gòu)成的犁體曲面程度直元線構(gòu)成的犁體曲面前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 導(dǎo)曲線普通由拋物線和一段直線組成。導(dǎo)曲線參數(shù)確定如圖在在30年代，蘇聯(lián)的郭略契金等人，測(cè)繪了世界各地的年代，蘇聯(lián)的郭略契金等人，測(cè)繪了世界各地的200余余種機(jī)力犁犁體，提出了這一設(shè)計(jì)方法。種機(jī)力犁犁體，提出了這一設(shè)計(jì)方法。由程度直元線法構(gòu)成的犁體曲面，其曲面外形和任務(wù)性能主要由導(dǎo)曲線參由程度直元線法構(gòu)成的犁體曲面，其曲面外形和任務(wù)性

14、能主要由導(dǎo)曲線參數(shù)、位置和元線角變化規(guī)律所決議。數(shù)、位置和元線角變化規(guī)律所決議。元線角的變化規(guī)律元線角的變化規(guī)律導(dǎo)曲線參數(shù)導(dǎo)曲線參數(shù)導(dǎo)曲線位置導(dǎo)曲線位置翻土型犁體的導(dǎo)曲線平面多位于犁鏵末端，翻土性翻土型犁體的導(dǎo)曲線平面多位于犁鏵末端，翻土性 碎土性碎土性，而碎，而碎土型犁體的導(dǎo)曲線平面距鏵尖較近，位于鏵刃長(zhǎng)度的土型犁體的導(dǎo)曲線平面距鏵尖較近，位于鏵刃長(zhǎng)度的23處。翻土性處。翻土性 碎土性碎土性 第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成導(dǎo)曲線的外形只是確定元線在空間位置的一個(gè)方面，要將程度元線在導(dǎo)曲線的外形只是確定元線在空間位置的一個(gè)方面，要將程度元線在空間的位置完全確定下來，還需求知

15、道元線沿導(dǎo)曲線運(yùn)動(dòng)過程中的方空間的位置完全確定下來，還需求知道元線沿導(dǎo)曲線運(yùn)動(dòng)過程中的方向變化，也就是確定元線與溝墻的夾角向變化，也就是確定元線與溝墻的夾角元線角沿高度元線角沿高度Z的變化規(guī)的變化規(guī)律。律。 maxmin0碎土型和翻土型犁體的程度元線在沿導(dǎo)曲線上升時(shí)，都是由碎土型和翻土型犁體的程度元線在沿導(dǎo)曲線上升時(shí)，都是由1.程度元線的三個(gè)特征角程度元線的三個(gè)特征角2.元線角的變化規(guī)律元線角的變化規(guī)律第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 max ：在最高一條元線處。：在最高一條元線處。max02)42(210min0min翻土型）（碎土型)157(420max0max翻土型）（

16、碎土型0 ：初始元線角：初始元線角(鏵刃角鏵刃角)：鏵刃線與溝墻的夾角。：鏵刃線與溝墻的夾角。作用：保證土垡自未耕地一側(cè)首先劈開，并逐漸升起，滑切作物殘茬和土壤。作用：保證土垡自未耕地一側(cè)首先劈開，并逐漸升起，滑切作物殘茬和土壤?；袟l件：滑切條件：max :土壤與鏵刃的最大摩擦角土壤與鏵刃的最大摩擦角 min ：在犁鏵和犁壁接縫線處。：在犁鏵和犁壁接縫線處。Z=50100mm處處可防止犁壁翼邊線刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻轉(zhuǎn)。可防止犁壁翼邊線刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻轉(zhuǎn)。前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2.元線角的變化規(guī)律元線角的變化規(guī)律min0maxmin0maxmin1002 . 622zzypzy22碎土型和翻土型犁體的元線角多按直線規(guī)律變化。碎土型和翻土型犁體的元線角多按直線規(guī)律變化。對(duì)于碎土型犁體，按二次曲線變化，其方程為：對(duì)于碎土型犁體，按二次曲線變化