第三章農(nóng)業(yè)機(jī)器編組

第三章

農(nóng)業(yè)機(jī)器編組

第一節(jié)編組的要求和步驟第二節(jié)編組計(jì)算第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查

機(jī)器編組，即根據(jù)生產(chǎn)的需要將拖拉機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)與作業(yè)機(jī)械選編成各種機(jī)組，以完成不同的農(nóng)業(yè)作業(yè)。編組的實(shí)質(zhì)是機(jī)器本身結(jié)構(gòu)和性能的系統(tǒng)協(xié)調(diào)，同時(shí)也是機(jī)器、機(jī)組人員、作業(yè)對(duì)象三者的系統(tǒng)協(xié)調(diào)。合理的編組，將使所編機(jī)組處于最佳的運(yùn)用工況下作業(yè)，從而獲得最優(yōu)的機(jī)組運(yùn)用指標(biāo)。

第一節(jié)編組的要求和步驟機(jī)器編組，也稱機(jī)器配套，可以歸納為；選擇機(jī)型，確定適宜的機(jī)型數(shù)量和作業(yè)速度規(guī)范，以及機(jī)組內(nèi)機(jī)具的編排。為了充分利用機(jī)器的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能,拖拉機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)與作業(yè)機(jī)械必須合理配套。為此，設(shè)計(jì)制造部門應(yīng)根據(jù)拖拉機(jī)的用途、使用條件、主要作業(yè)的牽引阻力和適宜速度范圍，確定拖拉機(jī)的功率、變速檔數(shù)及各檔的速度和牽引力，并進(jìn)而設(shè)計(jì)拖拉機(jī)的配套機(jī)械，確定作業(yè)機(jī)械的構(gòu)造幅寬。

第一節(jié)編組的要求和步驟由于拖拉機(jī)與配套機(jī)械的設(shè)計(jì)通常是以一般的運(yùn)用條件為依據(jù)，不可能考慮到各個(gè)地方不同的工作條件，因此使用單位在拖拉機(jī)、作業(yè)機(jī)械型號(hào)已定的情況下，仍然需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w運(yùn)用條件來(lái)選編機(jī)組，確定機(jī)組適宜的幅寬和速度。一般來(lái)說(shuō)，懸掛式機(jī)組的幅寬多數(shù)是定值，編組主要是確定作業(yè)速度問(wèn)題。而牽引式機(jī)組則可通過(guò)調(diào)整機(jī)組內(nèi)作業(yè)機(jī)械的臺(tái)數(shù)或工作部件組數(shù)來(lái)獲得較為合理的作業(yè)幅寬和速度。機(jī)器編組，應(yīng)避免出現(xiàn)“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的不合理現(xiàn)象。

第一節(jié)編組的要求和步驟一、編組要求根據(jù)機(jī)組運(yùn)用“高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全”的要求，對(duì)機(jī)器編組提出如下要求：

1．機(jī)組生產(chǎn)率高，能保證農(nóng)時(shí)，及時(shí)完成作業(yè)。

2．作業(yè)質(zhì)量好，能滿足當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)技術(shù)要求，為作物的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境，以期最終獲得增產(chǎn)的效果。

3．每畝耗油和每畝勞動(dòng)消耗少，作業(yè)成本低。

4．操作方便，作業(yè)安全。

第一節(jié)編組的要求和步驟二、編組步驟

1．首先應(yīng)具體了解該項(xiàng)作業(yè)的農(nóng)業(yè)技木要求和機(jī)組工作的環(huán)境條件，例如耕深、碎土、覆蓋等要求以及田塊大小、土壤和地面情況等，以便為機(jī)械的選擇提供依據(jù)。

2．根據(jù)作業(yè)要求和運(yùn)用條件，以及使用單位現(xiàn)有機(jī)器的型號(hào)和性能，選用合適的拖拉機(jī)和作業(yè)機(jī)械。

3．進(jìn)行編組計(jì)算，確定作業(yè)機(jī)械的數(shù)量和作業(yè)速檔。

4．根據(jù)機(jī)組組成，設(shè)計(jì)機(jī)組內(nèi)機(jī)具的編排。

5．進(jìn)行編組的實(shí)地考查。

第二節(jié)編組計(jì)算一拖拉機(jī)用于牽引工作(一)選擇速檔由于各種作業(yè)機(jī)械只能以一定范圍的速度工作，才能獲得較好的作業(yè)質(zhì)量，所以機(jī)組的作業(yè)速度就受到農(nóng)業(yè)技術(shù)要求和作業(yè)機(jī)械適宜速度范圍等條件的限制。編組時(shí)應(yīng)根據(jù)作業(yè)的適宜速度范圍(見(jiàn)下表)和拖拉機(jī)的檔位情況，考慮有哪幾個(gè)速檔可供選擇。

第二節(jié)編組計(jì)算如果作業(yè)允許的速度范圍很窄，例如移栽作業(yè)，速檔選擇的余地就不大；如果作業(yè)允許的速度范圍較寬，而拖拉機(jī)相應(yīng)的檔位又較多，則可初步確定幾個(gè)速檔。一般應(yīng)優(yōu)先考慮牽引效率較高、經(jīng)濟(jì)性較好的田間作業(yè)檔。例如東方紅—75拖拉機(jī)編制耕地機(jī)組時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮常用Ⅱ檔和Ⅲ檔，其次是Ⅳ檔。Ⅴ檔是運(yùn)輸檔，牽引力較小，不適于耕作，Ⅰ檔一般作為后備檔，供克服超負(fù)荷用，編組時(shí)一般均不列入。此外，還應(yīng)考慮附著性能較好的履帶式拖拉機(jī)以較低速檔工作，附著性能差的輪式拖拉機(jī)以較高速檔工作比較有利的這一特點(diǎn)。

第二節(jié)編組計(jì)算(二)確定所選各檔的牽引力可查閱與當(dāng)?shù)厥褂脳l件相近的拖拉機(jī)牽引特性資料，也可用計(jì)算法求出各檔的標(biāo)定牽引力PTN或牽引力PT。

(三)確定作業(yè)機(jī)械的比阻可查有關(guān)資料或用拉力計(jì)實(shí)地測(cè)出各種作業(yè)機(jī)械的比阻。

(四)計(jì)算各檔所能牽引的作業(yè)機(jī)械的最大幅寬Bmax(m)第二節(jié)編組計(jì)算機(jī)組在坡地上作業(yè)：附著力充足時(shí)Bmax=（PTN-Gsi）/（k+gni）附著力不足時(shí)Bmax=（PT-Gsi）/（k+gni）gn：作業(yè)機(jī)械每米幅寬的重量(N／m)，i：坡度值機(jī)組在平地上作業(yè)；附著力足夠時(shí)Bmax=PTN/k

附著力不足時(shí)

Bmax=PT/k(五)計(jì)算各檔所能牽引的機(jī)械臺(tái)數(shù)或工作部件組數(shù)（或犁體的個(gè)數(shù)）

nn=Bmax

/b式中，b：1臺(tái)機(jī)械或1組工作部件(或1個(gè)犁體)的幅寬(m)。

第二節(jié)編組計(jì)算計(jì)算結(jié)果應(yīng)舍去小數(shù)只取整數(shù)，使拖拉機(jī)留有一定的貯備功率，以克服暫時(shí)增長(zhǎng)的阻力。當(dāng)作業(yè)機(jī)械的臺(tái)數(shù)nn＞2時(shí)，例如用大功率拖拉機(jī)牽引24行播種機(jī)進(jìn)行播種，nn可能為2或大于2，幾臺(tái)機(jī)械不可能都直接掛在拖拉機(jī)牽引板上，因此需采用聯(lián)結(jié)器。所謂聯(lián)結(jié)器即拖拉機(jī)與作業(yè)機(jī)械之間的聯(lián)接裝置。通用牽引式聯(lián)結(jié)器用于聯(lián)接播種機(jī)等對(duì)稱機(jī)械，它的構(gòu)造見(jiàn)下圖，主要由鉸接的橫梁、支承輪、延長(zhǎng)器和牽引架等組成。圖3—2為在聯(lián)結(jié)器上掛結(jié)2臺(tái)和3臺(tái)播種機(jī)的簡(jiǎn)圖。第二節(jié)編組計(jì)算第二節(jié)編組計(jì)算第二節(jié)編組計(jì)算(六)編組方案的對(duì)比選擇各檔編組方案得出后，再對(duì)比擇優(yōu)。對(duì)比指標(biāo)主要是機(jī)組的負(fù)荷程度、機(jī)組生產(chǎn)率和畝耗油等。1機(jī)組負(fù)荷程度牽引式機(jī)組的負(fù)荷程度可用牽引功率利用率ζNT表示(見(jiàn)式1—9)：第二節(jié)編組計(jì)算合理的牽引力利用率取決于阻力的隨機(jī)負(fù)荷特性和發(fā)動(dòng)機(jī)的超負(fù)荷能力。牽引阻力的波動(dòng)幅度小且周期短，ζPT值可取大些，反之則取小些，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩適應(yīng)性系數(shù)大的，ζPT取大些大些，反之則取小些。2．機(jī)組小時(shí)生產(chǎn)率Wj=1.5Bzvz

（畝/h）3．畝耗油gw=GT／

Wj(千克／畝)

小時(shí)耗油量GT和作業(yè)速度vz可實(shí)測(cè)或根據(jù)機(jī)組的牽引阻力Rjz

，在拖拉機(jī)牽引特性曲線上查出相應(yīng)的vz值和GT值。通過(guò)以上計(jì)算，求出各檔的牽引力利用率，小時(shí)生產(chǎn)率和每畝耗油，然后進(jìn)行對(duì)比。選用生產(chǎn)率高、畝耗油低、負(fù)荷程度比較合理的較優(yōu)編組方案。第二節(jié)編組計(jì)算二、拖拉機(jī)用于牽引——驅(qū)動(dòng)工作編組時(shí)應(yīng)考慮拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率用于牽引作業(yè)機(jī)械移動(dòng)和驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)兩個(gè)方面。發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率用于驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的部分，可按下式計(jì)算

Ned＝Nd

／ηdNd：驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)所耗功率(kW)。發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率可以用于牽引工作部分的最大值為：

NeT＝NeN-Ned

＝

NeN-Nd

／ηd第二節(jié)編組計(jì)算此時(shí)，當(dāng)附著力足夠時(shí)可能發(fā)出的牽引力為：

第二節(jié)編組計(jì)算三、拖拉機(jī)用于固定作業(yè)為了提高拖拉機(jī)的利用率或在沒(méi)有其他更適宜動(dòng)力的情況下，拖拉機(jī)可用于排灌、脫粒、加工等固定作業(yè)。編制固定式機(jī)組時(shí)，首先應(yīng)考慮拖拉機(jī)和固定式機(jī)械的功率匹配。如機(jī)械所消耗的功率為Nn，則拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)固定式機(jī)械的功率Ne’可按下式計(jì)算：Ne’＝

Nn

／ηpηp

：皮帶輪的傳動(dòng)效率。固定式機(jī)組負(fù)荷程度一般用發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率表示，

ζNe

＝

Ne’／NeN＝

Nn

／ηpNeN第二節(jié)編組計(jì)算固定式機(jī)組除了要求功率匹配外，還需考慮轉(zhuǎn)速匹配。轉(zhuǎn)速是固定式機(jī)組的一個(gè)重要性能指標(biāo)，假如脫粒機(jī)組的轉(zhuǎn)速過(guò)低，將導(dǎo)致生產(chǎn)率和脫凈率降低；轉(zhuǎn)速過(guò)高，又將引起籽粒破碎率增加．嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致機(jī)械損壞，甚至造成人身傷亡事故。因此固定式作業(yè)機(jī)械對(duì)配套動(dòng)力的功率、轉(zhuǎn)速及皮帶輪直徑一般都有明確規(guī)定，應(yīng)參照選用。必要時(shí)也可按下式計(jì)算，改變皮帶輪的直徑，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速匹配。

d2

＞dln1ηp／n2d2——作業(yè)機(jī)械的皮帶輪直徑(mm)，dl——拖拉機(jī)動(dòng)力皮帶輪直徑(mm)，n1——拖拉機(jī)動(dòng)力皮帶輪轉(zhuǎn)速(r／min)，n2——作業(yè)機(jī)械皮帶輪轉(zhuǎn)速(r／min)。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查機(jī)器編組，通過(guò)幅寬與速度兩個(gè)參數(shù)的合理匹配，使拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)盡量接近額定負(fù)荷工作。機(jī)組處于最佳運(yùn)用工況下作業(yè)，才能獲得最優(yōu)的運(yùn)用效果——最高的機(jī)組生產(chǎn)率和最低的畝耗油。機(jī)組作業(yè)時(shí)，可能面臨三種工況(圖3—3)：

(一)滿負(fù)荷工作當(dāng)外負(fù)荷恰好等于標(biāo)定扭矩時(shí)，發(fā)功機(jī)滿負(fù)荷工作．此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將發(fā)揮出最大功率，燃油消耗率也較低。因此，機(jī)組的生產(chǎn)率高，畝耗油低。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查(二)部分負(fù)荷工作外負(fù)荷低于發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定扭矩，由于有效功率沒(méi)有充分利用，因而燃油消耗率上升，機(jī)組生產(chǎn)率降低，畝成本提高。根據(jù)美國(guó)學(xué)者的研究，拖拉機(jī)大部分作業(yè)時(shí)間處于部分負(fù)荷工況(見(jiàn)表3—3)。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查(三)超負(fù)荷工作當(dāng)外負(fù)荷超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定扭矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)超負(fù)荷工作。這時(shí)扭矩雖稍有增大，但由于曲軸轉(zhuǎn)速下降很快，因此發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率下降，機(jī)組生產(chǎn)率降低，由于曲軸轉(zhuǎn)速下降和校正加濃，使得混合氣形成過(guò)程惡化，燃燒不完全，排氣冒黑煙，致使畝耗油增高，由于氣缸內(nèi)平均有效壓力升高，使得零件受力加大，潤(rùn)滑條件又因發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱而變壞，從而加速發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。此外，還將促使油底殼機(jī)油“老化”變質(zhì)，使廢氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等有害成分的含量增多，污染大氣。第三?jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查綜上所述可知：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷工作時(shí)，負(fù)荷程度愈低，經(jīng)濟(jì)性愈差；超負(fù)荷(尤其是長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷)工作時(shí)不僅經(jīng)濟(jì)性差，而且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害很大；只有在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)最為有利。但由于機(jī)組阻力經(jīng)常波動(dòng)、變化，外負(fù)荷不可能正好等于發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定扭矩，因此機(jī)組合理的負(fù)荷程度應(yīng)該是接近滿負(fù)荷工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)既不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷，又不致負(fù)荷不足。

第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查二、當(dāng)負(fù)荷不足、機(jī)組工作幅寬和速度又受到限制時(shí)的編組方案某些田間作業(yè)，例如在小塊地上進(jìn)行行間中耕或栽植等作業(yè)項(xiàng)目，受田塊尺寸和農(nóng)藝要求的限制，機(jī)組的幅寬和作業(yè)速度不允許過(guò)高，因此機(jī)組負(fù)荷不足。在這種情況下，對(duì)具有全程式調(diào)速器的拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，可以在調(diào)速手柄處于“大油門”位置工作，也可以在“小油門”位置工作，因而有兩種編組方案：

(一)低檔大油門拖拉機(jī)掛低檔，發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速手柄處于“大油門”位置。（二）高檔小油門拖拉機(jī)掛高檔，發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速手柄處于“小油門”位置。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查兩種方案的檔位雖不同，但由于調(diào)速手柄所處的位置不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，因此兩種方案可以得到相同的機(jī)組速度和牽引力，兩者的幅寬和生產(chǎn)率也一樣。但后者由于曲軸轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率也隨之下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷程度和機(jī)械效率相對(duì)有所提高，因而小時(shí)耗油降低及畝耗油減少。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查圖3·4為拖拉機(jī)柴油機(jī)負(fù)荷不足時(shí)，調(diào)控手柄在最大位置和最佳位置上燃油消耗率的比較。顯然，在負(fù)荷較輕、幅寬和速度又受限制的情況下，采用高檔小油門的編組方案可以獲得節(jié)油的效果。但是，如果負(fù)荷雖不足，而速度并無(wú)限制時(shí)，則應(yīng)采用高檔大油門，以較高的速度進(jìn)行工作，提高機(jī)組生產(chǎn)率，同時(shí)獲得較低的畝耗油。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查三、機(jī)組負(fù)荷程度的檢查編組計(jì)算時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率、拖拉機(jī)的牽引力和作業(yè)機(jī)械的比阻都按一般情況取定值計(jì)算，沒(méi)有考慮機(jī)器的技術(shù)狀態(tài)、作業(yè)速度以及土壤含水量等外界條件的具體變化。因此，計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況不盡相符，需要在作業(yè)過(guò)程中對(duì)機(jī)組的運(yùn)用工況進(jìn)行檢查。在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)組的負(fù)荷程度可用專用儀器進(jìn)行測(cè)定，也可用經(jīng)驗(yàn)檢查法。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查(一)專用儀器檢查法在使用條件下，最精確的確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷是測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的有效壓力Pe。據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)原理知，Me與Pe成正比，它們都可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)克服負(fù)荷能力的指標(biāo)。氣缸有效壓力值是利用節(jié)氣閥測(cè)取負(fù)荷下和空轉(zhuǎn)時(shí)的排氣節(jié)流壓力，得到兩者的差值ΔP，再得到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩Me

，即Me

＝CΔP(C為比例系數(shù)，對(duì)某一種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)常數(shù))。這一方法迄今未實(shí)用，而只用于科學(xué)試驗(yàn)。國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷指示器，一種是通過(guò)燃油泵齒條行程的相對(duì)位置來(lái)確定負(fù)荷程度；另一種是利用調(diào)速器飛錘旋轉(zhuǎn)開(kāi)度與殼體之間的間隙大小來(lái)確定負(fù)荷程度。第三節(jié)機(jī)組的運(yùn)用工況及其檢查

(二)經(jīng)驗(yàn)檢查法

1．根據(jù)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)