第三章耕作機械

12/3/202322/3/2023第三章耕作機械Soiltillagemachine李其昀教授聯(lián)系方式MAIL：liqiyun@32/3/2023一、概述二、耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)三、鏵式犁的構(gòu)造與原理四、旋耕機的構(gòu)造與原理第三章耕作機械Soiltillagemachine42/3/20231、目的2、耕作方法3、對耕作機械的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求4、耕作機械的類型一、概述52/3/20231、目的

耕地是大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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)農(nóng)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(fù)的底層土壤翻到地表，以利于消滅雜草和病蟲害，改善作物的生長環(huán)境。1、覆蓋殘茬，消滅病蟲害；2、松動土壤，為作物生長創(chuàng)造良好的生長環(huán)境；3、蓄水保墑，減少徑流。62/3/20232、耕作方法常規(guī)耕作法，即精耕細作法

即在作物生產(chǎn)過程由機械耕翻、耙壓和中耕等組成的土壤耕作體系。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(fēng)蝕及水蝕作斗爭。早在幾百年前，我國東北地區(qū)應(yīng)用扣、耕作法，特別是原壟種法，即為適應(yīng)春寒的一種少耕法。50年代在蘇聯(lián)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(yīng)的研制了少耕法機械化配套農(nóng)業(yè)機械。72/3/20232、耕作方法免耕

即免除土壤耕作、利用免耕播種機在作物殘茬地表直接進行播種，或?qū)ψ魑锝斩捄蜌埐邕M行處理后直接播種的一種耕作方式。保水耕即對土壤表層進行疏松、淺耕、防止或減少土壤水分蒸發(fā)的一類保戶性耕作體系。聯(lián)合耕作法即作業(yè)機在同一種工作狀態(tài)下或通過更換某種工作部件一次完成深松、施肥、滅茬、覆蓋、起壟、播種、施藥等作業(yè)的耕作方式。92/3/2023良好的翻土和覆蓋性能良好的碎土性能耕深應(yīng)均勻一致避免重耕、漏耕滿足畦作要求3、對耕作機械的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求102/3/20234、耕作機械的類型（分法1）１、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(qū)動耙、耢等耕耙聯(lián)合作業(yè)：旋耕機、耙耕機、回轉(zhuǎn)鍬２、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３、少耕法淺松或深松作業(yè)：深松（鑿形）犁、通用耕作機（深松、淺松、除草播種、施肥、灑藥等聯(lián)合作業(yè)：聯(lián)合種植機（深松、鎮(zhèn)壓、播種、施肥灑藥等）。112/3/20234、耕作機械的類型（分法2）整地機械耕地機械鏵式犁圓盤犁深松機牽引型驅(qū)動型圓盤耙齒耙滾耙水田耙等旋耕機驅(qū)動船機耕船122/3/2023

鏵式犁應(yīng)用歷史最長，技術(shù)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(xiàn)耕地作業(yè)的。4、耕作機械的類型132/3/2023圓盤犁是以球面圓盤作為工作部件的耕作機械，它依靠其重力強制入土，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，犁底不平整，價格較高。4、耕作機械的類型142/3/2023圓盤犁工作過程4、耕作機械的類型152/3/2023

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，深松犁底層，沒有翻垡能力。4、耕作機械的類型振動深松機+組合4、耕作機械的類型172/3/2023

根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)代特征的新型犁：雙向犁、柵條犁、調(diào)幅犁、滾子犁、高速犁等。4、耕作機械的類型垂直翻轉(zhuǎn)雙向犁182/3/20234、耕作機械的類型雙向柵條犁雙向犁柵條犁傾斜翻轉(zhuǎn)雙向犁192/3/2023特點：制作特別容易，換向方便，只要改變犁體與機器前進方向的夾角即可。4、耕作機械的類型水平翻轉(zhuǎn)雙向犁202/3/20234、耕作機械的類型雙向柵條犁柵條犁+平土器212/3/20234、耕作機械的類型222/3/2023滾子犁4、耕作機械的類型232/3/2023雙向犁+磙子耙4、耕作機械的類型滾子犁使土垡的運動由滑動摩擦改為滾動摩擦，可大大降低犁耕機組的阻力。242/3/20234、耕作機械的類型

圓盤犁和鑿形犁在歐洲國家應(yīng)用較多，在中國雖有應(yīng)用，但量較少，本章重點介紹鏵式犁的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計方法和理論分析等。本章除課堂教學(xué)外，尚有二個試驗實習(xí)——了解類型和結(jié)構(gòu)；懸掛犁的調(diào)整。一個課程設(shè)計——犁體曲面測繪。252/3/2023二、耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)1、耕層土壤的物理特性2、耕層土壤的動力特性262/3/2023影響：W↑，土垡難破碎，耕地阻力↑W↓，土垡成條，不易破碎，阻力↑。旱地適于耕作的濕度為40～60%。1、耕層土壤的物理特性土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)有以下幾方面：容重-密度，單位：千克/立方米濕度（又稱含水量）

絕對濕度：

相對濕度：q’——烘干后土壤重量；q——自然狀態(tài)下土壤重量W——土壤相對濕度Wn——田間持水量272/3/20232、耕層土壤的動力特性1）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)2）土壤的堅實度（又稱貫入阻力）3）土壤強度4）土壤的抗剪強度5）土壤的凝聚力和附著力6）犁耕土壤比阻282/3/20231）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)

為克服在耕作機械工作部件工作表面上產(chǎn)生的土壤與金屬間的摩擦力，大約要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：

F＝fN

式中f—摩擦系數(shù)；

N—正壓力。292/3/20232）土壤堅實度/貫入阻力

當(dāng)壓縮非密實土壤時，使其壓痕的容積為1cm3時所需的力稱為單位壓實力q0（kgf／cm3）。當(dāng)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

p0＝q0h0

（kgf／cm2）Bekker模型：P——土壤堅實度b——土壤平板寬度Kφ——土壤內(nèi)摩擦變形模量Kc——土壤內(nèi)聚力變形模量Z——土壤下陷深度n——土壤變形指數(shù)302/3/20233）土壤強度定義

在特定條件下抵抗外力作用的能力。影響因素：土壤成分、質(zhì)地、環(huán)境條件。Micklethwaite把土壤強度與機具附著力聯(lián)系起來，用摩爾—庫侖定律建立了拖拉機附著力的模型：當(dāng)F、G一定時，車輛的附著力與土壤強度成正比。Pφ——土壤對車輛的最大附著力F——土壤黏結(jié)力c——車輪的接地面積φ——土壤的內(nèi)摩擦角G——法向載荷312/3/20234）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(xiàn)剪切破壞，其剪應(yīng)力大致服從庫倫定律：式中τ—剪應(yīng)力；σ—剪切面上的法向壓應(yīng)力(正應(yīng)力)；c—單位粘結(jié)力，是同類粒子間相互結(jié)合在一起的作用力；

tgφ—土壤與土壤之間的摩擦系數(shù)，又稱土壤的內(nèi)摩擦系數(shù)；φ—土壤的內(nèi)摩擦角。

一般來說，土壤抗剪強度與土壤顆粒大小的分布、土壤密度、濕度有關(guān)。322/3/20235）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(zhì)地、含水量、接觸面的材料和光潔度等因素有關(guān)。土壤沿著耕地機械工作表面的滑移阻力

T=F+F′=μN+μ′N′A′

當(dāng)摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內(nèi)摩擦力時，農(nóng)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(zhì)量變壞，而且會增加牽引阻力。μ——土壤對鋼的摩擦系數(shù)N——作用在工作表面上的法向載荷μ′——附著系數(shù)N′——由水膜吸附作用而產(chǎn)生的法向載荷A′——吸附水膜的面積式中

332/3/20235）土壤的凝聚力和附著力降阻減黏的技術(shù)和方法：——沖注氣體或液體——振動法——電滲法（即增加土壤與觸土部件表面間的水膜厚度）——表面改性（改變觸土部件工作表面材料的性質(zhì)）——表面改形（減少與土壤實際接觸面積，使界面水膜不連續(xù)或形成應(yīng)力集中以降低黏附阻力）——仿生法/（改變觸土部件表面仿生改性涂層）342/3/20236）犁耕土壤比阻

為判別耕層土壤耕作難易程度，常常采用犁耕土壤比阻Kt，kN／cm2或kPa。但Kt值大小不僅和土壤的物理性質(zhì)有關(guān)，而且很大程度取決于犁的結(jié)構(gòu)（犁體曲面和小前犁曲面幾何參數(shù)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(cè)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352/3/2023三、鏵式犁的構(gòu)造與原理1、鏵式犁的種類及特點2、鏵式犁的主要部件3、鏵式犁的翻垡原理4、鏵式犁的掛結(jié)與結(jié)構(gòu)5、特種犁362/3/2023組成:

牽引桿、犁架、犁體、機械或液壓升降機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、行走輪、安全裝置等部件組成。特點：與拖拉機單點掛接，拖拉機對犁只有牽引作用，重量由本身的輪子承受。牽引犁1、鏵式犁的種類和特點牽引式——運輸狀態(tài)下，機具的重量全部由機具本身來承擔(dān)。372/3/2023懸掛犁1、鏵式犁的種類和特點懸掛式——運輸狀態(tài)下，機具的重量全部由拖拉機來承擔(dān)。382/3/2023特點：

通過懸掛架與拖拉機的三點懸掛機構(gòu)連接，由拖拉機的液壓機構(gòu)控制升降，運輸時，全部重量由拖拉機承受；結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、機動性好。結(jié)構(gòu)簡單，耕作適應(yīng)范圍較大，作業(yè)質(zhì)量好，地表平整，碎土、覆性能好，墑溝小等特點。組成：懸掛架、鏵式犁、地輪/犁輪等組成。1、鏵式犁的種類和特點392/3/20231、鏵式犁的種類和特點402/3/20231、鏵式犁的種類和特點半懸掛犁——運輸狀態(tài)下，機具的重量前部分由拖拉機承擔(dān)，后半部分由機具承擔(dān)。412/3/2023組成：

犁架、懸掛架、犁體、地輪、尾輪等組成。半懸掛犁特點：

犁體較寬，縱向長度大，縱向操縱穩(wěn)定性好，有承重輪，比牽引犁機構(gòu)簡單、重量輕、機動靈活；比懸掛犁配置更多犁體，穩(wěn)定性、操向性好。1、鏵式犁的種類和特點422/3/20232、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)機架牽引懸掛裝置行走限深裝置主犁體組成：犁架、主犁體、耕深調(diào)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。432/3/20231.犁體組成：

犁鏵、犁壁、犁側(cè)板、犁柱、犁托、滑草板、延長板等。功用：

切土、破碎、翻轉(zhuǎn)土壤，從而達到覆蓋雜草、殘茬和疏松土壤的目的。鏵式犁的主要部件有犁體、小前犁、犁刀、犁架等。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)442/3/2023（1）犁鏵

作用：入土、切土

常見形式：鑿形鏵、梯形鏵、三角形犁鏵；2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)452/3/20232、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)462/3/2023不同犁鏵的特點：形式特點鑿形犁鏵

分為鏵尖、鏵翼、鏵刃、鏵面等部分。鏵尖呈鑿形，向下延伸5-10mm（？），工作時鏵尖首先入土，然后鏵刃水平入土，土垡沿鏵面上升到犁壁。鑿形鏵入土容易，工作穩(wěn)定，可用于較黏重土壤。梯形犁鏵

鏵刃為一直線，整個外形成梯形。較鑿形鏵入土性較差，鏵尖易磨損，但結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。三角形犁鏵

一般呈等腰三角形，有兩個對稱的鏵刀，主要用在畜力犁上，缺點：耕后溝底面成波浪狀、溝底不平。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)472/3/2023犁鏵材料：

犁鏵的材料一般采用堅硬、耐磨，具有較高強度和韌性的材料，如65Mn鋼或65SiMn稀土鋼，刃口部分必須進行淬火熱處理。（2）犁壁

作用：與犁鏵一起構(gòu)成犁體曲面，用來翻轉(zhuǎn)、破碎土壤。

形式：整體式、組合式、柵條式

工作原理：犁壁和犁鏵前緣構(gòu)成犁脛，在犁體工作時切出側(cè)面犁溝墻的垂直切土刃；脛刃線呈曲線或外凸曲線（利于溝墻穩(wěn)定），犁壁的不同形狀可達到滾、翻、碎、竄等不同的翻土效果。材料及工藝：沖壓工藝，常用65Mn鋼或低碳鋼經(jīng)滲氮處理。為便于更換，常用組合式犁壁。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)482/3/2023（3）犁側(cè)板位于犁鏵后上方，受側(cè)向力和部分垂直壓力，常用平板式犁側(cè)板，也用刀形的，后端與犁溝接觸，受力較大，易磨損，有的安裝了可更換的犁踵。安裝犁側(cè)板時，與溝底和溝壁成一定的角度，從而使只有犁尖和犁踵接地，增加了鏵刃對溝底及犁脛對溝墻的壓力，從而使犁工作時始終有一種增大耕深和耕寬的趨勢，這樣，犁側(cè)板起到了穩(wěn)定耕寬和耕深的作用。兩個安裝角由犁體的水平間隙和垂直間隙來保證。材料及工藝：犁側(cè)板要求耐磨、強度高，一般采用錳鋼或45鋼經(jīng)熱處理而成。犁踵也可用白口鑄鐵制造。2、鏵式犁主犁體結(jié)構(gòu)492/3/2023（4）犁托

犁托為一聯(lián)結(jié)件，犁鏵、犁壁、犁側(cè)板、犁柱通過犁托聯(lián)成一體，起承托和傳力作用，可以用鋼板沖壓而成，也可以焊接或鑄造。有些犁托與犁柱造成一體。（5）犁柱

用來將犁體固定在犁架上，并將動力由犁架傳給犁體，帶動犁體工作。犁柱可以是空心圓或橢圓直犁柱，也可以是實心扁鋼圓犁柱?？招睦缰话阌们蚰T鐵或鑄鋼制成，重量較輕、強度較好，安裝簡便。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)502/3/20232.小前犁

位于主犁體的左前方，將土垡上層部分土壤、雜草耕起，并先于主垡片的翻轉(zhuǎn)落入溝底面進而改善主犁體的翻垡覆蓋質(zhì)量。在雜草較少或土壤較松時也可不用小前犁。主要有鏵式、切角式和圓盤式三種結(jié)構(gòu)形式。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)512/3/20233.犁刀

裝在主犁體和小前犁的前方，用來沿垂直方向切開土壤，減少主犁體的切土阻力和磨損，防止犁溝墻塌落。有圓犁刀和直犁刀兩種，直犁刀工作阻力較大，適用于特種犁；圓犁刀切土阻力小，不易掛草或堵塞，應(yīng)用較廣。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)522/3/20234.犁架

用來直接或間接的安裝犁體和其它零部件，強度大；常用空心矩形鋼管焊接而成。2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)圖3-13犁架結(jié)構(gòu)示意圖a螺栓組合式犁架b三角形犁架c梯形犁架d大斷面薄壁矩形管犁架532/3/20235.安全裝置

安全裝置為防止犁損害而設(shè)置的超載保護裝置。有單體式和整體式兩類，整體式裝在整臺犁的牽引裝置上，而單體式則裝在每個犁單體上。（1）摩擦銷式安全裝置（2）單體式犁體安全裝置。單體式犁體安全裝置2、鏵式犁的基本構(gòu)造和主犁體結(jié)構(gòu)圖3-14整體式安全裝置1掛鉤2彎板3，5螺栓4銷釘6縱拉板542/3/20233、鏵式犁犁體工作過

程和土垡寬深比的翻垡原理(1)矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程(2)矩形土垡寬深比K的確定(3)菱形土垡的翻轉(zhuǎn)過程(4)竄垡過程(1)矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程理想土垡的翻轉(zhuǎn)過程：baa、土垡塊在翻轉(zhuǎn)過程中始終保持矩形斷面；b、始終有一個棱角與溝底相接觸，即只有滾動而無滑動?！硐胪鳞业姆D(zhuǎn)

因為土垡在翻轉(zhuǎn)過程中是要變形的，為了研究的方便，我們作了如下假設(shè)：(1)矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程

土垡翻轉(zhuǎn)的目的是為了徹底翻扣地表雜草和病蟲害，實現(xiàn)土垡的穩(wěn)定鋪放即徹底翻扣（不要出現(xiàn)回垡現(xiàn)象）是犁體曲面工作和設(shè)計時的關(guān)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(shè)計參數(shù)。(1)矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程ba(2)矩形土垡寬深比K的確定

觀察這樣一種現(xiàn)象：設(shè)土垡斷面深度為a，寬度為b1、b2、b3，在翻轉(zhuǎn)到某個時刻為土垡的臨界狀態(tài)?；刿遗R界穩(wěn)定鋪放b1ab2aab3592/3/2023

當(dāng)土垡翻轉(zhuǎn)至最終位置時，如果支撐點在右側(cè)，則可保證為穩(wěn)定鋪放；在正上方則為臨界狀態(tài)（不穩(wěn)定狀態(tài)）；在左側(cè)可產(chǎn)生回垡現(xiàn)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(chǎn)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。(2)矩形土垡寬深比K的確定

以臨界狀態(tài)為研究對象，確定土垡翻轉(zhuǎn)過程中不產(chǎn)生回垡的基本條件，為犁體曲面的設(shè)計提供依據(jù)?！摺鰽BC∽△ADE∴

AB/AC=AE/DEAC=b，AE=b，ED=abaABCDEb(2)矩形土垡寬深比K的確定δ612/3/2023移項整理，并令則有解此方程得???什么意思(2)矩形土垡寬深比K的確定622/3/2023

我們稱b/a=k為理想土垡的寬深比。實際上土壤是不均質(zhì)的，土垡在翻轉(zhuǎn)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，k≥1.27，對沙質(zhì)土，土壤很難成形，犁體通過后立刻堆積，k≤1.27，一般k=1。(2)矩形土垡寬深比K的確定632/3/2023(3)菱形土垡的翻轉(zhuǎn)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2－44a）。特點是可以縮短犁體間的縱向距離，犁溝較寬，阻力較小。

耕地時菱形土垡始終繞一個棱角翻轉(zhuǎn)。直至土垡頂邊和前趟已翻土垡底邊相靠貼。土垡翻轉(zhuǎn)至直立位置以前，其重心偏離支承點，有利于穩(wěn)定鋪放。642/3/2023(4)竄垡過程某一棱角滾翻，而是沿著犁體曲面向上竄升，同時略有扭轉(zhuǎn)和側(cè)移。當(dāng)土垡上竄到一定高度后，扭轉(zhuǎn)和彎曲加大，并慣性力的作用下騰空翻轉(zhuǎn)。土垡離開犁壁后，在重力和落地后的撞擊作用下，土垡內(nèi)的剪切裂紋發(fā)生斷裂，并形成較短的垡塊，稱為斷條。

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。如圖所示，當(dāng)土垡被犁體的鏵刃和脛刃切開后，不是繞652/3/20234、犁體曲面

三面楔的工作原理

犁體曲面的形成原理犁體曲面的幾何元線設(shè)計法(4)犁體曲面的繪制(5)

高速犁體曲面662/3/2023(1)三面楔的工作原理

兩面楔和三面楔對土壤的作用A）兩面楔起土b)兩面楔側(cè)向推土c)兩面楔翻土d)三面楔對土垡的作用

犁體曲面是由犁鏵和犁壁所形成的曲面。其切土、碎土和翻土都是由犁體曲面來完成?？梢园牙珞w曲面簡化成幾個簡單兩面楔（工作面和支承面）復(fù)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。圖中a、b和c分別表示兩面楔起土、側(cè)向推土和翻土作用。672/3/2023從工作過程來看，可以認為α為載荷角，γ為切土角，θ為犁鏵安裝角，由于所以說明了什么問題？(1)三面楔的工作原理682/3/2023

犁體曲面可以看成是由直線或曲線在空間按照一定的規(guī)律運動而成。

元線準(zhǔn)線或準(zhǔn)面

直元線：水平直元線

斜元線

曲元線：（2）犁體曲面的形成原理692/3/2023

犁體曲面形成原理有四種，即水平直元線、傾斜直元線、曲元線法和犁面剖面曲線族法。A）水平直元線法（應(yīng)用最多，南北方都用）水平直元線法形成犁面的原理就是以直元線AB沿準(zhǔn)線CD運動，并始終平行于XOY面(如圖)，且不斷改變直無線AB與ZOX面的夾角θn。(元線角)所形成的曲面。（2）犁體曲面的形成原理702/3/2023B）傾斜直元線法（美、蘇應(yīng)用多，我國也有）

傾斜直無線法形成犁面原用就是以直元線AB的端點P，沿準(zhǔn)線CD，按“與三個投影面的夾角成一定規(guī)律運動所形成的曲面。（2）犁體曲面的形成原理712/3/2023C）曲元線法（美蘇、曾德超）

曲元線法是以曲線AA1B為元線，以CC1,C1D為準(zhǔn)線運動而形成的犁體曲面，其中元線可以是圓弧、拋物線或其他曲線，CC1為鏵刃線，C1D為平行于OX軸的直線。（2）犁體曲面的形成原理722/3/2023D)犁面剖面曲線族法

利用平行于坐標(biāo)面的一組平面剖切犁體曲面，所得交線即為剖面曲線族。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗，可以修改這些曲線族，通過試驗使其作業(yè)質(zhì)量達到預(yù)定要求。所有犁體曲面的設(shè)計華北沙壤土和深耕犁體曲面設(shè)計（2）犁體曲面的形成原理732/3/2023（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法1、水平直元線設(shè)計法2、傾斜直元線設(shè)計法（略）3、翻土曲線設(shè)計法（略）A)水平直元線法的主要參數(shù)元線角θ、曲導(dǎo)線的形狀和位置，元線角隨高度的變化規(guī)律及元線角變化范圍。其中曲導(dǎo)線的形狀相位置，元線角隨高度的變化規(guī)律等，對曲面形成的影響最大。742/3/2023曲導(dǎo)線的形狀和位置

曲導(dǎo)線可以為圓弧、拋物線、橢圓圓弧和對數(shù)螺旋線等。目前多用包絡(luò)拋物線(如圖)。位置為距離鏵尖2/3鏵刃線處,包絡(luò)拋物線開度按下式計算：（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法為1～1.7之間的經(jīng)驗值，對碎土性要求嚴的取小。b為耕寬,?ε為導(dǎo)曲線的扣垡角，為5-10°，其值大，扣垡作用強，但阻力也越大。ε為犁鏟的安裝角，25～30°；s為導(dǎo)線直線段，根據(jù)土壤從2～7cm之間選取。?752/3/2023元線角θn在高度方向的變化——鏵刃角θ0的選擇為了保證滑切，應(yīng)是鏵刃對土壤的推力位于土壤與鏵刃的摩擦錐之外，即設(shè)最大摩擦角為Φmax，則（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法有人根據(jù)材料力學(xué)和土力學(xué)對該角進行了研究，36°≤θ0≤

45°注意：θ0過小，則鏵刃長度過長，強度降低，切土阻力會增加；θ0過大，滑切作用降低，增加了切削功，降低了切削質(zhì)量。762/3/2023元線角θn的變化規(guī)律（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法滾垡型犁體竄垡型犁體772/3/2023半螺旋型犁體元線角θn的變化規(guī)律對于半螺旋形犁體元線角θ0至θmin按直線或y=2p1x2拋物線規(guī)律變化；θmin至θmax按y=2px2的拋物線規(guī)律變化?；虬凑战?jīng)驗公式：一般，θ0=θmin,?θ=θmax-θmin=12～13°（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法782/3/2023熟地型犁體元線角θn的變化規(guī)律對于θ0到θmin,可以采用直線方式確定，其直線方程為：對于θmin到θmax段，還是以二次曲線方程繪制，即（3）犁體曲面的幾何元線設(shè)計法792/3/2023(4)犁體曲面的繪制A)正視圖的確定寬深比的確定k=b/a正視圖的確定土垡斷面ABCD反轉(zhuǎn)后A1B1C1D1脛刃線AK脛刃線高度為h，其值：h=(0.9～1)b；距離溝壁為l，l=±(5～10)mm,為了防止脛刃刮塌溝墻，其前部裝有小前犁時，脛刃線向左偏，即l取正；否則脛刃線向右偏，即l為負，而且可以平衡側(cè)向力。802/3/2023頂邊線EHK首先確定最高點H位置，這里主要考慮土垡翻轉(zhuǎn)過程不超出犁壁即可。所以：(4)犁體曲面的繪制最后把EHK用曲線連起來即可?！?12/3/2023翼邊線EF/壁翼線首先根據(jù)土垡翻轉(zhuǎn)后的位置A1B1C1D1做A1B1的平行線EF，E點為翼邊線與頂邊線的交點，兩者間距為e=10～25mm，用以防止犁翼刮擦翻轉(zhuǎn)的土垡。鏵刃線AGb1=b+△b=b+（20～30）mm，其中△b為防止漏耕而保留前后犁體橫向重疊量。F點的確定，與土壤翻轉(zhuǎn)后的膨松度和耕深有關(guān)。實際上也可以根據(jù)俯視圖來確定。(4)犁體曲面的繪制822/3/2023B)俯視圖的確定繪制犁體曲面的俯視圖時應(yīng)先確定以下參數(shù)：鏵刃線與溝墻的夾角θ0、元線角的變化規(guī)律θn=f(z)、導(dǎo)曲線的形狀和位置等。(a)過俯視圖鏵點A’做與溝墻成θ0的直線A’B’，并由主視圖B確定鏵刃的水平位置。(b)根據(jù)選定的導(dǎo)曲線參數(shù)，在輔助視圖上畫出導(dǎo)曲線的真實形狀。再根據(jù)選定的導(dǎo)曲線平面N的位置，在俯視圖上畫出平面N的水平投影N-N。(4)犁體曲面的繪制832/3/2023(c)在主視圖上按25mm的間隔，作水平元線的投影0-0，1—1，…。接著依同樣方法在輔助視圖上作水平無線與導(dǎo)曲線相交得1”，2”，…(d)將導(dǎo)曲線與元線的交點1”、2”、3”…分別投影到俯視圖的N-N線上得nl、n2、n3、．．。(e)根據(jù)元線角變化規(guī)律θ＝f(z)，過nl、n2、n3……。作直線與溝墻分別成θl、θ2、θ3、．．．。于是得到水平元線的水平投影。（f）將主視圖上水平元線與輪廓線的交點分別投影別俯視圖的相應(yīng)元線上，即得到犁體曲面的俯視圖輪廓。(4)犁體曲面的繪制842/3/2023(4)犁體曲面的繪制852/3/2023C)樣板曲線的繪制

自鏵尖A’以—定間隔(50--100mm)在俯視圖上作鏵刃垂線I—I，II—II，III—III……。相當(dāng)于以一組平面與犁體曲面相截。根據(jù)這些截面線與水平元線交點的投影和對應(yīng)的元線高度可繪出樣板曲線的實形，顯然．導(dǎo)曲錢就是樣板曲線族中的一條曲線。(4)犁體曲面的繪制862/3/2023水平直元線犁體曲面總圖(4)犁體曲面的繪制872/3/20235、懸掛犁懸掛參數(shù)選擇和掛結(jié)調(diào)節(jié)原則（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇（2）水平面懸掛參數(shù)的選擇（3）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整882/3/2023懸掛參數(shù)

懸掛參數(shù)有下懸掛軸至犁體支持面的距離h，上下懸掛點距離H(犁架立柱高度)，懸掛軸長度B以及兩下懸掛點與犁梁的相對位置。參數(shù)選擇的要求a)犁入土?xí)r，能使犁平穩(wěn)而迅速地達到預(yù)定的耕深，入土行程短；b)當(dāng)土質(zhì)不均或地表起伏時，有良好耕深耕寬穩(wěn)定性。如有偏差能迅速自動糾正；c)機組有良好的牽引性能和直線行駛性；d)能進行耕深耕寬等調(diào)整，犁的縱軸與機組前進方向一致，多鏵犁前后犁體耕深相同；e)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。5、懸掛犁懸掛參數(shù)選擇和掛結(jié)調(diào)節(jié)原則892/3/2023（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇a）入土性能：即犁體能否滿足耕深要求和入土行程的衡量指標(biāo)，即入土性能；b）入土行程：指最后犁體從鏵尖觸及地表至要求耕深，犁體所走過的距離S。c)入土隙角：當(dāng)鏵尖觸地時，鏵體底面與水平面的夾角。d)入土壓力：即犁鏵入土過程，犁體對地表的壓力。h902/3/2023犁鏵入土的第一個條件是犁體前傾，即γ>0由上圖可以看出，要保證犁體能順利入土，則入土隙角γ必須大于0上下拉桿交叉點瞬心π1必須配置在犁體前方BD>AC入土過程，入土隙角在逐漸變小，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定耕深時，該角γ0等于0；如果γ0<0，則更深不穩(wěn)定，有變淺的趨勢；瞬心位置對入土隙角影響較大，π1位置前移，則γ變小，入土行程S增大；π1后移，γ變大，入土行程S變小。所以一般γ=5～8°（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇912/3/2023犁鏵入土的第二個條件是入土壓力必須大于土壤的抗壓強度.國內(nèi)一般用入土力矩分析，即必須使繞瞬心π1的入土力矩大于可能產(chǎn)生的最大反力矩。（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇由圖知，犁體上的力對于瞬心的力矩有：入土力矩：M=Ge+Rzm反力矩：M’=RxH+QL為了保證順利入土，則：M-M’=?M>0922/3/2023結(jié)論：

瞬心上移，則入土力矩M增大，M’變小,入土性能變差；瞬心下移，則力矩M變小，M’增大，入土能力增強；∴在入土過程，由于瞬心位置較低，土壤對犁體的作用力較小，?M較大；隨著入土深度的增加，?M逐漸減小；當(dāng)達到預(yù)定深度時，?M=0，犁體也失去了入土能力，從而平穩(wěn)工作。（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇932/3/2023耕深穩(wěn)定性（土壤質(zhì)地不均，或者遇到其他較硬的位置，則?M不再為0，破壞了平衡）高度調(diào)節(jié)機組：由于有限深輪，所以該?M通過限深輪平衡。但當(dāng)?shù)孛娣浅Ｋ绍?，則限深輪可能下陷，導(dǎo)致瞬心上移，降低了入土性，導(dǎo)致耕深不穩(wěn)定；力調(diào)節(jié)機組：如果?M增加，則由于液壓系統(tǒng)的作用，貯備的入土力矩會增大對提升桿的作用力，從而使其與?M平衡，保證了機組的正常作業(yè)。結(jié)論：從保證入土和耕深穩(wěn)定性的角度來說，力調(diào)節(jié)方式比高度調(diào)節(jié)具有更好的效果。（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇942/3/2023牽引性能用輪式拖拉機耕地時，由于牽引力的作用會導(dǎo)致拖拉機驅(qū)動輪載荷的增加，前輪載荷減輕；其中驅(qū)動輪載荷增加可以提高其附著力，有利于拖拉機牽引力的發(fā)揮。對于高度調(diào)節(jié)方式，如果瞬心位置上移或后移，則由于ρ1，ρ2增加，使得?Q1，?Q2增加，有利于牽引性能的發(fā)揮，但?Q2增加將導(dǎo)致拖拉機的操縱性下降。（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇952/3/2023運輸通過性通過性一般用最小離地間隙h和后通過角ε表示，顯然最小離地間隙是懸掛犁最低懸掛點鏵尖到地面的距離；（1）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇962/3/2023（2）水平面懸掛參數(shù)的選擇耕寬穩(wěn)定性有兩種情況，其一水平受力平衡點π2位于機組前方；其二位于后方，如圖。對于前者，當(dāng)遇到額外犁耕阻力時，犁耕阻力由原來的Rxy增大到Rxy+?Rxy，從而使機組繞瞬心π2順時針轉(zhuǎn)到π’2，機組有加寬耕幅的趨勢，但隨著趨勢的增加，犁側(cè)板受到溝墻對其的作用力也加大，這樣很快重新達到平衡，保證了耕寬的穩(wěn)定性；對于后者，由于?Rxy的出現(xiàn)，機組繞瞬心π2逆時針轉(zhuǎn)動，犁側(cè)板受到溝墻對其的作用力減少，加劇了機組的走偏，犁體難以達到平衡。注意:1、舜心只能位于前方，不能位于后方；2、犁側(cè)板受力不能太大，否則可能壓塌溝墻，不利于后續(xù)作業(yè)。972/3/2023機組的直線行駛性為使機組直線行駛，最好使瞬心π2位于拖拉機縱軸的水平投影線上，犁的牽引線平行于機組前進方向，且通過動力中心OT，此時，拖拉機不受測向力和回轉(zhuǎn)力矩，成為正牽引。但事實上，由于受到拖拉機牽引力的限制，犁的工作幅寬多小于輪距，形成事實上的偏置機組，包括偏牽引、斜牽引和偏斜牽引三種情況。圖3-60瞬心和牽引線位置對直線行駛的影響a正牽引b斜牽引c偏牽引d偏斜牽引（2）水平面懸掛參數(shù)的選擇982/3/2023（2）水平面懸掛參數(shù)的選擇斜牽引當(dāng)瞬心π2與阻力中心的連線通過動力中心OT，并與機器前進方向成一偏角時，稱為斜牽引。此時，牽引力Rxy,水平側(cè)向力Ry將對拖拉機輪產(chǎn)生側(cè)向推力，這個力一般不會很大，容易得到平衡。對于機組來說，如果該水平側(cè)向力Ry指向已耕地，還可以減小犁側(cè)板的側(cè)向力和摩擦力，所以一般大功率拖拉機牽引的寬幅犁都采用這種方式來工作。偏牽引當(dāng)瞬心π2與阻力中心連線與前進方向平行，但與動力中心偏離一個距離e時，稱為偏牽引。這時，阻力將相對動力中心產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩M=Rxy*e,該力矩如果能通過拖拉機前后輪產(chǎn)生的反力矩平衡，拖拉機就能穩(wěn)定前進；否則會使拖拉機跑偏，而且加重了拖拉機的輪胎的磨損。992/3/2023偏斜牽引：當(dāng)瞬心π2、阻力中心既不通過動力中心，且不與機器前進方向平行，則成為偏斜牽引，這時上邊兩種的合成。消除偏轉(zhuǎn)力矩的方法:a)犁的總耕幅與拖拉機輪距的協(xié)調(diào)性；b)設(shè)計懸掛軸架時，兩個下懸掛點與犁架的相對位置可調(diào)，以改變瞬心π2的位置，盡量使?fàn)恳€通過或接近動力中心。c)適當(dāng)加長犁側(cè)板，延長犁體與拖拉機的縱向距離。（2）水平面懸掛參數(shù)的選擇1002/3/2023（3）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整掛結(jié)原則（一般上下懸掛點都有兩個懸掛孔位，滿足調(diào)節(jié)需要）

高度調(diào)節(jié)的機組，應(yīng)滿足入土性能的要求，并兼顧重量轉(zhuǎn)移，使下懸掛點向下懸掛，上懸掛點向上或向下懸掛皆可；力調(diào)節(jié)機組，只取決于犁體的入土能力，下懸掛點向上掛，上懸掛點向上或向下懸掛都可。耕深調(diào)節(jié)（三種調(diào)節(jié)方式：力調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)和位調(diào)節(jié)）高度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)限深輪與犁架的相對位置來調(diào)整耕深，輪子抬高，耕深增加。力調(diào)節(jié)是根據(jù)犁體阻力的大小自動調(diào)節(jié)耕深。當(dāng)力調(diào)節(jié)手柄固定后，阻力增加，耕深減小。位調(diào)節(jié)是通過液壓系統(tǒng)保證犁體與拖拉機的相互對位置不變，當(dāng)?shù)乇聿黄綍r，耕深變化較大，如上坡變深，下坡變淺，所以一般適合于平坦的田地耕作。1012/3/2023耕寬調(diào)整

主要是減少漏耕和重耕，即調(diào)節(jié)第一鏵犁的實際耕寬。主要通過改變下懸掛點與機架的相對位置，使犁側(cè)板與前進方向有一夾角。調(diào)節(jié)時根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，有兩種調(diào)節(jié)方式：a)轉(zhuǎn)動曲拐軸

如圖所示出現(xiàn)了漏耕e，假定此時曲拐軸正好垂直于機組前進方向，這樣曲拐軸兩個軸銷位于同一垂直面內(nèi)，犁側(cè)板與機組前進方向一致。（3）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整1022/3/2023如果此時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)漏耕量e，則轉(zhuǎn)動曲拐軸，使左銷軸d后移，右銷軸c前移，相當(dāng)于使左下拉桿ad變短，右下拉桿bc延長，這時犁體相對拖拉機順時針轉(zhuǎn)過一個角度α，如圖b所示。顯然此時犁尖指向已耕地，犁側(cè)板受力增加，隨著機組的前進，將犁體整體向右推動，重新達到平衡狀態(tài)，如圖c所示，最終將漏耕量由e1減小到e2，達到減小漏耕的目的。αe1e21032/3/2023b)橫移懸掛軸當(dāng)耕寬偏小時，將犁懸掛軸dc的位置相對犁架向已耕地平移，實際使犁架相對懸掛軸向未耕地平移，這樣調(diào)整只增大了耕寬，其瞬心π2的位置基本未變。由于懸掛軸右移，使得犁側(cè)板受力減小，從而在犁體阻力作用下繞順心順時針轉(zhuǎn)動，從而將犁體向左推動，如圖，并再次達到動態(tài)平衡。但該位置相對于調(diào)節(jié)前已經(jīng)左移一定位置。（3）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整1042/3/2023偏牽引調(diào)節(jié)所謂偏牽引，就是機組存在側(cè)轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致拖拉機前進中出現(xiàn)自動擺頭的現(xiàn)象。調(diào)節(jié)時通過調(diào)節(jié)下懸掛點相對于機架的位置，來改變瞬心π2的位置以消除或減小偏轉(zhuǎn)力矩，并保持耕寬不變。如圖所示，通過耕寬調(diào)節(jié)器將左下拉桿的軸銷d調(diào)節(jié)到d’，瞬心位置則會從原來的π2變?yōu)棣小?，使得牽引線通過動力中心，消除了偏轉(zhuǎn)力矩，糾正了偏牽引的問題。重畫三角形d'd（3）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整1052/3/2023縱向水平調(diào)整

多鏵犁在耕作時，犁架縱向應(yīng)保持水平，即保持前后犁體耕深一致。

調(diào)節(jié)方法是改變上拉桿的長度。當(dāng)前犁體耕淺、后犁體耕深時