農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)整地機(jī)械

農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)整地機(jī)械第一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日引言

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)的農(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(shí)間恢復(fù)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。第二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日目前所使用的耕地機(jī)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

第三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鏵式犁應(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(shí)現(xiàn)耕地作業(yè)的。視頻第四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

圓盤犁是以球面圓盤作為工作部件的耕作機(jī)械，它依靠其重量強(qiáng)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(qiáng)，可適用于開荒、粘重土壤作業(yè)，但翻垡及覆蓋能力較弱，價(jià)格較高。視頻第五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鑿形犁，又稱深松犁。工作部件為一鑿齒形深松鏟，安裝在機(jī)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。第六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日根據(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。

視頻第七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日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(diǎn)介紹鏵式犁的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)方法和理論分析等。本章除課堂教學(xué)外，尚有二個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)——類型和結(jié)構(gòu)；懸掛犁的調(diào)整。一個(gè)課程設(shè)計(jì)——犁體曲面測繪。第八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)主要農(nóng)業(yè)技術(shù)要求和農(nóng)機(jī)具

一、農(nóng)業(yè)技術(shù)要求二、少耕法三、耕作機(jī)具第九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、農(nóng)業(yè)技術(shù)要求１．耕地作業(yè)耕深、覆蓋、碎土２．整地作業(yè)旱地與水田整地作業(yè)的農(nóng)業(yè)要求差別很大，應(yīng)分別情況區(qū)別對待，基本的要求有：靶深、碎土等．第十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、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(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(jìn)行了深松耕作法的試驗(yàn)和推廣；80年代我國南方水稻地區(qū)正進(jìn)行著少耕法的試驗(yàn)和推廣工作，并相應(yīng)的研制了少耕法機(jī)械化配套農(nóng)業(yè)機(jī)械。第十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、耕作機(jī)具

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)：懸耕機(jī)、耙耕機(jī)、回轉(zhuǎn)鍬

２、播后耕作中耕培土作業(yè)：中耕機(jī)（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(jī)、筑埂機(jī)、開溝機(jī)等３、少耕法

淺松或深松作業(yè)：深松（鑿形）犁、通用耕作機(jī)（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(jī)（深松、鎮(zhèn)壓、播種、施肥灑藥等）。第十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日思考題

1、鏵式犁的基本構(gòu)造和類型？

2、主犁體的結(jié)構(gòu)及各部件的功用？

第十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)耕層土壤的動力學(xué)特性一、耕層土壤的物理特性二、耕層土壤的動力特性第十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、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：（一）容重（二）濕度（又稱含水量）第十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、耕層土壤的動力特性（一）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)（二）土壤的堅(jiān)實(shí)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(qiáng)度（五）犁耕土壤比阻第十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（一）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)

為克服在耕作機(jī)械工作部件工作表面上產(chǎn)生的土壤與金屬間的摩擦力，大約消耗拖拉機(jī)牽引功率的一半。摩擦力F通常按下列公式計(jì)算：

F＝fN

式中f—摩擦系數(shù)；

N—正壓力。第十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）土壤的堅(jiān)實(shí)度（又稱貫入阻力）

當(dāng)壓縮非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕的容積為1厘米3時(shí)所需的力稱為單位壓實(shí)力q0（公斤／厘米3）。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(shí)，作用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅(jiān)實(shí)度p0

p0＝q0h0

（kg／cm2）第十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（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(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(jī)械工作表面的滑移阻力

T=F+F′=μN(yùn)+μ′N′A′式中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′—吸附水膜的面積當(dāng)摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內(nèi)摩擦力時(shí)，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。第十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（四）土壤的抗剪強(qiáng)度

耕層土壤在耕作機(jī)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：

ι=c+σtgρ式中ι—剪應(yīng)力（kN/cm2）

σ—剪切面上的法向壓應(yīng)力（正應(yīng)力）；

c—單位粘結(jié)力（kN/cm2），是同類粒子間相互結(jié)合在一起的作用力；

tgρ—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)；

ρ—土壤的內(nèi)摩擦角。第二十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（五）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(jìn)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—測力犁的單鏵幅寬第二十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日思考題1、犁體曲面的主要類型？2、理想土垡翻轉(zhuǎn)的假設(shè)條件？3、土垡寬深比的概念？它對工作質(zhì)量有何影響？第二十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)鏵式犁的一般構(gòu)造和工作原理

一、鏵式犁的類型二、鏵式犁的基本構(gòu)造

三、鏵式犁的翻垡原理第二十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、鏵式犁的類型

（一）、鏵式犁的類型牽引式——運(yùn)輸狀態(tài)下，機(jī)具的重量全部由機(jī)具本身來承擔(dān)。第二十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日懸掛式——運(yùn)輸狀態(tài)下，機(jī)具的重量全部由拖拉機(jī)來承擔(dān)。第二十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日半懸掛犁——運(yùn)輸狀態(tài)下，機(jī)具的重量前部分由拖拉機(jī)承擔(dān)，后半部分由機(jī)具承擔(dān)。第二十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鏵式犁的工作特點(diǎn)鏵式犁的類型與特點(diǎn)—視頻第二十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）、鏵式犁的基本構(gòu)造機(jī)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。第二十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）、鏵式犁的翻垡原理

一矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程二矩形土垡寬深比K的確定三菱形土垡的翻轉(zhuǎn)過程

四竄垡過程第二十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一矩形土垡的翻轉(zhuǎn)過程理想土垡的翻轉(zhuǎn)過程：

a第三十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日1、土垡塊在翻轉(zhuǎn)過程中始終保持矩形斷面；

2、始終有一個(gè)棱角與溝底相接觸，既只有滾動而無滑動。——理想土垡的翻轉(zhuǎn)

因?yàn)橥鳞以诜D(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)：

第三十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

土垡翻轉(zhuǎn)的目的是為了徹底的翻扣地表雜草和病蟲害，實(shí)現(xiàn)土垡的穩(wěn)定鋪放既徹底翻扣（不要出現(xiàn)回垡現(xiàn)象）是犁體曲面工作和設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)參數(shù)。

ab第三十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二矩形土垡寬深比K的確定

我們觀察這樣一種現(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(gè)時(shí)刻為土垡的臨界狀態(tài)。

回垡臨界穩(wěn)定鋪放b1ab2aab3第三十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

當(dāng)土垡翻轉(zhuǎn)至最終位置時(shí)，如果支撐點(diǎn)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。第三十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

我們以臨界狀態(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(jì)提供依據(jù)?！摺鰽BC∽△ADE故有對應(yīng)邊成比例，并設(shè)b/a=k，則導(dǎo)出：

AB/AC=AE/DEAC=b，AE=b，ED=ak4-k2-1=0

k≈1.27

baABCDEb第三十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

我們稱b/a=k為理想土垡的寬深比。實(shí)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(yán)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。第三十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

三菱形土垡的翻轉(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）。這種犁的特點(diǎn)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(shí)菱形土垡始終繞一個(gè)棱角翻轉(zhuǎn)。直至土垡頂邊和前趟已翻土垡的底邊相靠貼（圖2－44c）。土垡翻轉(zhuǎn)至直立位置以前，其重心即已偏離支承點(diǎn)（向已耕地偏離），有利于穩(wěn)定鋪放。第三十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日四竄垡過程

土垡在“竄垡型”犁體曲面上的運(yùn)動過程與前述滾垡過程不同。如圖2—45所示，當(dāng)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(shí)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。第三十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第四節(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、高速犁體曲面第三十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、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(gè)簡單的兩面楔（工作面和支承面）復(fù)合成的一個(gè)三面楔。犁體的工作過程可以看成幾個(gè)二面楔沿水平面運(yùn)動時(shí)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2－46中的a、b和c分別表示兩面楔的起土、側(cè)向推土和翻土作用。第四十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、犁體曲面的形成原理

（一）水平直元線法形成犁面的原理（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第四十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、高速犁體曲面

（一）發(fā)展高速犁的必要性

提高耕作機(jī)組生產(chǎn)率的主要途徑有兩方面，即增加機(jī)具的工作幅寬或提高機(jī)組的耕作速度。在拖拉機(jī)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(fèi)用，同時(shí)可采用輕型的輪式拖拉機(jī)。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(shí)和破壞程度，而且還可提高機(jī)組對不平地面的適應(yīng)性，改善機(jī)組的機(jī)動性。犁耕速度是不斷提高的。50年代一般耕速為4－6km／h，60年代提高到7－9km／h，目前高速犁的耕速為8－10km／h，有的可達(dá)12km／h。近幾十年，大約每10年可提高耕速3km／h。因些，高速型犁體曲面的研究工作，已引起國外的普遍重視。第四十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）高速型犁體曲面的基本要求

常速犁（耕速在7km／h以下）用于高速作業(yè)時(shí)，往往會使作業(yè)攝影師降低，如土壤拋擲過遠(yuǎn)，犁溝太寬，還會導(dǎo)致阻力陡增。

耕速與牽引阻力有以下關(guān)系：式中Pv－在耕速v（km／h）時(shí)的牽引阻力（kN）；

P－在耕速為4.83km／h時(shí)的牽引阻力（kN）；

V－犁耕速度（km／h）。第四十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）高速型犁面的特點(diǎn)

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(yàn)和個(gè)性設(shè)計(jì)出來，使之適應(yīng)高速作業(yè)。高速型犁體曲面的基本特點(diǎn)是：犁體較長，鏵刃角較小，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(cè)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(shí)飛越項(xiàng)邊線。第四十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第五節(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第四十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、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(yùn)動方向在不斷改變，因而曲面各處所產(chǎn)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(jì)算方法或是用實(shí)驗(yàn)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重要，不僅在設(shè)計(jì)犁時(shí)作為零件強(qiáng)度計(jì)算和總體受力平衡的依據(jù)，而且在使用犁時(shí)也是操作調(diào)節(jié)的依據(jù)。目前，對犁體曲面受力情況主要從兩個(gè)方面研究：一是求整個(gè)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(jìn)行犁柱及犁梁的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定。前者采用六分力測定法，后者常采用電阻應(yīng)變儀測定。第四十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、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(jìn)方向的水平分力。這部分阻力直接關(guān)系到耕地機(jī)組的動力性和經(jīng)濟(jì)性。所以它是犁的主要性能指標(biāo)之一。在滿足作業(yè)要求的情況下，應(yīng)盡量減小牽引阻力。犁的牽引阻力的計(jì)算，不僅是強(qiáng)度核算的依據(jù)，同時(shí)也是合理配置機(jī)組動力的依據(jù)。第四十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、減少牽引阻力的途徑關(guān)于減少犁的牽引阻力的問題，過去和現(xiàn)在世界各國都進(jìn)行了大量的工作，目前在理論研究上和生產(chǎn)實(shí)際上所探討和采用的方法和措施，有以下幾方面：（一）機(jī)務(wù)技術(shù)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(shí)間進(jìn)行耕地。此時(shí)土壤的強(qiáng)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(qiáng)，刺入并切開土壤時(shí)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。第四十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日3．減少摩擦力保持犁體曲面以及側(cè)板、犁底、輪子等與土壤接觸的部分光潔平滑（例如，犁閑置時(shí)，在這些地方涂上廢機(jī)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(cè)板等工作部件安裝的位置正確，接縫嚴(yán)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(diào)整牽引線在前面曾闡明當(dāng)牽引線在縱向鉛垂面上的傾角T和水平面上的偏角T，調(diào)整到一適宜的位置，即調(diào)整到使T和T分別等于其摩擦角時(shí)，犁的牽引阻力最小。因此，在耕地時(shí)，正確調(diào)整牽引線，也是減少牽引力的重要方法之一。第四十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）設(shè)計(jì)制造方面的措施從設(shè)計(jì)制造方面來減少犁的阻力，現(xiàn)有方法有三個(gè)方面：1．良好的犁體曲面設(shè)計(jì)是減少阻力的重要因素。曲面形狀塑造得好，各項(xiàng)參數(shù)選擇得當(dāng)，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(zhuǎn)過程中發(fā)生的位移?。?）土垡運(yùn)動時(shí)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(jīng)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(dāng)犁鏵在耕地時(shí)，表面磨損慢，背面磨損快，因而可以使刃口始終保持鋒銳。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(shù)很小，且甚耐磨，這樣可以減少犁的阻力第五十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（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(jìn)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(zhuǎn)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(shè)滾珠者，但因制造復(fù)雜及其他技術(shù)問題沒有解決，現(xiàn)在尚未推廣。利用滾輪來代替犁側(cè)板的犁，則已在生產(chǎn)中使用。匈牙利曾設(shè)計(jì)了一種利用一個(gè)能夠轉(zhuǎn)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(jù)試驗(yàn)這種犁可以減少10－15％的牽引力。在犁曲面上加水作潤滑劑以減少阻力的辦法，據(jù)試驗(yàn)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(yùn)動方向傾斜的縫，（傾斜是為了避免為泥土堵塞）。水箱置于機(jī)架上，用軟管在犁壁背面與螺釘連通。據(jù)實(shí)驗(yàn)，這種方法在透水性差的粘土中效果較好，在砂土中則較差。第五十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2．應(yīng)用振動技術(shù)。世界各國在對土壤加工時(shí)，應(yīng)用振動技術(shù)已逐漸廣泛。根據(jù)各國的試驗(yàn)表明，在鏵式犁的犁鏵或其他耕作土壤機(jī)具的工作件上加裝振動器，可以減輕牽引阻力約5－25％，并且改善碎土質(zhì)量。振動式的犁可以減輕阻力的原因是因?yàn)檎駝蛹陬l率較高時(shí)，它強(qiáng)大的振動力可以破壞土壤分子的粘結(jié)力。也有人認(rèn)為土壤在受到較高頻率的振動之后，會發(fā)生“振動液化現(xiàn)象”，使土壤的內(nèi)摩擦力和抗剪強(qiáng)度均大大降低，因而可以減少阻力。根據(jù)初步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：振動犁所需的振動頻率和振幅，應(yīng)隨機(jī)組前進(jìn)速度增加而增加。當(dāng)犁的前進(jìn)速度小于1m／s時(shí)效果較好，振動頻率以2000－3000Hs，振幅以0.5－3mm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(jīng)濟(jì)亦無定論。第五十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日3．電滲作用的試驗(yàn)。電滲作用（圖2－60）的原理是將犁刀和犁鏵作為直流電的正極（＋）和負(fù)極（－），通以直流電，因?yàn)橥寥朗菍?dǎo)體，故電流在土中通過后由于電滲作用，土壤中的毛細(xì)管水向負(fù)極集結(jié)使犁鏵表面形成一層水膜，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(jié)力，因而降低了它的強(qiáng)度。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，此法在潮濕土壤中效果較好，當(dāng)水分為20％左右，電壓為12－60V時(shí)，阻力減少約20％。第五十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六節(jié)鏵式犁的總體配置

一、犁的總耕幅和鏵數(shù)二、犁體間距三、拖拉機(jī)輪距與犁的工作幅寬四、第一鏵的配置五、犁的梁架高度第五十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、犁的總耕幅和鏵數(shù)

總耕幅根據(jù)拖拉機(jī)的有效牽引力P來確定。假設(shè)所在地區(qū)的土壤耕作比阻為k，要求的耕深為a，單個(gè)犁體的幅寬為b，則犁的鏵數(shù)（多鏵犁的犁體數(shù)）可用下式算出：因P＝nkab

故

n取整數(shù)。

在P、b、n確定后，為了考慮這臺犁的適應(yīng)能力，可將前式寫成：

c為一已知的常數(shù)。上式表明，一臺犁耕機(jī)組在作業(yè)時(shí)，如果土壤的比阻較大，則犁的耕深要適當(dāng)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(gè)等軸雙曲線函數(shù)關(guān)系。即ka＝c

將上式按拖拉機(jī)的額定牽引力繪成曲線如圖2－61所示。這就可以清楚地看出該機(jī)組對不同耕深和不同土壤的適應(yīng)能力。不同牽引力可獲得不同的曲線。第五十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第五十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、犁體間距

多鏵犁相鄰兩犁體間的間距是犁的一個(gè)重要參數(shù)。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(fèi)鋼材，對于牽引式犁還將使轉(zhuǎn)彎半徑增大，對于懸掛式犁則因重心后移，會影響機(jī)組的縱向穩(wěn)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(nèi)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(diǎn)或兩對應(yīng)點(diǎn)之間的距離），有的用犁體配置角α（各犁體在犁上所形成的斜線與犁的前進(jìn)方向線的夾角）來表示（圖2－62），它們之間的關(guān)系為：

tgα=b/s，sinα=b/ss。第五十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第五十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、拖拉機(jī)輪距與犁的工作幅寬

一般的輪式拖拉機(jī)，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(jī)一側(cè)的輪子走在犁溝內(nèi)。拖拉機(jī)的輪胎內(nèi)側(cè)在橫的方向應(yīng)與溝墻保持δ=1—2cm的間隙，犁的阻力中心應(yīng)處于拖拉機(jī)的中心線上（或很靠近）。這樣可使機(jī)組具有較好的牽引穩(wěn)定性。如若差距較大應(yīng)對拖拉機(jī)輪距進(jìn)行調(diào)整使之符合下列關(guān)系式：

BT=B+E+2δ+b/2

此處Br是拖拉機(jī)傾斜后的輪距投影，b／4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(jìn)入犁溝內(nèi)的履帶拖拉機(jī)或后輪是兩輪并聯(lián)的大型輪式拖拉機(jī)，當(dāng)輪子或履帶在未耕地上時(shí)，輪胎或履帶外側(cè)與溝墻線保持的距離δ′應(yīng)不小于10cm，以免壓塌溝墻。這時(shí)，犁的阻力中心，亦應(yīng)處于拖拉機(jī)的中心線附近，以免產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩。第五十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日四、第一鏵的配置

無論是輪子走在溝內(nèi)的機(jī)組，或履帶走在未耕地上的機(jī)組，第一鏵的橫向位置均應(yīng)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(nèi)的懸掛式機(jī)組，鏵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2－65）。對于牽引式或半懸掛機(jī)組則應(yīng)考慮機(jī)組在900牽引時(shí)，拖拉機(jī)不會與犁架碰撞。第六十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日五、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(zhuǎn)，不產(chǎn)生擁土堵草現(xiàn)象。一般是根據(jù)矩形土垡的厚度（按最大耕深計(jì)算）加割茬高度的對角線高度計(jì)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(jié)構(gòu)的犁，因垡片主要是在主斜梁的下方翻轉(zhuǎn)，故H的數(shù)值應(yīng)適當(dāng)加大。而對于鉤形犁柱的梁架，則因垡片是在梁架外側(cè)翻轉(zhuǎn)，故可比前者略小。第六十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七節(jié)犁耕機(jī)組

一、懸掛犁機(jī)組

二、懸掛犁的懸掛參數(shù)選擇和掛結(jié)調(diào)節(jié)原理第六十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、懸掛犁機(jī)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(diǎn)懸掛方式和拖拉機(jī)相結(jié)合。所謂三點(diǎn)懸掛，就是用三根桿分別把拖拉機(jī)后部的三個(gè)點(diǎn)和犁上的三個(gè)點(diǎn)鉸接起來，而使二者成為一體。第六十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

（二）工作狀態(tài)與縱垂面內(nèi)的受力分析1．“浮動”狀態(tài)油缸內(nèi)無壓力，懸掛犁由地面支承，隨地形起伏而浮動。2．“位調(diào)節(jié)”狀態(tài)作業(yè)機(jī)下降到所要求的耕深時(shí)，利用液壓系統(tǒng)將機(jī)構(gòu)鎖定，使作業(yè)機(jī)與拖拉機(jī)結(jié)成一個(gè)整體，作業(yè)機(jī)與拖拉機(jī)在縱的方向不能產(chǎn)生相對運(yùn)動。這種方式在地面平坦時(shí)，即使土質(zhì)軟硬不一，也可使耕深較為一致。但在地面起伏不平時(shí)，作業(yè)機(jī)隨拖拉機(jī)的頭尾起伏而上下波動，難以保證作業(yè)質(zhì)量。“位調(diào)節(jié)”狀態(tài)的機(jī)構(gòu)受力第六十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、懸掛犁的懸掛參數(shù)選擇和掛結(jié)調(diào)節(jié)原理

犁與拖拉機(jī)通過懸掛機(jī)構(gòu)結(jié)成一個(gè)懸掛犁機(jī)組，進(jìn)行耕地作業(yè)，目前三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)的應(yīng)用較廣泛。懸掛犁的懸掛參數(shù)有下懸掛軸至犁體支持面的距離h，上下懸掛點(diǎn)的距離H（犁架立柱高度），懸掛軸的長度B以及兩下懸掛點(diǎn)與犁梁的相對位置。在設(shè)計(jì)或掛結(jié)調(diào)整懸掛犁時(shí)，合理地選擇這些參數(shù)，對保證犁耕質(zhì)量，提高機(jī)組的牽引性能有很大的影響。第六十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

·在犁入土?xí)r，能使犁平穩(wěn)而迅速地達(dá)到預(yù)定的耕深，入土行程短；

·在犁耕過程中，當(dāng)土質(zhì)不均勻或地表起伏時(shí)，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(jī)組有良好的牽引性能和直線行駛性；

·能進(jìn)行耕深耕寬等調(diào)整，犁的縱軸與機(jī)組前進(jìn)方向一致，多鏵犁前后犁體耕深相同；

·在運(yùn)輸狀態(tài)，有足夠的運(yùn)輸高度，縱向穩(wěn)定性和通過性好。在選擇懸掛參數(shù)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：第六十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（一）縱垂面懸掛參數(shù)的選擇

1．入土性能3．牽引性能4．運(yùn)輸通過性5．確定縱垂面懸掛參數(shù)的要點(diǎn)2．耕深穩(wěn)定性第六十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）水平面懸掛參數(shù)的選擇

在水平面內(nèi)的懸掛參數(shù)，應(yīng)滿足耕寬穩(wěn)定、機(jī)組直線行駛和操作省力的要求。

1．耕寬穩(wěn)定性

2．機(jī)組的直線行駛性能

第六十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）懸掛犁的掛結(jié)與調(diào)整

1．掛結(jié)原則2．耕深調(diào)節(jié)3．耕寬調(diào)整4．偏牽引調(diào)整5．正位調(diào)整6．縱向水平調(diào)整

7．橫向水平調(diào)整

第六十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八節(jié)牽引犁和半懸掛犁犁耕機(jī)組

一、牽引犁機(jī)組

二、半懸掛犁機(jī)組第七十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、牽引犁機(jī)組（一）在縱垂面內(nèi)的受力和影響工作性能的因素（二）在水平面內(nèi)的受力和影響工作性能的因素第七十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、半懸掛犁機(jī)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(dāng)拖拉機(jī)上拉桿裝有傳感器時(shí)，犁通過懸掛頭架與拖拉機(jī)上下拉桿鉸接為三拉桿牽引。當(dāng)拖拉機(jī)下拉桿裝有傳感器時(shí)，犁只與拖拉機(jī)的兩個(gè)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(gè)自由度。半懸掛犁均裝有尾輪與限深輪。高度調(diào)節(jié)機(jī)組的限深輪裝在犁的前部，力調(diào)節(jié)機(jī)組的限深輪裝在犁的后部，均走未耕地。第七十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九節(jié)旋耕機(jī)

一、總言二、旋耕機(jī)類型

三、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析

四、刀齒類型及排列

五、橫軸旋耕機(jī)的功率消耗六、橫軸式旋耕機(jī)組總體分析第七十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、總言

旋耕機(jī)是一種由動力驅(qū)動的土壤耕作機(jī)具。其切土、碎土能力強(qiáng)，能切碎秸桿并使土肥混合均勻。一次作業(yè)能達(dá)到犁耙?guī)状蔚男Ч蟮乇砥秸?、松軟、能滿足精耕細(xì)作的要求。旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)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(jī)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(yīng)范圍較大，凡拖拉機(jī)能進(jìn)入的水田都可進(jìn)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)。第七十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、旋耕機(jī)類型

旋耕機(jī)的類型很多，按其工作部件的運(yùn)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(jī)（二）立軸式旋耕機(jī)第七十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

水平橫軸式旋耕機(jī)工作時(shí)（圖2－86），刀片一方面由拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，一方面隨機(jī)組前進(jìn)作等速直線運(yùn)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(xì)碎，然后再落回到地表上。由于機(jī)組不斷前進(jìn)，刀片就連續(xù)不斷地對未耕地進(jìn)行松碎。（一）水平橫軸式旋耕機(jī)第七十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日圖（2－87）是曲刃彎刀式旋耕機(jī)，主要由機(jī)架、傳動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)刀軸、刀片、耕深調(diào)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(jī)動力輸出軸來的動力經(jīng)萬向節(jié)傳給中間齒箱，再經(jīng)側(cè)邊傳動箱驅(qū)動力軸回傳。第七十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

圖2－88是釘齒式旋耕機(jī)。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2－89是星輪式旋耕機(jī)。刀輥由多個(gè)帶釘齒的星輪組成。星輪盤面不與刀輥軸線垂直，每個(gè)星輪的偏斜方向均不同。圖2－90是滾籠式旋耕機(jī)。旋轉(zhuǎn)滾筒由若干個(gè)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2－91所示為梳齒式旋耕機(jī)。將多個(gè)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。第八十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日圖2－92是幾種有翻土功能的旋耕刀。圖2－92a所示的轉(zhuǎn)柄旋耕刀能將切下的土成形垡片翻轉(zhuǎn)約1800，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，鋤柄上的橫銷嵌入導(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。圖2－92b所示為帶有托土板的旋耕刀盤。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。圖2－92c是帶有彈性拖板的旋耕刀。當(dāng)?shù)镀腥胪林袝r(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。第八十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

圖2－93所示是錘片碎土滅茬機(jī)的多種錘片。這種機(jī)具的整機(jī)結(jié)構(gòu)與一般水平橫軸式旋耕機(jī)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(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)。利用高速旋轉(zhuǎn)時(shí)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(jī)，它的刀齒不需要另外的動力驅(qū)動，而由旋耕刀輥?zhàn)陨眚?qū)動，如圖2－94所示，這種旋耕機(jī)有兩個(gè)刀輥，一前一后。工作時(shí)機(jī)組前進(jìn)，前刀輥的刀齒入土后，土壤阻力迫使前刀輥轉(zhuǎn)動并通過鏈條帶動后刀輥旋轉(zhuǎn)。利用鏈傳動的速比關(guān)系，后刀輥的轉(zhuǎn)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(chǎn)生向前的局部滑移。這種滑移現(xiàn)象的實(shí)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(qū)動后刀輥旋轉(zhuǎn)。而前刀輥將土壤弄松成大土塊，也使后刀輥的負(fù)荷減輕。對于土質(zhì)不同和耕作要求不同時(shí)，可以調(diào)整前后刀輥的相對入土深度，使彼此協(xié)調(diào)工作可以獲得滿意的結(jié)果。第八十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

（二）立軸式旋耕機(jī)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30－35cm，較深的能達(dá)到40-50cm，而且可使整個(gè)耕層土壤疏松細(xì)碎，但前進(jìn)速度較慢第八十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

圖2－95是安裝在手扶拖拉機(jī)前面的槳葉式旋耕機(jī)（亦稱旋槳式犁）。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20－30cm。圖2－96所示的這種立軸爪式旋耕機(jī)是英國人所制，他們稱為“Gyro-tiller”。兩個(gè)轉(zhuǎn)盤相對旋轉(zhuǎn)，刀齒位于轉(zhuǎn)盤周邊，軸向固定（略微前傾），一般耕深30－50cm。圖2－97所示是日本常用的立軸刀籠式旋耕機(jī)。2－5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30－35cm，一般耕深20－30cm。圖2－98是一種立軸轉(zhuǎn)齒式旋耕機(jī)。它的工作部件是由兩個(gè)釘齒構(gòu)成“門”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。因此，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”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(jī)器前進(jìn)速度要大得多（2倍以上），故每個(gè)釘齒在地面上經(jīng)過的路線都是長輻擺線，因而釘齒有較好的碎土效果。第八十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析

各種驅(qū)動式耕耘機(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(jī)械的有關(guān)理論進(jìn)行一些分析。第九十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（一）刀齒的運(yùn)動軌跡1．刀齒運(yùn)動軌跡方程旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)的刀齒，無論其為何種形狀，它在工作時(shí)的絕對運(yùn)動均系由兩種運(yùn)動合成。如圖2－99所示一種運(yùn)動是由于安裝刀齒的軸轉(zhuǎn)動時(shí)刀齒繞軸心旋轉(zhuǎn)所形成的圓周運(yùn)動，另一種運(yùn)動是機(jī)器不斷前進(jìn)時(shí)所具有的直線運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)在工作時(shí)，這兩種運(yùn)動同時(shí)在刀齒上產(chǎn)生，刀齒的絕對運(yùn)動就是由這兩種運(yùn)動合成的結(jié)果。第九十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日在圖2－99中假設(shè)u、vm均為等速運(yùn)動，則刀齒上任意點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，均系一有規(guī)律的曲線。如圖2－100所示，在刀齒旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的過程中，設(shè)刀齒軸心所在的位置原為O0，某一刀齒(O0m0)的端點(diǎn)為m0。該刀齒按圖中箭頭所示的方向轉(zhuǎn)過△φ1的角度時(shí)，軸的中心由O0前進(jìn)至O1（這種情況稱為正轉(zhuǎn)），此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位置則由m0移至m1；當(dāng)?shù)洱X連續(xù)再轉(zhuǎn)過△φ2時(shí)，軸的中心將再前進(jìn)一段距離而至O2，此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位置則由m1移至m2，如此繼續(xù)下去，當(dāng)機(jī)

πR。第九十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日器走過距離S即刀軸中心經(jīng)過O1、O2、O3、……而至On時(shí)，刀齒端的軌跡即為m1、m2、m3、………、mn所連成的曲線。如果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、機(jī)器繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，刀齒端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡即為此段曲線的重復(fù)出現(xiàn)。顯然，在圖2－100所示情況下，S＜2πR。

πR。當(dāng)?shù)洱X的轉(zhuǎn)動半徑R、旋轉(zhuǎn)角速度ω以及機(jī)器的前進(jìn)速度vm已知時(shí)，刀齒的運(yùn)動軌跡可根據(jù)上述原理用作圖法繪出。關(guān)于刀齒運(yùn)動軌跡的方程式，可建立如圖2－101所示的坐標(biāo)系。設(shè)位于坐標(biāo)軸y上的刀齒A0O以角速度ω經(jīng)過t秒鐘轉(zhuǎn)動后，其角位移為φ，此時(shí)刀齒軸心移動的距離為x0，刀齒端點(diǎn)的位置則移至m點(diǎn)，點(diǎn)m的水平位移為x，鉛垂位移為y。第九十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

則因

φ=ωt，或t=φ/ω故x0=vmt=vmφ/ω。又因ω=u/R，所以x0=Rvmφ/u

刀齒的軌跡曲線系由運(yùn)動的m點(diǎn)所形成，故其曲線的方程式為第九十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

此式為參數(shù)方程式，消去參變數(shù)后得

此曲線即解析幾何上的擺線，亦稱旋輪線(Cycloid)。將x0代入并整理得：第九十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

（1）當(dāng)u/vm=λ=1時(shí)，方程變?yōu)榇耸较狄粯?biāo)準(zhǔn)的擺線，S=2πR。具有這種運(yùn)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(yùn)動的軌跡方程式得知，刀齒運(yùn)動軌跡曲線的形狀與刀齒的半徑R、圓周線速度u以及機(jī)器前進(jìn)速度vm有關(guān)。由于R、u和vm的不同，此曲線具有以下的特性：第九十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（2）當(dāng)u/vm=λ＜1時(shí)，刀片端點(diǎn)在任何位置的絕對運(yùn)動水平位移的方向均與機(jī)器前進(jìn)方向相同，故刀齒不能撥土向后。刀齒對土壤的作用還不如被動式牽引機(jī)具的作用大。這種曲線數(shù)學(xué)上稱為短輻擺線。S＞2πR（3）當(dāng)u/vm=λ＞1時(shí)，刀齒轉(zhuǎn)動到一定部位，它的端點(diǎn)絕對運(yùn)動的水平位移就會與機(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)動的曲線稱長輻擺線（圖2－102），此種擺線具有一個(gè)繞扣。MN為繞扣的橫弦。當(dāng)vm/u值愈小時(shí)，繞扣的橫弦愈大。若vm=0（即機(jī)器停止前進(jìn)時(shí)）則繞扣即為一圓，其最大橫弦等于2R。第一百頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百零一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）刀齒的切削速度刀齒端點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，所經(jīng)各處的速度是不同的。將方程對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得：

刀片端點(diǎn)的絕對速度為：從上式可知，當(dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最低位置即ωt=2nπ時(shí)，絕對速度最小vmin=vm－u，在vm＜u時(shí)，方向?yàn)樗较蚝螅划?dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最高位置即ωt=(2n+1)π時(shí)，絕對速度最大，vmax=vm+u，方向?yàn)樗较蚯啊５谝话倭愣?，共一百二十五頁?022年，8月28日刀齒運(yùn)動軌跡曲線的繞扣大小與vm/u的值有關(guān)。vm/u的值愈大時(shí)，繞扣愈小；反之，則繞扣愈大。若vm/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的圓。繞扣的最大橫弦MN可以從圖2－104中得知，因刀齒在最大橫弦N點(diǎn)處其絕對速度的方向是垂直向下。于是有

sinφ=vm/u故最大橫弦距溝底的高度

Hmax=R－Rsinφ=R(1-vm/u)

（三）刀齒工作深度第一百零三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日可以看出，在最大橫弦的N點(diǎn)以上，刀齒沿水平方向的分速度vx為向前，N點(diǎn)以下則向后。因此一般用途的旋耕機(jī)刀齒入土處，均在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(shí)，刀齒的耕作深度可以較大

第一百零四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（四）切土進(jìn)距

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Sx（圖2－105）。假設(shè)某旋耕機(jī)的刀盤上均布安裝z把刀齒，則刀盤旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀齒相繼切土的時(shí)間間隔為ts=2π/(2ω)。在此時(shí)間內(nèi)，機(jī)器前進(jìn)的距離Sx即為切土進(jìn)距。式中n為刀盤轉(zhuǎn)速。第一百零五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百零六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日旋耕機(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。此凸起部分是沒有耕到的生土，其高度與刀齒的運(yùn)動軌跡和進(jìn)距有關(guān)，而由前后兩刀齒軌跡的交點(diǎn)C確定。如圖2－105所示，在交點(diǎn)C處，凸起高度hc=R(1－sinφc)

此處，前一刀齒轉(zhuǎn)角ψc=arcsin(1－h(huán)c/R)后一刀齒轉(zhuǎn)角φ’c=2π/z+π－2φc（五）溝底凸埂高度此時(shí)刀輥中心的移動距離為此處ω=u/R第一百零七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日又因

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(guān)系式。但利用此式求hc的數(shù)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(jì)算，即利用軌跡方程式：第一百零八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日當(dāng)φ′的數(shù)值不大時(shí)，可以認(rèn)為sinφ′=φ′故

因xc=sx/2,且sx=2πRvm/(zu)第一百零九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

代入上式并化簡得

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)過的軌跡，保持完整的幾何形狀而推導(dǎo)出來的理論公式。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)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1／2－1／3左右。第一百一十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日四、刀齒類型及排列1．刀齒的類型

橫軸旋耕機(jī)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(jié)構(gòu)簡單，主要用于對已耕翻的土地進(jìn)行碎土作業(yè)；L形發(fā)、彎刀和鑿形刀則可用于初耕。第一百一十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2．刀齒排列

研究刀齒排列和配置其目的是使旋耕機(jī)在作業(yè)時(shí)達(dá)到不堵塞、不漏耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整等要求。第一百一十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日③軸向相鄰刀齒（或刀盤）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。④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。⑤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。⑥一般鑿形刀齒、直刀齒、彈齒等按復(fù)螺旋線排列；中央傳動式刀輥，可分左、右段排列，以簡化結(jié)構(gòu)參數(shù)。⑦刀盤或座應(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：

①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。②整個(gè)刀軸回轉(zhuǎn)一周的過程中，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。第一百一十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（一）單刀的阻力和扭局矩五、橫軸旋耕機(jī)的功率消耗常用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測定的結(jié)果表明（圖2－109），正轉(zhuǎn)刀齒從開始入土到切至垡片中段部位時(shí)，扭矩迅速增加到最大值，然后慢慢減少，到切削終了時(shí)因向后拋土，故仍存在一定的扭矩。第一百一十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鉤狀鑿形刀的受力與彎刀有所不同。由圖2－109b可以看出：①刀齒入土