1、第二章第二章 耕地机械耕地机械引 言第一节主要农业技术要求和农机具主要农业技术要求和农机具第二节耕层土壤的动力学特性耕层土壤的动力学特性第三节铧式犁的一般构造和工作原理铧式犁的一般构造和工作原理第四节犁体曲面犁体曲面 第五节犁的牵引阻力犁的牵引阻力 第六节铧式犁的总体配置第六节铧式犁的总体配置第七节犁耕机组第七节犁耕机组第八节牵引犁和半悬挂犁犁耕机组第八节牵引犁和半悬挂犁犁耕机组第九节旋耕机第九节旋耕机引言引言 耕地耕地是大田农业生产中最基本也是最重要的工作环节之一。其目的就是在传统的农业耕作栽培制度中通过深耕和翻扣土壤，把作物残茬、病虫害以及遭到破坏的表土层深翻，而使得到长时间恢复的底层土壤
2、翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境。土壤耕作方法土壤耕作方法1 1、常规耕作法（精细耕作法）、常规耕作法（精细耕作法） 由机械耕翻、耙压和中耕等组成的耕作体系由机械耕翻、耙压和中耕等组成的耕作体系2 2、少耕法、少耕法 在在常规耕作基础上减少土壤耕作次数和强度的方法常规耕作基础上减少土壤耕作次数和强度的方法3 3、免耕法、免耕法 免除耕作，直接播种的一种保护性耕作。免除耕作，直接播种的一种保护性耕作。 （抵御（抵御“沙尘暴沙尘暴”和防止水土流失）和防止水土流失）4、保水耕作法、保水耕作法 对土壤表层进行疏松、浅耕，防止或减少土壤水分对土壤表层进行疏松、浅耕，防止或减少土壤水分
3、蒸发蒸发5、联合耕作法、联合耕作法 一次完成深松、施肥、灭茬、起垄、播种、施药等多项作一次完成深松、施肥、灭茬、起垄、播种、施药等多项作业业 目前所使用的耕地机械，由于其作业的工作原理不同类型主要分为三大类： 铧式犁 圆盘犁 凿形犁 铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，铧式犁是通过犁体曲面对土壤的切削、碎土和翻扣实现耕地作业的。 圆盘犁是以球面圆盘作为工作部件的耕作机械，它依靠其重量强制入土，入土性能比铧式犁差，土壤摩擦力小，切断杂草能力强，可适用于开荒、粘重土壤作业，但翻垡及覆盖能力较弱，价格较高。凿形犁，又称深松犁。工作部件为一凿齿形深松铲，安装在机架后横梁上，凿形齿在土壤中利
4、用挤压力破碎土壤，深松犁底层，没有翻垡能力。 根据农业生产的不同要求、自然条件变化、动力配备情况等，铧式犁在形式上又派生出一些具有现代特征的新型犁：双向犁、栅条犁、调幅犁、滚子犁、高速犁等。 圆盘犁和凿形犁在欧洲国家应用较多，在中国虽有应用，但量较少，本章重点介绍铧式犁的基本结构、工作原理、设计方法和理论分析等。本章除课堂教学外，尚有实验实习类型和结构；悬挂犁的调整。第一节主要农业技术要求和农机具第一节主要农业技术要求和农机具一、农业技术要求二、少耕法二、少耕法三、耕作机三、耕作机具具一、农业技术要求一、农业技术要求耕地作业耕地作业耕深、覆盖、碎土整地作业整地作业旱地与水田整地作业的农业要求差
5、别很大，应分别情况区别对待，基本的要求有：靶深、靶深、碎土碎土等二、少耕法二、少耕法少耕法是一种改变以犁耕为中心的耕作方法，可大大减少或完全免去耕耘作业，把作物种子直接播在前作茎秆覆盖的土壤中。这种耕作法，主要是为了和干旱、风蚀及水蚀作斗争。早在几百年前，我国东北地区应用扣、耕作法，特别是原垄种法，即为适应春寒的一种少耕法。50年代在苏联推广的马尔采夫耕作法，是采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。60年代美国也发展了这一耕作法。70年代我国黑龙江省亦进行了深松耕作法的试验和推广；80年代我国南方水稻地区正进行着少耕法的试验和推广工作，并相应的研制了少耕法机械化配套农业机械。三、耕作机具三、耕作
6、机具 、播前耕作、播前耕作耕地作业：铧式犁、圆盘犁整地作业：圆盘耙、钉齿耙、水田耙、镇压器、驱动耙、耢等耕耙联合作业：旋耕机、耙耕机、回转锹 、播后耕作、播后耕作中耕培土作业：中耕机（水田旱地两类）、培土器施肥、开沟、筑埂等作业：中耕培土施肥机、筑埂机、开沟机等、少耕法、少耕法 浅松或深松作业：深松（凿形）犁、通用耕作机（深松、浅松、除草） 播种、施肥、洒药等联合作业：联合种植机（深松、镇压、播种、施肥洒药等）。第二节第二节耕层土壤的动力学特性耕层土壤的动力学特性一、耕层土壤的物理特性耕层土壤的物理特性 二、耕层土壤的动力特性耕层土壤的动力特性 一、一、耕层土壤的物理特性耕层土壤的物理特性 土
7、壤的主要物理性质有以下几方面：土壤的主要物理性质有以下几方面：（一）土壤构成（一）土壤构成 土壤由固体、液体和气体组成。土壤由固体、液体和气体组成。砂粒砂粒 直径（毫米）直径（毫米） 0.053粉粒粉粒 0.0010.05粘粒粘粒 0.001（二）（二）容重容重 Vq式中式中 q土壤重量（包括所含水分重）土壤重量（包括所含水分重） V土壤体积土壤体积土壤干容重土壤干容重0（三）湿度（又称含水量）（三）湿度（又称含水量）qqqW土壤的绝对湿度为土壤的绝对湿度为 式中 q自然状态下土壤的重量 q烘干后同体积的土壤重量 %1000nWWW土壤的相对湿度 二、耕层土壤的动力学特性二、耕层土壤的动力学特
8、性（一）土壤与金属间的摩擦系数（一）土壤与金属间的摩擦系数（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）（三）土壤的凝聚力和附着力（三）土壤的凝聚力和附着力（四）土壤的抗剪强度（四）土壤的抗剪强度（五）犁耕土壤比阻（五）犁耕土壤比阻（一）土壤与金属间的摩擦系数（一）土壤与金属间的摩擦系数为克服在耕作机械工作部件工作表面上产生的土壤与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引功率的一半。摩擦力F通常按下列公式计算： FfN 式中 f摩擦系数； N正压力。（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为1立方厘米时所需的力称为单
9、位压实力q0（公斤立方厘米）。当以一定断面形状（圆形、锥形等）的柱塞压入土壤，其压陷深度为h0时，作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实度p0 p0q0 h0 （kgcm2） （三）土壤的凝聚力和附着力（三）土壤的凝聚力和附着力 土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全是因水膜的表面张力所造成的。因此，附着力也与土壤质地、含水量、接触面的材料和光洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作表面的滑移阻力 T=F+F=N+NA式中 土壤对钢的摩擦系数 N作用在工作表面上的法向载荷 附着系数 N由水膜吸附作用而产生的法向载荷 A吸附水膜的面积 当摩擦力和附着力大于土壤凝聚力和内摩擦力时，农具的工作表面就会粘土
10、。工作部件表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增加牵引阻力。（四）土壤的抗剪强度（四）土壤的抗剪强度 耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从库伦定律： = c +tg式中 剪应力（kN/cm2） 剪切面上的法向压应力（正应力）； c 单位粘结力（kN/cm2），是同类粒子间相互结合在一起的作用力； tg土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内摩擦系数； 土壤的内摩擦角。体现在驱动力上：总抗剪力就是驱动机器的最大可能推进力。 （五）犁耕土壤比阻（五）犁耕土壤比阻 为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤比阻Kt，kNcm2或kPa。但Kt值大
11、小不仅和土壤的物理性质有关，而且很大程度取决于犁的结构（犁体曲面和小前犁曲面几何参数和形状，犁铧锐钝程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可采用空间测力或单犁体的线性测力，测得与前进方向相反的犁耕阻力分量Rx，在此测力犁上一般不装犁侧板，所以Rx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻abRKxt式中 a测力犁的耕深 b测力犁的单铧幅宽第三节铧式犁的一般构造和工第三节铧式犁的一般构造和工作原理作原理 一、铧式犁的类型 二、铧式犁的基本构造 三、铧式犁的翻垡原理一、铧式犁的类型一、铧式犁的类型（一）、铧式犁的类型（一）、铧式犁的类型牵引式运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。悬挂式运输状态下，机
12、具的重量全部由拖拉机来承 担。半悬挂犁运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承 担，后半部分由机具承担。铧式犁的工作特点铧式犁的工作特点（二）、铧式犁的基本构造（二）、铧式犁的基本构造机架牵引悬挂装置行走限深装置主犁体组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支撑行走装置、牵引悬挂装置等。主犁体为铧式犁的核心工作部件。（三）、铧式犁的翻垡原理（三）、铧式犁的翻垡原理一一 矩形土垡的翻转过程矩形土垡的翻转过程二二 矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K的确定的确定三三 菱形土垡的翻转过程菱形土垡的翻转过程 四四 窜垡过程窜垡过程一一 矩形土垡的翻转过程矩形土垡的翻转过程理想土垡的翻转过程： ab1、土垡块在翻转过
13、程中始终保持矩形断面； 2、始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无滑动 。理想土垡的翻转 因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研究的方便，我们作了如下假设：究的方便，我们作了如下假设： 土垡翻转的目的是为了彻底的翻扣地表杂草和病虫害，实现土垡的稳定铺放既彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲面工作和设计时的关键所在。是否回垡主要取决于曲面的形状，或者说是取决于曲面的设计参数。 ab二二 矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K的确定的确定 我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为a，宽度为b1、b2、b3，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。 回垡临界稳定铺放b1ab
14、2aab3 当土垡翻转至最终位置时，如果支当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象。很显然，在耕在左侧可产生回垡现象。很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响。通过正确的稳定铺放产生重要的影响。通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状，以保证土垡的稳定铺放。小和形状，以保证土垡的稳定铺放。 我们以临界状态为研究对象，确定土垡翻转过我们以临界状态
15、为研究对象，确定土垡翻转过程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。依据。ABCADE故有对应边成比例，并设b/a=k，则导出： AB/AC=AE/DE baAB22AC=b，AE=b，ED=ak4-k2-1=0 k1.27 baABCDEb 我们称我们称b/a=kb/a=k为理想土垡的宽为理想土垡的宽深比。实际上土壤是不均质的，土深比。实际上土壤是不均质的，土垡在翻转过程中是要变形的，有的垡在翻转过程中是要变形的，有的变形很严重，含水率高的粘重土壤变形很严重，含水率高的粘重土壤变形较小，变形较小，k1.27k1.27，对沙质土，对沙质土
16、，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，积，k1.27k1.27，一般，一般k=1k=1。 三三 菱形土垡的翻转过程菱形土垡的翻转过程 菱形犁体的胫刃向未耕地凸出，沟墙呈圆弧状，耕翻的土菱形犁体的胫刃向未耕地凸出，沟墙呈圆弧状，耕翻的土垡断面近似为菱形（图垡断面近似为菱形（图244a）。这种犁的特点是可以缩短犁）。这种犁的特点是可以缩短犁体之间的纵向距离，犁沟较宽，阻力较小。体之间的纵向距离，犁沟较宽，阻力较小。 耕地时菱形土垡始终绕耕地时菱形土垡始终绕一个棱角翻转。直至土垡一个棱角翻转。直至土垡顶边和前趟已翻土垡的底顶边和前趟已翻土垡的底边相靠贴（图边相靠贴（图24
17、4c）。）。土垡翻转至直立位置以前，土垡翻转至直立位置以前，其重心即已偏离支承点其重心即已偏离支承点（向已耕地偏离），有利（向已耕地偏离），有利于稳定铺放。于稳定铺放。四 窜垡过程土垡在土垡在“窜垡型窜垡型”犁体曲面上犁体曲面上的运动过程与前述滚垡过程不的运动过程与前述滚垡过程不同。如图同。如图245所示，当土垡被所示，当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，不犁体的铧刃和胫刃切开后，不是绕某一棱角滚翻，而是沿着是绕某一棱角滚翻，而是沿着犁体曲面向上窜升，同时略有犁体曲面向上窜升，同时略有扭转和侧移。当土垡上窜到一扭转和侧移。当土垡上窜到一定高度后，扭转和弯曲加大，定高度后，扭转和弯曲加大，并腾空翻转
18、。土垡离开犁壁后，并腾空翻转。土垡离开犁壁后，在重力和落地后的撞击作用下，在重力和落地后的撞击作用下，土垡内的剪切裂纹发生断裂，土垡内的剪切裂纹发生断裂，并形成较短的垡块，称为断条。并形成较短的垡块，称为断条。第四节第四节 犁体曲面犁体曲面 一、一、三面楔的工作原理三面楔的工作原理 二、二、犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理三、高速犁体曲面三、高速犁体曲面一、三面楔的工作原理一、三面楔的工作原理 犁体曲面是由犁铧和犁壁所犁体曲面是由犁铧和犁壁所形成的曲面。犁体的切土、形成的曲面。犁体的切土、碎土和翻土作用都是由犁体碎土和翻土作用都是由犁体曲面来完成的。可以把犁体曲面来完成的。可以把犁体曲面简
19、化成由几个简单的两曲面简化成由几个简单的两面楔（工作面和支承面）复面楔（工作面和支承面）复合成的一个三面楔。犁体的合成的一个三面楔。犁体的工作过程可以看成几个二面工作过程可以看成几个二面楔沿水平面运动时对土壤的楔沿水平面运动时对土壤的合成作用。由于楔子在土壤合成作用。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它对土中的安放位置不同，它对土壤的作用也不同。图壤的作用也不同。图246中中的的a、b和和c分别表示两面楔的分别表示两面楔的起土、侧向推土和翻土作用。起土、侧向推土和翻土作用。ABBCtgtg=tgtg而 BE=ABsin所以tg=tgsin同理tg=tgcos二、犁体曲面的形成原理二、犁体曲面的形
20、成原理 犁体曲面可以由直线或曲线（称为“元线元线”）在空间按照一定规律运动而形成的。元线在空间的运动，可由直线、曲线或平面（称为导线或导面导线或导面（在几何学上又称“准线”或“准面”）来控制。（一）水平直元线法形成犁面的原理（一）水平直元线法形成犁面的原理（二）倾斜直元线法形成犁体曲面的原理（二）倾斜直元线法形成犁体曲面的原理（三）曲元线法形成犁体曲面的原理（三）曲元线法形成犁体曲面的原理三、高速犁体曲面三、高速犁体曲面 （一）发展高速犁的必要性（一）发展高速犁的必要性 1、提高耕作机组生产率提高耕作机组生产率 a a、增加机具的工作幅宽增加机具的工作幅宽 b b、提高机组的耕作速度提高机组的
21、耕作速度 优点：优点：在拖拉机功率相同的条件下，可采用耕幅较窄在拖拉机功率相同的条件下，可采用耕幅较窄的犁，从而降低金属耗量，减小购置费用的犁，从而降低金属耗量，减小购置费用；可采用轻型的轮可采用轻型的轮式拖拉机。减小轮胎下陷量，降低胎轮的滚动阻力，减小胎式拖拉机。减小轮胎下陷量，降低胎轮的滚动阻力，减小胎轮对耕层土壤的压实和破坏程度轮对耕层土壤的压实和破坏程度；还可提高机组对不平地面还可提高机组对不平地面的适应性，改善机组的机动性。的适应性，改善机组的机动性。 2 2、犁耕速度犁耕速度：5050年代一般耕速为年代一般耕速为4 46km6kmh h， 6060年代提高到年代提高到7 79km9
22、kmh h， 目前高速犁的耕速为目前高速犁的耕速为8 810km10kmh h， 有的可达有的可达12km12kmh h。 近几十年，大约每近几十年，大约每1010年可提高耕速年可提高耕速3km3kmh h。因此，。因此，高速型犁体曲面的研究工作，已引起国外的普遍重视。高速型犁体曲面的研究工作，已引起国外的普遍重视。（二）高速型犁体曲面的基本要求（二）高速型犁体曲面的基本要求 常速犁（耕速在常速犁（耕速在7kmh以下）用于高速作业时，往往以下）用于高速作业时，往往会使作业质量降低，如土壤抛掷过远，犁沟太宽，还会导致会使作业质量降低，如土壤抛掷过远，犁沟太宽，还会导致阻力陡增。阻力陡增。耕速与牵
23、引阻力有以下关系：耕速与牵引阻力有以下关系：式中式中 Pv在耕速在耕速v（kmh）时的牵引阻力（）时的牵引阻力（kN）；）； P在耕速为在耕速为4.83kmh时的牵引阻力（时的牵引阻力（kN）；）； V犁耕速度（犁耕速度（kmh）。）。2007. 083. 0vppv（三）高速型犁面的特点（三）高速型犁面的特点 高速型犁体可以从常速的熟地型（碎土高速型犁体可以从常速的熟地型（碎土型）、通用型和翻垡犁体通过试验和个性设计型）、通用型和翻垡犁体通过试验和个性设计出来，使之适应高速作业。出来，使之适应高速作业。高速型犁体曲面的基本特点是：犁体较长，高速型犁体曲面的基本特点是：犁体较长，铧刃角较小，纵
24、剖和横剖曲线族较为平坦，犁铧刃角较小，纵剖和横剖曲线族较为平坦，犁翼部分后掠和扭曲较大。这样，可使土壤的垂翼部分后掠和扭曲较大。这样，可使土壤的垂直与侧向分速不致比常速增大过多，并改善翻直与侧向分速不致比常速增大过多，并改善翻垡性能。此外，犁体的最大高度也略高于常速垡性能。此外，犁体的最大高度也略高于常速犁，使土垡不致在高速时飞越项边线。犁，使土垡不致在高速时飞越项边线。第五节第五节 犁的牵引阻力犁的牵引阻力一、土壤对犁体曲面的反作用力二、犁的牵引阻力三、减少牵引阻力的途径一、土壤对犁体曲面的反作用力一、土壤对犁体曲面的反作用力 土壤施加于犁体曲面上各部位的反作用力，土壤施加于犁体曲面上各部位
25、的反作用力，其其大小和方向是随犁体曲面的部位而变化的大小和方向是随犁体曲面的部位而变化的。因此要想求出犁体曲面上的受力分布情况，因此要想求出犁体曲面上的受力分布情况，无论是用计算方法或是用实验方法都有一定无论是用计算方法或是用实验方法都有一定的困难。但是土壤对犁体曲面上的反作用力的困难。但是土壤对犁体曲面上的反作用力不仅在不仅在设计犁时作为零件强度计算和总体受设计犁时作为零件强度计算和总体受力平衡的依据，而且在使用犁时也是操作调力平衡的依据，而且在使用犁时也是操作调节的依据节的依据。一、土壤对犁体曲面的反作用力一、土壤对犁体曲面的反作用力 目前，对犁体曲面受力情况主要从两个方面目前，对犁体曲面
26、受力情况主要从两个方面研究：一是求研究：一是求整个犁体曲面上总的受力情况整个犁体曲面上总的受力情况，找，找出它的合力的大小、方向及其作用线，以便进行出它的合力的大小、方向及其作用线，以便进行犁柱及犁梁的强度校核和犁的牵引平衡；二是探犁柱及犁梁的强度校核和犁的牵引平衡；二是探求犁体曲面求犁体曲面各部位所受土壤反力的分布情况各部位所受土壤反力的分布情况，用，用来确定犁壁和犁铧的磨损部位。这两方面的研究，来确定犁壁和犁铧的磨损部位。这两方面的研究，目前都是用实验方法进行测定。前者采用六分力目前都是用实验方法进行测定。前者采用六分力测定法，后者常采用电阻应变仪测定。测定法，后者常采用电阻应变仪测定。
27、1.1.六分力法六分力法 这种方法是将犁这种方法是将犁体外载放在空间直角体外载放在空间直角坐标系中，用对某简坐标系中，用对某简化中心的主矢量三个化中心的主矢量三个分量和主矩三个分量分量和主矩三个分量来表示。例如可以用来表示。例如可以用向理论铧尖向理论铧尖O O点简化的点简化的主矢量三个分量主矢量三个分量RxRx，RyRy，RzRz，和主矩的三，和主矩的三个分矩个分矩MxMx，MyMy，MzMz，来表示。来表示。 2. 坐标平面的分坐标平面的分阻力法阻力法 这个方法又这个方法又称三面法。此法称三面法。此法是将犁体外载用是将犁体外载用三个坐标平面内三个坐标平面内的三个分阻力表的三个分阻力表示，即在
28、已知六示，即在已知六个分力的基础上个分力的基础上按平面力系合成按平面力系合成原理在各坐标平原理在各坐标平面内分别进行力面内分别进行力的合成，成为一的合成，成为一个单一的合力。个单一的合力。二、犁的牵引阻力二、犁的牵引阻力 犁的牵引阻力是指土壤作用在犁上的总阻犁的牵引阻力是指土壤作用在犁上的总阻力沿前进方向的水平分力。这部分阻力直接关力沿前进方向的水平分力。这部分阻力直接关系到耕地机组的动力性和经济性。所以它是犁系到耕地机组的动力性和经济性。所以它是犁的主要性能指标之一。在满足作业要求的情况的主要性能指标之一。在满足作业要求的情况下，应尽量减小牵引阻力。犁的牵引阻力的计下，应尽量减小牵引阻力。犁
29、的牵引阻力的计算，不仅是强度核算的依据，同时也是合理配算，不仅是强度核算的依据，同时也是合理配置机组动力的依据。置机组动力的依据。 犁的牵引阻力包括以下几方面：犁的牵引阻力包括以下几方面：（1）犁对土垡切割破碎、扭转推移所需的力；）犁对土垡切割破碎、扭转推移所需的力；（2）犁在行进中，犁底、侧板、轮子等所产生的摩擦）犁在行进中，犁底、侧板、轮子等所产生的摩擦力；力；（3）使土垡产生运动所需的力。）使土垡产生运动所需的力。 前苏联学者利用机引犁试验结果表明第一项约占前苏联学者利用机引犁试验结果表明第一项约占6070，第二项约，第二项约2528，第三项约为，第三项约为1316。犁的牵引阻力的计算，
30、目前常用下面公式：。犁的牵引阻力的计算，目前常用下面公式： Pkab 式中式中P为牵引力，为牵引力，a为耕深，为耕深，b为耕宽，系数为耕宽，系数k称为比称为比阻，即土垡每单位横断面积的阻力，它包括土壤性阻，即土垡每单位横断面积的阻力，它包括土壤性质、摩擦系数、犁的性能等各项因素在内，是一个质、摩擦系数、犁的性能等各项因素在内，是一个综合性系数。综合性系数。 三、减少牵引阻力的途径三、减少牵引阻力的途径 目前在理论研究上和生产实际上所探讨和采用目前在理论研究上和生产实际上所探讨和采用的方法和措施，有以下几方面：的方法和措施，有以下几方面：（一）机务技术措施（一）机务技术措施1选择适耕期和适宜的作
31、业速度选择适耕期和适宜的作业速度 选择土壤含水量适宜、残根腐烂适度的时间进选择土壤含水量适宜、残根腐烂适度的时间进行行 耕地。此时土壤的强度较小，易于松散破碎，耕地。此时土壤的强度较小，易于松散破碎，可减少牵引力。可减少牵引力。2保持铧尖和铧刃锐利保持铧尖和铧刃锐利 锐利的铧尖和铧刃，切割破碎的能力强，刺入锐利的铧尖和铧刃，切割破碎的能力强，刺入并切开土壤时所受的阻力较小，因此，勤摩铧刃和并切开土壤时所受的阻力较小，因此，勤摩铧刃和勤换犁铧，保持铧尖和铧刃锋利，可以显著地减少勤换犁铧，保持铧尖和铧刃锋利，可以显著地减少犁的牵引力。犁的牵引力。3减少摩擦力减少摩擦力 保持犁体曲面以及侧板、犁底、
32、轮子等与土壤接触的部分光保持犁体曲面以及侧板、犁底、轮子等与土壤接触的部分光洁平滑（例如，犁闲置时，在这些地方涂上废机油或黄油，不使洁平滑（例如，犁闲置时，在这些地方涂上废机油或黄油，不使生锈；不以铁锤敲击犁体曲面等）。减少犁与土壤之间的摩擦，生锈；不以铁锤敲击犁体曲面等）。减少犁与土壤之间的摩擦，可以减少犁的牵引力。可以减少犁的牵引力。4正确装配零件正确装配零件 犁铧、犁壁、犁侧板等工作部件安装的位置正确，接缝严密，犁铧、犁壁、犁侧板等工作部件安装的位置正确，接缝严密，犁体上埋头螺钉与安装件表面平坦光滑，减少对土垡的阻碍，让犁体上埋头螺钉与安装件表面平坦光滑，减少对土垡的阻碍，让土垡顺利滑动
33、，可以减少犁的牵引力。土垡顺利滑动，可以减少犁的牵引力。5正确调整牵引线正确调整牵引线 在耕地时，正确调整牵引线，也是减少牵引力的重要方法之一。在耕地时，正确调整牵引线，也是减少牵引力的重要方法之一。（二）设计制造方面的措施（二）设计制造方面的措施从设计制造方面来减少犁的阻力，现有三个方法：从设计制造方面来减少犁的阻力，现有三个方法：1 1良好的犁体曲面设计是减少阻力的重要因素。犁体良好的犁体曲面设计是减少阻力的重要因素。犁体曲面除了满足翻土、碎土等性能要求而外，欲使其曲面除了满足翻土、碎土等性能要求而外，欲使其阻力较小，还须阻力较小，还须： 1 1）对土壤的挤压较小，土垡能在犁面上顺利滑过；
34、）对土壤的挤压较小，土垡能在犁面上顺利滑过； 2 2）在翻垡过程中，垡片重心的提升高度小，因而位）在翻垡过程中，垡片重心的提升高度小，因而位 能变化小；能变化小； 3 3）土垡在翻转过程中发生的位移小；）土垡在翻转过程中发生的位移小； 4 4）土垡运动时的绝对速度小，所消耗的动能小。这）土垡运动时的绝对速度小，所消耗的动能小。这 样，所需的牵引力也就较小。样，所需的牵引力也就较小。（二）设计制造方面的措施（二）设计制造方面的措施2 2用两种软硬不同的材料制造犁铧，使刃口能够自用两种软硬不同的材料制造犁铧，使刃口能够自己磨锐，这种自磨刃犁铧经过热处理后，表面部分己磨锐，这种自磨刃犁铧经过热处理后
35、，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面的材料则较软，不的材料硬度和耐磨性很大，背面的材料则较软，不耐磨。这样，当犁铧在耕地时，表面磨损慢，背面耐磨。这样，当犁铧在耕地时，表面磨损慢，背面磨损快，因而可以使刃口始终保持锋锐。磨损快，因而可以使刃口始终保持锋锐。3 3采用非金属特殊材料。目前有些国家已用特制的采用非金属特殊材料。目前有些国家已用特制的塑料薄膜敷贴在犁壁上，此种塑料与土壤的摩擦系塑料薄膜敷贴在犁壁上，此种塑料与土壤的摩擦系数很小，且甚耐磨，这样可以减少犁的阻力数很小，且甚耐磨，这样可以减少犁的阻力。 （三）其他方法和原理的探讨（三）其他方法和原理的探讨1减少摩擦阻力方法减少摩擦阻力方
36、法。 1）改固定部件为转动部件，使滑动摩擦变为滚动摩擦；）改固定部件为转动部件，使滑动摩擦变为滚动摩擦； 利用滚轮来代替犁侧板的犁，则已在生产中使用。匈牙利利用滚轮来代替犁侧板的犁，则已在生产中使用。匈牙利曾设计了一种利用一个能够转动的锥形滚筒来代替犁壁翼部的曾设计了一种利用一个能够转动的锥形滚筒来代替犁壁翼部的滚子犁。滚筒系同不粘土的材料作成。据试验这种犁可以减少滚子犁。滚筒系同不粘土的材料作成。据试验这种犁可以减少1015的牵引力。的牵引力。 2）犁体曲面上加润滑剂。）犁体曲面上加润滑剂。 在犁曲面上加水作润滑剂以减少阻力的办法，据试验可以在犁曲面上加水作润滑剂以减少阻力的办法，据试验可以
37、减少阻力减少阻力30。加水的方法是将犁体曲面上的螺钉中央通一小。加水的方法是将犁体曲面上的螺钉中央通一小孔，孔的开口处是一向土垡运动方向倾斜的缝，（倾斜是为了孔，孔的开口处是一向土垡运动方向倾斜的缝，（倾斜是为了避免为泥土堵塞）。水箱置于机架上，用软管在犁壁背面与螺避免为泥土堵塞）。水箱置于机架上，用软管在犁壁背面与螺钉连通。据实验，这种方法在透水性差的粘土中效果较好，在钉连通。据实验，这种方法在透水性差的粘土中效果较好，在砂土中则较差。砂土中则较差。2应用振动技术应用振动技术。根据试验表明，在铧式犁的犁。根据试验表明，在铧式犁的犁铧或其他耕作土壤机具的工作件上加装振动器，可以铧或其他耕作土壤
38、机具的工作件上加装振动器，可以减轻牵引阻力约减轻牵引阻力约525，并且改善碎土质量。振动，并且改善碎土质量。振动式的犁可以减轻阻力的原因是因为振动件在频率较高式的犁可以减轻阻力的原因是因为振动件在频率较高时，它强大的振动力可以破坏土壤分子的粘结力。也时，它强大的振动力可以破坏土壤分子的粘结力。也有人认为土壤在受到较高频率的振动之后，会发生有人认为土壤在受到较高频率的振动之后，会发生“振动液化现象振动液化现象”，使土壤的内摩擦力和抗剪强度均，使土壤的内摩擦力和抗剪强度均大大降低，因而可以减少阻力。大大降低，因而可以减少阻力。 根据初步试验发现：振动犁所需的振动频率和振根据初步试验发现：振动犁所需
39、的振动频率和振幅，应随机组前进速度增加而增加。当犁的前进速度幅，应随机组前进速度增加而增加。当犁的前进速度小于小于1ms时效果较好，振动频率以时效果较好，振动频率以20003000Hz，振幅以振幅以0.53mm为宜。为宜。3电渗法电渗法 电渗作用（图电渗作用（图260）的原）的原理是将犁刀和犁铧作为直流电理是将犁刀和犁铧作为直流电的正极（）和负极（），的正极（）和负极（），通以直流电，因为土壤是导体，通以直流电，因为土壤是导体，故电流在土中通过后由于电渗故电流在土中通过后由于电渗作用，土壤中的毛细管水向负作用，土壤中的毛细管水向负极集结使犁铧表面形成一层水极集结使犁铧表面形成一层水膜，起着润滑
40、剂的作用，减少膜，起着润滑剂的作用，减少了摩擦阻力。同样，土壤由于了摩擦阻力。同样，土壤由于有电流通过，土壤中的凝胶体有电流通过，土壤中的凝胶体变为溶胶体，降低了土壤分子变为溶胶体，降低了土壤分子的凝结力，因而降低了它的强的凝结力，因而降低了它的强度。度。4、表面改性 改变触土部件工作表面材料的性质，改变脫土性能。如：用陶瓷或聚四氟乙烯覆盖在犁壁上；5、仿生法 土壤中的动物，在形态体表等多方面具有减粘脫土的特殊功能。第六节第六节 铧式犁的总体配置铧式犁的总体配置一、犁的总耕幅和铧数一、犁的总耕幅和铧数二、犁体间距二、犁体间距三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽四、第一铧的配
41、置四、第一铧的配置五、犁的梁架高度五、犁的梁架高度一、犁的总耕幅和铧数一、犁的总耕幅和铧数 总耕幅根据拖拉机的有效牵引力总耕幅根据拖拉机的有效牵引力P P来确定。假设土壤耕作来确定。假设土壤耕作比阻为比阻为k k，要求的耕深为，要求的耕深为a a，单个犁体的幅宽为，单个犁体的幅宽为b b，则犁的铧，则犁的铧数（多铧犁的犁体数）可用下式算出：数（多铧犁的犁体数）可用下式算出： 因因 P Pnkab=Bkankab=Bka 故故 n=p/(kabn=p/(kab) ) n n取整数。取整数。 在在P P、b b、n n确定后，为了考虑这台犁的适应能力，可将确定后，为了考虑这台犁的适应能力，可将前式
42、写成：前式写成： ka=p/(nbka=p/(nb)=c)=c c c为一已知的常数。上式表明，一台犁耕机组在作业时，为一已知的常数。上式表明，一台犁耕机组在作业时，如果土壤的比阻较大，则犁的耕深要适当减小，否则牵引力如果土壤的比阻较大，则犁的耕深要适当减小，否则牵引力P P不足；如果要求耕得较深，则只能在土壤比阻较小的地方不足；如果要求耕得较深，则只能在土壤比阻较小的地方使用。二者之间是一个等轴双曲线函数关系。即使用。二者之间是一个等轴双曲线函数关系。即 kakac c 将上式按拖拉机的额定牵引力绘成曲线如图将上式按拖拉机的额定牵引力绘成曲线如图261所所示。这就可以清楚地看出该机组对不同耕
43、深和不同土示。这就可以清楚地看出该机组对不同耕深和不同土壤的适应能力。不同牵引力可获得不同的曲线。壤的适应能力。不同牵引力可获得不同的曲线。二、犁体间距二、犁体间距 多铧犁相邻两犁体间的间距是犁的一个重要参数。多铧犁相邻两犁体间的间距是犁的一个重要参数。间距太小，没有足够的空间让垡片通过就会造成堵塞；间距太小，没有足够的空间让垡片通过就会造成堵塞；间距太大，则将增加犁的长度，这不仅浪费钢材，对于间距太大，则将增加犁的长度，这不仅浪费钢材，对于牵引式犁还将使转弯半径增大，对于悬挂式犁则因重心牵引式犁还将使转弯半径增大，对于悬挂式犁则因重心后移，会影响机组的纵向稳定性。因此，在保证垡片能后移，会影
44、响机组的纵向稳定性。因此，在保证垡片能顺利通过的前提下，犁的间距尽量缩小。顺利通过的前提下，犁的间距尽量缩小。 犁体间距的表示方法，国内外都不一致。有的用纵犁体间距的表示方法，国内外都不一致。有的用纵向间距向间距S（相邻犁体在纵向铅垂面上的投影距离），有（相邻犁体在纵向铅垂面上的投影距离），有的用铧尖距的用铧尖距Ss（相邻犁体的铧尖点或两对应点之间的距（相邻犁体的铧尖点或两对应点之间的距离），有的用犁体配置角离），有的用犁体配置角（各犁体在犁上所形成的斜（各犁体在犁上所形成的斜线与犁的前进方向线的夹角）来表示（图线与犁的前进方向线的夹角）来表示（图262）。）。它们之间的关系为：它们之间的关系
45、为：tg=b/stg=b/s，sin=b/ssin=b/ss s三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽 一般的轮式拖拉机，因受牵引力限一般的轮式拖拉机，因受牵引力限制，轮距总是大于犁的耕幅，为此，通制，轮距总是大于犁的耕幅，为此，通常是让拖拉机一侧的轮子走在犁沟内。常是让拖拉机一侧的轮子走在犁沟内。拖拉机的轮胎内侧在横的方向应与沟墙拖拉机的轮胎内侧在横的方向应与沟墙保持保持=12cm=12cm的间隙，犁的阻力中心应的间隙，犁的阻力中心应处于拖拉机的中心线上（或很靠近）。处于拖拉机的中心线上（或很靠近）。这样可使机组具有较好的牵引稳定性。这样可使机组具有较好的牵引稳定性。如若差
46、距较大应对拖拉机轮距进行调整如若差距较大应对拖拉机轮距进行调整使之符合下列关系式：使之符合下列关系式： BT=B+E+2+b/2此处此处BT是拖拉机倾斜后的是拖拉机倾斜后的轮距投影，轮距投影，b4是阻力中是阻力中心与胫刃边的距离，心与胫刃边的距离，b为为单铧幅宽。单铧幅宽。 对于轮子不能进入犁对于轮子不能进入犁沟内的履带拖拉机或后轮沟内的履带拖拉机或后轮是两轮并联的大型轮式拖是两轮并联的大型轮式拖拉机，当轮子或履带在未拉机，当轮子或履带在未耕地上时，轮胎或履带外耕地上时，轮胎或履带外侧与沟墙线保持的距离侧与沟墙线保持的距离应不小于应不小于10cm，以免压塌，以免压塌沟墙。这时，犁的阻力中沟墙。
47、这时，犁的阻力中心，亦应处于拖拉机的中心，亦应处于拖拉机的中心线附近，以免产生偏转心线附近，以免产生偏转力矩。力矩。无论是轮子走在沟内的机组，或履带走在未耕地上的机组，第一无论是轮子走在沟内的机组，或履带走在未耕地上的机组，第一铧的横向位置均应将铧翼末端置于沟墙线上，使第一铧的切垡宽铧的横向位置均应将铧翼末端置于沟墙线上，使第一铧的切垡宽度正好等于度正好等于b。 第一铧的纵向位置，对于轮子走在沟内的悬挂式机组，铧尖与第一铧的纵向位置，对于轮子走在沟内的悬挂式机组，铧尖与轮子外缘的纵向投影距离轮子外缘的纵向投影距离e一般不小于犁体的幅宽一般不小于犁体的幅宽b（图（图266）。）。对于牵引式或半悬
48、挂机组则应考虑机组在对于牵引式或半悬挂机组则应考虑机组在90度牵引时，拖拉机不度牵引时，拖拉机不会与犁架碰撞。会与犁架碰撞。四、第一铧的配置四、第一铧的配置图2-65图2-66五、犁的梁架高度五、犁的梁架高度 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是指犁架下表面至犁底平面的空间高度。为了保证垡片在犁架下面顺利翻转，不产间高度。为了保证垡片在犁架下面顺利翻转，不产生拥土堵草现象。一般是根据矩形土垡的厚度（按生拥土堵草现象。一般是根据矩形土垡的厚度（按最大耕深计算）加割茬高度的对角线高度计算，即最大耕深计算）加割茬高度的对角线高度计算，即 式中式中：H H为梁架空间高度，为梁架空间高
49、度，b b为犁体耕宽，为犁体耕宽，a amaxmax为最大为最大耕深，耕深，h h为割茬高度。为割茬高度。 对于采用直犁柱和主斜梁结构的犁，因垡片主对于采用直犁柱和主斜梁结构的犁，因垡片主要是在主斜梁的下方翻转，故要是在主斜梁的下方翻转，故H H的数值应适当加大。的数值应适当加大。而对于钩形犁柱的梁架，则因垡片是在梁架外侧翻而对于钩形犁柱的梁架，则因垡片是在梁架外侧翻转，故可比前者略小。转，故可比前者略小。2max2)(habH第七节第七节 犁耕机组犁耕机组 一、悬挂犁机组一、悬挂犁机组 二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节原二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节原理理一、悬挂犁机组一、悬挂犁机组
50、（一）悬挂犁的挂接方式（一）悬挂犁的挂接方式 悬挂犁一般采用后悬挂型式，通常以三点悬挂方式和拖悬挂犁一般采用后悬挂型式，通常以三点悬挂方式和拖拉机相结合。所谓三点悬挂，就是用三根杆分别把拖拉机后拉机相结合。所谓三点悬挂，就是用三根杆分别把拖拉机后部的三个点和犁上的三个点铰接起来，而使二者成为一体。部的三个点和犁上的三个点铰接起来，而使二者成为一体。 1、浮动状态（高度调节法）、浮动状态（高度调节法） 2、力调节法、力调节法 3、位调节法、位调节法（二）工作状态与纵垂面内的受力分析（二）工作状态与纵垂面内的受力分析1 1悬挂犁采用高度调节时的受力 在进行图解时，先按比例绘出悬挂犁工作状态的机构简
