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1、第一章 耕地机械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低层土壤翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境。就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、圆盘犁和凿形犁。其中，铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，并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
2、，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，尚有二个实验实习类型和结构；悬挂犁的调整。一个课程设计犁体曲面测绘。第一节 铧式犁的基本构造和类型主犁体行走、限深机架等一、组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支承行走装置、牵引悬挂装置等。其中，主犁体为铧式犁的核心工作部件，本章所涉及到的内容主要是针对他的。二、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，机具的重量全部由拖拉机来承担。半悬挂式运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后部由机具来承担。此处可用机构简图形式简要介绍他们各自的工作特点。三、表达方式：1、 部颁农机序列标准
3、：1耕整机械2种植施肥机械3田间管理和植保机械4收获机械5种子加工机械6农副产品加工机械7装卸运输机械8排灌机械9畜牧机械举例说明：机具类别名称分类号组别号耕整机械1L-犁,B-耙，G-悬耕机，K-开沟机，Z-筑埂机，P-平地机种植施肥机械2B-播种机，Z-栽植机，F-施肥机田间管理和植保机械3Z-中耕机，W-喷雾机，F-喷粉机，M-弥雾机，Y-喷烟机收获机械4G-收割机，S-割晒机，L-谷物联合收获机，Y-玉米收获机，M-棉花收获机，H-花生收获机分类号单铧犁设计耕宽 cm犁铧数量组别号1 L3 20 目前，国内耕作机械中铧式犁一般单犁体耕宽b=20-30cm，a=18-25cm，最大耕宽为
4、40cm，最大耕深为50cm。四、主犁体的结构及用途犁铧切开土垡、引导土垡上升至犁壁犁壁破碎和翻扣土垡犁侧板平衡侧向力犁柱联结犁架与犁体曲面犁托联结犁体曲面与犁柱犁踵耐磨件，防止犁侧板尾部磨损，可更换。第二节 犁体曲面的工作原理一、曲面类型 前面我们已经介绍过，犁铧与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，曲面可分为：翻土型、碎土型和通用型（教材称：螺旋型、熟地型、半螺旋型）。翻土型犁铧起土角较小，犁胸部平缓，易于引导土垡上升，但翼部扭曲较为明显，目的在于将上升至曲面顶部的土垡实现翻扣。这种形式的曲面，土垡的运动轨迹为一条螺旋线，故又称螺旋犁。他主要用于开荒、深翻、消灭杂草和病虫
5、害。碎土型犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压下挤，从而使土垡破碎。一般用于土壤状况较好、杂草较少且以松土为主的耕地作业，故又称熟地型犁。通用型形状和性能基本界于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多。二、犁体曲面的工作原理 犁体曲面由铧刃线、胫刃线、接缝线、顶边线和翼边线组成。铧刃线在水平面开出沟底，胫刃线在沿前进方向上铅垂面内开出沟墙，形成一耕宽为b，耕深为a的矩形断面土垡条。很显然，犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土。图为理想土垡的翻转过程：ab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：1、土垡块在翻转
6、过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，我们称为理想土垡的翻转。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，或者说是曲面的设计参数。我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为a，宽度为b2，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。b1b2b3a 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。通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状。我们以临界状态为
7、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依据。baABCDEbABCADE故有对应边成比例，并设b/a=k，则导出：AB/AC=AE/DE，AB=a2+b2 ，AC=b，AE=b，ED=ak4-k2-1=0，k1、27，我们称b/a=k为理想土垡的宽深比。实际上土壤是不均质的，土垡在翻转过程中是要变形的，有的变形很严重，含水率高的粘重土壤变形较小，k1、27，对沙质土，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，k1、27，一般k=1。第三节 犁体曲面的形成原理及设计方法一、曲面的形成原理 犁体曲面的形状对加工土壤的质量有至关重要的影响，目前曲面的形状是经过长时间积累、不断
8、修改、不断完善的，是一个空间任意曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近似的方法，用做图原理来形成犁体曲面，可近似的认为：犁体曲面的形成原理是由动线在空间按照一定的规律运动而成。 目前在设计犁体曲面时所用的方法有三种：水平直元线法、倾斜直元线法、翻土曲线法。其中，水平直元线法技术最为成熟，应用最广。水平直元线法的设计特点是： 动线为水平直元线，始终平行于水平面，在向上运动的过程中始终与铅垂面N内导曲线相靠贴，且与沟底的水平夹角是随着元线的高度变化的，其元线角的变化规律为=f（z），即在水平直元线形成曲面的过程中，有三个因素控制了动线在空间的姿态，从而决定了曲面的形状始终平行于水平面的水
9、平直元线，导曲线、元线角的变化规律=f（z）。，这三个因素我们通常称之为水平直元线形成犁体曲面的三大要素。需要特别指出的是，导曲线所在的位置对犁体曲面的性能有较大的影响，当导曲线在铧尾处时，所形成的犁体曲面为翻土型的，在距铧尖2/3处时为碎土型，界于二者之间的为通用型。我们将在犁体曲面测绘课程设计时联合讲解具体的设计方法和测绘方法。第四节 犁体外载及犁耕牵引阻力一、外载特性受力特征 由于犁体曲面是一个既不规则又不对称的空间任意曲面，犁耕过程中，土壤对曲面的作用力成为一空间任意力系，在一般情况下，他们不可能简化成为一个合力。这样一个外载测量是十分困难的，只能用近似的方法来解决，目前，国内最常用的
10、方法是六分力法，其原理是：利用物体在空间受外力作用时，他将有六个自由度的结论，如果将这六个自由度全部给以约束，则该物体将处于静止状态，这说明六个约束力与可使物体产生运动的外力是等价的，若能测得这六个约束力，我们就可获得物体所受到的外力。例如：mmgP一个空间物体受到重力作用时他将下落，这个外力的大小我们不得而之，但如果给该物体一个约束力使该物体处于相对静止状态，测量这个约束力的大小，我们就可获得外力的大小，如图所示：P为约束力。采取同样的方法，将犁体和犁架置于测量空间，由于土壤空间力系的作用，机组可能产生上下前后左右的运动，如果在可能运动的方向上施加等价约束，那么机架将处于相对静止的状态，测量
11、这些约束力，即可获得犁体所受到的外力。PR将所测得三个分量向某个点简化即可得我们所需要的外力值。简化的方法有三种形式：1、六分力法：将X、Y、Z三个方向的力向铧尖简化，可得主矢量的3个分量Rx、Ry、Rz和主矩的3个分量Mx、My、Mz。2、坐标平面法：将测得的外力分别向三个坐标平面投影（简化）得3个平面力系：Rxy、Rxz、Ryz。3、力螺旋法：将测得的所有外力向铧尖简化，将3个分力和3个分力矩合成一个主矢力R和一个主力矩M。， Rx可作为决定牵引力大小的重要依据。二、犁耕牵引阻力 研究力的特性及大小的目的有2个，一是给机组设计提供依据，二是为使用提供依据。例如Rx就可作为犁耕牵引阻力。犁耕
12、牵引阻力耕作时，作用在犁上的总阻力的纵向水平分力，该力与拖拉机前进方向相反，可由拖拉机的牵引力来平衡。其经验表达式如下：（高略契金有理公式） Rx=fG +koab +abv2 （kg）式中：f综合摩擦系数， 0、30、5G犁体重量（公斤）FG摩擦项Koab静态阻力项Ko静态阻力系数，一般为0、20、7a单犁体耕深（cm）b单犁体耕宽（cm）abv2动态阻力项动态阻力系数，250400v机组速度（m/s）该公式经常用作理论分析，实用价值不大，一般犁耕土壤比阻法来表示犁耕牵引阻力的大小。犁耕土壤比阻单位耕作横断面上的纵向水平分力。K=Rx/abn （kg/cm2，或N/cm2）。四、影响牵引阻力
13、的因素和减少阻力的措施1、影响牵引阻力的因素：犁体曲面形状、表面光滑程度、铧刃锋锐程度、耕深、耕宽、前进速度、土壤状况等。2、减少阻力的措施：软材料硬材料 降低无效阻力：减轻犁的重量，增强曲面光滑程度，提高铧刃的锋锐程度（自磨刃）等 设计合理的犁体曲面：犁翼后撇，可减少土垡运动的侧向速度vy，避免侧向过分抛扔土垡，减少抛扔的能量消耗，vy1m/s；vyvvx 普通犁 高速犁 改变犁体曲面的结构形式：栅条犁、滚子犁、气（水）隔犁、电极犁、自激振荡犁等； 正确的挂结和调整。五、犁耕机组的配套计算 配套计算是指动力与机具之间的合理利用，为设计犁耕机组和正确地使用机组提供理论依据。依据可能与需要等价的
14、基本原则，我们来确定犁耕机组的配套计算公式。设：a、b单犁体的耕深和耕宽（cm）n犁铧个数牵引力利用系数，0、8-0、9Pt拖拉机额定牵引力（kg）K土壤犁耕比阻（kg/cm2），0、3-0、4可能产生的牵引阻力Rx = kabn（kg）为平衡牵引阻力所必须的拖拉机牵引能力Pt（kg）则有：Pt = kabn， n =Pt/ kab参考资料泰山12/15/18 Pt =300/350/400 （kg）泰山25/30 Pt =600/900（kg）上海50 Pt =1176（kg）铁牛55 Pt =1372（kg）东方红80 Pt =4000（kg）举例：=0、8，a = 20cm，b = 30cm，k =0、4，动力为泰山30，确定机组犁铧数量n解：n =Pt/ kab =0、8*900/0、4*20*30 =3，注意：一定要取整，如n =3、4；n = 3、8；n =3！第五节 悬挂犁悬挂参数的选择一、耕深调节与耕宽调节1、 耕深调
