自推进旋耕机研究.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 目 录摘要1关键词11 前言21.1 自推进旋耕机简介21.2 研究目的及意义32 自推进旋耕机整机相关理论分析42.1 受力分析和功率分析42.2 旋耕速比分析62.3 耕作重叠量的理论分析92.4 自推进旋耕机限深部件的行进阻力研究123 自推进旋耕刀的相关理论分析133.1 自推进旋耕刀片的选择133.2 自推进旋耕刀片的受力分析153.3 直角形刀片的正切刃运动学分析173.4 直角形刀片的侧切刃的滑切性能分析184 自推进旋耕机抛土模型214.1 抛土模型的动力学分析224.2 抛土模型的运动学分析245 我国自推进旋耕机发展存在的主要问题及展望265.1 自推进旋耕机存在的主要问题265.2 展望276 结论28参考文献28致 谢30精品文档自推进旋耕机研究 摘要：自推进旋耕机与传统的拖拉机农具机组相比，其结构简单，操作灵活，机组短，效率高，近年来被广泛实用于温室大棚和露天蔬菜场地。本文主要运用理论力学的知识，研究了自推进旋耕机的工作原理及其相关的受力分析，运动学分析，动力学分析，主要包括：自推进旋耕机整机受力分析，功率分析；自推进旋耕机的刀片选择及刀片运动学分析；自推进旋耕机耕作重叠量的理论分析；自推进旋耕机旋耕比的分析；自推进旋耕机陷深部件的行进阻力研究；自推进旋耕机抛土模型分析，给出了相关结论，并且结合目前自推进旋耕机在我国的技术现状，指出目前我国自推进旋耕机存在的主要问题，并对自推进旋耕机的未来发展趋势进行展望。 关键词：自推进旋耕机；理论分析；技术现状；展望Study On Self-propelled Rotary Tiller Abstract: Compared with tradition tractor and implement unit, a self-propelled rotary tiller has simple structure, operation flexibility, small unit and high efficiency, they are widely used in glasshouse, greenhouse and open-air vegetable filed. In this paper, through using theoretical mechanics knowledge, the working principle, associated propulsion motive force analysis, kinematics analysis and dynamics analysis of rotary tiller are studied. It mainly include the force analysis, power analysis of self-propelled rotary tiller ,the selection of blades of self-propelled rotary tiller and the kinematics analysis of blades, the farming overlap amount of theoretical analysis of self-propelled rotary tiller, the rotary speed ratio analysis of self-propelled rotary tillers, the study on the travel resistance of limit deep parts, the model of thrown soil theory analysis of self-propelled rotary tiller , the relevant conclusions are drawed .In addition ,combined with the present situation of the self-propelled rotary tiller technology in our country, the author points out the main problems of self-propelled rotary tiller of our country at present, and discusses the trend of future development of self-propelled rotary tiller.Key words: Self-propelled Rotary Tiller; Theoretical Analysis; Technical;State;Outlook1 前言1.1 自推进旋耕机简介自推进旋耕机是指由发动机驱动的旋转工作滚在加工土壤的同时受到土壤反作用推动机具前进，取消驱动轮的旋耕机械（示意图如图1所示）。自推进旋耕机作业时，取下驱动轮，把旋耕刀对称的安装在两个驱动半轴上，动力经驱动半轴直接传给旋耕刀棍，使刀棍转动，带动刀片切削和挤压土壤的同时，土壤对刀片的反作用力推动耕耘机械前进，由此可见，自推进旋耕机工作部件起到了两个作用：旋耕加工土壤作用和驱动整机前进的作用。, 1发动机 2排气管 3手把组合 4机架 5挡泥罩 6旋耕部件 7传动机构 8限深部件图 1 自推进旋耕机的结构简图1 Engine 2 Exhaust pipe 3 Handle combination 4 Frame 5 Mudflaps cover 6 Rotary parts 7 Transmission mechanism 8 Depth partsFig.1 The structure of self-propelled rotary tiller从世界土壤耕作技术动向看，由于在大范围内采用新的农艺技术，土壤耕作将呈现出一个趋势，即将由多耕制向少免耕制的演变。纵观我国的耕地耕作历史，80年代我国确立了以旋耕机配合使用的少耕体系，出现了旋耕整地，此后随着旋耕机的推广使用，旋耕机在耕整地机械化方面的作用越来越被人们所重视，农民已经接受了少耕法、免耕法，接受了旋耕的耕作方式，而自推进旋耕机继承了传统型旋耕机的优点，还有自身的特点：一旋耕整地不会破坏土壤结构及理化性质。江苏省农科院测试结果表明：旋耕整地不打乱耕作层，保持了土壤原有的含水率，土壤团粒没有破坏也没有发生板结，其理化特性更没有恶化；二旋耕植被覆盖率高，达到了合理用肥。旋耕覆盖率可达92.3%，经有关部门理化测试：旋耕覆盖植被分布比较合理，同时旋耕可切碎绿肥及稻茬，促使其早期腐烂，有利于土壤养分的全层分布，促进作物生长。三旋耕深度能达到农艺要求，并有利于增产。目前我国一般作物要求耕深1218cm，大部分15cm即可。而旋耕作业达到15cm耕深的要求是很容易的。另外根据对犁耕和旋耕两种耕作方式的作物产量测算，旋耕产量比犁耕产量高3040 千克亩。四旋耕可节省能源，节约劳力，减少投入，增加产出。南方整地的传统程序是犁耙平耖，而旋耕一次，至多二次就可达到“两平一碎”的效果，即犁底层平、地表面平、土壤细碎，这样省去12次重复耕作，节约了能源消耗，另外自推进旋耕机可一人操作，不必更换农具，减少田间机具作业次数，使土壤免遭机械破坏，提高了工作效率，节省了农时和劳力，改善了工作条件。五、自推进旋耕机操纵方便灵活，结构简单，易于维护，容易为农民所接受。自推进旋耕机的特殊结构，大大缩短了机组长度，简化了结构，给整机带来结构简单，重量减轻，成本降低，结构尺寸减小，转弯半径小，转向灵活等优点。在我国，耕地地形复杂，特别是山区、丘陵和小面积水田耕地，因此，自推进旋耕机的推广是实现农业机械化的重要手段。随着农业经济制度的进一步深化，农业经济作物种植规模不断扩大和农业棚室技术的进一步推广，自推进旋耕机的推广符合我国的基本国情，也是解决“三农”问题，实现我国农业全面机械化的有力工具。1.2 研究目的及意义近几年来，我国自推进旋耕机市场令人可喜，以重庆市为例，目前，重庆市现有自推进旋耕机生产企业1000余家，2011年产销量达到70多万台，为当地的经济和促进农业机械化的水平做出了卓越的贡献，同时，根据重庆市农机鉴定站在对自推进旋耕机的适用性与可靠性调查中，发现自推进旋耕机依然存在一些未解决的难题，经过全国农机市场的反馈性息也显示出同样的问题，例如部分自推进旋耕机的耕作效果不佳，入土效果不好，耕刀缠草严重等问题，为此，为了给解决此类问题提供相关理论依据，笔者将对自推进旋耕机的相关理论进行一个比较全面的分析，运用的理论力学和相关数学知识对自推进旋耕机和耕作进行运动学分析，动力学分析，并且阐述目前我国自推进旋耕机的技术现状和将来的发展趋势。2 自推进旋耕机整机相关理论分析2.1 受力分析和功率分析自推进旋耕机在田间工作并达到平稳工作状态时，旋耕刀棍及限深装置受力图如图2所示。其中，设G为整机重量,、分别为刀滚工作阻力的水平与垂直分力, 、分别为限深杆的水平与垂直阻力, M为刀滚的驱动力矩, F为操作人员施加于扶手把的作用力, 为刀辊的旋转角速度, 为机具前进速度；土壤对刀棍工作阻力的合力作用点为A，并建立如图所示的X-O-Y直角坐标系。正常工作时, 根据受力平衡有： (1) (2) (3)图2 自推进旋耕机工作时受力简图Fig.2 Force diagram of self-propelled rotary tiller此时,只要控制扶手把上的压力F,即可稳定旋耕深度。耕深变小时, 增加扶手把上的压力F,限深杆下陷,和增大,若要前进,也必须增大,这必然使耕深增加,旋耕机的前进速度减慢；耕深变大时, 减小扶手把上的压力, 限深杆抬起, 和减小, 这时也相应减小, 耕深变浅, 旋耕机的前进速度增大。下陷时, 扶手把往上提, F1时，具有这种运动特性的轨迹称为余摆线（图3中A点的运动轨迹即为余摆线）。余摆线具有封闭的摆环，由的计算式可得知，刀片端点的绝对运动轨迹具有与方向相反的水平分速度，使刀片向后切土和抛土成为可能，且切土、抛土过程中产生与方向相同的土壤反作用力，推动机具前进。云南大学运用现代的方法来确定自推进旋耕机最佳的速比系数的取值范围，为自推进旋耕机的设计提供了一定的理论依据。通过建立目标函数的方法确定最佳旋耕速比，由于自推进旋耕机自身动力小，希望充分发挥有限的动力，提高动力性，所以将单位体积功耗作为旋耕速比系数优化模型的目标函数。单位体积功耗是耕耘机械耕作要求的前提下，完成单位体积的土壤作业所需要的功率消耗。首先，建立，H和n函数关系式：在自推进旋耕机工作时，对其功耗产生影响的参数有1.机器的前进速度；2.刀棍转速n ；3.耕深H。通过文献的介绍和试验，可得知如下的结论：1. 当刀辊转速n和耕深h不变的情况下, 耕耘机前进速度与功耗W之间的关系近似呈线性关系（如图4所示）。图4 单位体积功耗与前进速度关系图 Fig.4 The relation between unit cubage power consumption and advance speed则单位体积功耗可定义为：W(,n,H)=+ (12) 式（12）中：和是关于刀辊转速和耕深的系数，与机器前进速度无关。2. 当前进速度和耕深h不变时, 刀辊转速n与功耗W的关系也呈近似的线性关系（如图5所示）图5. 单位体积功耗与刀棍转速的关系Fig5. The relation between unit cubage power consumption and axle rotational speed 则单位体积功耗可定义为： W( , n, H) = n+ (13)式（13)中: , ,是关于前进速度和耕深的系数, 与刀辊转速无关。3.当前进速度 和刀辊转速n不变时, 耕深H与功耗W的关系也呈近似的线性关系(如图6所示）图 6 单位体积功耗与耕深关系图Fig.6 The relation between unit cubage power consumption and cultivation depth则单位体积功耗可定义为:W(, n,H) =H + (14)式（14）中: ,是关于刀辊转速和前进速度的系数, 与耕深无关。 通过单位体积功耗最小作为旋耕速比系数优化模型的目标函数，根据耕耘机的前进速度、转速、耕深之间的相互作用,可建立耕耘机的单位体积功耗模型为:W (, n, H ) = +nH+H+n +n + (15)式（15）中：为待定系数。为了便于通过试验确定这些系数, 作如下变换: 令 ,，y= W (, n, H ) 则单位体积功耗模型变为: (16) 根据单位体积功耗测试验数据分析, 此回归问题为多元线性回归问题, 运用广义最小二乘法, 在显著水平为=0.01，n=15情况下，得到式( 16) 中参数 的估计值为: （ = ( 3.6615， 0.0003， 0.0021， 0.4046， 0.1579，0.1107， 0.1453.，17.8822)，所以得到单位体积目标函数的数学模型的表达式为： （17)其次，建立目标函数的约束条件： 1.沟底凸起高度的约束条件，耕耘机的沟底凸起高度是指相邻两摆线的交点与沟底的距离, 沟底凸起高度一般要小于耕深的20%。即: （18） 20%H （19）式（18）（19）中: H为耕深；z为同一截面上刀齿数；R 为刀辊半径；u 为刀齿圆周线速度； 为机器前进速度。 2.切土进距的约束条件刀辊转动1周, 刀片相继切土的时间间隔内机器前进的距离称为切土进距S。S = 2R /z = 2R/uz （20）式中: z 为同一截面上刀齿数; R 为刀辊半径。u为刀齿圆周线速度；为机器前进速度。耕耘机工作时, 根据作业对象的土壤条件,来确定进距的取值范围。温室、大棚和蔬菜地土壤多为旱耕熟地, 取最小切土进距Smin = 10 cm，最大切土进距Smax = 12 cm, 切土进距的约束条件为: Smin S 0 (31) 即： (32)又由S=t=2/z (33) z刀辊纵同一截面上刀齿数代入（23）式中可得到： (34)在自推进旋耕机的适用性与可靠性调查的调查结果中显示出目前一部分机械的耕作效果不佳，并且有耕刀裹泥的现象，笔者认为这其中一部分的原因可以从重叠量方面去考虑，自推进旋耕机工作时，在工况不变的条件下,它的旋耕速比呈现出一定的稳定性(）左右，如果在粘性土壤的条件下，当重叠量过大时，会造成旋耕刀裹泥的现象，这是需要考虑公式（34）中各参数之间的关系，得出最佳的重叠量。2.4 自推进旋耕机限深部件的行进阻力研究自推进旋耕机整机结构简图1-8即为自推进旋耕机限深部件，限深部件在自推进旋耕机的工作中有着重要的作用：1. 当自推进旋耕机采用中间传动的时候，不可避免的出现传动箱下方漏耕的现象，此时限深部件有两个作用，一是限深部件做为防漏装置，二是限深部件的行进阻力平衡了自推进旋耕机切削土壤而得到的驱动力，使得自推进旋耕机前进时更加平稳，更容易操作。2. 当自推进旋耕机采用侧边传动或者限深部件不作为防漏装置，此时，它的作用只用来平衡自推进旋耕机切削土壤而得到的驱动力。湖南农业大学相关研究学着对当自推进旋耕机采用中间传动时，起到防漏和平衡旋耕机切削土壤而得到的驱动力双重作用的限深部件进行了比较全面的研究，共研究了四种不同类型的限深部件，并取到了一定的研究成果，四种限深部件示意图如图9所示： （a) (b) (c) (d)图 9 限深部件形状Fig.9 Shape of depth-controller （a)代表直板形，（b)代表凿形，（c)代表尖形，（d)代表铲形 研究学着通过单因素，双因素，三因素性能试验研究下陷深度、速度、形状对限深部件的行进阻力的影响，研究结论如下： (1)单因素试验表明四种不同形状的限深部件的行进阻力有着明显的差异，铲形最大，主要是由于铲形限深部件的与土壤的接触面积大；凿形限深部件的行进阻力其次，它与土壤的接触面积较铲形小，但入土角度大；直板形和尖形限深部件由于和土壤的接触面积小，且入土角小，所以工作阻力也小。 (2)从防漏效果上来看，铲形最好，并且碎土效果好，凿形其次，直板形和尖形只是划开土壤，碎土效果不好。(3) 对限深部件行进阻力影响程度从高到低依次是：下陷深度与速度的交互作用下陷深度速度形状，形状与速度、下陷深度的交互作用对行进阻力影响不显著。3 自推进旋耕刀的相关理论分析 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 2.弯刀（图10-b），弯刀的刃口由曲线构成，包含侧切刃和正切刃两个部分，弯刀工作时，先由侧切刃沿纵向切削土壤，然后由正切刃横向切开土垡。这种切削过程，可以把土块和草茎压向未耕地，与较硬的未耕地支持切割。所以，弯刀的侧切刃具有较好的滑切性能，刀片不易缠草，但是刃口较长，刀片的侧面与土壤摩擦大，入土困难。 3.直角形刀（图10-c),直角形刀的刃口有侧切刃和正切刃组成，两个直线刃口相交成90左右，工作时，先由正切刃横向切割土块，然后侧切刃逐渐切出土垡的侧面。直角形刀入土碎土能力强，侧切刃滑切作用小，脱草性能较差，容易缠草。由于耕耘机的工作环境是温室、大棚和露天蔬菜地，土壤较疏松，土表杂草、杆茎较少，脱草性能已不再是耕耘机刀片性能考虑的主要因素。另外，耕耘机功率小, 刀片形状的选择应从降低消耗功率, 减小阻力, 有利入土等几方面来考虑, 据相关资料显示装有弯刀的自推进旋耕机入土困难, 入土行程长, 刀辊打滑率高, 机器行走困难, 耕深不稳定，而装有直角形刀的自推进旋耕机碎土能力强, 碎土均匀，入土行程短, 入土、切土正常, 耕深稳定, 机器走直性能好，进一步说明耕耘机的刀片应以直角刀为佳。目前，市场上的自推进旋耕机刀片以直角形刀居多，直角刀较好的满足了耕地需求，但是不可避免的出现了旋耕刀缠草的问题，鉴于此问题，云南大学相关学者通过改变刀片安装的偏心距，改变了直角形刀片入土过程，使直角形刀的侧切刃的滑切性能得到一定的改善。3.2 自推进旋耕刀片的受力分析自推进旋耕机在工作时，旋转的刀片对土壤起到切割作用的是具有刃角的刃缘部分，包括正切刃和侧切刃两个部分，对土壤起到破碎和抛掷作用的是旋耕刀片的正切部分的内表面及侧切部分与已切土壤接触的侧面，使得土壤具有反作用力作用在刀片上。刀具工作时受到的土壤阻力是一个空间力系，为了便于力系的分析，确定一个空间坐标系：自推进旋耕机前进的方向为X轴，刀棍的轴线方向为Y轴，铅垂方向为Z轴，刀辊轴的中心为原点O。由于自推进旋耕机工作时，刀片绕刀辊旋转并随机组向前前进，其受到的空间力系的方向和大小一直在发生变化，要想将力系完整的表示出来非常困难，可以将刀片受到的空间力系分为三个部分的力，并且由空间力系的合成定理，得到刀片的受力图如图11所示：1.侧切部分侧切和挤压破碎土壤时受到的阻力（图11a）2.正切部分切割土壤和挤压破碎土壤受到的合力（图11b)3.正切部分向后抛掷土壤时受到合力（图11c）。(a)(b)(c)图 11 直角形刀片的受力分析Fig.11 The stress analysis of rectangular-shaped blade 从图11中可以看出，自推进旋耕机在田间进行旋耕工作时，理想情况之下，旋耕刀片是不受到平行于OY轴方向的力，所以旋耕刀片受到的合力为： （35）结合上述计算公式，为方便计算需要确定旋耕刀的阻力合力的作用点。根据国外试验资料，弯刀阻力的平均半径R与弯刀端点回转半径R的关系为 R =0.9R，直角刀阻力平均作用点更靠近刀的端点，其 R= 0.95R，通过上述分析方法可以确定该刀片的受力点以及受力大小。3.3 直角形刀片的正切刃运动学分析自推进旋耕机的刀片的运动形式与正转方式的卧式旋耕机刀片运动形式相同，研究直角形刀的运动形式可以取正切刃的纵切面作为研究对象，其运动轨迹以及几何分析如图12所示： 图 12 直角形刀正切面几何参数Fig.12 Geometric parameters of rectangular-shaped blade直角形刀片正切面几何参数主要是指切土角(刀齿内刃面与余摆线切线的夹角 ) 和隙角(刀齿外刃面与余摆线切线的夹角)，根据运动轨迹的几何关系可得： = (36) (37)式中:：为静态切土角 (刀齿正切刃内刃面与刀齿半径R所作圆弧的切线的夹角 )； 为静态隙角 (刀齿正切刃外刃面与刀齿半径R所作圆弧的切线的夹角 )；i为磨刀角；为圆周切线和余摆线切线之间的夹角，刀片的静态切土角和静态隙角是一定值。由图12中刀片的速度之间的几何关系可知: (38)式（38）中： 为刀齿位置角；U为刀齿的圆周线速度；为机器前进速度; 为旋耕速比系数。由（38）式可见， 随刀齿位置角的变化而变化，并且在相同的位置角的情况下，随旋耕速比系数的减小而增大。切土角 和隙角 则随 的增大而减小。按照农业机械设计的要求可知，刀片的最小切土角和最小隙角不能过大，也不能过小。过大时， 刀齿难于入土，增加了能量消耗；过小时，在最小隙角处会引起刀片背部接触土壤的现象，严重时刀片的背部挤入未耕地中，增加功率的消耗以及刀片的磨损，甚至使旋耕机剧烈跳动，耕深自动变浅，不能正常工作。自推进旋耕机的旋耕速比一般为5左右，相比卧式旋耕机的旋耕速比要小很多，根据先关研究资料显示，卧式旋耕机的旋耕速比=910，其对应的56，而自推进旋耕机对应的10左右，由可知，应该有较大的减小，如果套用卧式旋耕机的刀片设计方法，将会使刀片正切刃出现挤土的现象，根据云南大学相关研究结果显示，自推进旋耕机直角形刀片相比卧式旋耕机，在设计方面需要有以下的优化：（1） 自推进旋耕机直角形刀片的磨刀角i相比传统型刀片的磨刀角应该适当减小：（2） 自推进旋耕机直角形刀片的静态切土角，应该达到3739。3.4 直角形刀片的侧切刃的滑切性能分析 自推进旋耕机使用直角形刀具有碎土能力强，碎土均匀，入土行程短，入土、切土正常，耕深稳定的优点，但是其侧切刃的滑切性能较差，容易造成旋耕刀缠草的现象，鉴于自推进旋耕机的特殊结构和工作原理，研究其侧切刃的滑切性能具有一定的意义。根据研究旋耕刀侧切刃滑切性能的经验，首先先求出刀片的静态滑切角（当机械前进速度时，直线刀刃上的一点的运动方向与刃口法线方向的夹角），当=0时，侧切刃AB上一点M的运动轨迹如图13所示： 图 13 直角形刀的静态滑切角Fig.13 Static angle of right-angle blade 图中即为静态滑切角，由几何关系可得： (39)式（39）中：e为旋耕刀片安装偏心距：r为M点到回转中心的距离，即回转半径。从（39）式中可知静滑切角与偏心距e和回转半径r有关，当e增大或者r减小时，刀片的静滑切性能会得到提升。工作时，自推进旋耕机前进速度0，所以刀片的侧滑切性能指刀片的衡量指标为刀片侧切刃动滑切角（侧切刃刃口上任一点的法线与该点的绝对速度方向之间的夹角），侧切刃刃口上一点M的运动轨迹土如图14所示：图 14 直角形刀动态滑切参数Fig.14 Dynamic sliding cut parameters of rectangular-shaped blade由图中的几何关系可得： = (40)分析的值就要分析 的值，由速度三角形关系可知： (41)式中，是自推进旋耕机的旋耕速比，R是旋耕刀端点的转动半径；从式（41）中可知 的值与和有关，R，H和如图15所示：图 15 参数R，H，间的关系Fig.15 Relation between R，H， 由几何关系得： (42) (43) 代入式（41)可得： (44) (45) 云南大学相关研究学者运用（45）式对直角形刀片的侧切刃滑切角进行了研究，通过一系列的分析数据得到一些结论：当自推进旋耕机的旋耕速比保持不变（=5左右）时，直角形刀片的动态滑切角随着极径r的增大而减小，即表明直角形刀刀刃的基部滑切性能比端部好；增加安装偏心距e，动态滑切角也增加，但同时也增加了刀棍直径，旋耕机的灵活性也一定程度的降低，从使用情况来看，当安装偏心距e=67cm时，自推进旋耕机工作稳定，缠草问题不突出，能满足耕作要求。4 自推进旋耕机抛土模型4.1 抛土模型的动力学分析 自推进旋耕机的工作方式属于正转，其抛土方式是向后抛土（即被抛土垡水平分速度方向与自推进旋耕机前进速度方向相反），被抛土垡质点在无罩壳、栅栏以及不计空气阻力和相互碰撞的条件下,其运动轨迹为一抛物线，然而,当被抛土垡质点与栅栏、罩壳碰撞后,其运动轨迹、抛掷方向将发生改变。在这里，笔者将通过理论力学中运动学的角度对旋耕刀的抛土过程进行研究，并通过相关数学知识建立自推进旋耕机的抛土模型。据有关资料显示，在土壤适耕的情况下，被刀片被刀片正切面刃口剪切破坏的土块沿正切面向正切面末端滑移并被加速抛掷。假设未耕地土壤为不可压缩的介质，以往的研究认为，被剪切破坏而堆积在切削刃上的土块变形和应变不大，故逆转旋耕所切削土块的运动近似于刚体运动。根据自推进旋耕刀片的切削土壤的特点，可以建立其抛土模型的动力学方程：A点是刚被旋耕刀切削并且即将被加速抛掷的土壤质点，建立动系，动点为A，动系为旋耕刀的始端（即图中A点的瞬时位置），所以有：牵连运动：自推进旋耕机前进运动与刀辊转动的合运动相对运动：A点沿正切刃的端面向上移动直角形刀侧切刃与水平线的夹角为，侧切刃与正切刃直线部分的夹角为，刀棍中心到A点的距离QA与侧切刃的夹角为，A点受到的力系有重力mg，正切面的支持力，未耕土壤对其支撑力（为了简便计算，假设力的方向与正切面平行），摩擦力。同时，A点的受力并不平衡，具有加速度的作用，包括A点以刀棍中心做圆周运动的向心加速度，沿斜面加速向上运动的加速度a，以及因为牵连运动的组成部分中有圆周运动，所以有科氏加速度。运用达朗贝尔原理，将动力学的问题转化为用静力学方法来求解，达朗贝尔原理告诉我们：作用在质点上的主动力、约束力和虚假的惯性力在形式上组成平衡力系，图16即为运用达朗贝尔原理所画出的A点的受力图，画虚线的力科氏力，离心力，合力ma即为虚加的惯性力系，建立如图16的的坐标系，设重力mg与轴的夹角，离心力与轴的夹角为。 图 16 质点的达朗贝尔原理受力分析Fig.16 Particle abtaining stress analysis 并且有： (46) (47) (48) (49) (50) (51) 式(47)(51)中动系到动点的距离根据达朗贝尔原理建立平衡方程： (52) (53)将式（46）（47）（48）（49）（50）（51）代入式（52）（53）中，解得： (54) (55)令： (56) (57) (58)将式（56）（57）（58）代入（55）中得： (59)由于自推进旋耕机抛土时，质点A需要沿正切刃加速被抛出，所以有： (60)式（59）是一个二阶常系数非齐次线性微分方程，由于求解过程和结果复杂，这里不在叙述，可以解除其通解： (61)以上是自推进旋耕机抛土模型动力学分析的全过程，下面笔者再讨论自推进旋耕机抛土时临界点的运动学分析。4.2 抛土模型的运动学分析建立固定坐标系如图17所示，前进方向与X轴正向一致，Y轴正向垂直向上，当刀片的端点位于X轴正方向的时候，刀棍的中心的为坐标原点。设正切面末端的切线与侧切刃的夹角为，侧切刃与水平面的夹角为，与X轴的钝夹角为，点P为被刀片切下运动到正切面末端即将被抛出的土壤质点，动系建立在正切刃始端，取p点土块为动点,则其牵连运动为机器前进运动与刀辊转动的合运动，而相对运动为土块沿刀片正切面切线方向的滑移运动，则p点的绝对速度可以根据点的合成运动定理求解。 (62) 自推进旋耕机向后抛土运动学分析模型的情况如图17所示： 图 17 抛土模型的运动学分析Fig.17 Kinematic analysis of throwing soil model 当旋耕刀片转动角度时，土垡p点被抛出去，此时的绝对速度与水