农业机械化设计：第六章 旋耕机

1、02:07:59,1,旋耕机是一种由动力驱动旋耕刀辊完成耕、耙作业的耕耘机械。,第一节 旋耕机的特点、类型、工作过程 第二节 刀片运动轨迹及其分析 第三节 旋耕机的功率消耗与总体配置,02:07:59,2,一、特点：,1.切土、碎土能力强；,2.综合作业质量高，一次作业能达到犁耙几次的效果，且能抢农时，节省劳力；,3.对湿度的适应范围大，凡拖拉机可以进入的水田都可进行耕作；,5.耕深较浅；旱田1216cm，水田1418cm。,4.机组通过性好；,6.地表植被覆盖性差。,第一节 旋耕机的特点、类型、工作过程,02:07:59,3,正转式、反转式。,二、类型：,1.按旋耕刀轴的位置：,横轴式（卧式

2、）、立轴式（立式）、斜轴式。,2.按与拖拉机的连接型式：,牵引式、悬挂式、直接连接式。,3.按刀轴传动方式：,中间传动、侧边传动。,4.按刀辊旋转方向：,02:07:59,4,三、工作过程：,返回,旋耕机工作时，刀片一方面由拖拉机动力输出轴驱动作回转运动，一方面随机组前进作等速直线运动。刀片在运动过程中，首先将土垡切下，随即向后方抛出，土垡撞击到罩壳与拖板而细碎，然后再落回地表。由于机组不断前进，刀片就连续不断地对未耕地进行松碎。,02:07:59,5,第二节 刀片运动轨迹及其分析,一、刀片的运动轨迹及方程式,二、主要工作参数分析,三、旋耕刀片工作分析，参数确定及其配置,四、旋耕机刀片配置,返

3、回,02:07:59,6,旋耕机刀片铣切土壤时，刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀轴的回转运动所合成。,一、刀片的运动轨迹及方程式,设刀片端点起始位置为M0，当刀片转过角度时，端点 达到M1的位置，与此同时，机组前进了Vmt 的距离，故端点实际位置在M1 ，故不难得出旋耕刀片端点M1 的运动方程为：,设坐标原点O为刀轴中心的起始位置，X轴以机组前进方向为正，Y轴以耕深向下方向为正。刀片回转角速度与拖拉机驱动轮回转方向相同。,02:07:59,7,刀片端点的瞬时速度为：,V的方向余弦为：,以上参数方程是从刀片端点建立的，实际上，旋耕机工作时是以全部刃口铣切土壤的。为了保证合理铣切，要求刀片刃口

4、的运动轨迹均为余摆线。,加速度为：,返回,02:07:59,8,为保证刃口切土，并向后抛土，则必须使刀片刃口有向后的分速度，即：,因t由0增大至/2时，Vx减小，所以只要在开始切土时满足Vx 0，就能使整个切土过程正常进行。,即合理切土条件。一般 刀片端点的切线速度,二、主要工作参数分析,合理切土条件,02:07:59,9,称为旋耕速比, 刀片的工作深度,由上式可看出： R a。但扭矩 ，结构 ，功耗 一般R215、245、260mm,， a，但u ，扭矩 ，结构 ，功耗 Vm，生产率下降。,故旋耕速比应有一个合理的值，这样便限制耕深不能太大。 一般旱田a=1216cm，水田a=1418cm,

5、02:07:59,10,刀片沿前进方向在纵垂面内所切下的土块厚度称为进切量。,式中： t刀轴每转一个刀片所需的时间，秒 Z同一回转平面内的刀片数 n刀轴转速，转/分 刀轴回转角速度,切土节距（刀片进切量）,02:07:59,11,旋耕机耕作过后的沟底凸起高度，是指旋耕机工作过程中，在同一纵向平面内切土的旋耕刀，先后切土后，残留在耕层底部的凸起部分的高度。,沟底凸起高度,02:07:59,12,返回,02:07:59,13,弯刀工作时，先由侧切刃纵向切削土壤，并且是先由离轴心较近的刃口开始切割，然后由近及远，最后由正切刃横向切开土垡。这种切削过程，可以把土块、杂草等压向未耕地，由坚硬的未耕地支持

6、切割，并在回转过程中向外运动，易于切断和滑脱，不致缠草，这种刀片对土壤的适应性强。,三、旋耕刀片工作分析，参数确定及其配置 刀片类型,1.弯刀（铊形刀片）,由前端部和侧切部构成，分左、右弯刀，其刃口含正切刃和侧切刃两部分，刃口由曲线构成。正切刃口较宽，有较大的滑切能力。,02:07:59,14,刃口由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垡，然后侧切刃逐渐切出土垡断面。这种刀也易缠草，但刀身较宽，刚性好，有较好的砍切能力，我国很少采用。,2.凿形刀：（钩形刀）,刀片的正面为较窄的凿形刃口，有较好的入土能力，所用动力小，工作时，首先入土切开土垡，然后在刀身作

7、用下使土垡破碎，碎土作用较强，但易缠草，主要用于板结土壤的水田耕作；在潮湿粘重土壤中耕作时漏耕严重。,3.直角形刀（L形刀）,凿形刀片,直角形刀片,02:07:59,15,弯刀刃口由曲线组成，包含正切刃和侧切刃两部分。,弯刀设计,1.侧切刃的设计,能由近及远切土，并具有良好的滑切性能（即耕耘阻力小和不缠草的要求） 所谓由近及远切土，即切土时离转动中心较近的点先接触地表，这样可以将草茎压向硬土，进行有支持切割。 所谓滑切，是指被切物体沿刃口切向有滑移运动的切削过程。,侧切刃口曲线应满足下述要求：,02:07:59,16,k愈小，滑切作用愈大，反之，则愈小。 有的文献将侧刃上任一点的绝对速度方向与

8、法线所夹的角定义为滑切角。当s时，刃口有滑切作用,滑切角：一般指刃口上任一点的切线AA与该点的绝对速度方向BB之间的夹角。（称为动态滑切角）,如图所示，设刀片刃口曲线上任一点m处有一根茎，取根茎m为脱离体，aa为m点的运动轨迹曲线，过m点作侧刃的切线AA ,作轨迹曲线的切线BB，则滑切角k为AA与BB的夹角。,假定旋耕刀片作用于根茎的法向力为N，将N分解为沿切线AA的分力T和沿切线BB的分力P。 当T大于根茎对刀刃的摩擦力F时，它将沿刃口曲线滑移，从而被切断或脱离刀刃。故滑切条件为TF。,（为根茎对刀刃的摩擦角）,02:07:59,17,r侧刃上任一点的旋转半径r0 侧刃的起始半径 位置角K常

9、数,r,r0,0,刃口曲线形状的选择：,阿基米德螺线（等进螺线） 目前我国和日本都采用 阿基米德螺线的一段作标准 的侧刃曲线。其方程为：,02:07:59,18,正弦指数曲线 用于旋耕刀侧切刃的方程式为：,r侧刃上任一点的旋转半径r0 侧刃的起始半径 位置角K常数s0侧切刃起始半径处的滑切角 正弦指数曲线可利用不同的s0和K，可得到性能不同的曲线。,02:07:59,19,正面刀刃幅宽b b的大小影响旋耕机的 工作质量和功率消耗。若b增大，整机刀片减少，相临刀片间距加大，虽不易堵塞、功耗降低，但碎土质量差，所以b值不宜过大。我国系列设计的刀刃幅宽有46、50、55毫米三种。50毫米为统一弯刀的

10、幅宽。 磨刃：双面磨刃，磨刃宽度为12mm，刃厚0.51.5mm,2.正切刃及正切面,正切刃及正切面的形状应保证弯刀具有良好的切土、抛土性能和沟底平整，以减少冲击和功耗，且应具有滑切作用。因此，正切刃口曲线应位于刀辊的圆柱面上，即在侧视图上投影为圆弧。正切刃与侧切刃之间用光滑曲线过渡。国产弯刀取一斜置平面与圆柱面的相贯线的一部分作为正切刃口曲线。,3.弯刀的其他参数,返回,02:07:59,20,为使旋耕机在作业时避免漏耕和堵塞，刀轴受力均匀，刀片在刀轴上的配置应满足下述要求： 1.在同一回转平面内，若配置两把以上的刀片，应保证进切量相等，以达碎土质量好，耕后沟底平整； 2.在刀轴回转一周过程中，刀轴每回转过一个相等的角度时，在同一相位角，必须是一把刀入土，以保证工作稳定性和刀轴负荷均匀； 3.相继入土的刀片在刀轴上的轴向距离越大越好，以免发生堵塞； 4.左弯和右弯刀片应尽量交错入土，使刀轴两端轴承所受的侧压力较为平衡。 一般刀片按螺旋线规则排列（如图）,四、旋耕机刀片配置：,返回,02:07:59,21,一、功率耗用的组成 设旋耕机组在较平坦的田地上工作并假设作等速直线运动，卧式旋耕机功率消耗的组成为：,式中：Nq刀片切削土壤时的功率消耗，约占42% Np刀片抛土时的功率消耗，约占40.5% NT旋耕机推动机