农业机械学教案耕作机械

1、第二章第二章 土壤耕作机械土壤耕作机械总论：总论： 1. 1. 土壤耕作机械的种类：深耕机械、土壤耕作机械的种类：深耕机械、旋耕机、灭茬机械、深松机具、整地机械、旋耕机、灭茬机械、深松机具、整地机械、表土耕作机械。表土耕作机械。 2. 2. 功用：深耕灭茬、灭草、覆盖、秸功用：深耕灭茬、灭草、覆盖、秸秆粉碎还田秆粉碎还田 、深松、起垄、平整松碎地表、深松、起垄、平整松碎地表（土块）（土块）, ,为播种创造条件。为播种创造条件。第一节第一节 耕层土壤物理力学特性耕层土壤物理力学特性 1 容重容重r 自然状态下单位土壤体积的重量自然状态下单位土壤体积的重量 r=q/V （ g/cm3）式中式中 q

2、土壤重量（包括所含水分重）土壤重量（包括所含水分重）, g; V土壤体积，土壤体积，cm3 。 土壤容重与土壤内的孔隙度和固体颗粒比土壤容重与土壤内的孔隙度和固体颗粒比重有关。孔隙度越大（疏松）重有关。孔隙度越大（疏松）,则容重越小。则容重越小。当土壤容重当土壤容重r=1时（与水相等）最有利于耕作。时（与水相等）最有利于耕作。 土壤固体颗粒的比重为土壤固体颗粒的比重为2.62.7gcm3。2 土壤含水量（湿度）土壤含水量（湿度）2.1 土壤的绝对湿度土壤的绝对湿度 土壤的绝对湿度为土壤的绝对湿度为: 100%式中式中 q自然状态下土壤的重量自然状态下土壤的重量, g; q烘干后同体积的土壤重量

3、烘干后同体积的土壤重量, g 。qqqW2.2 土壤的相对湿度土壤的相对湿度 田间持水量田间持水量Wn: 在降雨或灌溉之后，耕作层在降雨或灌溉之后，耕作层内的水一部分沿着土壤中大的孔隙或裂缝向下渗漏，内的水一部分沿着土壤中大的孔隙或裂缝向下渗漏，另一部分则在土粒的吸附作用和毛细管作用下，保另一部分则在土粒的吸附作用和毛细管作用下，保持在耕层之内。持在耕层之内。土壤所能保持的最大含水量称为土壤所能保持的最大含水量称为“田间持水量田间持水量” 。 式中式中 Wo土壤相对湿度土壤相对湿度, ; Wn田间持水量，田间持水量， 。%100WWWn0 因砂土的田间持水量较小因砂土的田间持水量较小,当绝对湿

4、度为当绝对湿度为15%时时,摸起来是潮湿的（其相对湿度达摸起来是潮湿的（其相对湿度达80%）;而重壤土的田间持水量较大，当绝对而重壤土的田间持水量较大，当绝对湿度为湿度为15%时时,摸起来几乎仍似干土（其相对摸起来几乎仍似干土（其相对湿度仅为湿度仅为35%）,因此比较不同土壤的湿度时因此比较不同土壤的湿度时要用相对湿度。要用相对湿度。 土壤湿度对铧式犁的耕作质量和牵引阻土壤湿度对铧式犁的耕作质量和牵引阻力有很大影响。土壤干硬，土垡难于破碎，力有很大影响。土壤干硬，土垡难于破碎，犁耕阻力很大。当耕翻潮湿粘重土壤时，土犁耕阻力很大。当耕翻潮湿粘重土壤时，土垡呈条状且不易破碎。犁壁粘土严重，出现垡呈

5、条状且不易破碎。犁壁粘土严重，出现拖堆、拥塞、土垡翻转不完全和植被覆盖不拖堆、拥塞、土垡翻转不完全和植被覆盖不严密等现象。严密等现象。 对于旱田来说，土壤的相对湿度在对于旱田来说，土壤的相对湿度在40%60%的范围内，较宜于耕作。此时的土壤湿的范围内，较宜于耕作。此时的土壤湿度称为度称为适耕湿度。如何判定？适耕湿度。如何判定？3 土壤强度土壤强度 指土壤承受变形和应变的能力。指土壤承受变形和应变的能力。4 土壤的坚实度（圆锥指数）土壤的坚实度（圆锥指数） 在垂直载荷作用下，土壤不同深度的抗在垂直载荷作用下，土壤不同深度的抗压能力。压能力。 当压缩非密实土壤时，使其压痕的容当压缩非密实土壤时，使

6、其压痕的容积为积为1cm3时所需的力称为单位压实力时所需的力称为单位压实力q0（kgcm3）。当以一定断面形状（圆形、锥形）。当以一定断面形状（圆形、锥形等）的柱塞压入土壤，其压陷深度为等）的柱塞压入土壤，其压陷深度为h0时，时，作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实度度p0: p0q0h0 （kgcm2） 5 土壤抗剪强度土壤抗剪强度 阻止土粒之间相对位移的土壤内部阻力。阻止土粒之间相对位移的土壤内部阻力。 耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲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，其剪应力大致服从等）作用下，往往出现剪

7、切破坏，其剪应力大致服从库伦定律库伦定律： = c +tg式中式中 剪应力剪应力,kN/cm2 ； 剪切面上的法向压应力（正应力）；剪切面上的法向压应力（正应力）； c 单位粘结力（单位粘结力（kN/cm2），是同类粒子），是同类粒子 间相互结合在一起的作用力；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，又称土土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土 壤的内摩擦系数；壤的内摩擦系数； 土壤的内摩擦角。土壤的内摩擦角。6 土壤的凝聚力、附着力土壤的凝聚力、附着力 凝聚力：凝聚力：指土壤之间的结合力。指土壤之间的结合力。 附着力：附着力：土壤与农具表面之间的粘着力。土壤与农具表面之间的粘着力

8、。 土壤凝聚力是指土粒之间的结合力，其数土壤凝聚力是指土粒之间的结合力，其数值与土壤质地、含水量等因素有关，粘土的凝值与土壤质地、含水量等因素有关，粘土的凝聚力大于砂土。凝聚力大的土壤称为重质土。聚力大于砂土。凝聚力大的土壤称为重质土。这种土壤不易破碎，耕作阻力也较大。凝聚力这种土壤不易破碎，耕作阻力也较大。凝聚力小土壤（轻质上）容易破碎，耕作阻力较小。小土壤（轻质上）容易破碎，耕作阻力较小。 土壤同金属接触面之间的附着力土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全，几乎完全是因水膜的表面张力所造成的。因此，附着力也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

9、与土壤质地、含水量、接触面的材料和光洁度等因素有关。当摩擦力和附着力大于土壤凝聚力和因素有关。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。工作部内摩擦力时，农具的工作表面就会粘土。工作部件表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增件表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增加牵引阻力。加牵引阻力。 需要指出，土壤在一定湿度下表现出有附着需要指出，土壤在一定湿度下表现出有附着性。但当附着力达最大值后，若湿度继续增加，性。但当附着力达最大值后，若湿度继续增加，则附着力反而下降。因此，除了设计上应保证工则附着力反而下降。因此，除了设计上应保证工作表面光洁，曲面形状适当以外，在机具

10、的使用作表面光洁，曲面形状适当以外，在机具的使用上应注意在上应注意在适耕湿度适耕湿度下进行作业。下进行作业。 7 犁耕土壤比阻犁耕土壤比阻 单位犁耕截面积的犁耕阻力。单位犁耕截面积的犁耕阻力。 为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤比阻比阻Kt，kNcm2或或kPa。但。但Kt值大小不仅和土壤的物值大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形状，犁铧锐钝程度，犁重以及面和小前犁曲面几何形状，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是

11、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，在此测力犁上一般不装犁侧板，所以Rx是有效阻是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻力。则犁耕的有效土壤比阻 Kt= Rx/ab(kNcm2或或kPa) 式中式中 a测力犁的耕深测力犁的耕深,cm; b测力犁的单铧幅宽测力犁的单铧幅宽,cm 。1 铧式犁的种类、构造及特点铧式犁的种类、构造及特点 1.1 铧式犁的种类铧式犁的种类 南方系列犁南方系列犁: 要求机动性好，只有悬挂犁。要求机动性好，只有悬挂犁。 北方系列犁北方系列犁:

12、 按动力分：畜力、手拖、机力犁。按动力分：畜力、手拖、机力犁。 按用途分：通用、特种犁。按用途分：通用、特种犁。 按连接分：悬挂、牵引、半悬挂、双向犁。按连接分：悬挂、牵引、半悬挂、双向犁。1.2 铧式犁构造铧式犁构造 牵引犁：牵引犁：由牵引装置、犁架、犁轮、小前犁、圆由牵引装置、犁架、犁轮、小前犁、圆 犁刀、液压升降机构和调节机构等部件组成。犁刀、液压升降机构和调节机构等部件组成。 悬挂犁：悬挂犁：由犁架、悬挂架、犁体、犁刀、调节装由犁架、悬挂架、犁体、犁刀、调节装 置和限深轮等部件组成。置和限深轮等部件组成。第二节第二节 铧式犁的构造与原理铧式犁的构造与原理1.3 结构、性能特点结构、性能

13、特点（以牵引、悬挂、半悬挂、双向犁为例介绍）（以牵引、悬挂、半悬挂、双向犁为例介绍） 悬挂犁悬挂犁 双向翻转两铧犁双向翻转两铧犁1.4 主要工作部件主要工作部件1.4.1 犁体犁体 由犁铧、犁壁、犁侧板、犁托、犁柱、由犁铧、犁壁、犁侧板、犁托、犁柱、 延长板、滑草板组成。延长板、滑草板组成。 功用：功用：切割、破碎土垡，覆盖残茬、杂草切割、破碎土垡，覆盖残茬、杂草。 犁体的垂直间隙犁体的垂直间隙1 通常指由犁侧板前端下边缘至沟底平面通常指由犁侧板前端下边缘至沟底平面之间的垂直距离（北方系列犁体的犁侧板前之间的垂直距离（北方系列犁体的犁侧板前后端高度相同）。后端高度相同）。 犁体的水平间隙犁体的

14、水平间隙2 通常指由犁侧板前端至沟墙平面的水平通常指由犁侧板前端至沟墙平面的水平距离。距离。 犁体垂直间隙犁体垂直间隙的存在，使犁铧增加了对沟的存在，使犁铧增加了对沟底单位面积的压力，犁体在工作中始终有一种底单位面积的压力，犁体在工作中始终有一种增大耕深的趋势，从而使犁的耕深保持稳定。增大耕深的趋势，从而使犁的耕深保持稳定。 犁体的水平间隙犁体的水平间隙使胫刃增强了对沟墙的单使胫刃增强了对沟墙的单位面积上的压力，使犁体在工作中始终有一种位面积上的压力，使犁体在工作中始终有一种增大耕宽的趋势，犁侧板才能起到维持耕宽稳增大耕宽的趋势，犁侧板才能起到维持耕宽稳定的作用。定的作用。1.4.2 小前犁小

15、前犁改善主犁体覆盖性能。改善主犁体覆盖性能。 形式：形式： 铧式、切角式、圆盘式。铧式、切角式、圆盘式。1.4.3 犁刀犁刀 切出整齐沟墙、减少胫刃线磨损、切出整齐沟墙、减少胫刃线磨损、 避免犁柱挂草，改善覆盖质量。避免犁柱挂草，改善覆盖质量。1.4.4 犁架犁架 连接各件、传递牵引力。连接各件、传递牵引力。1.4.5 升降、调节机构升降、调节机构1.4.6 松土铲松土铲 深松铲、心土铲、深耕铲。深松铲、心土铲、深耕铲。1.4.7 安全装置安全装置 当犁碰到石块、树根等障碍物当犁碰到石块、树根等障碍物 时能安全通过，不伤犁体部件。时能安全通过，不伤犁体部件。 形式：形式：整体式磨擦安全器、单体

16、安全器。整体式磨擦安全器、单体安全器。1.4.8 快速挂接装置快速挂接装置2 铧式犁翻垡原理铧式犁翻垡原理2.1 三面楔原理三面楔原理2.1.1 两面楔原理两面楔原理 犁铧和犁壁形成的曲面称犁体曲面。犁铧和犁壁形成的曲面称犁体曲面。犁体的切犁体的切土、碎土和翻土作用都是由犁体曲面来完成的土、碎土和翻土作用都是由犁体曲面来完成的。可。可以把犁体曲面简化成由几个简单的两面楔（工作面以把犁体曲面简化成由几个简单的两面楔（工作面和支承面）复合成的一个三面楔。犁体的工作过程和支承面）复合成的一个三面楔。犁体的工作过程可以看成几个两面楔沿水平面运动时对土壤的合成可以看成几个两面楔沿水平面运动时对土壤的合成

17、作用。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它对土作用。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它对土壤的作用也不同。图中的壤的作用也不同。图中的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。2.1.2 三面楔原理三面楔原理 三面楔在空间如何定位？各楔角之间又三面楔在空间如何定位？各楔角之间又存在怎样的几何关系呢？存在怎样的几何关系呢？ 在在oxyzoxyz座标系内的三面楔。平面座标系内的三面楔。平面ACBACB、CBDCBD和和ABDABD分别位于分别位于xozxoz、yozyoz和和xoyxoy座标面内。座标面内。平面平面CBECBE是垂直于楔刃是垂直于楔

18、刃ADAD的铅垂面。该平面的铅垂面。该平面与楔子工作面与楔子工作面ACDACD的截线的截线CECE同沟底平面同沟底平面ABDABD的的夹角为夹角为。由图。由图2 24646不难看出，各楔角之不难看出，各楔角之间存在着这样的几何关系间存在着这样的几何关系 tg=tgtg而而 BE=ABsin tg=BC/AB所以所以 tg=tgsin同理同理 tg=tgcos 由以上分析可见，三面楔的楔角不是彼此由以上分析可见，三面楔的楔角不是彼此独立的，而是相互依存的。因此，只要确定了独立的，而是相互依存的。因此，只要确定了楔刃与前进方向的夹角楔刃与前进方向的夹角和楔子工作面与沟底和楔子工作面与沟底的夹角的夹

19、角，楔子在空间的位置即被确定。，楔子在空间的位置即被确定。犁体耕作状态犁体耕作状态2.2 翻垡原理翻垡原理2.2.1 滚垡滚垡 根据土垡在犁体曲面上的运动方式，可将根据土垡在犁体曲面上的运动方式，可将犁体曲面划分为犁体曲面划分为“滚垡滚垡”和和“窜垡窜垡”两类两类。其。其中以滚垡型犁体用得最多。中以滚垡型犁体用得最多。 在耕作犁体的铧刃和胫刃分别自水平方向在耕作犁体的铧刃和胫刃分别自水平方向和铅垂方向将土壤切开，从而形成一宽为和铅垂方向将土壤切开，从而形成一宽为b、深、深度为度为a的垡条。所谓的垡条。所谓“滚垡滚垡”即指在耕作过程中即指在耕作过程中土垡的矩形横断面土垡的矩形横断面ABCD，首先

20、首先绕棱角绕棱角D翻转至翻转至直立位置直立位置ABCD，然后然后再绕棱角再绕棱角C而翻转至而翻转至最终位置最终位置ABCD，直到与前趟已翻土垡相，直到与前趟已翻土垡相靠贴。靠贴。 2.2.2 窜垡窜垡 土垡在土垡在“窜垡型窜垡型”犁体曲面上的运动过犁体曲面上的运动过程与滚垡过程不同。当土垡被犁体的铧刃和程与滚垡过程不同。当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，胫刃切开后，不是绕某一棱角滚翻，而是沿不是绕某一棱角滚翻，而是沿着犁体曲面向上窜升，同时略有扭转和侧移。着犁体曲面向上窜升，同时略有扭转和侧移。当土垡上窜到一定高度后，扭转和弯曲加大，当土垡上窜到一定高度后，扭转和弯曲加大，并悬空翻转。并悬空翻转

21、。 由于土垡是悬空翻转的，而且回转点沿由于土垡是悬空翻转的，而且回转点沿高度不断变化，所以土垡的铺放状态同滚垡高度不断变化，所以土垡的铺放状态同滚垡犁不同。这样，土垡的宽深比犁不同。这样，土垡的宽深比k也就可取较小也就可取较小数值。数值。2.3 土垡的宽深比土垡的宽深比k (k=b/a)的确定的确定 如果假定土垡在翻转过程中始终保持矩如果假定土垡在翻转过程中始终保持矩形断面而不产生变形，并始终有一个棱角与形断面而不产生变形，并始终有一个棱角与沟底相接触，那么这种理想的土垡翻转过程沟底相接触，那么这种理想的土垡翻转过程可如图所示。土垡可如图所示。土垡A2B2C2D2首先绕棱角首先绕棱角A2顺顺时

22、针转至直立位置，再绕棱角时针转至直立位置，再绕棱角D2转到转到A2B2C2D2位置。此时该土垡与前趟已翻土垡位置。此时该土垡与前趟已翻土垡A1B1C1D1相靠贴。相靠贴。 由于由于假定土垡在翻转过程中不变形，假定土垡在翻转过程中不变形，无侧移并且始终绕一角转动无侧移并且始终绕一角转动，所以每一土，所以每一土垡在翻转后均保持确定的几何位置：即相垡在翻转后均保持确定的几何位置：即相邻土垡支承点邻土垡支承点D D1 1和和D D2 2之间的距离等于耕宽之间的距离等于耕宽b b；翻转后土垡的棱角翻转后土垡的棱角C C1 1或或C C2 2必然位于地表水平必然位于地表水平线线C C1 1C C2 2上；

23、土垡表面与沟底的倾角为上；土垡表面与沟底的倾角为（称（称为犁的覆盖角），土垡自初始位置翻到最为犁的覆盖角），土垡自初始位置翻到最终位置，所翻转的角度为终位置，所翻转的角度为180180-。 由于由于b和和a的数值不同，垡片翻后，就存在的数值不同，垡片翻后，就存在下述三种状态：下述三种状态： （1）当）当b/a的值较大（的值较大（k1.27）时，即犁）时，即犁的耕宽较大、耕深较小，即的耕宽较大、耕深较小，即角小角小时，垡片的时，垡片的重力重力G与支点与支点D1形成顺时针方向的力矩，这时形成顺时针方向的力矩，这时垡片倒下处于垡片倒下处于稳定状态；稳定铺放稳定状态；稳定铺放。 （2 ）b/a 的值较

24、小（的值较小（k1.27）时，）时，角较角较大大，当，当角大到一定数值，重力角大到一定数值，重力G与与D点构成反点构成反时针向的力矩，这时，垡片将向回倒，造成时针向的力矩，这时，垡片将向回倒，造成“回垡回垡”； （3）当垡片翻转后的位置，正留在）当垡片翻转后的位置，正留在垡片的对角线垂直于地面时，重力垡片的对角线垂直于地面时，重力G正正好通过好通过D2点，这时垡片处于点，这时垡片处于不稳定的临不稳定的临界状态界状态。（。（k=1.27，=52） 可见，土垡翻转后是否稳定，是由可见，土垡翻转后是否稳定，是由b/a或或决定的。从图中可以看出，决定的。从图中可以看出，D1A1D2D2A2B2为相似形

25、，对应边成为相似形，对应边成比例，比例，22babba两边平方化简两边平方化简 b4=a4+a2b2移项移项 b4-a2b2-a4=0两边通除两边通除a4 b4/a4-b2/a2-1=0令令b/a=k，则有，则有 k4k21=0解此方程可得解此方程可得 k1.27 临界覆土角临界覆土角 052 这表时当犁体的耕宽这表时当犁体的耕宽b与耕深与耕深a之比为之比为1.27时，未松散的矩垡片将处于不稳定的临时，未松散的矩垡片将处于不稳定的临界状态。因此，在使用翻垡型犁耕翻不易界状态。因此，在使用翻垡型犁耕翻不易松散的土壤时，松散的土壤时，其耕深不得大于犁体幅宽其耕深不得大于犁体幅宽的的1/1.27=0

26、.787（窜垡型不受此限）。（窜垡型不受此限）。 若要求最大的晒垡面积若要求最大的晒垡面积 k1.4143 铧式犁的调整铧式犁的调整 3.1 牵引犁的调整牵引犁的调整 耕深调节耕深调节 耕宽调节耕宽调节 偏牵引调整偏牵引调整 横向水平调整横向水平调整 纵向水平调整纵向水平调整3.2 悬挂犁的调整悬挂犁的调整 耕深调节耕深调节(高度高度、位置、力调节法位置、力调节法) 耕宽调节耕宽调节 偏牵引调整偏牵引调整 横向水平调整横向水平调整 纵向水平调整纵向水平调整 正位调整正位调整 悬挂犁的耕深调节方式可以有以下三种状态：悬挂犁的耕深调节方式可以有以下三种状态： a高度调节高度调节 “浮动浮动”状态状

27、态, 油缸内无压力，油缸内无压力，悬挂犁由地面支承，随地形起伏而浮动悬挂犁由地面支承，随地形起伏而浮动. 提高其限深轮的高度，则增加耕深；反之，则提高其限深轮的高度，则增加耕深；反之，则减少耕深。当犁达到预定耕深时，要求限深轮有适减少耕深。当犁达到预定耕深时，要求限深轮有适当的土壤支反力。根据经验，先使犁达到预定耕深，当的土壤支反力。根据经验，先使犁达到预定耕深，然后将限深轮升离地面，继续耕作，测定最后犁体然后将限深轮升离地面，继续耕作，测定最后犁体的耕深增量，如该值为的耕深增量，如该值为34cm，则认为是合适的。，则认为是合适的。否则重新选取挂结孔位。否则重新选取挂结孔位。这种耕深调节方法，

28、工作这种耕深调节方法，工作部件对地表的仿形性好，容易保持耕深一致部件对地表的仿形性好，容易保持耕深一致。 b“力调节力调节”状态状态 力调节悬挂犁在耕地过程中，其耕深是力调节悬挂犁在耕地过程中，其耕深是由液压系统自动控制的，阻力增大时，上拉由液压系统自动控制的，阻力增大时，上拉杆的压力增加，耕深自动变浅。阻力减小时，杆的压力增加，耕深自动变浅。阻力减小时，上拉杆的压力减少，耕深增加。当土壤比阻上拉杆的压力减少，耕深增加。当土壤比阻不变时，拖拉机上的力调节手柄向深的方向不变时，拖拉机上的力调节手柄向深的方向移动角度越大，耕深也越大。这种方法，移动角度越大，耕深也越大。这种方法，当当地表不平时，基

29、本上能保持耕深均匀。地表不平时，基本上能保持耕深均匀。 c.“位调节位调节”状态状态 “位调节位调节”状态的机构受力情况和一般刚性机状态的机构受力情况和一般刚性机架相同，作业机下降到所要求的耕深时，利用液压架相同，作业机下降到所要求的耕深时，利用液压系统将机构锁定，使作业机与拖拉机结成一个整体，系统将机构锁定，使作业机与拖拉机结成一个整体，作业机与拖拉机在纵的方向不能产生相对运动。作业机与拖拉机在纵的方向不能产生相对运动。 耕作时，拖拉机上的位调节手柄向下降方向移耕作时，拖拉机上的位调节手柄向下降方向移动的角度越大，耕深也越大。这种方法，动的角度越大，耕深也越大。这种方法，犁和拖拉犁和拖拉机的

30、相对位置固定不变，当地表不平时，拖拉机的机的相对位置固定不变，当地表不平时，拖拉机的起伏使耕深变化较大，上坡变深，下坡变浅，因此起伏使耕深变化较大，上坡变深，下坡变浅，因此仅适于在平坦地块上耕作。仅适于在平坦地块上耕作。 纵向水平调整纵向水平调整 多铧犁在耕作时，犁架纵向应保持水平，使前多铧犁在耕作时，犁架纵向应保持水平，使前后犁体耕深一致。调节方法是改变上拉杆的长度。后犁体耕深一致。调节方法是改变上拉杆的长度。当前犁体耕浅、后犁体耕深时，应将上拉杆缩短；当前犁体耕浅、后犁体耕深时，应将上拉杆缩短；反之，则伸长。反之，则伸长。 横向水平调整横向水平调整 犁耕时，犁架横向应保持水平，使多铧犁左右

31、犁耕时，犁架横向应保持水平，使多铧犁左右耕深一致。调整方法是改变悬挂机构上右提升杆的耕深一致。调整方法是改变悬挂机构上右提升杆的长度，缩短右提升杆，使犁架右边抬高；反之，使长度，缩短右提升杆，使犁架右边抬高；反之，使犁架右边降低。犁架右边降低。4 犁体曲面的形成原理与绘制方法犁体曲面的形成原理与绘制方法4.1 犁体曲面的类型与特点犁体曲面的类型与特点 碎土型、通用型碎土型、通用型 、翻土型、翻土型4.2 犁体曲面形成原理犁体曲面形成原理(线动成面线动成面) 犁体曲面可以由直线或曲线在空间按照一定规犁体曲面可以由直线或曲线在空间按照一定规律运动而形成的。律运动而形成的。这些构成曲面的直线或曲线，

32、称这些构成曲面的直线或曲线，称为为“元线元线”。元线在空间的运动，可由直线、曲线元线在空间的运动，可由直线、曲线或平面来控制。或平面来控制。这些控制元线运动规律的几何要素这些控制元线运动规律的几何要素称为导线或导面（在几何学上又称称为导线或导面（在几何学上又称“准线准线”或或“准准面面”）犁体曲面的类型犁体曲面的类型4.3 犁体曲面绘制方法（测绘）犁体曲面绘制方法（测绘）4.3.1 先绘俯视图先绘俯视图(用测绘方法绘制用测绘方法绘制)4.3.2 画主视图画主视图(由俯视图向上投影由俯视图向上投影)4.3.3 画侧视图画侧视图(由俯视图右侧投影由俯视图右侧投影)4.3.4 样板曲线绘制样板曲线绘

33、制(34条条)4.3.5 元线角变化规律元线角变化规律=f(z)4.3.6 三种曲线绘制三种曲线绘制(翻土、翻土、碎土碎土 、推土、推土)4.3.7 展开图展开图(制造犁体曲面下料时用制造犁体曲面下料时用)5 犁耕阻力及减阻途径犁耕阻力及减阻途径 土壤施加于犁体曲面上各部位的反作土壤施加于犁体曲面上各部位的反作用力，其大小和方向是随犁体曲面的部位用力，其大小和方向是随犁体曲面的部位而变化的。由于土垡在犁体曲面上的运动而变化的。由于土垡在犁体曲面上的运动方向在不断改变，因而曲面各处所产生的方向在不断改变，因而曲面各处所产生的摩擦力的大小和方向也各不相同。因此要摩擦力的大小和方向也各不相同。因此要

34、想求出犁体曲面上的受力分布情况，想求出犁体曲面上的受力分布情况，无论无论是用计算方法或是用实验方法都有一定的是用计算方法或是用实验方法都有一定的困难。困难。 目前，对犁体曲面受力情况主要从两个目前，对犁体曲面受力情况主要从两个方面研究：一是求整个犁体曲面上总的受力方面研究：一是求整个犁体曲面上总的受力情况，找出它的合力的大小、方向及其作用情况，找出它的合力的大小、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；二是探求犁体曲面各部位所受土牵引平衡；二是探求犁体曲面各部位所受土壤反力的分布情况，用来确定犁壁和犁铧的壤反力的分布情况，用来确定犁壁和

35、犁铧的磨损部位。这两方面的研究，目前都是用磨损部位。这两方面的研究，目前都是用实实验方法进行测定。验方法进行测定。前者采用前者采用六分力测定法六分力测定法，后者常采用后者常采用电阻应变仪测定电阻应变仪测定。5.1 犁体外载测定及表示法犁体外载测定及表示法5.1.1 犁体外载测定犁体外载测定 线性测力线性测力: 总阻力总阻力-空行程阻力空行程阻力=牵引阻力牵引阻力Px 空间测力空间测力: 测出测出6个分力个分力Rx 、 Ry 、 Rz, Mx 、 My 、 Mz5.1.2 犁体外载表示法空间力系犁体外载表示法空间力系 六分力表示法六分力表示法: Rx 、 Ry 、 Rz Mx 、 My 、 Mz

36、 力螺旋法力螺旋法: 合力合力R,合力距合力距M分别与分别与x,y,z轴的夹角。轴的夹角。222222MzMyMxMRzRyRxR 坐标平面分阻力法坐标平面分阻力法: 有有3个方向角个方向角, 3个作用线分别与简化中心个作用线分别与简化中心(铧尖铧尖)的垂直距离。的垂直距离。222222xzzxzyyzyxxyRRRRRRRRR5.2 犁的牵引阻力犁的牵引阻力 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）犁对土垡切割破碎、扭转推移所需的力，约占力，约占 60%70%; （2）犁在行进中，犁底、侧板、轮子等所）犁在行进中，犁底、侧板、轮子等所

37、产生的摩擦力，约产生的摩擦力，约25%28%; （3）使土垡产生运动所需的力，约为）使土垡产生运动所需的力，约为13%16%。 犁的牵引阻力的计算，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：犁的牵引阻力的计算，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：P Kt ab 式中式中: a耕深耕深; b耕宽耕宽; P 牵引力。牵引力。 系数系数 Kt 称为犁耕比阻，即土垡每单位横断面积称为犁耕比阻，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，是一个综合性系数。各项因素在内，是一个综合性系数。5.3

38、 犁的效率犁的效率5.4 影响牵引阻力的因素及减阻途径影响牵引阻力的因素及减阻途径5.4.1 影响因素影响因素5.4.2 减轻牵引阻力的途径减轻牵引阻力的途径 1) 选择土壤含水量适宜选择土壤含水量适宜、残根腐烂适度的时间进行、残根腐烂适度的时间进行 耕地耕地; 2) 保持铧尖和铧刃锐利保持铧尖和铧刃锐利，勤磨铧刃、勤换犁铧，勤磨铧刃、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保持铧尖和铧刃锋利，可以显著地减少犁的牵引力; 3) 保持犁体曲面以及侧板、犁底、轮子等与土壤接保持犁体曲面以及侧板、犁底、轮子等与土壤接 触的部分光洁平滑不生锈触的部分光洁平滑不生锈;4) 正确装配犁铧、

39、犁壁、犁侧板等工作部件正确装配犁铧、犁壁、犁侧板等工作部件;5) 正确调整牵引线正确调整牵引线，是减少牵引力的重要方法，是减少牵引力的重要方法 之一之一;6) 良好的犁体曲面设计良好的犁体曲面设计是减少阻力的重要是减少阻力的重要因素因素; 7) 合理的宽深比合理的宽深比(k=b/a);8) 用两种软硬不同的材料制造犁铧用两种软硬不同的材料制造犁铧，使刃口能，使刃口能 够自己磨锐，这种自磨刃犁铧经过热处理后够自己磨锐，这种自磨刃犁铧经过热处理后 ，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面 的材料则较软，不耐磨。这样，当犁铧在耕的材料则较软，不耐磨。这样，当犁铧在

40、耕 地时，表面磨损慢，背面磨损快，因而可以地时，表面磨损慢，背面磨损快，因而可以 使刃口始终保持锋锐使刃口始终保持锋锐;9) 采用非金属特殊材料采用非金属特殊材料。目前有些国家已用特制。目前有些国家已用特制的塑料薄膜敷贴在犁壁上，此种塑料与土壤的的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，这样可以减少犁的摩擦系数很小，且甚耐磨，这样可以减少犁的阻力阻力;10) 应用振动技术应用振动技术;11) 在土垡与犁体表面之间通入在土垡与犁体表面之间通入高压气流高压气流;12) 电渗作用电渗作用的试验。电渗作用的原理是将犁刀和的试验。电渗作用的原理是将犁刀和犁铧作为直流电的正极（）和负

41、极（），犁铧作为直流电的正极（）和负极（），通以直流电，使犁铧表面形成一层水膜，起着通以直流电，使犁铧表面形成一层水膜，起着润滑剂的作用，减少了摩擦阻力。润滑剂的作用，减少了摩擦阻力。6 犁的挂结方式、牵引状态及入土性能分析犁的挂结方式、牵引状态及入土性能分析6.1 悬挂犁纵垂面内悬挂参数分析悬挂犁纵垂面内悬挂参数分析6.1.1 入土性能入土性能(入土行程、入土隙角、入土压力入土行程、入土隙角、入土压力) 入土性能入土性能 悬挂犁在入土过程中，拖拉机上的悬挂杆件悬挂犁在入土过程中，拖拉机上的悬挂杆件和犁都处于浮动状态。犁体随机组前进方向移动，和犁都处于浮动状态。犁体随机组前进方向移动，同时绕瞬

42、心点同时绕瞬心点1转动。转动。 犁的入土性能，是以能否满足耕深要求和入土犁的入土性能，是以能否满足耕深要求和入土行程来衡量。行程来衡量。 （1）入土行程入土行程 入土行程是指最后的犁体从铧尖触及地表至入土行程是指最后的犁体从铧尖触及地表至达到要求的耕深时，犁所经过的水平距离达到要求的耕深时，犁所经过的水平距离S。 犁能否入土和入土行程的长短，主要取决于入犁能否入土和入土行程的长短，主要取决于入土隙角与入土压力两个必要的条件土隙角与入土压力两个必要的条件. （2）入土隙角入土隙角 铧尖着地时，犁体底面与水平面之间的夹角，称铧尖着地时，犁体底面与水平面之间的夹角，称为入土隙角为入土隙角。它的作用是

43、保证犁有入土趋势。第一铧。它的作用是保证犁有入土趋势。第一铧刚入土时，入土隙角为刚入土时，入土隙角为r ，随耕深增加，隙角逐渐减小。，随耕深增加，隙角逐渐减小。当达到预定耕深时，隙角等于零或稍大于零，为当达到预定耕深时，隙角等于零或稍大于零，为r0。若隙角为负值，则耕深有变浅的趋势。入土隙角的大若隙角为负值，则耕深有变浅的趋势。入土隙角的大小影响入土行程的长短。铧尖入土过程的理论轨迹为小影响入土行程的长短。铧尖入土过程的理论轨迹为一条指数衰减曲线，可用下式近似计算入土行程一条指数衰减曲线，可用下式近似计算入土行程S 式中，式中， a耕深。耕深。 增大入土隙角能缩短入土行程增大入土隙角能缩短入土

44、行程; 瞬心前移，瞬心前移，r角减小角减小; 瞬心后移，瞬心后移， r角增大。角增大。20 actgS （3）入土压力入土压力 犁入土的第二个条件是入土过程中，铧刃对土壤犁入土的第二个条件是入土过程中，铧刃对土壤的压力。对瞬心取矩得下列平衡式的压力。对瞬心取矩得下列平衡式 Ge+Rzm=M RxH+QL=M式中式中, M入土力矩入土力矩; M反入土力矩反入土力矩; Rxz 土壤对犁曲面的阻力土壤对犁曲面的阻力; 可分解可分解Rx、Rz Q 土壤对犁底面的反力土壤对犁底面的反力. 按上述入土的必要力学条件为按上述入土的必要力学条件为MM 即即 MM=M0 在入土的起始阶段，因瞬心位置偏低，土壤在

45、入土的起始阶段，因瞬心位置偏低，土壤对犁的阻力较小，对犁的阻力较小，M值较大。随着入土深度增值较大。随着入土深度增加，加，M值逐渐减少。当达到预定耕深时，值逐渐减少。当达到预定耕深时，M=0，犁失去入土能力处于工作状态。，犁失去入土能力处于工作状态。 瞬心上移时，瞬心上移时，M值减少，而值减少，而M值增大，入土值增大，入土能力减弱；能力减弱； 瞬心下移时效果相反。瞬心下移时效果相反。 当瞬心前后平移时，当瞬心前后平移时，M、 M都增大，对都增大，对M的影响较小。的影响较小。 6.1.2 耕深稳定性耕深稳定性 为使耕深稳定，达到预定耕深，犁仍保持有一为使耕深稳定，达到预定耕深，犁仍保持有一定的入

46、土力矩，即定的入土力矩，即M 0,称储备力矩，稳定耕深称储备力矩，稳定耕深耕作。耕作。 6.1.3 牵引性能牵引性能 用轮式耕地机组作业时，由于牵引力用轮式耕地机组作业时，由于牵引力Pxz的作的作用，使拖拉机前后轮所受载荷重新分配，后驱动轮用，使拖拉机前后轮所受载荷重新分配，后驱动轮上的载荷比不带犁时增多。这种现象称为驱动轮增上的载荷比不带犁时增多。这种现象称为驱动轮增重或重量转移。增重越大，越有利拖拉机牵引力的重或重量转移。增重越大，越有利拖拉机牵引力的发挥，机组的生产率越高。发挥，机组的生产率越高。 驱动轮增载量驱动轮增载量Q1和前轮的减载量和前轮的减载量Q2按下按下式计算式计算 Q1=P

47、xz2/L Q2=Pxz1/L式中式中, L拖拉机前后轮轴距拖拉机前后轮轴距; 1Pxz作用线至驱动轮接地点的垂直距离作用线至驱动轮接地点的垂直距离; 2 Pxz作用线前轮接地点的垂直距离。作用线前轮接地点的垂直距离。 对对高度调节高度调节的悬挂犁，当的悬挂犁，当1点位置改变时，点位置改变时，Pxz的作用线亦改变，影响驱动轮的增重量。的作用线亦改变，影响驱动轮的增重量。1点上移或点上移或后移，使牵引线变陡，后移，使牵引线变陡，1和和2均增加，均增加，Q1和和Q2亦随着增加，从而提高了拖拉机的牵引性能，这亦随着增加，从而提高了拖拉机的牵引性能，这对对功率大、重量大的拖拉机尤为重要。但若前轮减载功

48、率大、重量大的拖拉机尤为重要。但若前轮减载过多，对拖拉机的操向性不利。过多，对拖拉机的操向性不利。 当采用当采用力调节力调节时，时，Pxz不通过点不通过点1，作用线较陡，作用线较陡，其增重效果比高度调节的好。耕深相同时，力调节其增重效果比高度调节的好。耕深相同时，力调节比高度调节增重明显。因此从改善机组作业经济性比高度调节增重明显。因此从改善机组作业经济性（生产率、油耗）出发，力调节机组比高度机组优（生产率、油耗）出发，力调节机组比高度机组优越。越。前轮可加配重平衡减载量。前轮可加配重平衡减载量。6.1.4 运输通过性运输通过性 在田间或道路上运输转移时，悬挂犁机在田间或道路上运输转移时，悬挂犁机组应有良好的通过性。组应有良好的通过性。通过性的指标是运输间隙通过性的指标是运输间隙h和后通过角和后通过角。运输间隙运输间隙h为悬挂犁最低点（铧尖）距离地面为悬挂犁最低点（铧尖）距离地面的高度。的高度。 6.2 悬挂犁水平面内悬挂参数分析悬挂犁水平面内悬挂参数分析6.2.1 瞬心瞬心 2的位置的位置 影响影响耕宽稳定性耕宽稳定性 瞬心瞬心 2应配置在犁的