农业机械化设计-第三章 犁耕原理与犁面形成ppt课件

1、第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成第二节第二节 犁体曲面的构成原理犁体曲面的构成原理第一节第一节 犁耕原理犁耕原理 耕地的主要义务是碎土、翻土和覆盖残茬。这些义务均由犁体来完成。为了阐明犁体的任务过程，首先分析 两面楔沿程度方向运动对土壤的作用。如以下图所示目前，我国常用的铧式犁的土垡运动过程大致有滚垡、窜垡和滚窜结合三类。目前，我国常用的铧式犁的土垡运动过程大致有滚垡、窜垡和滚窜结合三类。二、土垡运动过程及宽深比确实定二、土垡运动过程及宽深比确实定二土垡宽深比二土垡宽深比一土垡的翻转一土垡的翻转一、三面楔的任务原理一、三面楔的任务原理第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、

2、犁面形成对于凝聚性小的砂土和砂壤土，土壤在两面楔作用下发生破裂，对于凝聚性小的砂土和砂壤土，土壤在两面楔作用下发生破裂，主要是由于楔刃的直切和楔面上土垡受挤压所致。随着压力增大，主要是由于楔刃的直切和楔面上土垡受挤压所致。随着压力增大，土垡应力增大，当应力到达破坏极限时，即出现剪切裂纹，其方土垡应力增大，当应力到达破坏极限时，即出现剪切裂纹，其方向约垂直于任务面向约垂直于任务面AB，并与程度面成，并与程度面成角。土垡沿角。土垡沿AB面上升而面上升而渐裂成梯形，假设楔子入土较浅，出现剪切裂纹较密而梯形土块渐裂成梯形，假设楔子入土较浅，出现剪切裂纹较密而梯形土块较小。如图较小。如图b第三章第三章

3、犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成对于粘性土壤，土垡在楔子作用下所产生的破裂主要是由于楔刃对于粘性土壤，土垡在楔子作用下所产生的破裂主要是由于楔刃的直切和楔面的撕裂所致。的直切和楔面的撕裂所致。(如图示如图示)当楔子开场切入土中时，在当楔子开场切入土中时，在楔刃前方出现裂纹，当楔子继续前进，裂纹扩展并向上延伸，直楔刃前方出现裂纹，当楔子继续前进，裂纹扩展并向上延伸，直达地表，构成不规那么的土块。达地表，构成不规那么的土块。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 对于潮湿的粘性土壤，在楔子作用下土垡虽出现裂纹，但由于这种土壤有较大的塑性，当土垡沿楔面运动时，裂纹会逐渐弥合，而不能构

4、成土块。 楔子在土壤中的位置不同，它对土壤的作用也不同，以下图分别表示两面楔的起土、侧向推土和翻土作用及三面楔对土壤的作用。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往两面楔和三面楔对土垡的作用两面楔和三面楔对土垡的作用侧向推土侧向推土起土起土翻土翻土第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 早在1832年，意大利的兰姆勃洛新(Lambru Schini)和里德尔费(Ridolphi)就提出了滚垡型犁体的假想翻转过程。他们将土垡笼统为呈矩形断面的土垡条，在翻转过程中，把土垡断面外形看作是既不变形又不破裂的刚体。因此，将犁面笼统为由垂直于以矩形断面的土垡条的一棱边为轴线的

5、直元线，在其作等距挪动和等速转动时而构成的曲面。这样的土垡翻转过程称为“假想土垡翻转过程。一土垡的翻转假想土垡翻转过程一土垡的翻转假想土垡翻转过程第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成土垡在回转过程中，经过直立形状，然后在犁翼土垡在回转过程中，经过直立形状，然后在犁翼作用下继续绕点作用下继续绕点C回转，最后靠在前一行程的土回转，最后靠在前一行程的土垡上。如图示：垡上。如图示：“假想土垡翻转过程中的假定：假想土垡翻转过程中的假定：土垡断面矩形在翻转中：不变形；土垡断面矩形在翻转中：不变形； 不破裂；不破裂； 无侧移。无侧移。其任务过程为：其任务过程为：切垡切垡铧刃和径刃分别沿程度面和

6、垂直面切出土垡的底面铧刃和径刃分别沿程度面和垂直面切出土垡的底面和左侧面，其耕宽为和左侧面，其耕宽为b,耕深为耕深为a；推垡推垡被切出的土垡在铧面和犁胸的作用下，左边被抬被切出的土垡在铧面和犁胸的作用下，左边被抬起，绕右下角起，绕右下角D点回转；点回转；翻垡翻垡第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成滚滚 垡垡 过过 程程第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成相邻土垡支承点相邻土垡支承点D 和和D 之间的间隔等于耕宽之间的间隔等于耕宽b；翻转后土垡的棱角翻转后土垡的棱角C 或或C 必然位于地表的程度线必然位于地表的程度线CC 上；上；土垡外表与沟底的倾角为土垡外表与沟底的

7、倾角为。即土垡自初始位置。即土垡自初始位置翻转至终了位置翻转至终了位置所所翻转的角度为翻转的角度为180- 。由于假定土垡在翻转过程中不变形、无侧移并且一直绕一棱角由于假定土垡在翻转过程中不变形、无侧移并且一直绕一棱角转动，所以每一土垡在翻转后均坚持确定的几何位置，即：转动，所以每一土垡在翻转后均坚持确定的几何位置，即：土垡铺放位置土垡铺放位置前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 在耕地作业中，有时曾经翻转的土垡，并不能稳定地铺放在前一在耕地作业中，有时曾经翻转的土垡，并不能稳定地铺放在前一土垡上面，而是当犁体经过后，被翻过的土垡又重新翻回到犁沟中，土垡上面，而是当犁体经

8、过后，被翻过的土垡又重新翻回到犁沟中，这种景象称为回垡。这种景象称为回垡。二土垡宽深比二土垡宽深比K第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成下面分析临界形状如上图下面分析临界形状如上图b所示所示22babbaabk 0124kk11112kk5227.11arcsinarcsin0ba因此，要使土垡稳定铺放，宽深比应大于因此，要使土垡稳定铺放，宽深比应大于1.27 BCD DAD设临界宽深比设临界宽深比那么有那么有整理得整理得解之得：解之得： K=1.27临界覆土角临界覆土角第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成K=1，C第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成

9、南方水田有晒垡要求，希望暴露在空气中的土垡外表积最大，即南方水田有晒垡要求，希望暴露在空气中的土垡外表积最大，即m+n最大。最大。.414. 12222sin45cossin0)sin(cos)cos(sinsincosabkbabsbnmsbnbm则。时，有最大的暴晒面积即则令前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成第二节第二节 犁体曲面的犁体曲面的 构成原理构成原理几个概念：几个概念：程度直元线法构成犁面的原理程度直元线法构成犁面的原理倾斜元线法构成犁面的原理倾斜元线法构成犁面的原理曲元线法构成犁面的原理曲元线法构成犁面的原理一、犁面构成原理一、犁面构成原理二、程度直元线

10、犁面的设计方法二、程度直元线犁面的设计方法第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成坐标面有三个，所得的相应剖面曲线族也有等高、纵剖、横剖三组。坐标面有三个，所得的相应剖面曲线族也有等高、纵剖、横剖三组。习惯上纵剖曲线族又称碎土曲线族；横剖曲线族有称翻土曲线习惯上纵剖曲线族又称碎土曲线族；横剖曲线族有称翻土曲线 族。族。前往前往犁面可以看作是由直线或曲线在空间按照一定的规犁面可以看作是由直线或曲线在空间按照一定的规 律运动而成，律运动而成， 这些构成犁面的直线或曲线称为元线。这些构成犁面的直线或曲线称为元线。元线：元线：元线在空间的运动，可由直线、曲线或平面来控制，这元线在空间的运动，

11、可由直线、曲线或平面来控制，这些控制元线运动规律的几何要素称为些控制元线运动规律的几何要素称为。导线、导面：导线、导面：样板曲线：样板曲线：用一条垂直于铧刃线的平面剖切犁面所得的交线，称为用一条垂直于铧刃线的平面剖切犁面所得的交线，称为。导曲线：导曲线：程度直元线犁体曲面的准线，是样板曲线族中的一条，称为程度直元线犁体曲面的准线，是样板曲线族中的一条，称为。剖面曲线族：剖面曲线族：利用平行于坐标平面的一组平面剖切犁体曲面，所得交线即为利用平行于坐标平面的一组平面剖切犁体曲面，所得交线即为。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 倾斜直元线法构成犁面的原理是以直元线倾斜直元线法构成犁

12、面的原理是以直元线AB的端的端点点P，沿准线，沿准线CD，按与三个投影面的夹角成一定规，按与三个投影面的夹角成一定规律运动所构成的曲面。如图示律运动所构成的曲面。如图示前往前往程度直元线法构成犁面的原理就是以直元线程度直元线法构成犁面的原理就是以直元线MN沿准线沿准线AB运动，运动，并一直平行于程度面，且不断改动直元线并一直平行于程度面，且不断改动直元线MN与与W平面即沟平面即沟墙平面的夹角所构成的曲面。如图示墙平面的夹角所构成的曲面。如图示曲元线法构成犁面的原理就是以曲元线曲元线法构成犁面的原理就是以曲元线AA1B沿准线沿准线CC1、C1D运动而构成犁面。如图示运动而构成犁面。如图示第三章第

13、三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成程度直元线构成的犁体曲面程度直元线构成的犁体曲面前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 导曲线普通由抛物线和一段直线组成。导曲线参数确定如图在在30年代，苏联的郭略契金等人，测绘了世界各地的年代，苏联的郭略契金等人，测绘了世界各地的200余余种机力犁犁体，提出了这一设计方法。种机力犁犁体，提出了这一设计方法。由程度直元线法构成的犁体曲面，其曲面外形和任务性能主要由导曲线参由程度直元线法构成的犁体曲面，其曲面外形和任务性

14、能主要由导曲线参数、位置和元线角变化规律所决议。数、位置和元线角变化规律所决议。元线角的变化规律元线角的变化规律导曲线参数导曲线参数导曲线位置导曲线位置翻土型犁体的导曲线平面多位于犁铧末端，翻土性翻土型犁体的导曲线平面多位于犁铧末端，翻土性 碎土性碎土性，而碎，而碎土型犁体的导曲线平面距铧尖较近，位于铧刃长度的土型犁体的导曲线平面距铧尖较近，位于铧刃长度的23处。翻土性处。翻土性 碎土性碎土性 第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成导曲线的外形只是确定元线在空间位置的一个方面，要将程度元线在导曲线的外形只是确定元线在空间位置的一个方面，要将程度元线在空间的位置完全确定下来，还需求知

15、道元线沿导曲线运动过程中的方空间的位置完全确定下来，还需求知道元线沿导曲线运动过程中的方向变化，也就是确定元线与沟墙的夹角向变化，也就是确定元线与沟墙的夹角元线角沿高度元线角沿高度Z的变化规的变化规律。律。 maxmin0碎土型和翻土型犁体的程度元线在沿导曲线上升时，都是由碎土型和翻土型犁体的程度元线在沿导曲线上升时，都是由1.程度元线的三个特征角程度元线的三个特征角2.元线角的变化规律元线角的变化规律第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成 max ：在最高一条元线处。：在最高一条元线处。max02)42(210min0min翻土型）（碎土型)157(420max0max翻土型）（

16、碎土型0 ：初始元线角：初始元线角(铧刃角铧刃角)：铧刃线与沟墙的夹角。：铧刃线与沟墙的夹角。作用：保证土垡自未耕地一侧首先劈开，并逐渐升起，滑切作物残茬和土壤。作用：保证土垡自未耕地一侧首先劈开，并逐渐升起，滑切作物残茬和土壤。滑切条件：滑切条件：max :土壤与铧刃的最大摩擦角土壤与铧刃的最大摩擦角 min ：在犁铧和犁壁接缝线处。：在犁铧和犁壁接缝线处。Z=50100mm处处可防止犁壁翼边线刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻转。可防止犁壁翼边线刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻转。前往前往第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2.元线角的变化规律元线角的变化规律min0maxmin0maxmin1002 . 622zzypzy22碎土型和翻土型犁体的元线角多按直线规律变化。碎土型和翻土型犁体的元线角多按直线规律变化。对于碎土型犁体，按二次曲线变化，其方程为：对于碎土型犁体，按二次曲线变化