土壤整地机械课件

土壤整地机械

一、圆盘耕作机械的一般构造

二、圆盘耕作机械的工作参数与结构参数

三、圆盘耕作机械的受力分析第一节圆盘式土壤耕作机械一、圆盘耕作机械的一般构造

(一)圆盘犁

普通圆盘犁的盘面与前进方向有一个偏角α。，与铅垂面还有一个倾角β。由多个圆盘组成的圆盘犁，每个圆盘均可以单独自由转动。整机结构形式和铧式犁相似。一个圆盘即相当于一个犁体，各圆盘斜向排列。由于不便于安置犁侧板，故在后面设一个能够切入土中以抵抗侧向力的尾轮。圆盘凹面内设置的刮泥板为一曲面板，可以刮去粘附在圆盘上的泥土，并兼有翻垡作用(图3—123)。第一节圆盘式土壤耕作机械圆盘式双向犁(图3—125、图3—126)是利用斜梁在水平投影面内的左右偏摆及联动机构将圆盘偏角换向来完成向左或向右交替翻垡。由于圆盘全周边均可作胫刃边使用，且可随意变换转动方向，因此，它具有作为犁体兼用型双向犁的优越条件。(二)圆盘耙圆盘耙主要由耙组、偏角调节机构、耙架、牵引架(或悬挂架)组成(图3—127、3—128)。耙组的组成耙组由若干个固装在一根方轴上的耙片构成一个整体部件(图3—129)，耙片由间管按等距离隔开。耙组通过轴承及其支座与梁架相连接，工作时，所有的圆盘都随耙组整体转动。为清除耙片上粘附的泥土，每个耙片的凹面一侧都有一个刮泥刀。圆盘耙组的排列方式有：单列式、双列式、对称式、偏置式、交错式等(图3—130)。

特点：对称式排列的耙组位置左右对称，圆盘的方向相反(面对面或背靠背)。作业时，在中缝处留有残沟或土埂，须用弹性齿铲搂平。交错式排列，则可大为改善。

双列式排列时，后列耙组的耙片正处于前列耙组的相邻两圆盘之间，彼此错开，这样可使同一耙组上的间距增大一倍，以避免泥上堵塞，这也是一般圆盘粑组都排成前后两列的原因。有些圆盘耙为了避免在地面上留下一条沟痕，影响播种，常在两侧最外边加一个直径较小的耙片，它具有填平耙沟和刮平土埂的作用。二、圆盘耕作机械的工作参数与结构参数

(一)圆盘的偏角与倾角圆盘的偏角α。是圆盘盘面与前进方向的夹角。倾角β是盘面与铅垂线的夹角(图3—131)。工作原理具有偏角的圆盘，作业时一面前进，一面滚转，在机器重力和土壤阻力作用下，圆盘以其前沿刃口切开土壤，圆盘凹面则进行碎土、推土和翻土。由于刃口的运动是移动加转动，故滑切作用较大，破碎土块、切断草根和作物残茬的能力较强。偏角α的大小对圆盘的切土、碎土、翻土和耕深都有重要影响(图3—131)。α较小时圆盘的碎土、翻土性能较弱，当α＝0时，圆盘就象一个轮子在地上滚转，不产生耕作效果；α较大时，圆盘的翻土、碎土能力增强，耕深亦较大，但牵引阻力亦随之增加。因此，在设计和使用圆盘机具时，应根据土壤状态和作业要求选定一合适的α。为了适应不同的土壤和作业要求，通常设有α角调节装置。圆盘的偏角大小影响耕作深浅，原因是偏角大时刃口下部对土壤的铅垂分力增大，故圆盘入土较深。工作时，仅仅为了增加深度而调整偏角，并不是很好的办法，因为这将浪费牵引力。在偏角合适但耕深不够时可采用加配重的方法。现在生产的双列圆盘耙，有的已采用转移机架重量的办法来改变圆盘的入土压力以调节深度。这种圆盘耙利用油缸控制轮子的升降，当轮子悬空时，整个机器的重量都由耙片承受，从而增大了耙片的入土力(图3—130d)。

普通圆盘犁的倾角β的作用是工作时凹面不致太陡以利土垡上升。因为一定曲率和一定直径的垂直圆盘入土深度较大时土壤上层所接触的圆盘凹面就较陡，土垡上升困难，且大大增加阻力。减小曲率半径和增大盘面直径可使圆盘凹面下部较平缓，但又会造成偏角不合理或盘面直径太大等问题，因此，利用倾角来解决这些矛盾，是较好的办法。现有圆盘犁的β角，一般约为15°一25°，圆盘耙和垂直圆盘犁，由于耕深较浅，故可以没有倾角。既有偏角又有倾角的圆盘，在工作时其凹面形状大体上和铧式犁的曲面相近，故可获得与普通铧式犁相似的效果。(二)圆盘的结构形式及尺寸(三)圆盘的角度参数图3—133所示为垂直圆盘工作时的角度关系。

圆盘在工作时，沿直线mn的方向前进．圆面垂直地面并与直线mn成一偏角α，Os为球面圆盘的球心，断面ABCD系由一通过圆盘中心并与地面平行之平面所截成的断面。延长断面上两切刃线AD及BC，其交点为S。ASB形成一个圆锥体，圆盘的刃面可视为此圆锥体的一部分。隙角εa

当圆盘在工作时，若其入土深度为a，设沿地平面截圆盘所成的断面为AaBaCaDa，在此断面上的隙角εa对工作质量有直接的影响。隙角较大时，圆盘入土较易，过小时入土性能较差。但在一般圆盘耙上由于圆盘的刃口甚薄，入土不困难，故在松软的已耕地上工作时，εa有时可以小于零。圆盘耙工作时偏角α。的调整，会引起的改变，当偏角较小时，εa为负值，此时，刃面将承受一部分土壤支反力，从而使刃口对土壤的作用力减小，这时圆盘入土将较浅。在圆盘犁上，为了其入土性能较好，隙角εa的数值，常大于零。刃角i刃角的大小视圆盘的工作条件而定。刃角强度较好，不易损坏，但切土性能差；刃角小时，切土的性能较好，但刃口太溥容易磨损。（四）圆盘的曲率半径根据圆锥曲线AaOaBa(图3--134)得在三角形ABB’中，b=Dctgα

式中Dc为圆盘在凸起高度c处的弦长，因Dc/2是（D-c）和c的比例中项，故将此式代入得：b太小，工作时易发生堵塞，为了使沟底平整且不发生堵塞，常将耙片排成现两列使前后交错，使耙片间隙可以放大。

三、圆盘耕作机械的受力分析（一）作用于圆盘上的力作用于圆盘上有三个力：（1）牵引力P；（2）圆盘的重力W；（3）土壤阻力R；在yoz平面：W=RzPy=RyRz和Ry相对耙处中心的力矩平衡。在xoz平面内：W=Rz共线Px=Rx产生一顺时力矩，使耙组前方的压力增大，耙深增加，后方的压力减少，耙深减小的趋势。在xoy平面：Pxy

由Px和Py合成Rxy由Rx和Ry合成在图3-136中Rxy和Pxy共线。实际上：Rxy与x轴的夹角θ，θαST一般圆盘耙都是用两个耙组对称排列以抵消侧向力。侧向力的方向永远指向圆盘凹面。在图3—137中，Rxy沿前进方向的分力T就是实际需要的牵引力。圆盘机械在不同的偏角工作时，T、Rz和S具有不同的比例。实验得知：它们的关系如下表：（二）圆盘耕作机械的牵引平衡状态1、圆盘耕作机械在水平面内的牵引平衡单列对称圆盘SLTLSRTR双列对称耙组前、后列耙的侧向力左右相互平衡，牵引力P=R1+R2果园偏置耙S1=S0P=RabAc前后耙组之间的距离b越大，偏距c就越大。2、四、圆盘耕作机械的牵引阻力思考题1.圆盘耙工作偏角调整的应用价值？2.旋耕机运动参数速度比λ对耕作深度影响的机理？

第二节驱动式耕耘机械一、驱动式耕耘机械的类型二、横轴式旋耕机械理论分析四、刀齿排列五、横轴旋耕机的功率消耗三、刀齿类型及其结构参数

一、驱动式耕耘机械的类型

驱动式耕耘机械，形式很多，按其工作部件的运动方式，基本上可分为:★水平横轴式★立轴式★往复式★振动式★联合作业式等。(一)水平横轴式旋耕机

这一类旋耕机的旋转轴辊与地面平行并与前进方向垂直。根据刀齿和作业功能的不同有：

◆弹齿式◆曲刃弯刀式

◆直角弯刀式◆钉齿式

◆星轮式◆滚刀式

◆梳齿式◆自驱动式弹齿式旋耕机

许多个弹齿交错排列在—根横轴上。弹齿由直径12mm左右的弹簧钢棍弯成卷簧状。尖端入土部分呈凿形。这种凿式齿尖有很强的入土力并且可以排得较密，适用于坚硬的土地。

曲刃弯刀式旋耕机

悬挂在拖拉机后部，由动力输出轴经万向节传递动力，采用曲线弯刀。

直角弯刀式旋耕机刀片弯成90°角，装在刀盘上，由动力输出轴驱动。钉齿式旋耕机钉齿为一直棍，用圆钢制成，沿辊轴直径方向180°贯穿并予以固定。星轮式旋耕机刀辊由多个带钉齿的星轮组成。星轮盘面不与刀辊轴线垂直，每个星轮的偏斜方向均不相同。滚轮式旋耕机旋转滚筒由若干个笼形部件沿轴向排列组成。用于水稻插秧前平整田面。有较好的耥平和起浆效果。梳齿式旋耕机将多个齿棍纵向固定在扭曲的人字形长刀片上。碎土性能好，且沟底平坦。能使垡片翻转的旋耕刀图3—168a所示的转柄旋耕刀能将切下的土成形垡片翻转约180°,它的刀柄装在与刀轴一起旋转的套管上，套管的里面还有一个静止的心轴。心轴有导槽，锄柄上的横销嵌入导槽中。当旋耕刀切下土块并将其带到一定高度时，刀柄上的横销就碰到导槽的斜凸部分，迫使刀柄偏转。于是刀面侧倾将士块翻转落下。

转柄旋耕刀1．刀柄2、刀片3．横销4．固定导槽轴5．旋转轴图3—168b所示为带有托土板的旋耕刀盘。当刀齿切下土块时，托土板正好托住土块的上端将其送到后方翻转落下。带托土板的旋耕刀盘6．刀盘7．托土板8．刀片图3—168c是带有弹性拖板的旋耕刀。当刀片切入土中时，弹性拖板随切缝弯曲进入缝中，将切下的土块托带到后方一定高度然后弹片伸直使土块翻转落下。各种碎土灭茬锤片图3—169所示是锤片式碎土灭茬机的多种锤片。这种机具的整机结构与一般水平横轴式旋耕机相同，只是工作部件是锤片而不是刀齿。锤片用活动铰链与转轴联结。利用高速旋转时的惯性力来打碎禾茬、硬土块或草皮层。(二)立横轴式旋耕机刀齿或刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出功能就是可以进行深耕，一般都能达到30-----35cm，较深的能达到40～50cm，而且可使整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢。其形式主要有：

■桨叶式■立轴爪式

■立轴笼式■立轴转齿式桨叶式旋耕机(亦称旋桨式犁)它的叶轮像一个竖立着的船用螺旋桨，工作时叶片旋转将土壤铲起，并向一侧抛出，耕后像铧式犁一样留有耕沟。因其向一侧抛土，故侧向力较大。工作幅宽约等于叶轮的外缘直径，耕作的最大深度可略大于叶轮高度。一般耕深20～30cm。立轴爪式旋耕机图3—172所示的这种立轴爪式旋耕机为英国人所制，他们称为“Gyro—tiller"。两个转盘相对旋转，刀齿位于转盘周边，轴向固定(略微前倾)，一般耕深30—50cm。立轴笼式旋耕机图3—l73所示是日本常用的立轴刀笼式旋耕机。2—5个倾斜的窄条形刀片构成一个圆形刀笼旋转切土。刀笼高度30～35cm，一般耕深20～30cm。立轴转齿式旋耕机图3—174是一种立轴转齿式旋耕机。它的工作部件是由两个钉齿构成“门”字形的转子。多个转子横向排列成一排。两个相邻的转子由两个齿轮直接啮合驱动。因此，每个转子与左、右相邻转子的旋转方向。转子在安装时，相邻转子的“门”形平面均互相垂直，故可互不干扰，并使相邻钉齿的活动范围有较大的重叠量，以防止漏耕。由于钉齿的圆周速度比机器前进速度要大得多(2倍以上)，故每个钉齿在地面上经过的路线都是长辐摆线，因而钉齿有较好的碎土效果。(三)往复式驱动旋耕机往复运动的动力驱动钉齿耙。工作时，机器一面前进，机器上安装钉齿的横梁一面由动力输出轴驱动使其作往复运动。两排钉齿的运动方向相反。

作业时钉齿在地面上的运动轨迹是由前进运动和往复运动合成的正弦曲线。前后两排钉齿的轨迹相互交错。这种耙的两排钉齿能顶上普通钉齿耙5排钉齿的作用，钉齿往复运动产生的振动还有助于对坚实土块的破碎。当然，工作时，机组也会受到振动。因此，这种耙的联结处通常都设有减震装置。一种利用曲柄摇杆机构以摹仿人手用铁锹挖土的动作进行耕地的动力锹。工作时多把锹铲此上彼下，垂直入土并将切下的土块翻转。锹铲有梯形、盾形、圆弧形等。将振动技术用于耕作机械，国内外都已进行较长时间的试验研究，现在已开发出来一些产品，特别是在深层松土和开暗沟方面已取得了较好的效果。(四)振动式旋耕机用于深层松土的直柱式振动深松机。靠近铲柱前部的振动柱，前沿开刃，下连凿头，利用ABCD四杆机构与主铲柱连接。由动力输出轴传动的偏心轮带动振动柱上端的万向节，使振动柱产生频率为9Hz的上下振动。松土深度可达50～60cm。是一种用于在地下水位过高的地里排除地下水的振动式暗沟机。它是在深松铲的铲头后面挂一个圆锥形的暗沟器。工作时，深松铲深入土中，破开犁底层，暗沟器在底部开一个圆洞，形如鼠道，故俗称“鼠道犁”。这种振动式暗沟机是利用动力输出轴1驱动偏心轮2来推动振动轮3，经由振动杠杆4上的外侧轮5，推动铲柱上段6向后运动，铲柱下段11及铲尖l0以及暗沟器8就以销轴A为支点向前摆动。暗沟器直径约8cm，振幅可调，频率为动力输出轴转速的1／60。(四)驱动式联合旋耕机

用一台联合耕作机械，在田间同时完成几种作业，有很大的经济效益。如将耙地、整平、施肥、撒药、作畦、起垄、播种等作业中的某几项用一台机器一次完成，可大大简化作业过程，节约时间。同时，因拖拉机下地次数减少，相应地减少了轮胎对土壤的压实和破坏。因此，世界各国都很重视联合耕作，发展了多种形式的联合耕作机。图3—178所示的联合耕作机。该联合耕作机由拖拉机牵引。同时它本身还配有一台发动机来驱动各种工作部件。这台联合耕作机可同时完成灭茬、深松、旋耕、耙平、压实、施肥、喷洒化学药剂等基本作业。图3—179是将铧式犁的犁壁翼部截去用立式旋耕器代替的立轴式耕耙犁。当土垡从犁面上升到犁壁翼部位置即将翻转时，旋耕器的刀片将土垡打碎并抛向犁沟，有既耕且耙的作用。国内称为耕耙犁。图3—180是将窜垡犁体的翼部截去用一个横轴旋耕器的横轴耕粑犁。当垡片窜升到一定高度时，被旋耕器打碎并抛向后方。图3—181则是将倾斜的爪式旋耕器置于犁壁侧后方爪式耕耙犁。图3—182是螺旋推土器与铧式犁联合，螺旋推土器位于铧式犁体侧后方，工作时螺旋推土器旋转代替犁壁推动土垡翻转。图3—183是一种由旋耕刀辊与松土除草部件联合的方式，目前应用很广，这种联合耕作机将除草、旋耕和深松三项作业一次完成。位于前面的除草铲，除去杂草后，有利于旋耕机的工作；旋耕刀辊产生的前推力又可补偿深松铲所需的一部分牵引力，还可避免由于单纯旋耕而在机组内部产生的寄生功率。二、横轴式旋耕机械理论分析（一）刀齿的运动轨迹（二）刀齿的切削速度（三）刀齿工作深度（四）切土进距（五）沟底凸埂高度（六）垡片体积与厚度（七）反转旋耕的特点（一）刀齿的运动轨迹1、刀齿运动轨迹方程旋转耕耘机的刀齿，无论其为何种形状，它在工作时的绝对运动均系两种运动合成：即由机器的前进运动Vm

和刀齿的旋转运动u合成的。如图3—184所示，一种运动是由于安装刀齿的轴转动时刀齿绕轴心旋转所形成的圆周运动，另一种运动是机器不断前进时所具有的直线运动。旋转耕耘机在工作时，这两种运动同时在刀齿上产生，刀齿的绝对运动就是由这两种运动合成的结果。在图中假设u和Vm均为等速运动，则刀齿上任意点的运动轨迹，均系一有规律的曲线。S<2πR刀齿轨迹的运动方程坐标的建立如图所示设位于坐标轴Y上的刀齿A0O以角速度ω经过时间t转动后，其角位移为φ，此时刀齿轴心移动的距离为x。，刀齿端点的位置则移至m点，点m的水平位移为x，铅垂位移为Y。则方程：X和y的表达式：此方程为旋轮线（Cycloid）2、刀齿轨迹的性能特征此时s=2πR，刀齿轨迹为一标准摆线，刀齿上任意一点的速度在水平方向的分速度与机器前进方向相同，因此刀齿不能刺入土壤，只能把土壤向前推。Vm短幅摆线，不符合旋耕机工作要求。Vm刀齿在最大弦宽MN以下任意点的速度方向在水平方向上的分速度与Vm相反，能把土壤向后抛。Vm（二）刀齿的切削速度刀齿位移方程：将位移方程对时间求导可得出速度方程：刀齿端点的绝对速度为从上式可知，当刀齿端点处于最低位置即ωt=2πn时，绝对速度最小，由于Vm<u,绝对速度方向水平向后。当刀齿端点处于最高位置即ωt=(2n+1)π时，绝对速度最大，绝对速度方向水平向前。速度矢量图表示刀齿在转动过程中，任意点速度的大小和方向。Va=u+vmVc=u-vmvmO1----刀齿转动的瞬心O2---速度矢量图的圆心任意P点的绝对速度的方向垂直与O1与P的连线，方向同ω。大小垂线与轨迹圆的交点S与P之间的距离即PS表示P的速度大小和方向。确定瞬心所在的位置因三角形O1ANa和O1CNc相似，所以（三）刀齿工作深度sinφ=vm/u故最大横弦距沟底的高度

Hmax=R－Rsinφ=R(1-vm/u)（四）切土进距

在刀齿旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀齿的切土间距，称为进距。亦即在两刀齿相继切土的时间间隔内，机器前进的距离Sx。假设某旋耕机的刀盘上均布安装z把刀齿，则刀盘旋转一周时，刀齿相继切土的时间间隔为ts=2π/(2ω)。在此时间内，机器前进的距离Sx即为切土进距。式中n为刀盘转速。旋耕机两个纵向相邻刀齿相继切土后，耕层底部存在一个凸起部分。此凸起部分是没有耕到的生土，其高度与刀齿的运动轨迹和进距有关，而由前后两刀齿轨迹的交点C确定。如图2－105所示，在交点C处，凸起高度hc=R(1－sinφc)

此处，前一刀齿转角ψc=arcsin(1－hc/R)后一刀齿转角φ’c=2π/z+π－2φc（五）沟底凸埂高度此时刀辊中心的移动距离为此处ω=u/R又因

令上两式相等并整理后得

上式即为凸起高度hc与u、vm、R和z的关系式。但利用此式求hc的数值亦很麻烦，为了简便，沟底凸埂高度也可用下述方法近似地计算，即利用轨迹方程式：当φ′的数值不大时，可以认为

sinφ′=φ′故

因xc=sx/2,且sx=2πRvm/(zu)

代入上式并化简得

故

上面所计算的凸起高度是假定在旋耕刀齿切土时，所切下的垡片和沟底的土壤均能按刀齿所经过的轨迹，保持完整的几何形状而推导出来的理论公式。实际上凸埂并不能形成图中所示的尖角状，这是由一垡片被刀齿从土体切下时，其尾部与土体连接处因强度减弱，刀齿接近尾部时即因受剪切或撕拉而断裂，因而不能形成纯几何图形上的那种尖角。试验表明，凸埂高度的实际值只有理论值的1／2－1／3左右。三、刀齿类型及其结构参数横轴旋耕机的刀齿有刚性和弹性两大类。刚性刀按其外形分，有直刀、L形刀、弯刀、凿形刀齿等类型(图3—195)。

直刀齿有钉齿型、直棍型、直刀片型等，刀体平直，结构简单，主要用于对已耕翻的土地进行碎土作业；L形刀、弯刀和凿形刀则可用于初耕。刀齿的结构参数对旋耕机的性能和功耗影响很大。下面对此作一些分析。(一)L形刀的正切面

L形刀亦称直角形刀(图3—195a)。刀体由扁钢弯成直角，刃口分为正刃与侧刃两部分，正刃垂直于机器前进方向切土，侧刃则在正刃的左侧或右侧，纵向切土。正切刃各有关参数，1．切土角γ与隙角ε

切土角γ是刀齿内刃面与轨迹曲线的夹角.隙角ε是外刃面与轨迹曲线的夹角.此二角直接影响刀片的切削性能，故须着重考察。切土角γ与其他角度参数之间的关系为：γ=I+ε=γ0-Δε

2．刀齿正切面高度及其安装角

刀齿正切面高度(即刀体扁钢的宽度)如若太大，工作时，刀齿背面的顶部(图3—199中的C处)就可能挤压未耕土壤致使切土阻力增大，运动受到干扰。因此，对刀齿正切面高度B应进行校核。

由ε＝εo一Δε知，在Δεmax处，隙角ε和切土角γ均为最小值。假若刀背在此处不挤土，则在其他各处亦不致挤土。于是刀齿的高度可由刀齿在最大横弦处的结构安装角决定。如图3—196所示，安装角β是刀刃背面与刀齿半径所夹的角。设刀片的最大高度为B，根据刀背不挤压未耕土壤的条件，一些研究者在最大横弦处确定的正切面高度B与安装角β的关系式为:

(二)弯刀的侧刃

弯刀侧刃的形状由其技术要求来确定。其主要参数叙述如下。

1．滑切角τk

弯刀的侧刃在工作时为了便于切开土壤和切断草根，侧刃应具有滑切作用，使草根在被切时能沿刃口滑动以便于切断或沿刀尖滑脱。土壤或草根在侧刃上是否产生滑切现象，取决于滑切角的大小。

滑切角τk

旋耕刀在切土时，刃口上任一点的切线AA，与该点绝对速度方向BB‘之间的夹角(称为动态滑切角)。由图中的示力情况可以看出,草根或土壤所到刀刃的作用力P可分解为：T---T=N·ctgτk,沿着刀刃。N---N=Psinτk，垂直刀刃。由于T的作用力使草根有沿刀刃切线AA运动的趋势，使草根与刀刃口产生摩擦力F，F=N·tgφ（φ---摩擦角），草根沿刀刃口滑移的条件是：T>F即：N·ctgτk>N·tgφ化简得：τk<900－φ

可见τk角愈小，滑切作用愈大，反之，则愈小，当τk≥900一φ时，草根在刃口上就不会滑动。各种刀齿由于其刃口曲线不同,在其切土过程中有些刀齿的滑切角是由大变小，有的是由小变大；有的则为常值。一种意见认为滑切角逐渐增大，有利于使未切断的根茎可能在压入土中后最终被切断；另一种意见则认为滑动角开始较大，以后逐渐减少，便于使刀齿基部的草茎向尖部滑动脱落，不易缠住刀轴。2．侧刃曲线形状

为了便于研究侧切刃的形状使侧切刃在整个切土过程中能保持适度的滑切作用。

有一些文献，将侧刃上任一点的绝对速度方向与该点的法线所夹的角定为滑切角τs(图3—200)。这样τs角大于摩擦角φ时，刃口即有滑切作用。τs角愈大，滑切现象愈明显，其含义与上述τk不同。静态滑切角τc

：刀轴不移动时（图3—201)，由于滑切角τc与∠A‘mg角相等，因而τc亦即极径Om与该点切线AA之间的夹角。

由于刀刃上各点处的τc不同，且有一定的规律，这样就能确定刃口曲线和形状。弯刀的侧切刃一般作成向外弯曲的形状。这种形状除了能保持适度的滑切角而外，还能由近及远地切土(即开始时在离刀轴中心较近处先接触土壤，然后逐渐向前和向深处切入)。

已有学者研究过用下列几种曲线作为侧刃，符合上述切土要求。

(1)阿基米德螺线。目前我国和日本都用阿基米德螺线的一段作标准的侧刃曲线。国产标准弯刀的侧刃曲线采用的公式为：R＝R。十Kφ(3．89)

式中，R为侧刃上任一点M的旋转半径(极径)：R0为侧刃起始半径；K为常数；φ为位置度(极角)。这种曲线的滑切角τc开始切土时较小，随后逐渐增大。(2)等角螺线。曲线上任一点的切线与该点极径的夹角均相等。即τ＝常数。曲线的方程式为式中：R。为刀刃起始半径。τc选定后，可算出在不同φ角时的R值。然后通过Δτ与R的关系即可得出τk随φ而变化的曲线。显然，τc为常数，τk则不是常数。3、刀刃的起始半径R0

旋耕刀侧刃上最初接触地表开始切土时的点所在的旋转半径称为起始半径R。。为了减少冲击和工作平稳，将侧刃切土的起始点定在待切垡片上与刀轴距离最近的A点。即前一相邻刀齿的外端切土轨迹与地面的交点。这样由近及远切上，对刀齿受力及其切削效果都有利，且工作平稳。此时的起始半径R。＝

若同一刀盘上的刀片数为z，则第二把刀侧切刃起始点的轨迹方程为

这就是起始半径R。与有关参数的关系方程式。此式表明，当(Rc一ha)>R。时，方程无解。故应用时必须是(Rc-ha)≤R。。4．最大切削半径Rmax

刀齿的最大切削半径，也就是刀辊的外缘半径。它关系到刀齿的耕作深度、扭矩大小、运动轨迹及传动箱的结构尺寸。一般说来，刀齿半径增大则切土扭矩增加。因此，在传动箱结构允许的情况下，Rmax一般尽量取较小值。现有的旋耕机Rmax一般在200—250mm之间。在图3—204和方程:Rmax就是最大切削半径。它与其他参数的关系已在图和方程中表明。四、刀齿排列研究刀齿排列和配置其目的是使旋耕机在作业时达到不堵塞、不漏耕、刀轴受力均匀、耕后地表平整等要求。旋耕刀齿在刀轴上的排列应遵从下述原则：①在同一回转平面内，若配置两把以上的刀齿，每把刀的进距应相等，使之切土均匀。②整个刀轴回转一周的过程中，在同一相位角上，应当只有一把刀入土(受结构限制时，可以是一把左刀和一把右刀同时入土)，以保证工作稳定和刀轴负荷均匀。③轴向相邻刀齿(或刀盘)的间距，以不产生实际的漏耕带为原则，一般均大于单刀幅宽。

④相继入土的刀齿的轴向距离愈大愈好，以免发生干扰和堵塞。

⑤左刀和右刀应尽量交替入土，以保证刀辊的侧向稳定。⑥一般凿形刀齿、直刀齿、弹齿等按复螺旋线排列；中央传动式刀辊，可分左、右段排列，以简化结构参数。

⑦刀盘或刀座应便于刀齿安装。旋耕刀齿在排列时能最大限度地兼顾到上述要求即为最佳排列。

常用的刀齿排列方式，从展开图上看，有双线单向螺旋排列，人字形或V字形排列，还有采用多区段的排列方式。

双线单向螺旋排列(图3—207)，是从刀轴的一端向另一端按双头螺旋线顺序排列。用这种方式排列的刀齿，规律性明显，参数单一，但作业时存在的侧向偏移力矩较大。

人字形或V字形排列，侧向力可得到较好的平衡，但分界处土壤容易出现凹沟或凸埂。

分区段排列方式(图3—208)，可以克服螺旋线排列和人字形排列方式的缺点，耕后地表平整度好。特别适合于幅宽较大的旋耕机。五、横轴旋耕机的功率消耗

(一)单刀的工作阻力和扭矩

刀齿的切土阻力与刀齿的速度、切土角、进距、刃面角大小和刃口利钝程度以及土壤性质等因素有关。而在切土过程中，随着刀齿入土深度的不同，阻力变化很大。当切削终了时，刀齿还存在抛土扭矩。

为了了解各种因素的综合影响。常用实验方法测定一把刀齿在切土过程中的扭矩变化来考察阻力变化的过程。

实验测定的结果表明(图3—209)，正转刀齿从开始入土到切至垡片中段部位时，扭矩迅速增加到最大值，然后慢慢减少，到切削终了时因向后抛土，故仍存在一定的扭矩。钩状凿形刀的受力与弯刀有所不同。①刀齿入土后阻力迅速增大，当刀齿转过一定角度(约200)时，达到最大值。在此阶段内土壤受挤压。

②在转角为25°～40°的区段内，切削阻力保持在最大值上。此阶段为土壤受挤压达到极限应力后开始破裂并保持继续受力、继续破裂的过程。③在25°～40°以后，阻力逐渐减小至零。此阶段为切下垡片剩余部分的过程。④最大的切削阻力与垡片的最大厚度不相重合。最大阻力的出现比垡片的最大厚度要迟到大约20°的转角。这是因土壤被压缩产生形变的结果。⑤在完全切下垡片以后的一段时间内，仍有阻力存在。此时刀齿不再切削土壤，能量的消耗由土粒动量的改变(抛土)所引起。

反转旋耕时的扭矩变化与正转时不同。反转时从开始切土到切土终了的过程中，扭矩是从0开始逐渐增大，刀齿接近地表时，扭矩达最大值，然后急剧下降至零(图3—210)。

实验表明，反转旋耕在切削量与正转相等时，反转的扭矩峰值较正转小，总功耗亦较小。这是因为反转时，刀片由下而上切土，使垡片向不受约束的地表区破裂，土壤在这种状态下强度较低，故所需功耗较小。(二)整机作业功耗

旋耕机功耗的计算常用以下两种方法。1．综合计算这种方法是以千瓦小时所切碎的土方量来计算功率。即式中，a为耕深；B为工作幅宽；V为前进速度；K，为系数，(切碎单位体积的土方量所消耗的功)，由实验测得。此系数受刀齿形状、土壤种类以及刀齿距离等的影响。其数值的变化颇大。2．分别计算这种计算方法是将刀齿在工作中的各个过程进行分别计算。一些实验表明，旋转耕耘机所消耗的功率是下述各项的总和。即

N=Nq+Np+NT+Nf±Nn

式中:Nq为刀齿切削土壤所消耗的功率，此值约占40％；Np为土块被旋转刀齿抛出所需的功率，此值约占20－30％；NT为机器前进所需的功率，约占10－15％；Nf为传动及摩擦所消耗的功率，约占10％；Nn为土壤沿机组前进方向作用于刀辊上的反力所消耗的功率（此功率有帮助机器前进的作用）。

旋耕机在作业时，设其耕深为a，耕宽为B，机组前进速度为vm，所消耗的总功率为Np，则其比功耗(三)旋耕作业的比功耗