ch01-2农业机械.ppt

第三节 耕地机械,引 言,第一小节 铧式犁的基本构造和类型,第二小节 犁体曲面的工作原理,第三小节 犁体曲面的形成原理及设计方法,第四小节 犁体外载及犁耕牵引阻力,第五小节 悬挂犁悬挂参数的选择,引言 耕地是大田农业生产中最基本也是最重要的工作环节之一其目的就是在传统的农业耕作栽培制度中通过深耕和翻扣土壤，把作物残茬、病虫害以及遭到破坏的表土层深翻，从而使得到长时间恢复的低层土壤翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境目前所使用的耕地机械，由于其作业的工作原理不同类型主要分为三大类： 铧式犁 圆盘犁 凿形犁,,,,铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，铧式犁是通过犁体曲面对土壤的切削、碎土和翻扣实现耕地作业的圆盘犁是以球面圆盘作为工作部件的耕作机械，它依靠其重量强制入土，入土性能比铧式犁差，土壤摩擦力小，切断杂草能力强，可适用于开荒、粘重土壤作业，但翻垡及覆盖能力较弱，价格较高凿形犁，又称深松犁工作部件为一凿齿形深松铲，安装在机架后横梁上，凿形齿在土壤中利用挤压力破碎土壤，深松犁低层，没有翻垡能力根据农业生产的不同要求、自然条件变化、动力配备情况等，铧式犁在形式上又派生出一些具有现代特征的新型犁：双向犁、栅条犁、调幅犁、滚子犁、高速犁等。

普通双向犁,栅条双向犁,双向犁结构示意图,1.翻转机构 2.犁轴 3.左翻犁体 4.犁架 5. 右翻犁体 6.圆犁刀 7.悬挂架,调幅犁,圆盘犁和凿形犁在欧洲国家应用较多，在中国虽有应用，但量较少，本章重点介绍铧式犁的基本结构、工作原理、设计方法和理论分析等EUROPE,,,,,中国,,第一小节 铧式犁的基本构造和类型,,一、铧式犁的基本类型 二、铧式犁的基本组成 三、铧式犁的型号表达 四、主犁体的结构及功用,一、铧式犁的基本类型,牵引式——运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担悬挂式——运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担悬挂犁结构示意图,1. 调节手柄 2.右支杆 3.左支杆 4.悬挂轴 5.限深轮 6.圆犁刀 7.犁体 8.犁架 9.中央支杆,半悬挂犁——运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后半部分由机具承担半悬挂犁结构示意图,1.油管 2.调节螺杆 3.弧形板 4.纵梁 5.斜梁 6.安全器 7.限深轮 8.尾轮操向杆 9.公路运输标志 10.尾轮 11.犁体 12.犁刀 13.垂直转向轴 14.悬挂头架,铧式犁的工作特点,铧式犁工作时，主要是依靠由犁铧与犁壁组成的犁体曲面对土壤进行入土、切割、破碎、土垡翻转，使地表土层与底层土壤实现交换，为作物生长创造条件。

铧式犁的类型与特点,二、铧式犁的基本构成,组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支撑行走装置、牵引悬挂装置等主犁体为铧式犁的核心工作部件三、铧式犁的型号表达方式,1.部颁农机序列标准,1—耕整机械 2—种植施肥机械 3—田间管理和植保机械 4—收获机械 5—种子加工机械 6—农副产品加工机械 7—装卸运输机械 8—排灌机械 9—畜牧机械,举例说明：,,1 L —— 3 20,四、主犁体的结构及功用,,,,犁踵,,犁体曲面,,,犁铧——切开土垡引导土垡上升至犁壁 犁壁——破碎和翻扣土垡 犁侧板——平衡侧向力 犁柱——联结犁架与犁体曲面 犁托——联结犁体曲面与犁柱 犁踵——耐磨件，防止犁侧板尾部磨损，可更换主犁体各零部件的主要功用,思考题 1.铧式犁的基本构造和类型？ 2.主犁体的结构及各部件的功用？,第二小节 犁体曲面的工作原理,一、犁体曲面的类型 二、犁体曲面的的工作原理,一、曲面类型,前面我们已经介绍过，犁铧与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，犁体曲面可分为：翻土型、碎土型和通用型（又称：螺旋型、熟地型、半螺旋型）翻土型——犁铧起土角较小，犁胸部平缓，易于引导土垡上升，但翼部扭曲较为明显，目的在于将上升至曲面顶部的土垡实现翻扣。

这种形式的曲面，土垡的运动轨迹为一条螺旋线，故又称螺旋犁他主要用于开荒、深翻、消灭杂草和病虫害碎土型——犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压下挤，从而使土垡破碎一般用于土壤状况较好、杂草较少且以松土为主的耕地作业，故又称熟地型犁通用型——形状和性能基本介于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多二、犁体曲面的工作原理,犁体曲面由铧刃线、胫刃线、接缝线、顶边线和翼边线组成铧刃线在水平面开出沟底，胫刃线在沿前进方向上铅垂面内开出沟墙，形成一耕宽为b，耕深为a的矩形断面土垡条很显然，犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土从两面楔到三面楔的工作过程,从两面楔到三面楔的工作过程,理想土垡的翻转过程：,,,,,因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研究的方便，我们作了如下假设：,1.土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面； 2.始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无滑动土垡翻转的目的是为了彻底的翻扣地表杂草和病虫害，实现土垡的稳定铺放既彻底翻扣是犁体曲面设计和工作的关键当土垡翻转结束，土垡在犁通过后又重新翻回到犁沟中，被称为回垡是否出现回垡现象主要取决于曲面的形状，或者说是取决于曲面的设计参数。

我们观察下面这样一种现象：设耕作的土垡断面深度为a，宽度分别为b1、b2、b3，在翻转到某个时刻时为土垡的临界状态临界状态,b2,,回垡状态,,稳定状态,a,a,a,当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状，以保证土垡的稳定铺放我们以临界状态为研究对象，确定土垡翻转过程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据当土垡横断面的对角线BD垂直于沟底时，因A’D’=BC=a, DD’=CD=b, 所以△DA’D’ ∽ △BCD,因此有：,,整理得：,我们称b/a=K为理想土垡的宽深比实际上土壤是不均质的，土垡在翻转过程中是要变形的，有的变形很严重，含水率高的粘重土壤变形较小，K≥1.27；对沙质土，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，K≤1.27；一般取K=1设临界宽深比,则有：,窜垡过程,土垡在“窜垡型”犁体曲面上的运动过程与前述滚垡过程不同如图2—45所示，当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，不是绕某一棱角滚翻，而是沿着得体曲面向上窜升，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，并腾空翻转土垡离开犁壁后，在重力和落地后的撞击作用下，土垡内的剪切裂纹发生断裂，并形成较短的垡块，称为断条1.犁体曲面的主要类型？ 2.理想土垡翻转的假设条件？ 3.土垡宽深比的概念？它对工作质量有何影响？,思考题,第三小节 犁体曲面的形成原理及设计方法,一、犁体曲面的形成原理 二、犁体曲面的设计要点,一.犁体曲面的形成原理,犁体曲面的形状对加工土壤的质量有至关重要的影响目前，所应用的犁体曲面的形状是经过长时间积累、不断修改、不断完善而形成的，是一个空间任意曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近似的方法，用做图原理来形成犁体曲面可近似的认为：,犁体曲面的形成原理是由动线在空间按照一定的规律运动而成目前在设计犁体曲面时所用的方法有三种：水平直元线法、倾斜直元线法、翻土曲线法其中，水平直元线法技术最为成熟，应用最广在应用水平直元线法设计犁体曲面时要特别注意的三个关键要素：,水平直元线 导曲线（曲导线） 元线角的变化规律θ=f（z）,水平直元线法的设计特点是：,动线为水平直元线，始终平行于水平面，在向上运动的过程中始终与铅垂面N内导曲线相靠贴，且与沟墙的水平夹角θ是随着元线的高度变化的，其元线角的变化规律为θ=f（z）。

在水平直元线形成曲面的过程中，有三个因素控制了动线在空间的姿态，从而决定了曲面的形状——始终平行于水平面的水平直元线，导曲线，元线角的变化规律θ=f（z）水平直元线、导曲线、元线角的变化规律θ=f（z）——水平直元线形成犁体曲面的三大要素,导曲线平面不同位置对工作性能的影响,需要特别指出的是，导曲线所在的位置对犁体曲面的性能有较大的影响，当导曲线在铧尾处时，所形成的犁体曲面为翻土型的，在距铧尖2/3处时为碎土型，界于二者之间的为通用型我们将在犁体曲面测绘课程设计时联合讲解具体的设计方法和测绘方法二.犁体曲面的设计要点,1.首先了解当地农业生产中耕地作业的基本要求； 2.根据农业要求确定可能出现的最大耕深； 3.根据土壤性状及土垡稳定铺放原则确定宽深比K； 4.根据作业要求确定犁体曲面的工作性能； 5.进行设计计算和绘制设计工作图主视图的绘制,犁体主视图是犁体曲面在垂直于前进方向的铅垂面内的投影图，要确定犁体曲面轮廓的投影尺寸依据的基本数据是农艺要求的规定耕深和基于宽深比K的耕宽俯视图的绘制,⑴导曲线的绘制,碎土型：h/L=1.7~1.8 ， ε＝20～30o; 翻土型：h/L=1.5~1.6 ， ε＝15～25o; ω= 90o+ ε－△ ε， △ ε＝5～10o; S = 3 ~ 6cm , h≤Hmax 。

ω,,A,B,C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,⑵元线角的变化规律 z=f(θ)确定,⑶绘制俯视图及样板曲线,,,,,,,,,,,思考题,1.犁体曲面形成的基本原理？ 2.水平直元线形成犁体曲面的三大要素？ 3.导曲线的位置对曲面工作性质的影响？,第四小节 犁体外载及犁耕牵引阻力,一.犁体外载特性 二.犁耕牵引阻力 三.犁耕土壤比阻的概念 四.影响牵引阻力的因素和减少阻力的措施 五.犁耕机组的配套计算,一.犁体外载特性,—— 犁的受力特征,由于犁体曲面是一个既不规则又不对称的空间任意曲面，犁耕过程中，土壤对曲面的作用力成为一空间任意力系，在一般情况下，他们不可能简化成为一个合力这样一个外载测量是十分困难的，只能用近似的方法来解决，目前，国内最常用的方法是六分力法测量原理：利用物体在空间受外力作用时，他将有六个自由度的结论，如果将这六个自由度全部给以约束，则该物体将处于静止状态，这说明六个约束力与可使物体产生运动的外力是等价的，若能测得这六个约束力，我们就可获得物体所受到的外力例如：一个空间物体受到重力作用时他将下落，这个外力的大小我们不得而之，但如果给该物体一个约束力使该物体处于相对静止状态，测量这个约束力的大小，我们就可获得外力的大小，如图所示：P为约束力。

采取同样的方法，将犁体和犁架置于测量空间，由于土壤空间力系的作用，机组可能产生上下前后左右的运动，如果在可能运动的方向上施加等价约束，那么机架将处于相对静止的状态，测量这些约束力，即可获得犁体所受到的外力C,C,C,C,C,C,测力传感器的工作原理,应变片电阻值的变化可应用电桥平衡原理测得：,,,RX↑↓→V≠0,犁体外载根据不同的测量方法或分析的要求不同，所表达的方法也不同，主要有三种方法：,1.六分力法：将X、Y、Z三个方向的力向铧尖简化，可得主矢量的3个分量Rx、Ry、Rz和主矩的3个分量Mx、My、Mzx,2.坐标平面法：将测得的外力分别向三个坐标平面投影（简化）得3个平面力系：Rxy、Rxz、Ryz3.力螺旋法：将测得的所有外力向犁体曲面某一点简化，将3个分力和3个分力矩合成一个主矢力R和一个主力矩M Rx可作为决定牵引力大小的重要依据二.犁耕牵引阻力,研究力的特性及大小的目的有2个：一是给机组设计提供依据，二是为使用提供依据例如Rx就可作为犁耕牵引阻力犁耕牵引阻力——耕作时，作用在犁上的总阻力的纵向水平分力该力与拖拉机前进方向相反，可由拖拉机的牵引力来平衡Rxz,,Rx,,Rxy,,Rx,农机机组在工作时，作用于工作部件上的。