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1、讲讲课课人人：耿端阳耿端阳学学校校：山东理工大学山东理工大学 E E M M A A I I L L：第二章第二章 土壤耕作机械土壤耕作机械Soil tillage machineSoil tillage machine 一、概述一、概述二、耕层土壤的物理学性质二、耕层土壤的物理学性质三、铧式犁的构造与原理三、铧式犁的构造与原理四、旋耕机的构造与原理四、旋耕机的构造与原理第二章第二章第二章第二章 土壤耕作机械土壤耕作机械土壤耕作机械土壤耕作机械2 21 1、目的、目的2 2、耕作方法、耕作方法3 3、对耕作机械的农业技术要求、对耕作机械的农业技术要求4 4、耕作机械的类型、耕作机械的类型一、概
2、述一、概述一、概述一、概述3 31 1 1 1、目的、目的、目的、目的 耕耕地地是是大大田田农农业业生生产产中中最最基基本本、也也是是最最重重要要的的工工作作环环节节之之一一。其其目目的的就就是是在在传传统统农农业业耕耕作作栽栽培培制制度度中中通通过过深深耕耕和和翻翻扣扣土土壤壤，把把作作物物残残茬茬、病病虫虫害害以以及及遭遭到到破破坏坏的的表表土土层层深深翻翻，而而使使得得到到长长时时间间恢恢复复的的底底层层土土壤壤翻翻到到地地表表，以以利利于于消消灭灭杂杂草草和病虫害，改善作物的生长环境和病虫害，改善作物的生长环境。1 1、覆盖残茬，消灭病虫害；、覆盖残茬，消灭病虫害；2 2、松动土壤，为
3、作物生长创造良好的生长环境；、松动土壤，为作物生长创造良好的生长环境；3 3、蓄水保墒，减少径流。、蓄水保墒，减少径流。4 42 2 2 2、耕作方法、耕作方法、耕作方法、耕作方法常规耕作法，即精耕细作法常规耕作法，即精耕细作法 在作物生产过程由在作物生产过程由机械耕翻、耙压和中耕机械耕翻、耙压和中耕等组成土壤耕作体系。等组成土壤耕作体系。少耕法少耕法 少少耕耕法法是是一一种种改改变变以以犁犁耕耕为为中中心心的的耕耕作作方方法法，把把作作物物种种子子直直接接播播在在前前作作茎茎秆秆覆覆盖盖的的土土壤壤中中。其其目目的的是是为为了了和和干干旱旱、风风蚀蚀及及水水蚀蚀作作斗斗争争。早早在在几几百百
4、年年前前，我我国国东东北北地地区区应应用用扣扣、耕耕作作法法，特特别别是是原原垄垄种种法法，即即为为适适应应春春寒寒的的一一种种少少耕耕法法。5050年年代代在在苏苏联联推推广广的的马马尔尔采采夫夫耕耕作作法法，是是采采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。6060年代美国也发展了这一耕作法。年代美国也发展了这一耕作法。5 52 2 2 2、耕作方法、耕作方法、耕作方法、耕作方法免耕免耕 即即免免除除土土壤壤耕耕作作、利利用用免免耕耕播播种种机机在在作作物物残残茬茬地地表表直直接接进进行行播播种种，或对作物秸秆和残茬进行处理后直接播种的一种耕作方式。或对作物秸秆和
5、残茬进行处理后直接播种的一种耕作方式。保水耕保水耕 即即对对土土壤壤表表层层进进行行疏疏松松、浅浅耕耕、防防止止或或减减少少土土壤壤水水分分蒸蒸发发的的一一类类保保户性耕作体系。户性耕作体系。联合耕作法联合耕作法 即即作作业业机机在在同同一一种种工工作作状状态态下下或或通通过过更更换换某某种种工工作作部部件件一一次次完完成成深深松、施肥、灭茬、覆盖、起垄、播种、施药松、施肥、灭茬、覆盖、起垄、播种、施药等作业的耕作方式。等作业的耕作方式。6 6良好的翻土和覆盖性能良好的翻土和覆盖性能良好的碎土性能良好的碎土性能耕深应均匀一致耕深应均匀一致避免重耕、漏耕避免重耕、漏耕满足畦作要求满足畦作要求3
6、3 3 3、对耕作机械的农业技术要求、对耕作机械的农业技术要求、对耕作机械的农业技术要求、对耕作机械的农业技术要求7 74 4 4 4、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型耕地机械耕地机械整地机械整地机械铧式犁铧式犁圆盘犁圆盘犁深松机深松机牵引型牵引型驱动型驱动型圆盘耙圆盘耙齿耙齿耙滚耙滚耙水田耙等水田耙等旋耕机旋耕机驱动船驱动船机耕船机耕船秸秆还田机等秸秆还田机等8 8 铧铧式式犁犁应应用用历历史史最最长长，技技术术最最为为成成熟熟，作作业业范范围围最最广广，铧铧式式犁犁是是通通过过犁犁体体曲曲面面对对土土壤壤的的切切削削、碎土和翻扣实现耕地作业的。碎土和翻扣实现耕
7、地作业的。4 4 4 4、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型9 9 圆圆盘盘犁犁是是以以球球面面圆圆盘盘作作为为工工作作部部件件的的耕耕作作机机械械，它它依依靠靠其其重重力力强强制制入入土土，入入土土性性能能比比铧铧式式犁犁差差，土土壤壤摩摩擦擦力力小小，切断杂草能力强。切断杂草能力强。凿凿形形犁犁，又又称称深深松松犁犁。工工作作部部件件为为一一凿凿齿齿形形深深松松铲铲，安安装装在在机机架架后后横横梁梁上上，凿凿形形齿齿在在土土壤壤中中利利用用挤挤压压力力破破碎碎土土壤壤，深深松松犁底层，没有翻垡能力。犁底层，没有翻垡能力。4 4 4 4、耕作机械的类型、耕作机械的
8、类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型1 10 04 4 4 4、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型、耕作机械的类型1 11 1二、耕层土壤的物理学性质二、耕层土壤的物理学性质二、耕层土壤的物理学性质二、耕层土壤的物理学性质1 1、耕层土壤的物理特性、耕层土壤的物理特性 2 2、耕层土壤的动力特性、耕层土壤的动力特性 1 12 2影响：影响：W,W,土垡难破碎土垡难破碎,耕地阻力耕地阻力;W,;W,土垡成条土垡成条,不易破碎不易破碎,阻力阻力。旱地旱地适于耕作的湿度为适于耕作的湿度为404060%60%。1 1 1 1、耕层土壤的物理特性、耕层土壤的物理特性、耕层土壤的物理特性、耕层
9、土壤的物理特性 土壤的主要物理力学性质有以下几方面：土壤的主要物理力学性质有以下几方面：容重容重湿度湿度（又称含水量）（又称含水量）绝对湿度绝对湿度：相对湿度相对湿度：q烘干后土壤重量；烘干后土壤重量；q自然状态下土壤重量自然状态下土壤重量WW土壤相对湿度土壤相对湿度WnWn田间持水量田间持水量13132 2 2 2、耕层土壤的动力特性、耕层土壤的动力特性、耕层土壤的动力特性、耕层土壤的动力特性1 1）土壤与金属间的摩擦系数）土壤与金属间的摩擦系数2 2）土壤的坚实度（又称贯入阻力）土壤的坚实度（又称贯入阻力）3 3）土壤强度）土壤强度4 4）土壤的抗剪强度）土壤的抗剪强度5 5）土壤的凝聚力
10、和附着力）土壤的凝聚力和附着力6 6）犁耕土壤比阻）犁耕土壤比阻1 14 41 1 1 1）土壤与金属间的摩擦系数）土壤与金属间的摩擦系数）土壤与金属间的摩擦系数）土壤与金属间的摩擦系数 为为克克服服在在耕耕作作机机械械工工作作部部件件工工作作表表面面上上产产生生的的土土壤壤与与金金属属间的摩擦力，大约要间的摩擦力，大约要消耗拖拉机牵引功率的一半消耗拖拉机牵引功率的一半。摩擦力摩擦力F F通常按下列公式计算：通常按下列公式计算：F F f N N 式中式中 f摩擦系数；摩擦系数；N N正压力。正压力。1 15 52 2 2 2）土壤坚实度）土壤坚实度）土壤坚实度）土壤坚实度/贯入阻力贯入阻力贯
11、入阻力贯入阻力 当当压压缩缩非非密密实实土土壤壤时时，使使其其压压痕痕的的容容积积为为1cm1cm3 3时时所所需需的的力力称称为为单单位位压压实实力力q q 0 0（kgfkgfcmcm3 3）。当当以以一一定定断断面面形形状状（圆圆形形、锥锥形形等等）的的柱柱塞塞压压入入土土壤壤，其其压压陷陷深深度度为为h h 0 0时时，作作用用在在土土壤壤上的平均压力称为土壤的坚实度上的平均压力称为土壤的坚实度p p 0 0 p p0 0q q0 0 h h0 0 （kgfcmcm2 2）Bekker Bekker模型：模型：PP土壤坚实度土壤坚实度 b b 土壤平板宽度土壤平板宽度K K 土壤内摩擦
12、变形模量土壤内摩擦变形模量 K Kc c 土壤内聚力变形模量土壤内聚力变形模量 Z Z 土壤下陷深度土壤下陷深度 n n 土壤变形指数土壤变形指数16163 3 3 3）土壤强度）土壤强度）土壤强度）土壤强度定义定义：在特定条件下抵抗外力作用的能力。在特定条件下抵抗外力作用的能力。影响因素：影响因素：土壤成分、质地、环境条件。土壤成分、质地、环境条件。MicklethwaiteMicklethwaite把把土土壤壤强强度度与与机机具具附附着着力力联联系系起起来来，用用摩摩尔尔库仑定律建立了拖拉机附着力的模型：库仑定律建立了拖拉机附着力的模型：当当F F、G G一定时，一定时，拖拉机拖拉机的附着
13、力与土壤强度成正比。的附着力与土壤强度成正比。P P 土壤对拖拉机的最大附着力土壤对拖拉机的最大附着力 FF土壤黏结力土壤黏结力cc车轮的接地面积车轮的接地面积 土壤的内摩擦角土壤的内摩擦角GG法向载荷法向载荷17174 4 4 4）土壤的抗剪强度）土壤的抗剪强度）土壤的抗剪强度）土壤的抗剪强度 耕耕层层土土壤壤在在耕耕作作机机械械工工作作部部件件（如如犁犁体体、中中耕耕铲铲等等）作作用用下下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从库伦定律：往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从库伦定律：式中式中：剪应力；剪应力；剪切面上的法向压应力剪切面上的法向压应力(正应力正应力)；c c 单位粘结力，是同类粒子
14、间相互结合在一起的作用力；单位粘结力，是同类粒子间相互结合在一起的作用力；tg tg 土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内摩擦系数；土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内摩擦系数；土壤的内摩擦角。土壤的内摩擦角。一一般般来来说说，土土壤壤抗抗剪剪强强度度与与土土壤壤颗颗粒粒大大小小的的分分布布、土土壤壤密密度度、湿度有关。湿度有关。18185 5 5 5）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力 土土壤壤同同金金属属接接触触面面之之间间附附着着力力，几几乎乎完完全全是是因因水水膜膜表表面面张张力力所所造造成成。因因此此，附附着着力力与与土土壤壤质
15、质地地、含含水水量量、接接触触面面的的材材料料和和光光洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作表面的滑移阻力洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作表面的滑移阻力 T=F+F T=F+F=N+=N+N NA A 当当摩摩擦擦力力和和附附着着力力大大于于土土壤壤凝凝聚聚力力和和内内摩摩擦擦力力时时，农农具具的的工工作作表表面面就就会会粘粘土土。工工作作部部件件表表面面粘粘土土，不不但但会会使使耕耕作作质质量量变变坏坏，而且会增加牵引阻力。而且会增加牵引阻力。式中式中 土壤对钢的摩擦系数土壤对钢的摩擦系数 N N作用在工作表面上的法向载荷作用在工作表面上的法向载荷 附着系数附着系数 N N由水膜吸附作用而
16、产生的法向载荷由水膜吸附作用而产生的法向载荷A A吸附水膜的面积吸附水膜的面积1 19 96 6 6 6）犁耕土壤比阻）犁耕土壤比阻）犁耕土壤比阻）犁耕土壤比阻 为为评评价价耕耕层层土土壤壤耕耕作作难难易易程程度度，常常采采用用犁犁耕耕土土壤壤比比阻阻K Kt t，kN/cmkN/cm2 2或或kPakPa。K Kt t值值不不仅仅和和土土壤壤物物理理性性质质有有关关，而而且且很很大大程程度度取取决决于于犁犁结结构构和和耕耕速速。一一般般可可采采用用空空间间测测力力或或单单犁犁体体的的线线性性测测力力，测测得得与与前前进进方方向向相相反反的的犁犁耕耕阻阻力力分分量量R Rx，在在此此测测力力犁
17、犁上上一一般般不不装装犁侧板，所以犁侧板，所以RxRx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻式中式中 a a测力犁的耕深测力犁的耕深 b b测力犁的单铧幅宽测力犁的单铧幅宽2 20 07 7 7 7）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力）土壤的凝聚力和附着力降阻减黏的技术和方法：降阻减黏的技术和方法：冲注气体或液体冲注气体或液体 振动法振动法 电渗法（即增加土壤与触土部件表面间的水膜厚度）电渗法（即增加土壤与触土部件表面间的水膜厚度）表面改性（改变触土部件工作表面材料的性质表面改性（改变触土部件工作表面材料的性质 ）表表面面改改形形（减减少
18、少与与土土壤壤实实际际接接触触面面积积，使使界界面面水水膜膜不不连连续续或或形成应力集中以降低黏附阻力形成应力集中以降低黏附阻力 ）仿生法仿生法/（改变触土部件表面仿生改性涂层）（改变触土部件表面仿生改性涂层）2 21 1三、铧式犁的构造与原理三、铧式犁的构造与原理三、铧式犁的构造与原理三、铧式犁的构造与原理1 1、铧式犁的种类及特点、铧式犁的种类及特点2 2、铧式犁的主要部件、铧式犁的主要部件3 3、铧式犁的翻垡原理、铧式犁的翻垡原理4 4、铧式犁的挂结与结构、铧式犁的挂结与结构5 5、特种犁、特种犁2 22 2特特点点：与与拖拖拉拉机机单单点点挂挂接接，拖拖拉拉机机对对犁犁只只有有牵牵引引
19、作作用用，重重量量由由本身的轮子承受。本身的轮子承受。1 1 1 1、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点牵引式牵引式运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。组成组成:牵牵引引杆杆、犁犁架架、犁犁体体、机机械械或或液液压压升升降降机机构构、调调节节机机构构、行行走轮、走轮、安全装置安全装置等部件组成。等部件组成。2 23 31 1 1 1、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点悬挂式悬挂式运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来
20、承担。组成：悬挂架、铧式犁、地轮组成：悬挂架、铧式犁、地轮/犁轮等组成。犁轮等组成。2 24 4特点：特点：通通过过悬悬挂挂架架与与拖拖拉拉机机的的三三点点悬悬挂挂机机构构连连接接，由由拖拖拉拉机机的的液液压压机机构构控控制制升升降降，运运输输时时，全全部部重重量量由由拖拖拉拉机机承承受受；结结构构紧紧凑凑、重重量量轻轻、机机动动性性好好。结结构构简简单单，耕耕作作适适应应范范围围较较大大，作作业业质质量量好好，地地表表平平整整，碎碎土土、覆覆性性能能好好，墒沟小等特点。墒沟小等特点。1 1 1 1、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点、铧式犁的种类和特点半半悬悬挂挂犁犁
21、运运输输状状态态下下，机机具具的的重重量量前前部部分分由由拖拖拉拉机机承承担担，后后半部分由机具承担。半部分由机具承担。2 25 5组成：组成：犁犁架架、悬悬挂挂架架、犁犁体体、地地轮轮、尾尾轮轮等等组成。组成。特点：特点：犁犁体体较较宽宽，纵纵向向长长度度大大，纵纵向向操操纵纵稳稳定定性性好好，有有承承重重轮轮，比比牵牵引引犁犁机机构构简简单单、重重量量轻轻、机机动动灵灵活活；比比悬悬挂挂犁犁配配置置更更多多犁犁体，稳定性、操向性好。体，稳定性、操向性好。2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构机机架架牵引
22、悬牵引悬挂装置挂装置行走限行走限深装置深装置主犁体主犁体组组成成：犁犁架架、主主犁犁体体、耕耕深深调调节节装装置置、支支撑撑行行走走装装置置、牵牵引悬挂装置等。引悬挂装置等。主犁体主犁体为铧式犁的核心工作部件。为铧式犁的核心工作部件。2 26 61.1.犁体犁体组成：组成：犁犁铧铧、犁犁壁壁、犁犁侧侧板板、犁犁柱柱、犁犁托托、滑草板、延长板等。滑草板、延长板等。功用：功用：切切土土、破破碎碎、翻翻转转土土壤壤，从从而而达达到到覆覆盖杂草、残茬和疏松土壤的目的。盖杂草、残茬和疏松土壤的目的。铧式犁的主要部件有铧式犁的主要部件有犁体、小前犁、犁刀、犁架犁体、小前犁、犁刀、犁架等。等。2 2 2 2
23、、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构2 27 7（1 1）犁铧）犁铧 作用：作用：入土、切土入土、切土 常见形式：常见形式：凿形铧、梯形铧、三角形犁铧；凿形铧、梯形铧、三角形犁铧；2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构2 28 8不同犁铧的特点：不同犁铧的特点：形式形式特特 点点凿形犁铧凿形犁铧 分为铧尖、铧翼、铧刃、铧面等部分。铧尖呈凿形，向下延伸分为铧尖、铧翼、铧刃、铧面等部分。铧尖呈凿形，向下延伸5 510mm10mm（？），
24、工作时铧尖首先入土，然后铧刃水平入土，土垡沿铧），工作时铧尖首先入土，然后铧刃水平入土，土垡沿铧面上升到犁壁。凿形铧入土容易，工作稳定，可用于较黏重土壤。面上升到犁壁。凿形铧入土容易，工作稳定，可用于较黏重土壤。梯形犁铧梯形犁铧 铧刃为一直线，整个外形成梯形。较凿形铧入土性较差，铧尖易铧刃为一直线，整个外形成梯形。较凿形铧入土性较差，铧尖易磨损，但结构简单、容易制造。磨损，但结构简单、容易制造。三角形犁铧三角形犁铧 一般呈等腰三角形，有两个对称的铧刀，主要用在畜力犁上，缺一般呈等腰三角形，有两个对称的铧刀，主要用在畜力犁上，缺点：耕后沟底面成波浪状、沟底不平。点：耕后沟底面成波浪状、沟底不平。
25、犁铧材料：犁铧材料：犁犁铧铧的的材材料料一一般般采采用用坚坚硬硬、耐耐磨磨，具具有有较较高高强强度度和和韧韧性性的的材材料，如料，如65Mn65Mn钢或钢或65SiMn65SiMn稀土钢，刃口部分必须进行淬火热处理。稀土钢，刃口部分必须进行淬火热处理。（2 2）犁壁）犁壁 作用：与犁铧一起构成犁体曲面，用来作用：与犁铧一起构成犁体曲面，用来翻转、破碎土壤翻转、破碎土壤。形式：形式：整体式、组合式、栅条式整体式、组合式、栅条式 工工作作原原理理：犁犁壁壁和和犁犁铧铧前前缘缘构构成成犁犁胫胫，在在犁犁体体工工作作时时切切出出侧侧面面犁犁沟沟墙墙的的垂垂直直切切土土刃刃；胫胫刃刃线线呈呈曲曲线线或或
26、外外凸凸曲曲线线，犁犁壁壁的的不不同同形形状状可达到滚、翻、碎、窜等不同的翻土效果。可达到滚、翻、碎、窜等不同的翻土效果。材材料料及及工工艺艺：冲冲压压工工艺艺，常常用用65Mn65Mn钢钢或或低低碳碳钢钢经经渗渗氮氮处处理理。为便于更换，常用组合式犁壁。为便于更换，常用组合式犁壁。2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构2 29 9（3 3）犁犁侧侧板板 位位于于犁犁铧铧后后上上方方，受受侧侧向向力力和和部部分分垂垂直直压压力力，常常用用平平板板式式犁犁侧侧板板，也也有有刀刀形形式式，后后端端与与犁犁沟沟接
27、接触触，受受力力较较大大，易易磨磨损损，有有的的安安装装可可更更换换的的犁犁踵踵。安安装装犁犁侧侧板板时时，与与沟沟底底和和沟沟壁壁成成一一定定的的角角度度，从从而而使使只只有有犁犁尖尖和和犁犁踵踵接接地地，增增加加了了铧铧刃刃对对沟沟底底及及犁犁胫胫对对沟沟墙墙的的压压力力，从从而而使使犁犁工工作作时时始始终终有有一一种种增增大大耕耕深深和和耕宽的趋势，这样，犁侧板起到了稳定耕宽和耕深的作用。耕宽的趋势，这样，犁侧板起到了稳定耕宽和耕深的作用。材材料料及及工工艺艺：犁犁侧侧板板要要求求耐耐磨磨、强强度度高高，一一般般采采用用锰锰钢钢或或4545钢钢经经热热处处理理而而成成。犁踵犁踵也可用白口
28、铸铁制造。也可用白口铸铁制造。2 2 2 2、铧式犁主犁体结构、铧式犁主犁体结构、铧式犁主犁体结构、铧式犁主犁体结构3 30 0（4 4）犁托）犁托 犁犁托托为为一一联联结结件件，犁犁铧铧、犁犁壁壁、犁犁侧侧板板、犁犁柱柱通通过过犁犁托托联联成成一一体体，起起承承托托和和传传力力作作用用，可可以以用用钢钢板板冲冲压压而而成成，也也可可以以焊焊接接或或铸铸造。有些犁托与犁柱造成一体。造。有些犁托与犁柱造成一体。（5 5）犁柱）犁柱 用用来来将将犁犁体体固固定定在在犁犁架架上上，并并将将动动力力由由犁犁架架传传给给犁犁体体，带带动动犁犁体体工工作作。犁犁柱柱可可以以是是空空心心圆圆或或椭椭圆圆直直
29、犁犁柱柱，也也可可以以是是实实心心扁扁钢钢圆圆犁犁柱柱。空空心心犁犁柱柱一一般般用用球球墨墨铸铸铁铁或或铸铸钢钢制制成成，重重量量较较轻轻、强强度度较较好好，安装简便。安装简便。2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构3 31 12.2.小前犁小前犁 位位于于主主犁犁体体左左前前方方，将将土土垡垡上上层层部部分分土土壤壤、杂杂草草耕耕起起，并并先先于于主主垡垡片片的的翻翻转转落落入入沟沟底底面面进进而而改改善善主主犁犁体体的的翻翻垡垡覆覆盖盖质质量量。在在杂杂草草较较少少或或土土壤壤较较松松时时也也可可不不用
30、用小小前前犁。主要有犁。主要有铧式、切角式和圆盘式铧式、切角式和圆盘式三种结构形式。三种结构形式。2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构3 32 23.3.犁刀犁刀 装装在在主主犁犁体体和和小小前前犁犁的的前前方方，用用来来沿沿垂垂直直方方向向切切开开土土壤壤，减减少少主主犁犁体体的的切切土土阻阻力力和和磨磨损损，防防止止犁犁沟沟墙墙塌塌落落。有有圆圆犁犁刀刀和和直直犁犁刀刀两两种种，直直犁犁刀刀工工作作阻阻力力较较大大，适适用用于于特特种种犁犁；圆圆犁犁刀切土阻力小，不易挂草或堵塞，应用较广。刀切土阻力小
31、，不易挂草或堵塞，应用较广。4.4.犁架犁架 用用来来直直接接或或间间接接的的安安装装犁犁体体和和其其它它零零部部件件，强强度度大大；常常用空心矩形钢管焊接而成。用空心矩形钢管焊接而成。2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构图图3-13 3-13 犁架结构示意图犁架结构示意图a a 螺螺栓栓组组合合式式犁犁架架b b 三三角角形形犁犁架架c c梯梯形形犁犁架架 d d大断面薄壁矩形管犁架大断面薄壁矩形管犁架3 33 35.5.安全装置安全装置 安安全全装装置置为为防防止止犁犁损损害害而而设设置置的的超超载载
32、保保护护装装置置。有有单单体体式式和和整整体体式式两两类类，整整体体式式装装在在整整台台犁犁的的牵牵引引装装置置上上，而而单单体体式式则则装装在在每每个个犁犁单单体体上上。（1 1）摩摩擦擦销销式式安安全全装装置置（2 2）单单体体式式犁犁体体安安全全装装置。置。单体式犁体安全装置单体式犁体安全装置2 2 2 2、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构、铧式犁基本构造和主犁体结构图图3-14 3-14 整体式安全装置整体式安全装置1 1挂钩挂钩2 2弯板弯板3 3，5 5螺栓螺栓4 4销钉销钉6 6纵拉板纵拉板3 34 43 3 3 3、铧式犁工作过
33、程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理(1)(1)矩形土垡的翻转过程矩形土垡的翻转过程(2)(2)矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K K的确定的确定(3)(3)菱形土垡的翻转过程菱形土垡的翻转过程 (4)(4)窜垡过程窜垡过程3 35 5(1)(1)矩矩形形土土垡垡的的翻翻转转过过程程 理想土垡的翻转过程：理想土垡的翻转过程：ba3 36 63 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理 因为土垡翻转过程中会变形，为了研究方便，作因为土垡翻转过程中会变形，为了研究方便，作如下
34、假设如下假设：a a、土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；、土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；b b、始终有一个棱角与沟底相接触，即只有滚动而无滑动、始终有一个棱角与沟底相接触，即只有滚动而无滑动 。理想土垡的翻转理想土垡的翻转 土土垡垡翻翻转转的的目目的的是是为为了了彻彻底底翻翻扣扣地地表表杂杂草草和和病病虫虫害害，实实现现土土垡垡的的稳稳定定铺铺放放即即彻彻底底翻翻扣扣（不不要要出出现现回回垡垡现现象象）是是犁犁体体曲曲面面工工作作和和设设计计时时的的关关键键所所在在。是是否否回回垡垡主主要要取取决决于于曲曲面面的的形形状状，或者说是取决于曲面的设计参数。或者说是取决于曲面的设计参数。(
35、1)(1)矩形土垡的翻转过程矩形土垡的翻转过程ba3 37 73 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理(2)(2)矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K K的确定的确定 观观察察这这样样一一种种现现象象：设设土土垡垡断断面面深深度度为为a a，宽宽度度为为b b1 1、b b2 2、b b3 3，在在翻翻转转到到某个时刻为土垡的临界状态。某个时刻为土垡的临界状态。回垡回垡临界临界稳定铺放稳定铺放b1ab2aab33 38 83 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工
36、作过程和翻垡原理 当当土土垡垡翻翻转转至至最最终终位位置置时时，如如果果支支撑撑点点在在右右侧侧，则则可可保保证证稳稳定定铺铺放放；在在正正上上方方则则为为临临界界状状态态（不不稳稳定定状状态态）；在在左左侧侧可可产产生生回回垡垡现现象象。很很显显然然，在在耕耕深深不不变变的的情情况况下下，耕耕宽宽改改变变可可对对土土垡垡的的稳稳定定铺铺放放产产生生重重要要的的影影响响。通通过过正正确确的的确确定定土土垡垡的的尺尺寸寸，决决定定犁犁体体曲曲面面的的大大小小和和形状，以保证土垡的稳定铺放。形状，以保证土垡的稳定铺放。ABCADEABCADE AB/AC=AE/DE AC=b，AE=b，ED=ab
37、aABCDEb(2)(2)矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K K的确定的确定 以以临临界界状状态态为为研研究究对对象象，确确定定土土垡垡翻翻转转过过程程中中不不产产生生回回垡垡的的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。3 39 93 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理移项整理，并令移项整理，并令则有则有解此方程得解此方程得什么意思什么意思(2)(2)矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K K的确定的确定 以以临临界界状状态态为为研研究究对对象象，确确定定土土垡垡翻翻转转过过程程中中不不产产生生
38、回回垡垡的的基本条件基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。，为犁体曲面的设计提供依据。4 40 03 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理(2)(2)矩形土垡宽深比矩形土垡宽深比K K的确定的确定 我我们们称称b/a=kb/a=k为为理理想想土土垡垡的的宽宽深深比比。实实际际上上土土壤壤是是不不均均质质的的，土土垡垡在在翻翻转转过过程程中中是是要要变变形形的的，有有的的变变形形很很严严重重，含含水水率率高高的的粘粘重重土土壤壤变变形形较较小小，k1.27k1.27；对对沙沙质质土土，土土壤壤很很难难成成形形，犁犁体体通
39、通过过后后立立刻刻堆堆积积，k1.27k1.27，一一般般k=1k=1。4 41 13 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理(3)(3)菱形土垡的翻转过程菱形土垡的翻转过程 菱形犁体胫刃凸向未耕地，沟墙呈圆弧状，土垡菱形犁体胫刃凸向未耕地，沟墙呈圆弧状，土垡的的断面近似为菱形。特点断面近似为菱形。特点是可以缩短犁体间的纵向距离，犁沟较宽，阻力较小。耕地时菱形土垡始终绕是可以缩短犁体间的纵向距离，犁沟较宽，阻力较小。耕地时菱形土垡始终绕一个棱角翻转。直至土垡顶边和前趟已翻土垡底边相靠贴。土垡翻转至直立位一个棱角翻转。直
40、至土垡顶边和前趟已翻土垡底边相靠贴。土垡翻转至直立位置以前，其重心偏离支承点，有利于稳定铺放。置以前，其重心偏离支承点，有利于稳定铺放。(4)(4)窜垡过程窜垡过程 土垡在土垡在“窜垡型窜垡型”犁体曲面上的运动过程与前述滚垡过程犁体曲面上的运动过程与前述滚垡过程不同。如图所示，当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，不是绕不同。如图所示，当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，不是绕某某一一棱棱角角滚滚翻翻，而而是是沿沿着着犁犁体体曲曲面面向向上上窜窜升升，同同时时略略有有扭扭转转和和侧侧移移。当当土土垡垡上上窜窜到到一一定定高高度度后后，扭扭转转和和弯弯曲曲加加大大，并并在在惯惯性性力力作作用用下下腾腾空空
41、翻翻转转。土土垡垡离离开开犁犁壁壁后后，在在重重力力和和落落地地撞撞击击力力作作用用下下，土土垡垡内内的的剪剪切切裂裂纹纹发发生生断断裂裂，并并形形成成较较短短的的垡垡块块，称为断条。称为断条。4 42 23 3 3 3、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理、铧式犁工作过程和翻垡原理4 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（1 1）三面楔的工作原理三面楔的工作原理 （2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理（3 3）犁体曲面的几何元线设计法犁体曲面的几何元线设计法（4 4）犁体曲面的绘制犁体曲面的绘制（5 5）高速犁体曲面高速犁体曲面4
42、 43 3(1)(1)三面楔的工作原理三面楔的工作原理 犁体曲面是由犁铧和犁壁所形成的曲面。其切土、碎土和翻犁体曲面是由犁铧和犁壁所形成的曲面。其切土、碎土和翻土都是由犁体曲面来完成。可以把犁体曲面简化成几个简单两面土都是由犁体曲面来完成。可以把犁体曲面简化成几个简单两面楔（工作面和支承面）复合成的一个三面楔。楔（工作面和支承面）复合成的一个三面楔。两面楔和三面楔队土壤的作用两面楔和三面楔队土壤的作用44444 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面犁体的工作过程可以看成几个二面楔沿水犁体的工作过程可以看成几个二面楔沿水平面运动时对土壤的合成作用。由于楔子平面运动时对土壤的合成作用
43、。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它对土壤的作在土壤中的安放位置不同，它对土壤的作用也不同。用也不同。所以所以说明了什么问题说明了什么问题？(1)(1)三面楔的工作原理三面楔的工作原理 从工作过程来看，可以认为从工作过程来看，可以认为 为载荷角，为载荷角，为切土角，为切土角，为为犁铧安装角，由于犁铧安装角，由于4 45 54 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面 （2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理犁体曲面可以看成是由犁体曲面可以看成是由直线或曲线直线或曲线在空间按照在空间按照一定的规律运动一定的规律运动而成。而成。元线元线 准线或准面准线或准面 直元线：直元线：水平直
44、元线水平直元线、斜元线斜元线 曲元曲元线线4 46 64 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理 犁犁体体曲曲面面形形成成原原理理有有四四种种，即即水水平平直直元元线线、斜斜直直元元线线、曲曲元元线法和犁面剖面曲线线法和犁面剖面曲线族法。族法。A A）水平直元线法（应用最多，南北方都用）水平直元线法（应用最多，南北方都用）4 47 74 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面 水水平平直直元元线线法法形形成成犁犁面面的的原原理理就就是是以以直直元元线线ABAB沿沿准准线线CDCD运运动动，并并始始终终平平行行于于XOYXOY
45、面面(如如图图)，且且不不断断改改变变直直无无线线ABAB与与ZOXZOX面面的的夹夹角角 n n。(元线角元线角)所形成的曲面。所形成的曲面。（2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理B B）倾倾斜斜直直元元线线法法（美美、苏苏应应用用多多，我我国国也有）也有）倾倾斜斜直直元元线线法法形形成成犁犁面面原原理理就就是是以以直直元元线线ABAB的的端端点点P P，沿沿准准线线CDCD，按按“与与三三个个投投影影面面的的夹夹角角成成一一定定规规律律运运动动所所形形成的曲面成的曲面。4 48 84 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理C
46、 C）曲元线法（美苏、曾德超）曲元线法（美苏、曾德超）曲曲元元线线法法是是以以曲曲线线AAAA1 1B B为为元元线线，以以CCCC1 1,C,C1 1D D为为准准线线运运动动而而形形成成的的犁犁体体曲曲面面，其其中中元元线线可可以以是是圆圆弧弧、抛抛物物线线或或其其他他曲曲线线，CCCC1 1为为铧铧刃刃线线，C C1 1D D为为平平行行于于OXOX轴轴的直线。的直线。4 49 94 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（2 2）犁体曲面的形成原理犁体曲面的形成原理D)D)犁面剖面曲线族法犁面剖面曲线族法 利利用用平平行行于于坐坐标标面面的的一一组组平平面面剖剖切切犁犁体体
47、曲曲面面，所所得得交交线线即即为为剖剖面面曲曲线线族族。根根据据现现有有经经验验，可可以以修修改改这这些些曲曲线线族族，通通过过试试验验使使其其作作业业质量达到预定要求。质量达到预定要求。5 50 04 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（3 3）犁体曲面的几何元线设计法）犁体曲面的几何元线设计法 、水平直元线设计法、水平直元线设计法 、斜元直元线设计法（略）、斜元直元线设计法（略）、翻土曲线设计法（略）、翻土曲线设计法（略）A)A)水平直元线法的主要参数水平直元线法的主要参数 元线角元线角、曲导线的形状和位置，元线角随高度的变化、曲导线的形状和位置，元线角随高度的变化规律及元
48、线角变化范围规律及元线角变化范围。其中曲导线的形状和位置，元线角。其中曲导线的形状和位置，元线角随高度的变化规律等，对曲面形成的影响最大。随高度的变化规律等，对曲面形成的影响最大。5 51 14 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（3 3）犁体曲面的几何元线设计法）犁体曲面的几何元线设计法曲导线的形状和位置曲导线的形状和位置 曲曲导导线线可可以以为为圆圆弧弧、抛抛物物线线、椭椭圆圆圆圆弧弧和和对对数数螺螺旋旋线线等等。目目前前多多用用包包络络抛抛物物线线(如如图图)。位位置置为为距距离离铧铧尖尖2/32/3铧铧刃刃线线处处,包包络络抛抛物线开度按下式计算：物线开度按下式计算：C
49、 Cl l为为1 11.71.7之间的经验值，对碎土性要求严的取小。之间的经验值，对碎土性要求严的取小。b b为为耕耕宽宽，为为导导曲曲线线的的扣扣垡垡角角，为为510，其其值值大大，扣扣垡垡作作用用强强，但但阻阻力力也越大。也越大。为为犁犁铲铲的的安安装装角角，25253030；s s为为曲曲导导线线直直线线段段，根根据据土土壤壤从从2 27cm7cm之之间间选取。选取。2-7cm52524 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（3 3）犁体曲面的几何元线设计法）犁体曲面的几何元线设计法 元线角元线角 n n在高度方向的变化在高度方向的变化铧刃角铧刃角 0 0的选择的选择 为为
50、了了保保证证滑滑切切，应应是是铧铧刃刃对对土土壤壤的的推推力力位位于于土土壤壤与与铧铧刃刃的的摩摩擦擦角角之之外外，即设最大摩擦角为即设最大摩擦角为maxmax，则，则 有人根据材料力学和土力学对该角进行了研究，有人根据材料力学和土力学对该角进行了研究，360 45360 45注意：注意：0 0过小，则铧刃长度过长，强度降低，且切土阻力会增加；过小，则铧刃长度过长，强度降低，且切土阻力会增加；0 0过大，滑切作用降低，增加了切削功，降低了切削质量。过大，滑切作用降低，增加了切削功，降低了切削质量。053534 4 4 4、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面、犁体曲面（3 3）犁体曲面的几何元线设计法