第三章犁耕原理與犁面形成

1、第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-301第二節(jié)第二節(jié) 犁體曲面的形成原理犁體曲面的形成原理第一節(jié)第一節(jié) 犁耕原理犁耕原理 耕地的主要任務(wù)是碎土、翻土和覆蓋殘茬。這些任務(wù)均由犁體耕地的主要任務(wù)是碎土、翻土和覆蓋殘茬。這些任務(wù)均由犁體來(lái)完成。為了闡明犁體的工作過(guò)程，首先分析來(lái)完成。為了闡明犁體的工作過(guò)程，首先分析 兩面楔沿水平方向兩面楔沿水平方向運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤的作用。運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤的作用。如下圖所示如下圖所示目前，我國(guó)常用的鏵式犁的土垡運(yùn)動(dòng)過(guò)程大致有目前，我國(guó)常用的鏵式犁的土垡運(yùn)動(dòng)過(guò)程大致有滾垡滾垡、竄垡竄垡和和滾竄結(jié)合滾竄結(jié)合三類(lèi)。三類(lèi)。二、土垡運(yùn)動(dòng)過(guò)程及寬深比的確定二、

2、土垡運(yùn)動(dòng)過(guò)程及寬深比的確定（二）土垡寬深比（二）土垡寬深比（一）土垡的翻轉(zhuǎn)一）土垡的翻轉(zhuǎn)一、三面楔的工作原理一、三面楔的工作原理第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-302對(duì)于凝聚性小的對(duì)于凝聚性小的砂土和砂壤土砂土和砂壤土，土壤在兩面楔作用下發(fā)生破裂，土壤在兩面楔作用下發(fā)生破裂，主要是由于主要是由于楔刃的直切楔刃的直切和和楔面上土垡受擠壓楔面上土垡受擠壓所致。隨著壓力增大，所致。隨著壓力增大，土垡應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到破壞極限時(shí)，即出現(xiàn)剪切裂紋，其方土垡應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到破壞極限時(shí)，即出現(xiàn)剪切裂紋，其方向約垂直于工作面向約垂直于工作面AB，并與水平面成，并與水平面

3、成角。土垡沿角。土垡沿AB面上升而面上升而漸裂成梯形，若楔子入土較淺，出現(xiàn)剪切裂紋較密而梯形土塊較漸裂成梯形，若楔子入土較淺，出現(xiàn)剪切裂紋較密而梯形土塊較小。（如圖小。（如圖b）第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-303對(duì)于對(duì)于粘性土壤粘性土壤，土垡在楔子作用下所產(chǎn)生的破裂主要是由于，土垡在楔子作用下所產(chǎn)生的破裂主要是由于楔刃楔刃的直切的直切和和楔面的撕裂所致楔面的撕裂所致。(如圖示如圖示)當(dāng)楔子開(kāi)始切入土中時(shí)，在當(dāng)楔子開(kāi)始切入土中時(shí)，在楔刃前方出現(xiàn)裂紋，當(dāng)楔子繼續(xù)前進(jìn)，裂紋擴(kuò)大并向上延伸，直楔刃前方出現(xiàn)裂紋，當(dāng)楔子繼續(xù)前進(jìn)，裂紋擴(kuò)大并向上延伸，直達(dá)地表，形成不規(guī)

4、則的土塊。達(dá)地表，形成不規(guī)則的土塊。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-304 對(duì)于對(duì)于潮濕的粘性土壤潮濕的粘性土壤，在楔子作用下土垡雖出現(xiàn)裂紋，但由于這，在楔子作用下土垡雖出現(xiàn)裂紋，但由于這種土壤有較大的塑性，當(dāng)土垡沿楔面運(yùn)動(dòng)時(shí)，裂紋會(huì)逐漸彌合，而不種土壤有較大的塑性，當(dāng)土垡沿楔面運(yùn)動(dòng)時(shí)，裂紋會(huì)逐漸彌合，而不能形成土塊。能形成土塊。 楔子在土壤中的位置不同，它對(duì)土壤的作用也不同，下圖分別表楔子在土壤中的位置不同，它對(duì)土壤的作用也不同，下圖分別表示兩面楔的示兩面楔的起土、側(cè)向推土和翻土起土、側(cè)向推土和翻土作用及三面楔對(duì)土壤的作用。作用及三面楔對(duì)土壤的作用。第三章第

5、三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-305返回返回兩面楔和三面楔對(duì)土垡的作用兩面楔和三面楔對(duì)土垡的作用側(cè)向推土側(cè)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2021-10-306 早在早在1832年，意大利的蘭姆勃洛新年，意大利的蘭姆勃洛新(Lambru Schini)和里德和里德?tīng)栙M(fèi)爾費(fèi)(Ridolphi)就提出了就提出了滾垡型犁體滾垡型犁體的假想翻轉(zhuǎn)過(guò)程。他們將的假想翻轉(zhuǎn)過(guò)程。他們將土垡抽象為呈矩形斷面的土垡條，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，把土垡斷面土垡抽象為呈矩形斷面的土垡條，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，把土垡斷面形狀看作是形狀看作是既不變形又不破裂既不變形又不破裂

6、的剛體。因此，將犁面抽象為由的剛體。因此，將犁面抽象為由垂直于以矩形斷面的土垡條的一棱邊為軸線(xiàn)的直元線(xiàn)，在其作垂直于以矩形斷面的土垡條的一棱邊為軸線(xiàn)的直元線(xiàn)，在其作等距移動(dòng)和等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)而形成的曲面。這樣的土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程稱(chēng)等距移動(dòng)和等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)而形成的曲面。這樣的土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程稱(chēng)為為“假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程?！保ㄒ唬┩鳞业姆D(zhuǎn)一）土垡的翻轉(zhuǎn)（假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程）第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-307土垡在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)直立狀態(tài)，然后在犁翼土垡在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)直立狀態(tài)，然后在犁翼作用下繼續(xù)繞點(diǎn)作用下繼續(xù)繞點(diǎn)C回轉(zhuǎn)，最后靠在前一行程的土回轉(zhuǎn)，最

7、后靠在前一行程的土垡上。如圖示：垡上。如圖示：“假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程假想土垡翻轉(zhuǎn)過(guò)程”中的中的假定假定：土垡斷面（矩形）在翻轉(zhuǎn)中：土垡斷面（矩形）在翻轉(zhuǎn)中：不變形；不變形； 不破裂；不破裂； 無(wú)側(cè)移。無(wú)側(cè)移。其工作過(guò)程為：其工作過(guò)程為：切垡切垡鏵刃和徑刃分別沿水平面和垂直面切出土垡的底面鏵刃和徑刃分別沿水平面和垂直面切出土垡的底面和左側(cè)面，其耕寬為和左側(cè)面，其耕寬為b,耕深為耕深為a；推垡推垡被切出的土垡在鏵面和犁胸的作用下，左邊被抬被切出的土垡在鏵面和犁胸的作用下，左邊被抬起，繞右下角起，繞右下角D點(diǎn)回轉(zhuǎn)；點(diǎn)回轉(zhuǎn)；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2021-10-308滾

8、滾 垡垡 過(guò)過(guò) 程程第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-309相鄰?fù)鳞抑С悬c(diǎn)相鄰?fù)鳞抑С悬c(diǎn)D 和和D 之間的距離等于耕寬之間的距離等于耕寬b；翻轉(zhuǎn)后土垡的棱角翻轉(zhuǎn)后土垡的棱角C 或或C 必然位于地表的水平線(xiàn)必然位于地表的水平線(xiàn)CC 上；上；土垡表面與溝底的傾角為土垡表面與溝底的傾角為。即土垡自初始位置。即土垡自初始位置翻轉(zhuǎn)至終了位置翻轉(zhuǎn)至終了位置所所翻轉(zhuǎn)的角度為翻轉(zhuǎn)的角度為180- 。由于假定土垡在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中不變形、無(wú)側(cè)移并且始終繞一棱角由于假定土垡在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中不變形、無(wú)側(cè)移并且始終繞一棱角轉(zhuǎn)動(dòng)，所以每一土垡在翻轉(zhuǎn)后均保持確定的幾何位置，即：轉(zhuǎn)動(dòng)，所以每一土垡在翻

9、轉(zhuǎn)后均保持確定的幾何位置，即：土垡鋪放位置土垡鋪放位置返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3010 在耕地作業(yè)中，有時(shí)已經(jīng)翻轉(zhuǎn)的土垡，并不能穩(wěn)定地鋪放在前一在耕地作業(yè)中，有時(shí)已經(jīng)翻轉(zhuǎn)的土垡，并不能穩(wěn)定地鋪放在前一土垡上面，而是當(dāng)犁體通過(guò)后，被翻過(guò)的土垡又重新翻回到犁溝中，土垡上面，而是當(dāng)犁體通過(guò)后，被翻過(guò)的土垡又重新翻回到犁溝中，這種現(xiàn)象稱(chēng)為這種現(xiàn)象稱(chēng)為回垡回垡。（二）土垡寬深比（二）土垡寬深比K第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3011下面分析臨界狀態(tài)（如上圖下面分析臨界狀態(tài)（如上圖b所示）所示）22babbaabk 01

10、24kk11112kk5227.11arcsinarcsin0ba因此，要使土垡穩(wěn)定鋪放，寬深比因此，要使土垡穩(wěn)定鋪放，寬深比應(yīng)大于應(yīng)大于1.27 BCD DAD設(shè)臨界寬深比設(shè)臨界寬深比則有則有整理得整理得解之得：解之得： K=1.27臨界覆土角臨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2021-10-3012K=1，C第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3013南方水田有曬垡要求，希望暴露在空氣中的土垡表面積最大，即南方水田有曬垡要求，希望暴露在空氣中的土垡表面積最大，即m+n最大。最大。.414. 12222sin45cossin0)sin(

11、cos)cos(sinsincosabkbabsbnmsbnbm則。時(shí)，有最大的暴曬面積即則令返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3014第二節(jié)第二節(jié) 犁體曲面的犁體曲面的 形成原理形成原理幾個(gè)概念：幾個(gè)概念：水平直元線(xiàn)法形成犁面的原理水平直元線(xiàn)法形成犁面的原理傾斜元線(xiàn)法形成犁面的原理傾斜元線(xiàn)法形成犁面的原理曲元線(xiàn)法形成犁面的原理曲元線(xiàn)法形成犁面的原理一、犁面形成原理一、犁面形成原理二、水平直元線(xiàn)犁面的設(shè)計(jì)方法二、水平直元線(xiàn)犁面的設(shè)計(jì)方法第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3015坐標(biāo)面有三個(gè)，所得的相應(yīng)剖面曲線(xiàn)族也有等高、縱

12、剖、橫剖三組。坐標(biāo)面有三個(gè)，所得的相應(yīng)剖面曲線(xiàn)族也有等高、縱剖、橫剖三組。習(xí)慣上縱剖曲線(xiàn)族又稱(chēng)碎土曲線(xiàn)族；橫剖曲線(xiàn)族有稱(chēng)翻土曲線(xiàn)習(xí)慣上縱剖曲線(xiàn)族又稱(chēng)碎土曲線(xiàn)族；橫剖曲線(xiàn)族有稱(chēng)翻土曲線(xiàn) 族。族。返回返回犁面可以看作是由直線(xiàn)或曲線(xiàn)在空間按照一定的規(guī)犁面可以看作是由直線(xiàn)或曲線(xiàn)在空間按照一定的規(guī) 律運(yùn)動(dòng)而成，律運(yùn)動(dòng)而成， 這些構(gòu)成犁面的直線(xiàn)或曲線(xiàn)稱(chēng)為元線(xiàn)。這些構(gòu)成犁面的直線(xiàn)或曲線(xiàn)稱(chēng)為元線(xiàn)。元線(xiàn)：元線(xiàn)：元線(xiàn)在空間的運(yùn)動(dòng)，可由直線(xiàn)、曲線(xiàn)或平面來(lái)控制，這元線(xiàn)在空間的運(yùn)動(dòng)，可由直線(xiàn)、曲線(xiàn)或平面來(lái)控制，這些控制元線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱(chēng)為些控制元線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱(chēng)為。導(dǎo)線(xiàn)、導(dǎo)面：導(dǎo)線(xiàn)、導(dǎo)面：樣板曲線(xiàn)：樣板曲線(xiàn)

13、：用一條垂直于鏵刃線(xiàn)的平面剖切犁面所得的交線(xiàn)，稱(chēng)為用一條垂直于鏵刃線(xiàn)的平面剖切犁面所得的交線(xiàn)，稱(chēng)為。導(dǎo)曲線(xiàn)：導(dǎo)曲線(xiàn)：水平直元線(xiàn)犁體曲面的準(zhǔn)線(xiàn)，是樣板曲線(xiàn)族中的一條，稱(chēng)為水平直元線(xiàn)犁體曲面的準(zhǔn)線(xiàn)，是樣板曲線(xiàn)族中的一條，稱(chēng)為。剖面曲線(xiàn)族：剖面曲線(xiàn)族：利用平行于坐標(biāo)平面的一組平面剖切犁體曲面，所得交線(xiàn)即為利用平行于坐標(biāo)平面的一組平面剖切犁體曲面，所得交線(xiàn)即為。第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3016 傾斜直元線(xiàn)法形成犁面的原理是以直元線(xiàn)傾斜直元線(xiàn)法形成犁面的原理是以直元線(xiàn)AB的端點(diǎn)的端點(diǎn)P，沿準(zhǔn)，沿準(zhǔn)線(xiàn)線(xiàn)CD，按與三個(gè)投影面的夾角成一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所形成的曲面。，按與三

14、個(gè)投影面的夾角成一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所形成的曲面。如圖示如圖示返回返回水平直元線(xiàn)法水平直元線(xiàn)法形成犁面的原理就是以直元線(xiàn)形成犁面的原理就是以直元線(xiàn)MN沿準(zhǔn)線(xiàn)沿準(zhǔn)線(xiàn)AB運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，并始終平行于水平面，且不斷改變直元線(xiàn)并始終平行于水平面，且不斷改變直元線(xiàn)MN與與W平面（即溝平面（即溝墻平面）的夾角所形成的曲面。如圖示墻平面）的夾角所形成的曲面。如圖示曲元線(xiàn)法形成犁面的原理就是以曲元線(xiàn)曲元線(xiàn)法形成犁面的原理就是以曲元線(xiàn)AA1B沿準(zhǔn)線(xiàn)沿準(zhǔn)線(xiàn)CC1、C1D運(yùn)動(dòng)而形成犁面。如圖示運(yùn)動(dòng)而形成犁面。如圖示第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3017水平直元線(xiàn)形成的犁體曲面水平直元線(xiàn)形成的

15、犁體曲面返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3018返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3019返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3020 導(dǎo)曲線(xiàn)一般由拋物線(xiàn)和一段直線(xiàn)組成。導(dǎo)曲線(xiàn)參數(shù)確定如圖導(dǎo)曲線(xiàn)一般由拋物線(xiàn)和一段直線(xiàn)組成。導(dǎo)曲線(xiàn)參數(shù)確定如圖在在30年代，蘇聯(lián)的年代，蘇聯(lián)的郭略契金郭略契金等人，測(cè)繪了世界各地的等人，測(cè)繪了世界各地的200余余種機(jī)力犁犁體，提出了這一設(shè)計(jì)方法。種機(jī)力犁犁體，提出了這一設(shè)計(jì)方法。由水平直元線(xiàn)法形成的犁體曲面，其曲面形狀和工作性能主要由由水平直元線(xiàn)法

16、形成的犁體曲面，其曲面形狀和工作性能主要由導(dǎo)曲線(xiàn)參導(dǎo)曲線(xiàn)參數(shù)、位置和元線(xiàn)角變化規(guī)律數(shù)、位置和元線(xiàn)角變化規(guī)律所決定。所決定。元線(xiàn)角的變化規(guī)律元線(xiàn)角的變化規(guī)律導(dǎo)曲線(xiàn)參數(shù)導(dǎo)曲線(xiàn)參數(shù)導(dǎo)曲線(xiàn)位置導(dǎo)曲線(xiàn)位置翻土型犁體的導(dǎo)曲線(xiàn)平面多位于犁鏵末端，翻土性翻土型犁體的導(dǎo)曲線(xiàn)平面多位于犁鏵末端，翻土性 碎土性碎土性，而碎，而碎土型犁體的導(dǎo)曲線(xiàn)平面距鏵尖較近，位于鏵刃長(zhǎng)度的土型犁體的導(dǎo)曲線(xiàn)平面距鏵尖較近，位于鏵刃長(zhǎng)度的23處。翻土性處。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2021-10-3021導(dǎo)曲線(xiàn)的形狀只是確定元線(xiàn)在空間位置的一個(gè)方面，要將水平元線(xiàn)在導(dǎo)曲線(xiàn)的形狀只是確定元線(xiàn)在

17、空間位置的一個(gè)方面，要將水平元線(xiàn)在空間的位置完全確定下來(lái)，還需要知道元線(xiàn)沿導(dǎo)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的方空間的位置完全確定下來(lái)，還需要知道元線(xiàn)沿導(dǎo)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的方向變化，也就是確定元線(xiàn)與溝墻的夾角向變化，也就是確定元線(xiàn)與溝墻的夾角（元線(xiàn)角元線(xiàn)角）沿高度）沿高度Z的變化規(guī)的變化規(guī)律。律。 maxmin0碎土型和翻土型犁體的水平元線(xiàn)在沿導(dǎo)曲線(xiàn)上升時(shí)，都是由碎土型和翻土型犁體的水平元線(xiàn)在沿導(dǎo)曲線(xiàn)上升時(shí)，都是由1.水平元線(xiàn)的三個(gè)特征角水平元線(xiàn)的三個(gè)特征角2.元線(xiàn)角的變化規(guī)律元線(xiàn)角的變化規(guī)律第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-3022 max ：在最高一條元線(xiàn)處。：在最高一條元線(xiàn)處

18、。max02)42(210min0min翻土型）（碎土型)157(420max0max翻土型）（碎土型0 ：初始元線(xiàn)角：初始元線(xiàn)角(鏵刃角鏵刃角)：鏵刃線(xiàn)與溝墻的夾角。：鏵刃線(xiàn)與溝墻的夾角。作用：保證土垡自未耕地一側(cè)首先劈開(kāi)，并逐漸升起，滑切作物殘茬和土壤。作用：保證土垡自未耕地一側(cè)首先劈開(kāi)，并逐漸升起，滑切作物殘茬和土壤?；袟l件滑切條件：max :土壤與鏵刃的最大摩擦角土壤與鏵刃的最大摩擦角 min ：在犁鏵和犁壁接縫線(xiàn)處。（：在犁鏵和犁壁接縫線(xiàn)處。（Z=50100mm處）處）可避免犁壁翼邊線(xiàn)刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻轉(zhuǎn)。可避免犁壁翼邊線(xiàn)刮擦已翻土垡，便于土垡的上升和翻轉(zhuǎn)。返回返回第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、犁面形成2021-10-30232.元線(xiàn)角的變化規(guī)律元線(xiàn)角的變化規(guī)律min0maxmin0maxmin1002 . 622zzypzy22碎土型和翻土型犁體的元線(xiàn)角多按直線(xiàn)規(guī)律變化。碎土型和翻土型犁體的元線(xiàn)角多按直線(xiàn)規(guī)律變化。對(duì)于碎土型犁體，按二次曲線(xiàn)變化，其方程為：對(duì)于碎土型犁體，按二次曲線(xiàn)變化，其方程為：對(duì)于翻土型，按拋物線(xiàn)規(guī)律變化。如圖示：對(duì)于翻土型，按拋物線(xiàn)規(guī)律變化。如圖示：第三章第三章 犁耕原理、犁面形成犁耕原理、