耕整地機械-整地機械（現(xiàn)代農業(yè)裝備技術課件）

旋耕機刀片的運動分析

旋耕機工作時，刀片一邊繞軸正向旋轉，一邊隨機組作直線運動，因此，刀片的絕對運動軌跡是一條由旋轉運動與直線運動合成的數(shù)學擺線，但是，由于二者之間的數(shù)值組合不同，其合成后的擺線形狀存在較大的差異，并且對旋耕機最終的工作結果產生不同的影響，我們研究并分析旋耕機刀片的運動軌跡的目的就在于確定適用于旋耕機正常工作的條件及其量化指標。1、刀片的絕對運動軌跡（定性分析）設：R—旋耕機刀片端點的最大回轉半徑

Vm—機組前進速度

ω—刀片回轉角速度

t

—時間函數(shù)令：Vd—刀片端點的切向速度；

Vd=Rω，令速比為：λ=Vd/Vm

。

根據已知條件作圖的方式確定刀片的絕對運動軌跡xy2RVmtωtVmomo/hMωxy2RVmtωtVmomo/hMωM點的運動方程：不同速比λ對旋耕機工作質量的影響

由于速比λ的不同，其運動軌跡形狀也不同，有三種情況：

我們考察一下這3種情況分別對旋耕機正常工作有那些影響，從而定性地決定旋耕機正常工作的基本條件。

根據旋耕機工作的特點我們了解到，旋耕機刀片先是切土，然后向后拋土，這一基本動作就需要旋耕機刀片從入土開始到拋土結束并抬離地面，其絕對運動軌跡上的任意一點的絕對速度的水平分速Vx指向后方，既Vx＜0。三種速比下的刀片絕對運動軌跡是否都能滿足上述要求呢？我們做一下對比分析：1.平土拖板2.拉鏈3.擋土罩4.傳動箱5.齒輪箱6.懸掛架7.上拉桿8.萬向節(jié)9.下拉桿10.旋耕刀

通過做圖分析發(fā)現(xiàn)，只有λ＞1余擺線時刀片才能滿足向后拋土的條件，并且只是軌跡最大玄長以下部分才能滿足，設計和應用時要特別注意，刀片的工作深度不能超過這個范圍。影響最大玄長高度的因素主要是刀片的尺寸、機組的前進速度和刀片的回轉速度，既λ值。λ＜1，短擺線λ＝1，滾擺線λ＞1，余擺線前進方向

在結構參數(shù)不變的情況下，λ值越大，軌跡最大玄長的值越大，其位置就越靠上，當λ=∞時，刀片端點的絕對運動軌跡為一數(shù)學圓，最大玄長在橫軸處，耕深可達最大值，但這是不可能的，因為此時機組不能前進，而是原地扒窩。因此，λ＞1是旋耕機正常工作的定性條件。在余擺線條件下，速比不同其刀片運動軌跡形狀也不同2.機組速度Vm與刀片旋轉速度ω的配合（定量分析）

上述分析只是定性的確定了刀片滿足旋耕機正常工作的基本條件—λ＞1。實際上，λ的數(shù)值不同其形狀差別很大，對工作質量和工作性能也有較大的影響，主要影響因素是機組速度Vm與刀片旋轉速度ω的大小和配合程度，必須找出他們之間的函數(shù)關系，然后加以量化處理。Vmtxy2RωωtVmomo/hM設：M點為刀片入土點，從開始入土到拋土結束并抬離地面均滿足旋耕機正常工作的條件，則有：

要滿足向后拋土的條件，刀片絕對運動軌跡上任意一點的絕對速度的水平分速Vx＜0，根據上述方程，令：代入上式，得：（定量）結論：旋耕機正常工作必須同時滿足定性和定量二個條件，既：①定性條件：λ＞1

（余擺線）②定量條件：或：

上述公式主要反映了結構參數(shù)與運動參數(shù)對耕深的影響。如：R的變化對耕深的影響，我們很容易理解，但ω、Vm對h的影響就有些抽象了。實際上，前面我們已經做過解釋：ω和Vm決定了λ值的大小，決定了刀片運動軌跡的形狀。問題：速比λ值為什么對耕深產生影響？

因為λ越大，其形狀的最大玄長值也就越大，位置也越靠上，能滿足耕深的軌跡高度越大。當λ→∞時，Vm→0，（λ=Rω/Vm），能滿足向后拋土的軌跡高度為半徑R。既h=R，反之，耕深就小，當λ→0時，Vm→∞，ω=0，絕對運動軌跡為一條直線，沒有環(huán)扣，也就無法向后拋土。旋耕機運動參數(shù)的一般取值范圍Vm=0.5~1.5m/sn=190~280r/minh=8~16cm

由于國外多采用大功率拖拉機，刀片材料好，旋耕機的工作深度可達20~25cm，完全可以取代犁耙作業(yè)，減少拖拉機的進地次數(shù)，保護土壤不受更大的破壞。旋耕機的刀片形狀

旋耕刀是旋耕機的主要工作部件，刀片的形狀和參數(shù)對旋耕機的工作質量、功率消耗影響很大。為適應不同土壤旋耕作業(yè)的需要，人們對旋耕刀的形狀和結構進行了大量的研究。目前，臥式旋耕機上使用的旋耕刀主要有三大類：鑿形刀、直角刀、彎形刀鑿形刀：只有正面刃口，工作時鑿尖首先從外部刺入土讓壤，然后在刀身的作用下使土壤破碎。入土能力強，松碎效果好，但容易纏草。S

直角刀：直角刀刀刃口由正切刃和側切刃組成，兩刃口相交成90o左右，工作時先由正切刃從橫向切開土壤，再由側切刃由外向里逐漸切出土垡的側面。刀身寬，剛性好，有一定的工作寬度，容易加工制造，但易纏草。側切刃正切刃Sω

彎形刀：彎形刀刃口由正切刃和側切刃組成，但刃口不是直線而是曲線，其中，側切刃口曲線為阿基米德螺線。工作時先由側切刃沿縱向切開土壤，并先由刀片根部向外滑切，然后再由正切刃從橫向切開土垡。切削阻力小，不易纏草，生產成本高。Sω側切忍正切刃刀片在刀軸上的安裝：螺旋線排列

旋耕機的功率消耗式中：Nq—切土功耗

Np—拋土功耗

Nt—旋耕機前進功耗

Nf—傳動及摩擦功耗

Nn—克服土壤水平反力功耗說明：旋耕機刀片正轉時有推進機組前進的作用，

Nn為負值；反之取正值。

旋耕機的功率消耗主要包括刀片的土壤切削、土塊拋擲、傳動等，其中，切土和拋土所消耗的功率占總功率消耗的80%以上，，其它可忽略不計。功率消耗表達式如下：設：kr—旋耕土壤比阻（kg/cm2），1.2~1.6，與耕深有關，耕深大選大值；B—工作幅寬，m

；h—工作深度，cm；Vm—機組速度，m/s

。一.旋耕機的基本構成二.旋耕機的工作原理三.旋耕機的作業(yè)特點四.旋耕機的主要類型一.旋耕機的基本構成組成：機架、傳動裝置、刀輥、擋土罩、平地拖板等。1.主梁2.懸掛架3.齒輪箱4.側邊傳動箱5.平土拖板6.擋土罩7.支撐桿8.刀軸9.旋耕刀二.旋耕機的工作原理

旋耕機刀片在動力的驅動下一邊旋轉，一邊隨機組直線前進，在旋轉中切入土壤，并將切下的土塊向后拋擲，與擋土板撞擊后進一步破碎并落向地表，然后被拖板拖平。三.旋耕機的作業(yè)特點

旋耕機的作業(yè)特點具有碎土能力強、平整度高、對土壤的適應性好、縱向尺寸短、耕深小、功耗大、幅寬小、效率低。四.旋耕機的主要類型1.按與動力連接方式分：牽引式、懸掛式、直連式。2、按刀軸安置方向分：橫軸式、立軸式、斜軸式。1.主梁2.懸掛架3.齒輪箱4.側邊傳動箱5.平土拖板6.擋土罩7.支撐桿8.刀軸9.旋耕刀3.按動力傳遞路線分：側邊傳動、中間傳動。側邊傳動中間傳動組成：機架、傳動裝置、刀輥、擋土罩、平地拖板等。1.主梁2.懸掛架3.齒輪箱4.側邊傳動箱5.平土拖板6.擋土罩7.支撐桿8.刀軸9.旋耕刀旋耕機的工作原理

旋耕機刀片在動力的驅動下一邊旋轉，一邊隨機組直線前進，在旋轉中切入土壤，并將切下的土塊向后拋擲，與擋土板撞擊后進一步破碎并落向地表，然后被拖板拖平。旋耕機作業(yè)質量控制

由于旋耕機工作時是以銑切原理加工土壤的，這就使得刀軸上同一個回轉平面內的刀片在相繼入土和切削土壤的過程是間歇的。設：安裝在刀軸上的同一個回轉平面內的刀片數(shù)量為Z?；剞D平面hS△xABVm

隨著第一把刀在A點入土，刀片一面旋轉，一面隨機組直線前進，t時刻后，安裝在同一個回轉平面內的第二把刀開始在B點入土，那么，AB=S，定義為旋耕機刀片的切土節(jié)距?！鱴—一把刀在縱垂面內所能切土的厚度。ABSS=Vm·t

旋耕機切土節(jié)距——安裝在同一回轉平面內的刀片在轉過相應安裝角時間內機組所前進的距離。設：θ—同一安裝平面內相鄰刀片的安裝角；

Z—同一安裝平面內均勻安裝的刀片數(shù)；

Vm—機組前進速度，m/s

；

ω—刀片回轉角速度，r/s；∴同一安裝平面內相鄰二刀片相繼入土的時間間隔為：

由上式可以看出，改變Z、ω、Vm

均可使S發(fā)生變化。一般來說，S越小越好，若使S小，可通過增加Z、n或減少Vm的方法獲得，但是，Z的過分增加易造成土壤雜草的堵塞，n的增加也將造成功率的消耗，Vm的減少使生產效率下降，所以，在確定各個參數(shù)時要通盤考慮，一般情況下，通過適當?shù)母淖僴和Vm來達到不同整地要求的作業(yè)。

目前，國產旋耕機的結構參數(shù)和運動參數(shù)均有一定的確定范圍，以免在使用過程中出現(xiàn)不必要的失誤。具體如下：

Z=2~4S=10~12cm旱地作業(yè)

S=4~6cm粘重土壤和雜草地

S=8~9cm水田地園盤耙的一般結構和工作過程1.結構組成：耙組、耙架、牽引架、偏角調節(jié)裝置等。懸掛式圓盤耙1.懸掛架2.橫梁3.刮泥裝置4.圓盤耙組5.耙架6.缺口耙組2.工作過程⑴耙片在空間的位置對土壤作用的影響

以地面為作業(yè)面，圓盤回轉平面與地面垂直為基本工作條件，則有下列幾種作用效果：Vmα=00時，只有滾動沒有拖動，能切斷雜草和土塊，但無翻土能力，且難以達到預定的耙深。Vm90oα=900時，耙片只有拖動沒有滾動，有強烈的翻土能力，但斷草能力幾乎為零，且很容易造成土壤堆積和堵塞現(xiàn)象。0＜α＜900時，既有滾動又有拖動，是整地過程所需要的工作狀態(tài)。Vmα⑵工作過程：耙地機組在牽引動力的作用下，圓盤耙片受重力和土壤反力的作用邊滾動邊切入土壤并達到預定耙深，由于耙片偏角的作用，耙組同時完成了切割土壤，切斷雜草和翻扣的工作。

耙片運動分解示意圖圓盤耙的類型1.按與動力的連接方式分：牽引式、懸掛式和半懸掛式。牽引式園盤耙懸掛式園盤耙半懸掛式園盤耙2.按耙片的直徑分重型耙（660mm）中型耙（560mm）輕型耙（460mm）3.按耙片的外緣形狀分全緣耙、缺口耙

全緣耙片易于加工制造，缺口耙片入土能力強，易于切斷雜草、作物殘茬等，但成本高。前列耙為缺口耙與后列耙為全緣耙的配置方式居多4、按耙組的配置方式分單列耙、雙列耙、組合耙、偏置耙、對置耙偏置雙列組合耙對置雙列組合耙a.單列對稱式b.雙列對稱式c.雙列偏置式d.交錯排列式園盤耙的一般結構和工作過程1.結構組成：耙組、耙架、牽引架、偏角調節(jié)裝置等。懸掛式圓盤耙1.懸掛架2.橫梁3.刮泥裝置4.圓盤耙組5.耙架6.缺口耙組2.工作過程⑴耙片在空間的位置對土壤作用的影響

以地面為作業(yè)面，圓盤回轉平面與地面垂直為基本工作條件，則有下列幾種作用效果：Vmα=00時，只有滾動沒有拖動，能切斷雜草和土塊，但無翻土能力，且難以達到預定的耙深。Vm90oα=900時，耙片只有拖動沒有滾動，有強烈的翻土能力，但斷草能力幾乎為零，且很容易造成土壤堆積和堵塞現(xiàn)象。0＜α＜900時，既有滾動又有拖動，是整地過程所需要的工作狀態(tài)。Vmα⑵工作過程：耙地機組在牽引動力的作用下，圓盤耙片受重力和土壤反力的作用邊滾動邊切入土壤并達到預定耙深，由于耙片偏角的作用，耙組同時完成了切割土壤，切斷雜草和翻扣的工作。

耙片運動分解示意圖一、圓盤耙片的結構參數(shù)和基本計算1.耙片直徑D：耙片直徑大小主要取決于作業(yè)深度式中：K—經驗系數(shù)，4~6

amax—最大設計耙深cm2.圓盤球面半徑R：式中：ψ—扇形半角，21~2703、耙片厚度：選擇時要充分考慮直徑的大小、工作負荷等因素，一般用下式來確定圓盤厚度的大小。重耙：δ=5mm中耙：δ=4mm輕耙：δ=3.5mm4.耙片軸向安裝間距b的確定

耙片間距對圓盤耙設計安裝和使用耙組、保證其正常工作是非常重要的。軸向間距的大小直接影響耙組在耕作橫斷面內的對土壤加工和處理的程度、碎土質量。間距太小易造成土壤堵塞，太大易產生漏耙。要解決好這一矛盾，耙片軸向安裝間距的合理選擇是至關重要的。在橫斷面內的耙片對土壤的影響區(qū)域形狀如下：

圓盤耙片在工作時，從其橫斷面看上去為一橢圓形，由于b的存在，相鄰兩圓盤加工后的土壤橫斷面中間有一凸起高度h，當h=a時表示有嚴重的漏耙現(xiàn)象發(fā)生，而h=0又是不可能的，所以，要求h≤a/2。因此，b的確定對凸起高度h的大小有直接的影響，必須找出b與h的函數(shù)關系，以便保證既不漏耙又不堵塞正確合理的耙片軸向安裝間距。漏耙漏耙ah由圖所知：耙片溝底形狀Dh——耙片盤面在凸起高度處的耙片玄長，Dh=？，其大小可通過沿耙片軸向的投影輔助圖獲得。hAFBCDhD

該公式只是一定性分析式，它只是說明了b與h函數(shù)關系，并沒有進行量化處理，必須進行必要的理論驗證。設：hmax≤a/2，D=Kamax=（4~6）amax，取平均值

K=5，α=140~230，取α=200，a=180mm，D=460mm，h=a/2=180/2=90mm。

根據：則有：b=132mm