第二章耕地機(jī)械測試題

第二章耕地機(jī)械

第一節(jié)概述

土壤耕作是對土壤進(jìn)行耕翻和疏松。其目的是為農(nóng)作物的種植和生長創(chuàng)造良好基本的環(huán)境條件,

主要包括：

(1)通過翻耕、疏松土壤，改善土壤中的水分、空氣和土粒間的結(jié)構(gòu)狀況，增強上壤吸水及透水

透氣的能力。

(2)通過翻耕，鏟除并覆蓋雜草、綠肥、作物殘茬及肥料等，增加耕層的腐殖質(zhì)和肥力。

(3)將上層下面的蟲卵翻至地表消滅，防除病蟲害。

耕地機(jī)械主要是鋅式犁和圓盤犁，尤以鋅式犁因其優(yōu)良的翻上和覆蓋性能得到最廣泛的應(yīng)用。另

外，為深松土壤，深松犁也日益得到廣泛應(yīng)用。

人類應(yīng)用犁已有數(shù)千年的歷史。劉仙洲教授在《中國古代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)明史》中認(rèn)為中國在3200

年前已經(jīng)用牛拉鋅式犁進(jìn)行耕作。雖然犁可算得上是最古老的農(nóng)具之一，但對犁的研究在今天仍

是令人感興趣的課題。世界各地的大農(nóng)機(jī)公司每年都要推出一批新種類的鋅式犁供農(nóng)民選用。世

界上壤耕作研究組織(IsTRO)則每兩年都要組織一次大型國際會議，探討耕作中出現(xiàn)的各種問題“

一個不了解土壤的物理力學(xué)性質(zhì)、不懂得犁是如何對土壤起作用的人，可能認(rèn)為犁是一種非常簡

單的工具，不需要什么研究。然而事實是，要設(shè)計、調(diào)整好一架符合要求的犁，取得最佳的耕作

效果是不容易的，需要考慮許多因素。

典型的鋅式犁工作過程如圖2—1所示。犁通過拖拉機(jī)的液壓懸掛機(jī)構(gòu)掛接在拖拉機(jī)后面，其犁

體工作面上的脛刃和底邊的鋅刃將土壤沿左邊的垂直方向與底面的水平方向切開并翻轉(zhuǎn)、破碎。

農(nóng)業(yè)技術(shù)對犁耕質(zhì)量的要求各地不盡相同，但一般可歸納為如下幾點：

(1)良好的翻堡和覆蓋性能：早耕后土層松碎，水耕后斷條長度小，土絡(luò)架空，以利曬空。

圖2-1犁耕作業(yè)

(2)耕深一致、溝底平整。

(3)不漏耕、不重耕、耕后地表平整。

第二節(jié)犁的類型

一、普通鋅式犁

1.一般構(gòu)造普通鋅式犁是指具有鋅式犁基本工作部件，用于一般目的的旱地、水田犁等。圖2

—2為一普通缽式犁，具有犁架、圓犁刀、小前鋅、主犁體等主要部件。圓犁刀協(xié)助犁體切出側(cè)

而溝壁；小前鋅將表層右前方的表土層和殘茬雜草翻至溝底，提高復(fù)蓋性能；主犁體和圓犁刀、

小前鋒一起，完成對土壤的切割與翻轉(zhuǎn)工作。

主犁體是鋅式犁不可缺少的主要工作部件有些犁為了結(jié)構(gòu)緊湊，沒有圓犁刀和小前犁。除了以

上部件外，鋅式犁還可有限深輪、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、安全機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)等附件。

2.鋅式犁的掛接方式

(1)牽引犁這種犁是拖拉機(jī)最早發(fā)展的機(jī)型。它和拖拉機(jī)間是以單點掛接，拖拉機(jī)的掛接裝置對

犁只起牽引作用。這種掛接方式對拖拉機(jī)和犁之間的配合要求較少，所以發(fā)展最早。牽引犁由牽

引架、犁架、犁體、機(jī)械或液壓升降機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、行走輪、安全裝置等部件組成(圖2—3)。

耕地時，借助機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)來控制地輪相對犁體的高度，從而達(dá)到控制耕深及水平的目的。

圖2—2普通鋅式犁

1.犁架2.圓犁刀3.小前缽4.主犁體

圖2—3牽引犁

1.尾輪拉桿2.水平調(diào)節(jié)手輪3.深淺調(diào)節(jié)手輪4.牽引桿E.溝輪6.地輪7.犁架8.犁體9.尾

輪

(2)懸掛犁懸掛犁通過懸掛架與拖拉機(jī)的三點懸掛機(jī)構(gòu)聯(lián)接，靠拖拉機(jī)的液壓提升機(jī)構(gòu)升降。懸

掛犁結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動性強，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的類型。除了部分旱地犁外，南方的水m犁由于水

田田塊一般較小，故都采用懸掛犁。圖2—4所示為南方系列水田犁。有的懸掛犁設(shè)有支地?fù)螚U,

而用一眼深輪保持停放穩(wěn)定，在拖拉機(jī)液壓懸掛機(jī)構(gòu)采用高度調(diào)節(jié)時，限深輪還用來控制耕深。

手扶拖拉機(jī)犁也都采用懸掛式，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，靠手動升降機(jī)構(gòu)控制犁的升降。

(3)半懸掛犁半懸掛犁是在懸掛犁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新機(jī)型。隨著現(xiàn)代拖拉機(jī)功率的不斷提高，

所配的犁越來越寬，縱向長度也越來越長，這就使得拖拉機(jī)在山頭提升懸掛犁轉(zhuǎn)彎以及路上行走

時的縱向穩(wěn)定性和操向性受到影響。為了解決這個問題，廿現(xiàn)了介于懸掛犁與

牽引犁之間的半懸掛犁。如圖2—6所示。這種犁的前部象懸掛犁，通過懸掛架與拖拉機(jī)液壓懸

掛系統(tǒng)相連，但懸掛架與犁架之間不是固定在一起而是桿佇絞接。因此液壓提升機(jī)構(gòu)提起時，只

是犁的前端被提起。犁的后端象牽引犁?樣設(shè)有限深輪及尾輪機(jī)構(gòu)，通過液壓油缸來改變尾輪相

對于犁架的高度。前后液壓機(jī)構(gòu)配合，就能改變犁的工作深度及實現(xiàn)工作位置與運輸位置的芍?換。

機(jī)組轉(zhuǎn)彎時，尾輪在操向桿件控制下自動操向。

半懸掛犁的優(yōu)點也是介于牽引犁與懸掛犁之間。它比牽引犁結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、機(jī)動靈活、易操

向：比懸掛犁能配置更多犁體，穩(wěn)定性，操向性好。

圖2—4南方系列懸掛水田犁

1.犁架2.懸掛架3.懸掛軸調(diào)節(jié)絲桿4.懸掛軸5.支撐桿6.犁體

3.旱地及水用鋅式犁通用系列我國地域遼廣，各地的耕作要求不同，生產(chǎn)和使用的鋅式犁也各

不相同。在長期的實踐中，形成了北方旱地犁和南方水田型兩大類別。旱地犁的犁體幅寬較大,

適應(yīng)的比阻也較大。水田犁則一般采用窄幅多年的形式，由于水耕比阻較小，機(jī)體可做得較經(jīng)便,

一般也不需要圓犁刀和小前犁。兩種犁體的I由面也有所不同。

圖2-5手扶拖拉機(jī)懸掛犁圖2-6半懸掛犁

1.液壓油缸2.機(jī)架3.懸掛架4.地輪5.犁體6.限深尾輪

70年代中期，國家組織設(shè)計了旱地及水田兩大系列鋅式犁，與當(dāng)時各地生產(chǎn)的14?59千瓦⑵)?

80馬力)拖拉機(jī)配套，并考慮了以后拖拉機(jī)的發(fā)展，滿足了不同地區(qū)的要求，乂使我國拖拉機(jī)犁

實現(xiàn)了“三化”，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，收到很好效果。

(1)北方旱地系列犁此系列共有20種型號。犁體有25、30、35cm三種幅寬,耕深為16?30cm,

其中有兩種屬深耕犁，耕深可達(dá)42cm,其基本參數(shù)見表2—1。

(2)南方水田系列犁此系列有12種型號。犁體有20、25cm兩種幅寬，耕深為12?22cm,基本參

數(shù)見表2-2o

(3)80年代以來換代產(chǎn)品的開發(fā)80年代以來，隨著改革開放的發(fā)展，為了縮小與發(fā)達(dá)國家農(nóng)機(jī)

具技術(shù)水平的差距,我國有關(guān)部門先后組織進(jìn)行了多種具有較先進(jìn)水平的鋅式犁產(chǎn)品的研究與開

發(fā)。如：

中國農(nóng)機(jī)院等單位吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，研制r95?118kMi30?160馬力)級輪式拖拉機(jī)配套的

懸掛、半懸掛大型旱地犁。以及單體幅寬40、45cm,適應(yīng)工作速度6?10km/h

的高速犁。填補了我國大型耕地機(jī)械及高速犁的空白。

85年以來，在上述大馬力新機(jī)具開發(fā)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了29?74kW(40?100馬力)中型拖拉機(jī)

配套的新式調(diào)幅犁、翻轉(zhuǎn)犁等新產(chǎn)品，以及中型高速犁。

福建省機(jī)械院等單位聯(lián)合開發(fā)了85系列水田犁。包括懸掛偏置犁、垂直翻轉(zhuǎn)犁、懸掛雙層犁和

懸掛五鋅犁等。

總之，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的鋅式犁已形成了與大、中、小型拖拉機(jī)配套，能滿足旱地、水

田不同耕作要求的完整系列。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了很大的作用。80年代隨著農(nóng)村體制的改革，

我國鋅式犁的銷售量曾大幅度下降。但90年代以來，隨著生產(chǎn)發(fā)展，需求量又開始上升?，F(xiàn)在

除了將80年代開發(fā)的新系列犁投入批量生產(chǎn)外，還需進(jìn)一步開發(fā)各種新品種，并在整機(jī)技術(shù)水

平、產(chǎn)品質(zhì)量方面努力趕上世界先進(jìn)水平。

二、雙向犁

普通鋅式犁只能向?個方向翻壁，而雙向犁可向左右兩個方向翻土。當(dāng)犁在機(jī)組的往返行程中分

別向左和右翻土?xí)r二則實際上土堡均向一側(cè)翻轉(zhuǎn)，耕后地表平整，沒有溝壟。另外，在斜坡耕作

時，沿等高線向下翻土，可減少坡度。

圖2—7翻轉(zhuǎn)雙向犁

1.懸掛架2.機(jī)架3.限深輪4.犁體5.翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

要實現(xiàn)雙向翻土，方法很多。在過去也曾出現(xiàn)過各種類型的雙向犁，但近年來很多已被逐漸淘汰,

故不再贅述。日前常用的是在犁架上下裝兩組不同方向的犁體，通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在往返行程中分別

使用，達(dá)到向一側(cè)翻土的目的。這種犁在發(fā)達(dá)國家的大型布拉機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖2

-7所小。

這種雙向犁有兩組分別使用的犁體，結(jié)構(gòu)重量大，加重了提升時液壓提升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷。故型體較

多時多做成半懸掛式的。

國外近年來推出一種方形雙向犁，如圖2—8所示。這種犁的犁體是一塊卷成圓弧形的平板，兩

邊是對稱的，因此只要通過涮節(jié)機(jī)構(gòu)改變板與前進(jìn)方向的夾角，就能使犁向左或右邊翻土。這種

犁由于犁體形狀非常簡單，又可以很容易地在表面復(fù)蓋上耐磨塑料板，使得犁的制造及使用成本

都降低。

圖2-8方形雙向犁

1.機(jī)架2.懸掛架3.方形犁體4.尾輪

三、柵條邦

普通犁的犁贊是由整塊鋼板制成，在耕粘重的土壤時，不容易脫土，因此有些犁的犁壁制成柵條

式，如圖2—9所示。這種犁由于犁壁與土壤的接觸面較小且不連續(xù)，比較容易脫土，工作阻力

也比較小。另外，柵條犁的犁壁往往是可調(diào)節(jié)的，如圖2—10所示，只要改變插孔，即可改變犁

壁的曲率。插入A、B兩孔時，曲面變陡，碎土性能好；插入c、I）兩孔時，性能則相反：插入B、

c孔，曲面扭曲小，壁片翻轉(zhuǎn)較少，拋得較遠(yuǎn)；插入A、D孔則相反，曲面扭曲大，覆蓋性能好。

圖2—9柵條犁

圖2—10柵條犁犁體曲面的調(diào)整

四、調(diào)幅犁

普通缽式犁本身總的工作幅寬除了增減犁體數(shù)目之外是不能改變的。所以普通鋅式犁工作時所謂

調(diào)節(jié)幅寬實際上只是改變第一個犁體與已耕地的重疊量，這個問題將在后面討論。這種調(diào)節(jié)方法,

不論是從理論上還是實際應(yīng)用上來說，都是不夠理想的。調(diào)幅犁能改變犁組本身總幅寬，以適應(yīng)

土壤條件及耕作要求改變時，對拖拉機(jī)牽引力要求的變化。提高拖拉機(jī)的工作效率，降低油耗。

這是一種很有特色、有用處的耕作機(jī)具。

調(diào)幅犁的基本原理如圖2-11所示。犁的工作幅寬的調(diào)節(jié)是通過改變犁體間的重疊量來實現(xiàn)的。

通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變犁的主梁與前進(jìn)方向的夾角a就能改變型間的重疊量。a減小，重疊量增加，

耕諭減?。篴增大時，重善昆?減小，耕責(zé)增加。當(dāng)主梁夾角a變化時，安裝在主梁上的型體與主

梁的夾角也必須作相應(yīng)的同步變化，以保持犁的設(shè)計工作狀態(tài)。

圖2—12所示為我國獨創(chuàng)的懸掛調(diào)幅犁的調(diào)幅控制機(jī)構(gòu)。是以平行四桿機(jī)構(gòu)及導(dǎo)向滑板來控制犁

體相對于犁主梁的角位移，使犁體在調(diào)幅過程中始終保持設(shè)計工作狀態(tài)（犁體鋅刃角不變）。作業(yè)

時機(jī)構(gòu)保持鎖定狀態(tài).犁主梁的轉(zhuǎn)動是由液壓油缸來推動的，并同時帶動犁體相對于犁主梁的知

位移。

圖2—11調(diào)幅犁的調(diào)節(jié)原理

圖2-12調(diào)幅犁的調(diào)幅機(jī)構(gòu)

五、圓盤犁

圓盤犁是以球面圓盤作為工作部件的耕作機(jī)械。圓盤犁由圓盤、刮土板、犁架、懸掛架及尾輪等

組成（圖2—13）。圓盤犁工作時，由于刀盤盤面與前進(jìn)方向和垂直面都成一定的角度，在牽引動

力和土壤反力的作用下，刀盤繞自己的軸回轉(zhuǎn)，土壤被切割和移動，沿盤面升起，并在刮土板的

輔助作用下翻轉(zhuǎn)（圖2—14）。

土壤作用在圓盤上的側(cè)向力依靠其尾輪來平衡。通常尾輪的高低和偏角可以調(diào)整。

圓盤犁體是一球面圓盤，盤直徑一般為600?800mm,曲率半徑450?650mm。其安裝角可調(diào)節(jié)，

圓盤面與前進(jìn)方向的偏角為35°?45°,與垂直面的傾角為15°?25°（圖2—15）。

圓盤犁工作時，是依靠其重量強制入土的，入土性能比鋅式犁差，因此其重量一般要求較大，通

常配用重型機(jī)架，有時還要加配重，來使其獲得較好的人二性能。

1.犁架2.懸掛架3.圓盤4.刮土器5.尾輪

圖2—14圓盤犁的工作過程

當(dāng)圓盤被調(diào)節(jié)到較為垂直的位置，即傾角較小時，圓盤犁較容易入土。傾角越大，則切入土壤越

難。需要加大耕深時，也應(yīng)減小傾角。而傾角大，耕深穩(wěn)定較好，工作質(zhì)量提高。

圓盤與前進(jìn)方向的水平偏角影響空片的寬度。圓盤偏角越大，型片越寬，但圓盤片自由轉(zhuǎn)動的可

能性減少，增加工作阻力。偏角越小，焦片寬度越小。如圓盤沿前進(jìn)方向轉(zhuǎn)動，則失去切割起土

的作用。

與鋅式犁相比，圓盤犁有其特點，可用于鋅式犁不能很好二作的情況。

(1)因圓盤工作時轉(zhuǎn)動，與土壤摩擦較小，刀刃摩損也較小，故可用于研磨性強的土質(zhì)中。

(2)同樣由于轉(zhuǎn)動的原故，圓盤能越過或避開土中過硬的異物，防止損壞，因此它較適用于墾荒

用。

(3)刮土板可將土、草和秸稈從圓盤上刮下，減少附著與纏繞，故適用于重粘土、種植綠肥和采

用稻草還田的地方。

但圓盤犁也有其缺點：

(1)圓盤犁靠刮土板輔助翻轉(zhuǎn)土堡，故翻堡及覆蓋性能比鋅式犁差。

(2)土里面成波狀，且難以形成硬底層。

(3)雖然圓盤轉(zhuǎn)動時與土壤摩擦力較小，但由于入土性能差，要求圓盤犁重量大于鋅式犁，故其

牽引力往往比等式犁還要大。

(4)價格比鋅式犁高約40%。由于這些原因，使圓盤犁普及性比鋅式犁差，只在某些地區(qū)使用。

圖2T5圓盤型的安裝角

第三節(jié)鋅式犁的構(gòu)造

上一節(jié)講述了鋅式犁的類型和一般構(gòu)造，這一節(jié)將進(jìn)一步討論其各主要零部件的構(gòu)造特點和使用

性能。

一、犁體

犁體是犁的主要T.作部件,一般由犁鋅、犁壁、犁側(cè)板及犁林、犁托等組成(圖2—16),通i寸犁

柱頂部平面以帶螺紋的u型卡固定在犁架主梁上。

圖2—16犁體1.犁鋅2.犁壁3.延長板4.犁柱5.滑草板6.犁側(cè)板7.犁托

犁鋅和犁壁共同組成犁的工作曲面，起切土和翻堡的作用，從工作上來說是一個整體。由于工作

時犁鋅承受較大負(fù)荷，磨損較大，所以犁鋅與犁壁應(yīng)分開制造，以便于修理和更換犁鋅。犁側(cè)板

在工作中靠在溝墻上，平衡土壤對犁的側(cè)向力，保持耕寬穩(wěn)定。犁托是一連接件，將犁鋅、犁壁、

犁柱等主要零件固定在一起。有的犁體上有延長板，增強翻土效果。南方水田犁上裝有滑草板,

防止雜草、綠肥等纏在犁柱上。

1.犁鋅犁鋅主要起入土、切土作用。常用的有鑿形、梯形、三角形三利M圖2—17)。

(1)鑿形犁鋅：分為鋅尖、律翼、鋅刃、鋅面等部分。缽尖呈鑿形，向下延伸10?14ram,有的

還向未耕地偏出5?lOmin,構(gòu)造較復(fù)雜。工作時，鋅尖首先入土，然后鋅刃水平切土，土空沿鋅

面上升到犁壁。鋅刃的后端是樺翼，是犁體著地點之一，從此點向犁側(cè)板作垂線，其距離即為單

鋅犁幅寬。鑿形鋅入上較容易，工作較穩(wěn)定，因而可用于較粘重上壤，有的背部貯有備料，以便

磨損后修復(fù)。

圖2—17常用犁鋅型式

(a)鑿形鋅(b)梯形鋅(c)三角形犁鋅

(2)梯形犁鋅鋅刃為?直線，整個外形呈梯形。與鑿形鋅相比，入土性較差，鋅尖易磨損，但結(jié)

構(gòu)簡單，制造較容易。

(3)三角形犁鋅一般呈等腰三角形，有兩個對稱的鋅刃。這種鋅是我國畜力犁的最常用型式，因

為它的側(cè)壓力小，有助于扶犁，并可搖動手柄來調(diào)節(jié)耕深、耕寬和便于脫土。手扶拖拉機(jī)的柵條

犁也采用這種犁鋅。這種鋅的缺點是耕后地底面容易呈波浪狀，形成溝底不平。

犁鋅材料一般采用堅硬、耐磨，即具有高強度和韌性的鋼材，如65錦鋼或65硅錦稀土鋼。刃口

部分須經(jīng)熱處理。

2.犁壁犁壁與犁鋅一起構(gòu)成工作曲面，將犁鋅移來的土空加以破碎和翻轉(zhuǎn)。犁壁與犁鋅附緣一

起組成犁脛，是犁體工作時切出側(cè)面犁溝墻的垂直切土刃。脛刃線一般為曲線，有的犁也采用?

外凸曲線，對溝墻起擠壓作用，以利于溝墻穩(wěn)定(圖2—16；。

犁壁的前部稱為犁胸，后部稱為犁翼，這兩部分的不同形狀，可便犁壁達(dá)到滾、碎、翻、竄等不

同的碎土、翻型較果，滿足農(nóng)藝的不同要求。

犁壁一般是由鋼板沖壓而成。我國多采用5mm厚的65鋪鋼或B2低碳鋼經(jīng)熱處理或滲碳處理制造，

由于犁壁前部磨損較快，有時將犁壁分兩部分制造，前部磨損后可單獨更換。

圖2?18犁側(cè)板的常用形式

⑸平板形⑹刀形

3.犁惻板犁側(cè)板的基本作用是平衡側(cè)向力，因此其最常用的形式就是平板式的（圖2—18a）。由

手犁側(cè)板在工作中始終與溝墻摩擦，單鋅犁和多鋅犁最后一犁的犁側(cè)板除了承受側(cè)向力外，往往

還要承受一定的垂直壓力，犁側(cè)板的后端極易磨損。因此有的犁除了后犁的犁側(cè)板較長外，還在

后端裝有可更換的犁踵。由于水田耕作時溝墻的承受壓力很小，故水田犁的犁側(cè)板多采用刀形（圖

2—18b）。刀刃在耕作時插入溝底，得到足夠的土壤反力來平衡側(cè)壓力。

犁側(cè)板安裝時，一般使其與溝底和溝壁成一角度，而構(gòu)成只有鋅尖與犁躥接觸土壤的情況，增加

了犁鋒刃對溝底的壓力及邢脛刃對溝墻的壓力，從而使犁在工作時始終有一種增大耕深與耕寬的

趨勢，這樣犁側(cè)板和其它觸地部分才能起到穩(wěn)定耕寬及耕深的作用。這兩個安裝角度由犁體的水

平間隙和垂直間隙度最。型體的水平間隙一般指由犁側(cè)板前端至溝墻平面的水平距離：垂直間隙

一般指犁側(cè)板前端下邊緣至溝底平面的距離（有的犁如北方系列犁，其犁側(cè)板前后端高度一致），

如圖2?19所示。

圖2-19犁體的水平間隙及垂直間隙

（d）南方系列犁“翻20”⑹北方系列犁“BT30”

圖2-20空心直犁柱

犁側(cè)板要求耐磨、強度高，一般采用鐳鋼或45號鋼經(jīng)熱處理制成。犁踵也可用白口鑄鐵制造。

4.犁柱犁柱連接犁體和犁架，是犁的傳力構(gòu)件。通常做成空心圓或橢圓直犁柱(圖2—20)或?qū)?/p>

心扁鋼彎犁柱?？招睦缰话阌们蚰T鐵或鑄鋼制成，重量較輕、強度好、安裝簡便。

5.弗桿拜托是一聯(lián)結(jié)件，杷型鋅、型壁:、型側(cè)板、犁柱組成型體總成。型桿可用鋼板沖壓成，

也可焊合或鑄造。也有些犁托與犁柱造成一體(圖2—21)。

圖2—21犁托和犁柱一犁托組合

(a)犁托(6)犁柱一犁托組合

二、犁刀

犁刀在主犁體前切出垂直溝壁，減輕主犁體脛刃上的壓力。最常用的犁刀是圓犁刀。如圖2—22

所示，圓犁刀由刀柄、義架、刀盤等構(gòu)成。刀柄的.上端卡板固定在犁架匕下端通過叉架與刀盤

相連。一般刀盤中心應(yīng)位于主犁尖垂直線的上面，在水平面內(nèi)，圓犁刀平面應(yīng)在犁脛線外側(cè)1?

3cm處，以便切出整齊溝墻。松開刀柄固定卡，轉(zhuǎn)動刀柄即可獲得所需的位置。

圖2—22圓犁刀

三、犁架

犁架是犁的主要部件，犁的絕大多數(shù)零部件都直接或間接地裝在犁架上，因此犁架應(yīng)有足夠的強

度來傳遞動力。最常見的犁架是空心矩形管焊接架（圖2—23）。這種犁架結(jié)構(gòu)簡單、強度好、重

量輕、制造容易，故得到廣泛應(yīng)用。除此之外，用扁鋼制造的鉤形犁架，螺栓固定的可折式犁架

在某些犁上也有采用。

四、安全裝置

安全裝置是當(dāng)犁碰到意外的障礙時，為防止犁損壞而設(shè)置的超載保護(hù)裝置。

并不是所有犁都需要設(shè)安全裝置，因為這樣做增加制造成本，使犁變得復(fù)雜。一般輕型犁、在沒

有障礙物的地上使用的犁都不設(shè)安全裝置。而在多石地或開荒地上使用的犁，特別是高速作業(yè)機(jī)

組，則有設(shè)置的必要。

安全裝置有整體式和單體式兩類。整體式裝在整臺犁的牽引裝置上，而單體式則裝在每個犁上。

圖2-24摩擦銷式安全裝置

圖2-23空心矩形管焊接犁架

1.摩擦銷式安全裝置如圖2—24所示，當(dāng)障礙物的阻力與工作阻力之和大于銷子的剪應(yīng)力及縱

拉板與掛鉤間的摩擦力時，銷子被剪斷，犁與拖拉機(jī)脫開。這種裝置是牽引犁上廣泛采用的一種

整體性安全裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠。

2.單體式犁體安全裝置隨著犁的耕地速度提高及工作幅度增加（犁體數(shù)增加），單一犁體超我對

總體的影響減小，整體式安全裝置對單個犁體的保護(hù)作用降低。因此有必要在每個犁體上裝設(shè)超

載安全裝置。常用的有：U）銷釘式（圖2—25a）,當(dāng)碰到障礙物引起異常載荷時，銷釘被剪斷，

起到保護(hù)作用：（2）彈簧式和液力式（圖2—25b、c）,犁體在障礙的異常載荷作用下會克服彈簧

或液力油缸的力而升起，越過障礙后，自動復(fù)位。銷釘式安全裝置在俏釘被剪斷后必須停車更換,

彈脫式和液力式則可以連續(xù)工作，工效較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多。

圖2—25單體式犁體安全裝置

Q）銷釘式b）彈簧式（c）液力式

圖2-26一步式快速連接裝置

1.操縱桿2.上掛接鉤3.形架4.鎖定銷5.吊桿6.下次桿7.下掛接鉤

五、快速掛接裝置

如前所述，犁和拖拉機(jī)的掛接方式，有牽引式、懸掛式、蘭懸掛式幾種，那些掛接方法一

般都需要兩個人操作，很不方便，這里介紹兩種快速掛接方式。

圖2—27三角形快速掛接裝置

1.外三角架2.拉繩3.內(nèi)三角架4.鎖定銷

1.?步式快速掛接裝置這是?個“"字形架，安裝在拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)上下拉桿的后端（圖2—26）。

掛接時，農(nóng)具懸掛軸將鎖定銷4壓下而進(jìn)入掛鉤7內(nèi)，銷子靠彈簧的彈力復(fù)位，而把懸掛軸卡住,

完成掛接工作。卸下農(nóng)具時，機(jī)手先把操縱桿1提起，銷子則縮入槽中。然后，降下懸掛機(jī)構(gòu),

懸掛軸即可脫出。

2.三角形快速掛接裝置圖2—27所示為三角形快速掛接裝置。掛接時，將固定在拖拉機(jī)升降機(jī)

構(gòu)上的三角形插入裝在犁架上的三角形框內(nèi)，由鎖定銷鎖定，卸下農(nóng)具時，拉繩松開鎖定銷，即

可將三角架從框中退出。

第四節(jié)鋅式犁的翻型原理

一、三面楔原理

鋅式犁工作時，首先由犁鋅切出土里，然后土里沿犁壁破碎翻轉(zhuǎn)，將地表的殘茬和雜草復(fù)蓋到下

面。為了說明犁體的工作過程，首先考察一個簡單的兩面模的作用。如圖2—28所示，當(dāng)兩面楔

以圖中a、b、c三個不同位置切入土壤時,，它將分別對土埃產(chǎn)生起土(圖2—28a)、側(cè)向推土(圖

2—28b)和翻土(圖2—28c)作用。如圖2—28d所示，犁鋅就相當(dāng)于一個偏斜放置的兩面楔，楔

角為盧，楔刃AC與前進(jìn)方向偏斜一矽角，形成三面楔，同時起到起土、側(cè)向推土和翻土作用。

如圖2—28d所示，將三面楔ABC放人坐標(biāo)系OXYZ中，平面BDO垂直于楔刃AC,由圖可知三個

楔角間的關(guān)系：

圖2-28兩面楔和三面楔對土壤的作用

(a)兩面楔起土(b)兩面楔側(cè)向推土

(c)兩面楔翻上(d)三面楔對土里的作用

所以有

從工作過程來看，可以認(rèn)為“為載荷角，為切土角，為犁錦安裝角，由于

所以

二、翻壁原理

土塞的翻轉(zhuǎn)過程，大致上可分為滾蛋和竄堡兩種形式。下而分別解釋這兩種翻蛋的過程，為簡單

起見，假設(shè)土俄在翻轉(zhuǎn)過程中不發(fā)生變形。

1.滾堡滾堡就是假設(shè)土堡在被翻轉(zhuǎn)的過程中只有純粹的翻滾而沒有側(cè)移。如圖2—29所示，其

過程可分為三個階段：

(1)切土鋅刃與脛刃分別沿水平面和垂直面切出土聿的底面和左側(cè)面，其耕寬為b,耕深為a。

圖2-29滾空過程

(2)抬里被切出的土堡ABCD在鋅面和犁胸的作用下，左邊被抬升，繞右下角D點回轉(zhuǎn)。

(3)翻型土空在回轉(zhuǎn)過程中，通過直立狀態(tài)，然后在犁翼作用下繼續(xù)繞點C'回轉(zhuǎn)，最后靠在前

一行程的土壁上。

整個翻轉(zhuǎn)過程相當(dāng)于一個物體的純滾動，故稱為滾堡。

滾空的結(jié)果理想與否，和土堡的寬深比1<5/@有關(guān)。如圖2—30所示，土生被翻轉(zhuǎn)后的重心線

應(yīng)落在支撐點的右方才得到穩(wěn)定(圖2—30a),如落在支撐點上，則處于不能穩(wěn)定狀態(tài)(圖2—

30b),如落在支撐點左邊，則土堡在犁通過后乂會重新翻回犁溝中，成為回堂或立健，影響翻耕

質(zhì)量。

下面進(jìn)一步從土堡的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)(臨界狀態(tài))來分析土建正確的寬深比k。

如圖230b所示，這時土里的對角線BD垂直了地面，重刀線通過支持點。

因為

所以

得

又

所以

k4—k2—1=0

解此方程得

又

所以

^=arcsin（&/。）=52°

圖2-30土空翻轉(zhuǎn)的三種狀態(tài)

(a)穩(wěn)定狀態(tài)(b)不穩(wěn)定平衡狀態(tài)(c)回望狀態(tài)

圖2-31竄坐過程

因此，寬深比k值應(yīng)大于1.27或臨界復(fù)上角應(yīng)小于52°。實際設(shè)計時，k值的選擇因犁的類型、

土壤性質(zhì)而有所不同。這是因為以上分析是以土軍斷面不變形為基礎(chǔ)的，而實際耕作時，土堡是

會變形的，特別是砂土、砂壤上等松散土壤。根據(jù)經(jīng)驗，寬幅的犁一般取k=l.3?3,土壤越粘

重，k值越大。一般窄幅犁k=l?1.4。

2.竄健以這種方式工作時，土壁沿犁體曲面上竄一定高度后懸空扣翻，其過程也可

分為三個階段(圖2—31)。

(1)切土與滾堡時一樣。

(2)竄堡被切離的土壁沿犁體曲面往上竄起，同時在向犁翼部轉(zhuǎn)移時被翻轉(zhuǎn)。

(3)扣堡由于土堡是在懸空狀態(tài)下被翻轉(zhuǎn)，在重力作用下，土堡沿背面不斷撕裂成斷條落下，扣

翻在前一行程上空上。這種翻上方法七鋁被架空較多，比較適合南方水田地區(qū)曬空的要求。另外,

由于這種方法是懸空翻扣，所以其寬深比k可不受太多限制，一般可取k=0.75~1.25。

第五節(jié)犁體曲面

上節(jié)討論了土堡的翻轉(zhuǎn)過程，而土堡翻轉(zhuǎn)和破碎性能，則曰犁體曲面的性質(zhì)和參數(shù)決定。

一、犁體曲面的類型及對工作性能的影響

犁體曲面的類型很多，旱地犁最常用的是滾空型犁體。由二犁體曲面的參數(shù)及其變化規(guī)律不同，

又可分為熟地型、半螺旋性和螺旋型三種(圖2—32)。熟地型的特點是犁胸部較陡，而犁翼部則

扭曲不大，所以碎土能力較強而翻土能力適中，一般用于耕普通的熟地。半螺旋型的犁胸較平緩,

而翼部扭曲較大，所以碎上性能較差，但翻上性能很好，適于較粘重的土壤和荒地。螺旋型犁胸

更加平緩，犁翼扭曲度也更大，所以人士容易，翻土性能好，但碎土能力很小，耕后土空基本不

碎，僅適用于多草、潮濕及粘重的生荒地。

圖2-32犁體曲面的類型及其性能

(a)熟地型⑹半螺旋型⑹螺旋型

南方水田地區(qū)的犁體曲而與旱地犁不同，根據(jù)農(nóng)藝要求和土壤條件不同，有滾、碎、翻、竄等不

同類型。

通用型犁體曲面是凸胸短翼的扭曲面型。土堡沿曲面的運動具有竄翻結(jié)合，先竄后翻的特點，使

上空既適度架空又能滿足翻堡覆蓋的要求。由于上空在運匆中變形較大，因此會產(chǎn)生斷條，碎型

性能也良好這種曲面因此具有較好的綜合性能，在水田人、早耕中得到廣泛應(yīng)用。、

碎土型曲面乂叫熟地型，其曲面是扭柱形，土健在運動中變形大，有利于破碎斷條，特別適應(yīng)稻

麥兩熟地區(qū)和種雙季稻地區(qū)冬種作業(yè)。

翻壁型曲面凸胸扭翼，覆蓋性能強，但斷條、架空性能較差。因此較適合于春耕綠肥田和其它要

求覆蓋性能好的地方使用。

富型型犁體曲面是我國傳統(tǒng)的犁體曲面。這種曲面使土堡竄起較高，然后騰空翻轉(zhuǎn)，架在前一條

堡上。這種曲面如匕節(jié)所述，不受土壁寬深比的限制，所以可以窄幅深耕，適應(yīng)稻麥兩熟地區(qū)稻

茬地作畦和冬翻曬白的雙季稻地區(qū)。

以上幾種水田犁的曲面型式的特點見圖2—33。從圖上可以看出，犁翼的扭曲程度和長度，以翻

空型最大，碎土型次之，通用型較短小，竄健型最小。而曲面的高度，則以竄堡型最高，通用型

次之，碎上型較低，翻鋁型最低。另外，犁脛線的形狀，翻堡型和碎］二型的是一直線，而通用型、

竄空型都是外凸的，以利于水耕時使溝墻不易倒塌。

二、犁體曲面的形成原理

犁體曲面的形狀決定了它的工作性能。有必要搞清曲面形成的原理。犁體曲面的形成方法很多，

但其理論和設(shè)計方法卻還是不完善的，有待進(jìn)一步研究。下面簡介幾種曲面的形成方法。

圖2-33犁體曲面形狀與翻上碎土性能的關(guān)系

(a)碎20(b)翻20(c)竄20(d)通20(e)通25

圖2?34水平直元線形成犁體曲面

(a)原理(b)南方系列犁中的竄堡型犁體曲面的形成

1.水平直元線法犁體曲面可以看作是由直線或曲線在空間按一定規(guī)律運動形成的。這種直線或

曲線就叫“元線”。

一條直元線若以固定半徑組軸心平行運動，可形成圓柱面。如圖2—34所示，若這條直元線AB

平行于水平面xoy,它沿著一條位于鉛垂面內(nèi)的圓弧曲線陽'自下而上移動，并且AB與溝壁平

面XOZ構(gòu)成的元線角也按一定規(guī)律變化，則曲面變成扭柱形曲面。曲線MM'稱為導(dǎo)線，一般取

為拋物線，而夾角則按?定的變化規(guī)律變化=f(z)。因此，當(dāng)(1)導(dǎo)線MM'的形狀及其所取的位

置；(2)直元線的起始角及角沿高度的變化規(guī)律確定之后，水平直元線的運動即可唯一地確定。

這類曲面的特點是，如果將犁體放在工作位置，并用一保持水平的直尺去靠貼它，則直尺邊會與

曲面完全貼合。我國系列犁中的南方水m犁的碎土型犁體曲面、竄堡型犁體曲面以及一些北方旱

地犁的曲面都是以這種方法形成的。

2.傾斜動線法如圖2—35所示，若在水平面xoy(溝底面)內(nèi)確定一條導(dǎo)線S,令直元線AB一端

沿S按一定規(guī)律移動，而直元線的方位角亦按一定規(guī)律變化，則也能構(gòu)成犁體曲面。這類曲面易

做到凸胸、扭翼，有一定碎土能力，翻土性能強。南方系列犁中的通用型型體即屬此類。這種曲

線，直尺要處于某一傾斜位置，才能與相應(yīng)的曲面靠貼住，而要按一定的規(guī)律移動才能掃描出曲

面來。

若直無線垂直于另一條傾斜軸線，并且直元線一方面繞軸線作等速旋轉(zhuǎn)運動，另一方面又沿軸線

作等速軸向移動，則形成一螺旋面，也是一種傾斜直元線面。

此外，若傾斜動線采用曲線，按一定規(guī)律運動，也可得到大同性能的犁體曲面。

形成犁體曲面的方法是多種多樣的。在設(shè)計上，常采用選型與創(chuàng)型相結(jié)合。所謂選型就是選幾種

性能較好的犁體，進(jìn)行對比和修整，找出符合生產(chǎn)要求的新機(jī)型。創(chuàng)型則是應(yīng)用幾何原理或數(shù)學(xué)

關(guān)系設(shè)計犁體，再通過試驗反復(fù)修改，以得到滿意的結(jié)果。

圖2-35傾斜直元線構(gòu)成犁體曲面

三、犁體曲面的測繪

測繪已有犁體的曲面，繪出曲面視圖，可以使我們對已有犁體有更深的了解。更重要的是為改進(jìn)

犁體性能，或設(shè)計新犁體提供技術(shù)資料。

犁體很多是屬于直紋面，包括水平直元線和傾斜直元線形成的曲面兩類。對于前者，將犁體放置

于工作位置，測量各不同高度的水平面與犁體曲面交線上兩端到某一縱垂面的距離，即可確定曲

面的形狀。另外，犁體曲面上的各特殊點，如犁壁與犁鋅接縫線的起點和終點，也需測出，才能

繪出完整的犁體曲面。

對于傾斜直元線，則需要先用直尺貼靠犁體曲面的方法尋找出各直元線的位置，在犁體上畫出來,

然后測定各元直線在犁體輪廓上的兩端點坐標(biāo)值就能確定型體曲面。

主要的測繪儀有：

1.機(jī)械接觸式測繪儀（圖2—36）包括測繪桌、測針以及可升降的犁體固定平臺。圖紙貼在測繪

桌上，測針一端緊貼曲面，另一端固定一繪圖筆。當(dāng)測針沿犁體曲面某一高度作水平運動時，繪

圖筆即在紙上繪出一條直元線（或一曲線，如果曲面不是由水平直元線形成的話）。升降犁體固定

平臺，重復(fù)以上測量步驟，即可得到繪圖紙上的一族等高直元線或其它剖面曲線。

圖2-36機(jī)械接觸式測繪儀

1.測針2.鉛筆3.繪圖紙4.測繪平臺5.被測犁體

若已知曲面是傾斜直元線組成，并已在曲面上繪出了一族傾斜直元線，則可在繪圖紙上確定各傾

斜直元線兩點的位置，然后畫出曲面圖。

2.輕便測繪儀（圖2—37）儀器由底座、動尺、立柱等組成，結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶。用直尺即可

測得曲面上各水平直線的尺寸，如果犁體的等高剖面線不是直線，則還要另外再測量犁體曲面上

各點到直線的距離，即可確定各等高曲線的形狀。

3.光切斷面繪犁儀（圖2—38）該儀器由攝影機(jī)（或照相機(jī)）、幻燈機(jī)、犁體固定平臺組成?；脽?/p>

機(jī)的光線經(jīng)過一條狹窄的縫隙形成一條光束投到犁體曲面上，在犁體上形成一條光亮的截面線，

攝影機(jī)（相機(jī)）將此光截線照下。連續(xù)攝得曲面上不同位置的光截曲線即可得到犁體曲面的視圖。

圖2-37輕便測繪儀

1.水平直尺（動尺）2.三角立柱3.固定套4.平衡重5.直角底座

圖2-38光切斷面繪犁儀

1.底座2.導(dǎo)軌3.絲桿4.幻燈機(jī)5.臺架6.攝影機(jī)

第六節(jié)鋅式犁的外載特性

一、作用在犁體上的外載

在犁耕過程中，犁體對土壤產(chǎn)生切割、推移和翻拋作用，引起土壤對犁體的反作用力，稱之為犁

體外載。研究犁體外載，對犁的合理使用和改進(jìn)，減輕犁耕阻力，提高犁的使用壽命，都有重要

的指導(dǎo)意義。

犁體是一個形狀復(fù)雜的物體，作用在犁體上的力包括作用在犁鋅、犁壁、犁翼、犁側(cè)板等上面的

力，是?個空間匯交力系。由于在耕作過程中影響犁體外載的因素十分復(fù)雜，作用在犁體各部分

的力也很難分別準(zhǔn)確地測得。因此，雖然經(jīng)過各國研究人員的長期努力，對犁體的外載計算還不

成熟，不能在實際中有效地應(yīng)用。目前犁體外載的取得，主要還是靠實際測量，從總體上把握。

犁體外載可按測量方法或不同的分析要求，用以下幾種方法表示：

圖2-39作用在犁上的力的六個分量

1.六分量法如圖2—39所示，將沿x、y、，三個方向測得的外載向某點簡化，用主矢量的三個

分量和主矩的三個分量來表示。例如，將力向缽尖A簡化，得到主矢量三個分量Rx、Ry、Rz和

主矩的三個分量Mx、My、Mz。

這種表示方法適用于解析法分析耕作機(jī)組性能。

2.坐標(biāo)平面分阻力法所得外載可用三個坐標(biāo)平面內(nèi)的三個分阻力表示。圖2—39中的三個分力

Rx,Ry,Rz及三個力矩Ux、My、Mz向三個坐標(biāo)平面簡化時，如圖2—40所示，可在三個坐標(biāo)平

面XOZ、XOY、YOZ中得到三個分阻力:

^=arctg（RJR工）

咫+咫

7=arctgQRJR。

咫+咫

^=arctg（RJRJ

這三個分阻力作用線的位置可這樣確定：

它們對簡化中心（本例中為彈尖）的力矩應(yīng)與該平面內(nèi)原有刀矩

My、M和M相平衡。

MMz_Mx

P*=KPw=WD-

這種方法主要用于圖解法分析犁耕機(jī)組性能。

圖2-40土壤阻力在三個坐標(biāo)面上的分量

3.力螺旋法圖2—39中的三個分力和三個分力矩的合力及合力矩（作用于鋅尖）、組成一個力螺

旋（通常R與M不垂直，即R-MK0），它們的模和方向余弦分別是：

圖2—41作用在犁體曲面上的力螺旋

cos(R,之)=卡0

fR、

cos(H,y)=

S\J

cos(?,z)=頁

如圖2-41所示，這種方法易給人比較直觀的空間概念。

一、犁耕的牽引阻力

在作用于犁的土壤阻力中，我們特別重視沿犁前進(jìn)方向牽引阻力的分析。這對分析犁

的動力性能，機(jī)組總體配套是很重要的。

1.牽引阻力公式哥略契金推導(dǎo)的犁的牽引阻力公式一直被認(rèn)為是經(jīng)典的公式。

cddv?dm

p^—dT-^mdt+v-di

在這個方程中，第一項mdv/dt確定產(chǎn)生質(zhì)量為m的土堡并將土堡加速(加速度為dv/

dt)所需的力，第二項vdm，dt則確定了在單位時間t內(nèi)產(chǎn)生的土室m以一定的速度通過犁體所

需的力。

哥略契金認(rèn)為

式中f一—無效阻力系數(shù)，一般為0.3~0.5；

G——犁重(kg)；

ko---靜態(tài)阻力系數(shù)(kg/cm2)；

a---耕深(cm)：

b---耕寬(cm)o

而第二項中

式中)一一土堡的密度；

g一一重力加速度；

vl——土堡在犁體上的速度，且

則

這樣，犁的阻力公式為

式中一一動態(tài)阻力系數(shù)，

v一一前進(jìn)速度(m/s)。

式中的靜態(tài)阻力系數(shù)匕與犁體有關(guān)，更與土壤的強度有關(guān)。一般可?。狠p質(zhì)土壤:kO=O.2?C.3kg

/cm2：中等土1襄：k。=0.3~0.5kg/cm2：粘重土1襄：k=0.5-0.7kg/cm2：極粘重土，襄：

k0>0.7kg/cm2o

而動態(tài)阻力系數(shù)￡與犁壁翼部的平均斜角OC有關(guān)。研究資料表明，在不同的土壤條件下，￡值

都隨0c的減小而大大降低。由經(jīng)驗可知，當(dāng)耕速為8?12km/h,0。=45~50°時，￡值約為

250?400kg,s2/cm4o

2.犁的效率上述的阻力公式中，第一項是表示各種摩擦阻力之和，包括犁體與溝底、溝壁和土

空間的摩擦力，犁輪的滾動阻力及軸承的摩擦力等。這些都是無效阻力。第二、第三項是切割土

坐、碎十一、翻土、以及使土隼加速及拋出所需的力.是犁耕中的有效阻力.阻力公式可改寫為：

產(chǎn)工=4+(自+田)ab

即將總阻力表示為有效阻力與無效阻力之和。

犁的有效阻力與總阻力之比可定義為犁的效率。

犁的效率是評價犁的性能指標(biāo)之一。例如，懸掛犁由于結(jié)構(gòu)比牽引犁簡單，重量輕，且經(jīng)常可省

去地輪，無效阻力FG小得多，因此效率比牽引犁高。同一類型的犁，由于結(jié)構(gòu)和配置的不同，

或設(shè)計制造的質(zhì)量不同，磨損程度不一樣，其效率都可能有較大差異。

3.犁的比阻由以上的分析可知，影響犁體牽引阻力的因素是很多的，它們之間的關(guān)系也很復(fù)雜,

用上式計算牽引阻力，系數(shù)f、k。、￡并不容易確定。因此在生產(chǎn)實踐中，常用比阻尼來作為

犁的阻力指標(biāo)。

式中Px——由拉力試驗測得的平均牽引阻力(kg)；

ac-----平均耕深(cm)：

Be-----犁的總幅寬(cm)。

比阻k是土壤條件、犁體參數(shù)和耕速等因素的綜合反映。根據(jù)經(jīng)驗，在一般條件下(常用耕速4?

6km/h,常用耕深)，可認(rèn)為土壤的比阻見表2—3。

表2-3土壤比阻

土壤砂土沙填土壤土粘土重粘土水耕水

稻土

比阻k(kg/0.20.2?0.30,3?0.5?0.8X).80.1?

cmz)0.50.3

查得比阻后，由

即可估算出某塊地的牽引阻力。

4.減少牽引阻力的途徑

(1)減少牽引阻力，從上面阻力公式來看，當(dāng)然首先是要盡量降低無效的摩擦阻力。可以考慮減

輕犁重；采用帶滾動軸承的充氣輪作為犁輪；采用耐磨或自磨力的犁鋅，使鋅刃保持鋒利；采用

低摩擦系數(shù)的材料作犁壁的覆蓋層以減小摩擦力等。

(2)在實現(xiàn)農(nóng)藝要求的翻土效果的前提下，通過設(shè)計合理的犁體曲面等措施，減小所需的有效阻

力。例如，竄壁犁如設(shè)計不當(dāng)，土堡竄得太高，將增加不必要的消耗；與大馬力拖拉機(jī)配套的高

速作業(yè)犁，其曲面形狀必須適應(yīng)高速作業(yè)要求，否則阻力會大大增加。

(3)合理設(shè)計機(jī)組參數(shù)和掛接參數(shù)，也將有效地減小牽引阻力。有關(guān)機(jī)組的問題下面還要專門討

論。

第七節(jié)懸掛犁耕機(jī)組的受力分析

由犁和拖拉機(jī)組成的耕地作業(yè)整體，叫做“犁耕機(jī)組”。分析機(jī)組的受力平衡，是研究犁的工作

性能，合理使用、調(diào)整以及設(shè)計犁耕機(jī)組的前提。本節(jié)研究懸掛犁和拖拉機(jī)組成的懸掛犁機(jī)組的

受力。

懸掛犁耕機(jī)組穩(wěn)定工作時，作用在機(jī)組上的外力有犁的重量，土壤對犁的阻力和拖拉機(jī)的牽引力。

在作業(yè)速度不太高時，可用靜力平衡的方法分析。應(yīng)用最廣泛的方法是圖解法。如前所述，可以

將機(jī)組上的空間任意力系分解到三個坐標(biāo)平面上去。

一、不帶限深輪的懸掛邦

1.縱垂面內(nèi)的受力分析中小型拖拉機(jī)帶的懸掛犁?般不帶限深輪。圖2?42a為按比例繪出的懸

掛犁工作狀態(tài)機(jī)構(gòu)簡圖。犁的工作耕深是靠拖拉機(jī)液壓油缸控制的提升桿EF的位置確定的。當(dāng)

靠改變油缸行程來使EF保持在一定位置，從而使犁保持在一定耕深時，稱作位調(diào)節(jié)；當(dāng)靠油缸

缸壓使犁處在與一定牽引阻力相應(yīng)的位置上來保持耕深時，稱為力調(diào)節(jié)。從受力分析的角度說，

這兩種情況是一樣的。

為簡化問題，假設(shè)拖拉機(jī)兩輪在同一高度上，則左右下懸掛點在同一水平面內(nèi)；懸掛機(jī)構(gòu)A、B、

C、D是一四連桿機(jī)構(gòu)，則犁可繞上下拉桿的瞬心n1轉(zhuǎn)動。

作用在此平面上的力有：

犁的重量G,作用在犁的重心，其大小、方向及作用線位置均已知；

土壤對犁體工作面的阻力在此平面內(nèi)的分力Rxz,其大小、方向、作用線由實測或經(jīng)驗確定，可

算已知；

犁側(cè)板與犁溝墻土壤的摩擦力Fx,其大小可由Ry及摩擦系數(shù)f按式F=fRy確定（一般f=0.3~0.8,

Ry可由試驗測定），故Fx的三因素可視為已知（假設(shè)犁側(cè)板不接觸溝底）；作用在上拉桿上的力

Sxy,上拉桿AB是二力桿，故Sxy的方向、作用線位置已知，大小未知；

作用在兩下拉桿上的力Nc、ND,由于在E點有提升桿EF作用的主動力T,故下拉桿不是二力桿。

所以作用在兩較接點C、D上的力Nc、ND,作用點已知，但大小、作用線位置未知：而力丁的方

向、作用線已知，大小未知。

所以在這個平面力系中，共有六個未知量。將力系分解到兩段較接梁即、CD上，可解出這六個

未知量。而牽引力Pxy為G、Rxz及Fx三力的合力之反力。

2。在水平面內(nèi)的受力分析如前面2—42a所示，提升桿BD近似垂直于地面，故在水平面的受力

分析中，上、下拉桿都可看成是二力桿。犁在水平面內(nèi)的瞬時回轉(zhuǎn)中心為下拉桿D1C1,和D2c2

的延長線交n2點，這個平面內(nèi)的力如圖2—42b所示。

土壤對犁體工作面的阻力在水平面內(nèi)的投影Rzy：其大小、方向、作用線位置均已知；犁側(cè)板所

受土壤反力Fxy是溝壁對犁側(cè)板的垂直反力及溝壁與犁側(cè)板摩擦力1-X的合力，與犁側(cè)板法線成

中角（土壤與犁側(cè)板金屬的動摩擦角），人小等于：

圖2—42力、位調(diào)節(jié)時懸掛犁的受力

(a)縱垂面內(nèi)的受力(b)水平面內(nèi)的受力

作用點假設(shè)為在中間犁體側(cè)板末端，故此力的大小、方向、作用線位置均已知；

牽引阻力Pxy大小、方向和作用線位置均未知。

故此力系中有三個未知量，可解得牽引阻力Pxy(牽引阻力為Rxy和Fxy的合力之反力)。

二、帶限深輪的懸掛機(jī)構(gòu)

在這種耕作狀態(tài)下，拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)與犁之間沒有力的作用，犁完全處于浮動狀態(tài)，靠自重及

上壤反力入匕而耕深由限深輪控制。限深輪到犁底支撐面的距離，即為耕深。

1.縱垂面內(nèi)的受力分析這種耕作狀態(tài)的特點是下拉桿也是二力桿。另外，上面分析時，為了簡

化，設(shè)拖拉機(jī)兩輪處于同一高度。實際.匕拖拉機(jī)耕地時，有一輪在已耕地溝底行走，拖拉機(jī)在

橫垂面內(nèi)是向已耕地傾斜，兩下拉桿在縱垂面內(nèi)的投影是不重合的。分析時往往取它們的中間位

置。

這時縱垂面內(nèi)的受力狀態(tài)如圖2-43a所示。未知參數(shù)為：

限深輪反力Qxz的大小。由于假設(shè)其作用線通過輪心，與垂直方向成盧角，IgB二fr為滾動阻力

系數(shù)，故可認(rèn)為力的方向、作用線已知。

圖243高度調(diào)節(jié)（帶限深輪）時的懸掛犁受力分析

（a）縱垂面內(nèi)的受力（b）水平面內(nèi)的受力

牽引力Pxz約大小、方向。由于上下拉桿都是二力桿，其強引合力作用線交于瞬心JT1點，Pxz

的作用線也應(yīng)通過n1點，用圖解法求這些未知量。

2.水平而內(nèi)的受力分析這種情況下的受力分析與前面不帶限深輪時的分析中基本一致的，只多

了一個限深輪的水平分力Gx（已知），故不再贅述（圖2—43b）。

3.橫垂面內(nèi)的受力分析由于輪式拖拉機(jī)工作時，一側(cè)輪子行走在犁溝里，拖拉機(jī)是傾斜著前進(jìn),

有些力之間的關(guān)系在縱垂面及水平面上沒有反映出來，故有必要在橫垂面內(nèi)作些補充分析,

圖2-44為懸掛犁在橫垂面的受力分析簡圖。這時的力包括犁重G,犁側(cè)板反力F,限深輪反力Q,

土壤阻力R,上拉桿作用力S,兩下拉桿作用力Nl、N2。這些力在橫垂面YOZ內(nèi)的分力：G、Fy、

Ryz、Qz>Syz^Nyzl>Nyz20這些力的多邊形應(yīng)封閉。而索多邊形則有兩種情況，如閉合，貝U說

明在橫垂面yoz上的力系完全平衡：如不閉合，則力系合成為一力偶，此力偶由拖拉機(jī)兩提升桿

產(chǎn)生的反力偶與之平衡。

圖2-44輪式拖拉機(jī)懸掛犁住橫垂面內(nèi)的受力

第八節(jié)懸掛犁耕機(jī)組的I作性能與懸掛參數(shù)的關(guān)系

如前所述，拖拉機(jī)的三點懸掛裝置與犁的懸掛架構(gòu)成了犁耕機(jī)組的懸掛機(jī)構(gòu)，它在縱垂面xoz

和水平面xoy上可看作是兩個四連桿機(jī)構(gòu)。這兩個四連桿機(jī)構(gòu)具有各自的瞬心n1、/2

。犁工作時?，在各種力及力相對于瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個瞬心轉(zhuǎn)動的趨勢，以保持

平衡。因此，犁耕機(jī)組的工作性能與瞬心的位置有很大關(guān)系。而瞬心的位置由懸掛參數(shù)確定。

懸掛參數(shù)包括:

縱垂面內(nèi)：

拖拉機(jī)下拉桿至犁體支持面的距離h:

上下懸掛點的距離H（即犁架前面立柱的高度）。

水平面內(nèi)：

犁的前水平懸掛軸的長度B及它與犁梁的相對位置。

懸掛機(jī)組的工作性能，主要包括犁的入土性能、耕深穩(wěn)定性、牽引性能、耕寬穩(wěn)定性和直線行駛

性。其中前三項屬于機(jī)組在縱垂面內(nèi)的工作性能，而后兩項是水平面內(nèi)的工作性能。下面分別討

論這些性能及它們與機(jī)組懸掛參數(shù)的關(guān)系。

圖2-45懸掛犁的入土過程

圖2—46犁的負(fù)入土角

一、縱垂面內(nèi)的性能分析

1.入土性能犁的入土行程是犁耕機(jī)組工作的起始階段，通常是指最后一個犁體從缽尖碰到地表

至到達(dá)要求的耕作深度，犁所經(jīng)過的水平距離s（圖2—45）。入土行程S愈短，表明犁的入土性

能愈佳。特別是對于南方丘陵山區(qū)的小塊旱地及水田來說，優(yōu)良的入土性能更是衡量犁的性能好

壞的重要指標(biāo)。

犁的人士是靠犁鋅的刃口在一定壓力下切入土壤。如果犁在入土過程中犁架后傾、犁側(cè)板先落地,

如圖2—46所示，則由于土壤對犁側(cè)板的向上反力較大而使犁難于入土。因此，犁的懸掛機(jī)構(gòu)應(yīng)

保持瞬心丸1,在犁的前方.開始人士時，犁架前傾，犁體基面與地表形成一個人上角丫。Y角

在入土過程中逐漸減小，但到達(dá)規(guī)定深度時，其值丫。仍應(yīng)等于或稍大于零。犁的入土理論軌跡

是一條指數(shù)衰減曲線。入土行程S可由下面近似公式計算：

式中a------耕深。

由此式可知，從幾何角度看，Y角增大，入土行程S會縮短。但實際上，由于入土壓力、耕速等

影響，Y角并不是越大越好，一般選取丫角的值為5°?8\

至于所需入土壓力的大小，則與土壤的強度、鋅刃的新舊程度等因素有很大關(guān)系，要靠試驗或經(jīng)

驗確定。而從力學(xué)的角度來分析犁的入土性能時，一般用刀矩平衡法來分析。.

如圖2—47所示，將作用在犁上的各力對瞬心n1取矩，得:

入上力矩:

反入土力矩:

式中Rz——土壤對犁體曲而阻力Rxz的垂直分力:

Rx——為土壤對犁體曲面阻力Rxz的水平分力；

Qd——為土壤對犁底的反力。

若

則犁能入土。

圖2-47懸掛犁的入土受力

各參數(shù)對入土力矩M、V’的影響：犁重、鋅刃厚度及瞬心位置是影響入土力矩的重要因素。前

兩個因素的影響是很明顯的，而第三項的影響，則是瞬心上移時，M值減小而M'值增大，入土

性能減弱，反過來，瞬心下移時效果相反。當(dāng)瞬心前后平移時，M、M'的變化一致，對AM的影

響較小。

2.耕深的穩(wěn)定性從理論上說，若犁入土到達(dá)耕深后，作用在犁上的合力通過瞬心“1,

合力矩AM等于零.犁處于穩(wěn)定狀況，保持一定的耕深作業(yè)。但實際上，由于土壤的不均

勻性及機(jī)組T作狀況的變化等因素，這種穩(wěn)定狀況經(jīng)常遭到破壞，使耕深不穩(wěn)定，影響耕

地質(zhì)量。為了解決這個問題，在設(shè)計上往往要使犁在達(dá)到設(shè)計耕深后，仍有一定的貯備力

矩八M。對于帶限深輪采用高度調(diào)節(jié)的機(jī)組來說，這個貯備力矩，AM由限深輪對瞬心無1的反力

矩來平衡。例如我國設(shè)計的北方系列犁，其設(shè)計限深輪壓刀是150?250kg,在適耕條件下能得

到較滿意的耕深穩(wěn)定性。AM過大或過小，都會使穩(wěn)定性變差。對于由提升油缸油壓控制采用力

調(diào)節(jié)的懸掛犁，貯備力矩與油缸的油壓成正比，由油缸控制提升桿上的力對瞬心nl的反力矩平

衡。

為了適應(yīng)不同土壤條件、工作條件以及不同型號的拖拉機(jī)，一般犁的懸掛架都設(shè)計有幾個不同的

懸掛點供調(diào)節(jié)選擇。例如，南方系列水田犁就備有三個供選擇的位置。

3.牽引性能用輪式拖拉機(jī)犁耕地機(jī)組工作時，由于我國的拖拉機(jī)一般是后輪驅(qū)動拖拉機(jī)，為r

使后輪取得較大的附著重量以改善牽引性能，重心配置一般偏后，大致是后輪承重60%?75%,

旱地拖拉機(jī)取高值，水田拖拉機(jī)取低值。

當(dāng)拖拉機(jī)與犁組成犁耕機(jī)組工作時，如圖2—48所示，作用在犁上的總力Pxy需要拖拉機(jī)前后輪

上的反力增量△QI、ZXQ2來平衡。

對點02取矩：

所以

對點01取矩:

圖2-48拖拉機(jī)上的增重作用

對■于前輪來說，Pxz是使它產(chǎn)生離地的趨勢，因此是減載量。而作用在后輪上AQ2的則是

增載量。這種現(xiàn)象稱為重量轉(zhuǎn)移或驅(qū)動輪增重。

后輪增重將使驅(qū)動輪附著重量增加，有利于牽引附著性能的提高。但是，引起的前輪減重卻有可

能引起拖拉機(jī)翹頭，失去穩(wěn)定性，并且使前輪的轉(zhuǎn)向功能不起作用，拖拉機(jī)的操縱性變差。因此,

利用犁耕機(jī)組的重量轉(zhuǎn)移作用是有限度的，一般認(rèn)為前輪負(fù)載不能小于整機(jī)使用重量的15%?

20%,這點在設(shè)計及調(diào)整機(jī)組時應(yīng)加以考慮。在田間使用時，可以前輪的操縱性估計是否需要調(diào)

整。

以上的分析，適用于拖拉機(jī)旱地作業(yè)。水田拖拉機(jī)的要求完全不一樣。水稻田自然形成層次，有

水層、表面土漿層、耕作層及硬底層。水用拖拉機(jī)水耕時，不是靠驅(qū)動輪的附著力來產(chǎn)生推進(jìn)力，

而是靠輪胎的高花紋或葉輪的輪刺與土壤嚙合的剪切反作月力為主得到推進(jìn)力。因此，水田拖拉

機(jī)是不能靠增加附著重量去改善牽引附著性能的，只能靠增加剪切面積及減輕重量（減少沉陷及

阻力）來提高牽引推進(jìn)性能，囚此，水田拖拉機(jī)的前后輪重鼠分配的差別一般比早地拖拉機(jī)小。

在設(shè)計和調(diào)整上，也應(yīng)減少重量轉(zhuǎn)移的影響。

二、水平面內(nèi)的性能分析

犁耕機(jī)組工作時，最理想的情況是前面第一鋅緊靠著已耕地，既不重疊，也不漏耕。但實際上，

如前所述，懸掛犁耕機(jī)組的懸掛機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)可看作?四連桿機(jī)構(gòu)，在各種外力及力矩作用下，

犁是可以在水平面內(nèi)左右擺動的。

如果懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)計或調(diào)節(jié)不當(dāng)，犁工作時就會隨著土壤條件變化而左右擺動，既影響耕作質(zhì)量（重

耕或漏耕），又使機(jī)組操縱困難，直線行駛性差。因此，分析機(jī)組在水平面內(nèi)的性能，就是要了

解影響犁在水平面內(nèi)側(cè)向稔定工作的因素及配置調(diào)整的方法。

1.瞬心配置的影響如圖2—49所示，瞬心八2。在水平面內(nèi)有三種位置。對水平面內(nèi)的力矩平衡

有不同影響。正常工作時，力Pxy、Rxy>Fxy處于平衡狀態(tài)。由于Pxy作用線通過瞬心n2,則

力矩平衡方程為：

當(dāng)由于土壤等條件變化，使Rzy變?yōu)镽xy+AR時，犁體將繞瞬心兀2。產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的趨勢。若瞬心

n2配置在犁的前方.（圖2-49a所示），犁將繞盯。作順時針轉(zhuǎn)動，犁側(cè)板對溝墻壓力增大為Fxy+

△F,這時犁達(dá)到新的平衡狀態(tài)。

當(dāng)Rxy變?yōu)镽xy-AR時，犁將繞瞬心n2。作反時針方向轉(zhuǎn)動，犁對溝墻壓力減小為Fxy一A3

這時

（Rb-AR）加一（七一紳）?=0

犁仍能保持平衡。

所以，瞬心無2配置在犁的前方，能使犁具有較好的工作穩(wěn)定性，這是目前懸掛犁普遍采用的形

式。

若瞬心兀2配置在犁的后方（圖2—49c）,外力引起犁的轉(zhuǎn)動與上述情況正好相反，犁側(cè)板空溝墻

的壓力增減也相反。作用在犁上的力矩將難以達(dá)到新的平衡，加劇犁的偏轉(zhuǎn)。

圖249瞬心的配置時耕寬穩(wěn)定性的影響

（a）瞬心在犁的前方（b）瞬心在無窮遠(yuǎn)（c）瞬心在犁的后方

若瞬心冗2配置在無窮遠(yuǎn)處（圖2—491））,四連桿機(jī)構(gòu)成平行四邊形，外力的變化將引起犁體平行

移動，處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，也不宜采用。

2.土壤承壓力的影響如上所述，邦體側(cè)向阻力Rxy由土壤對犁側(cè)板反力Fxy平衡。但這個力不

能超過土壤的側(cè)向承載能力。因此，犁側(cè)板的面積及長度必須合適，才能滿足這個要求。例如，

北方系列犁的試驗表明，在一般適耕狀態(tài)下，犁側(cè)板上的平均比壓不超過0.5kg/cm2時，犁的

偏斜很小，可以作為犁側(cè)板設(shè)計的依據(jù)。當(dāng)土壤條件不同及軟硬程度變化時，Rxy與Fxy的變化

是同步的。工作時一般并不需要改變犁側(cè)板的參數(shù)。

若設(shè)計或使角不當(dāng)，使犁側(cè)板上的側(cè)向力太大，將使犁產(chǎn)生很大的偏斜。對于多鋒犁的機(jī)組來說,

這時還產(chǎn)生犁的總耕寬增加，但犁體之間則產(chǎn)生漏耕現(xiàn)象，這是很不利的。應(yīng)重新設(shè)計或更換犁

側(cè)板。

3.牽引狀態(tài)的影響前面討論了瞬心n2的影響，若以整個施拉機(jī)及犁耕機(jī)組的關(guān)系來看，則還

要進(jìn)一步分析瞬心與犁的阻力中心、拖拉機(jī)動力中心之間的關(guān)系。

作用在犁體曲面上的土壤反力、犁側(cè)板反力、犁的重力等的匯交點，稱為阻力中