第二章耕地機(jī)械

第二章耕地機(jī)械Soiltillagemachine機(jī)械工程學(xué)院1一、概述二、耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)三、鏵式犁的構(gòu)造與原理第二章耕地機(jī)械Soiltillagemachine機(jī)械工程學(xué)院21、目的2、耕作方法3、對(duì)耕作機(jī)械的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求4、耕作機(jī)械的類(lèi)型一、概述機(jī)械工程學(xué)院31、目的

耕地是大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本也是最重要的工作環(huán)節(jié)之一。其目的就是在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作栽培制度中，通過(guò)深耕和翻扣土壤的方式，對(duì)作物的殘茬、病蟲(chóng)害以及遭到破壞的表層土壤進(jìn)行深翻，而使得到長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)的底層土壤翻到地表，以利于消滅雜草和病蟲(chóng)害，改善作物的生長(zhǎng)環(huán)境。機(jī)械工程學(xué)院42、耕作方法常規(guī)耕作法，即精耕細(xì)作法即在作物生產(chǎn)過(guò)程由機(jī)械耕翻、耙壓和中耕等組成的土壤耕作體系。少耕法在常規(guī)耕作法基礎(chǔ)上減少土壤耕作次數(shù)和強(qiáng)度的一種保護(hù)性土壤耕作體系。50年代在蘇聯(lián)推廣的馬爾采夫耕作法，是采用無(wú)壁犁進(jìn)行深松耕作，也屬于少耕法。60年代美國(guó)也發(fā)展了這一耕作法。70年代我國(guó)黑龍江省亦進(jìn)行了深松耕作法（少耕法）的試驗(yàn)和推廣；80年代我國(guó)南方水稻地區(qū)進(jìn)行了少耕法的試驗(yàn)和推廣工作，并研制了與其配套的農(nóng)機(jī)具。機(jī)械工程學(xué)院52、耕作方法免耕法即免除土壤耕作，利用免耕播種機(jī)在作物殘茬地表直接進(jìn)行播種，或?qū)ψ魑锝斩捄蜌埐邕M(jìn)行處理后直接播種的一種耕作方式。保水耕法是對(duì)土壤表層進(jìn)行疏松、淺耕、防止或減少土壤水分蒸發(fā)的一種保護(hù)性耕作體系。聯(lián)合耕作法是利用聯(lián)合作業(yè)機(jī)在同一種工作狀態(tài)下或通過(guò)更換某種工作部件的方式一次性地完成深松、施肥、滅茬、覆蓋、起壟、播種、施藥等各種作業(yè)過(guò)程的耕作方法。機(jī)械工程學(xué)院6良好的翻土和覆蓋性能良好的碎土性能耕深應(yīng)均勻一致避免重耕、漏耕滿(mǎn)足畦作要求（畦面不易積水，畦溝有可排水，避免旱澇，畦面上土壤疏松，有利于作物生長(zhǎng)；畦溝有利于通風(fēng)透氣）3、對(duì)耕作機(jī)械的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求機(jī)械工程學(xué)院畦面畦溝74、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院整地機(jī)械耕地機(jī)械鏵式犁圓盤(pán)犁深松犁牽引型驅(qū)動(dòng)型圓盤(pán)耙齒耙滾耙水田耙等旋耕機(jī)驅(qū)動(dòng)船機(jī)耕船秸稈還田機(jī)等耕作機(jī)械8鏵式犁應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，技術(shù)最為成熟，作業(yè)范圍最廣，鏵式犁是通過(guò)犁體曲面對(duì)土壤的切削、碎土和翻扣，以實(shí)現(xiàn)耕地的作業(yè)過(guò)程。4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院9圓盤(pán)犁是以球面圓盤(pán)作為工作部件的耕作機(jī)械，它依靠其重量強(qiáng)制入土，入土性能比鏵式犁差，土壤摩擦力小，切斷雜草能力強(qiáng)，可適用于開(kāi)荒、粘重土壤作業(yè)，但翻垡及覆蓋能力較弱，價(jià)格較高。4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院10圓盤(pán)犁工作過(guò)程4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院11鑿形犁，又稱(chēng)深松犁。工作部件為一鑿齒形深松鏟，安裝在機(jī)架后橫梁上，鑿形齒在土壤中利用擠壓力破碎土壤，沒(méi)有翻垡能力。4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院12根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同要求、自然條件變化、動(dòng)力配備情況等，鏵式犁在形式上又派生出一系列具有現(xiàn)代特征的新型犁：雙向犁、柵條犁、調(diào)幅犁、滾子犁、高速犁等。4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院134、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院144、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院15滾子犁4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院16懸掛圓盤(pán)耙牽引圓盤(pán)耙4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院17鎮(zhèn)壓型彈齒耙4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院18滾耙4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院19

旋耕機(jī)系列——臥式旋耕機(jī)和立式旋耕機(jī)4、耕作機(jī)械的類(lèi)型機(jī)械工程學(xué)院20二、耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)1、耕層土壤的物理特性2、耕層土壤的動(dòng)力特性

機(jī)械工程學(xué)院一、概述21影響：W↑，土垡難破碎，耕地阻力↑W↓，土垡成條，不易破碎，阻力↑。旱地適于耕作的相對(duì)濕度為40～60%。1、耕層土壤的物理特性濕度（又稱(chēng)含水量）絕對(duì)濕度：相對(duì)濕度：q’——烘干后土壤重量；q——自然狀態(tài)下土壤重量Wn——田間持水量機(jī)械工程學(xué)院W——土壤相對(duì)濕度W0——土壤絕對(duì)濕度222、耕層土壤的動(dòng)力特性1）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)2）土壤的堅(jiān)實(shí)度（又稱(chēng)貫入阻力）3）土壤強(qiáng)度4）土壤的抗剪強(qiáng)度5）土壤的凝聚力和附著力6）犁耕土壤比阻機(jī)械工程學(xué)院231）土壤與金屬間的摩擦系數(shù)為了克服在耕作機(jī)械工作部件工作表面上產(chǎn)生的土壤與金屬間的摩擦力，大約要消耗拖拉機(jī)牽引功率的一半。摩擦力F通常按下列公式計(jì)算：

F＝fN

式中f—摩擦系數(shù)；

N—正壓力。機(jī)械工程學(xué)院242）土壤堅(jiān)實(shí)度/貫入阻力當(dāng)壓縮非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕的容積為1cm3時(shí)所需的力稱(chēng)為單位壓實(shí)力q0。當(dāng)以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為h0時(shí)，作用在土壤上的平均壓力稱(chēng)為土壤的堅(jiān)實(shí)度p0。

p0＝q0h0

機(jī)械工程學(xué)院h0253）土壤強(qiáng)度定義：在特定條件下，土壤抵抗外力作用的能力。影響因素：土壤成分、質(zhì)地、環(huán)境條件。Micklethwaite把土壤強(qiáng)度與機(jī)具附著力聯(lián)系起來(lái)，用摩爾—庫(kù)侖定律建立了拖拉機(jī)附著力的數(shù)學(xué)模型：Micklethwaite證明了：當(dāng)F、G一定時(shí)，車(chē)輛的附著力與土壤強(qiáng)度成正比。Pφ——土壤對(duì)車(chē)輛的最大附著力F——土壤黏結(jié)力c——車(chē)輪的接地面積φ——土壤的內(nèi)摩擦角G——法向載荷機(jī)械工程學(xué)院264）土壤的抗剪強(qiáng)度定義：耕層土壤在耕作機(jī)械工作部件（如犁體、中耕鏟等）作用下，往往會(huì)受到剪切破壞，土壤抵抗剪切破壞的能力，稱(chēng)為～。影響因素：土壤顆粒大小的分布、土壤密度、濕度。其剪應(yīng)力大致服從庫(kù)倫定律：式中τ—剪應(yīng)力；σ—剪切面上的法向壓應(yīng)力(正應(yīng)力)；

c—單位粘結(jié)力，是同類(lèi)粒子間相互結(jié)合在一起的作用力；

tgφ—土壤與土壤之間的摩擦系數(shù)，又稱(chēng)土壤的內(nèi)摩擦系數(shù)；

φ—土壤的內(nèi)摩擦角。機(jī)械工程學(xué)院275）土壤的凝聚力和附著力土壤同金屬接觸面之間的附著力，幾乎完全是因水膜的表面張力所造成的(桌子上水和一張紙）。因此，附著力也與土壤質(zhì)地、含水量、接觸面的材料和粗糙度等因素有關(guān)。土壤沿著耕地機(jī)械工作表面的滑移阻力T=F+F′=μN(yùn)+μ′N(xiāo)′A′當(dāng)摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內(nèi)摩擦力時(shí)，農(nóng)具的工作表面就會(huì)粘土。工作部件表面粘土，不但會(huì)使耕作質(zhì)量變壞，而且會(huì)增加牽引阻力。μ——土壤對(duì)鋼的摩擦系數(shù)N——作用在工作表面上的法向載荷μ′——附著系數(shù)N′——由水膜吸附作用而產(chǎn)生的法向載荷A′——吸附水膜的面積式中

機(jī)械工程學(xué)院285）土壤的凝聚力和附著力降低阻力減少黏附的技術(shù)和方法——沖注氣體或液體——振動(dòng)法——電滲法（即增加土壤與觸土部件表面間的水膜厚度）——表面改性（改變觸土部件工作表面材料的性質(zhì)）——表面改形（減少與土壤實(shí)際接觸面積，使界面水膜不連續(xù)或形成應(yīng)力集中以降低黏附阻力）——仿生法（改變觸土部件表面仿生改性涂層）機(jī)械工程學(xué)院296）犁耕土壤比阻是判別耕層土壤耕作難易程度的指標(biāo)，常常采用犁耕土壤比阻Kt，kN／cm2或kPa。但Kt值大小不僅和土壤的物理性質(zhì)（濕度）有關(guān)，而且很大程度取決于犁的結(jié)構(gòu)（犁體曲面和小前犁曲面幾何參數(shù)和形狀、犁鏵銳鈍程度、犁重，以及是否有犁刀等）和耕速。一般可采用空間測(cè)力或單犁體的線(xiàn)性測(cè)力，測(cè)得與前進(jìn)方向相反的犁耕阻力分量Rx

，所以，Rx是有效阻力。則犁耕的有效土壤比阻式中a—測(cè)力犁的耕深

b—測(cè)力犁的單鏵幅寬機(jī)械工程學(xué)院30三、鏵式犁的構(gòu)造與原理1、鏵式犁的種類(lèi)及特點(diǎn)2、鏵式犁的主要部件3、鏵式犁的翻垡原理4、鏵式犁的掛結(jié)與結(jié)構(gòu)5、特種犁機(jī)械工程學(xué)院31組成:

牽引桿、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。特點(diǎn)：牽引犁與拖拉機(jī)單點(diǎn)相互掛接，拖拉機(jī)只對(duì)犁起到牽引作用，牽引犁的重量由其本身的輪子來(lái)承受。牽引犁1、鏵式犁的種類(lèi)和特點(diǎn)機(jī)械工程學(xué)院32特點(diǎn)：懸掛犁通過(guò)懸掛架與拖拉機(jī)的三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)連接，由拖拉機(jī)的液壓機(jī)構(gòu)控制升降。在運(yùn)輸過(guò)程中，全部重量由拖拉機(jī)承受；結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、機(jī)動(dòng)性好。懸掛犁1、鏵式犁的種類(lèi)和特點(diǎn)組成：懸掛架、鏵式犁、地輪（犁輪）等組成機(jī)械工程學(xué)院鏵式犁地輪（犁輪）懸掛架33組成：犁體、圓犁刀、犁架、懸掛裝置和限深輪等組成。如圖２－５所示：1、鏵式犁的種類(lèi)和特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耕作適應(yīng)范圍較大，作業(yè)質(zhì)量好，地表平整，碎土、覆性能好，犁溝小等特點(diǎn)。

機(jī)械工程學(xué)院34組成：犁架、懸掛架、犁體、地輪、尾輪等組成。半懸掛犁特點(diǎn)：

半懸掛犁所配備的犁體較寬，縱向長(zhǎng)度大，縱向操縱穩(wěn)定性好，有承重輪。與牽引犁相比，機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、重量更輕、機(jī)動(dòng)更靈活；與懸掛犁相比，配置更多犁體，穩(wěn)定性和操控性更好。1、鏵式犁的種類(lèi)和特點(diǎn)機(jī)械工程學(xué)院352、鏵式犁的主要部件1.犁體組成：犁鏵、犁壁、犁側(cè)板、犁柱、犁托、滑草板、延長(zhǎng)板等。功用：切入土壤，破碎和翻轉(zhuǎn)土壤，從而達(dá)到覆蓋雜草、殘茬和疏松土壤的目的。

鏵式犁的主要部件有犁體、小前犁、犁刀、犁架等。機(jī)械工程學(xué)院36（1）犁鏵1作用：入土、切土常見(jiàn)形式：鑿形鏵、梯形鏵、三角形犁鏵；2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院37不同犁鏵的特點(diǎn)：形式特點(diǎn)鑿形犁鏵鏵尖呈鑿形，向下延伸5-10CM，工作時(shí)鏵尖首先入土，然后鏵刃水平入土，土垡沿鏵面上升到犁壁。鑿形鏵入土容易，工作穩(wěn)定，可用于較黏重土壤。梯形犁鏵鏵刃為一直線(xiàn)，整個(gè)外形成梯形。較鑿形鏵入土性較差，鏵尖易磨損，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造。三角形犁鏵一般呈等腰三角形，有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的鏵刃，主要用在畜力犁上，缺點(diǎn)：耕后溝底面成波浪狀、溝底不平。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院38犁鏵材料：犁鏵的材料一般采用堅(jiān)硬、耐磨，具有較高強(qiáng)度和韌性的材料，如65Mn鋼或65SiMn稀土鋼，刃口部分必須進(jìn)行熱處理。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院39（2）犁壁作用：與犁鏵一起構(gòu)成犁體曲面，用來(lái)翻轉(zhuǎn)、破碎土壤。形式：整體式、組合式、柵條式工作原理：犁壁和犁鏵前緣構(gòu)成犁脛，犁壁的不同形狀可達(dá)到滾、翻、碎、竄等不同的效果。材料及工藝：沖壓工藝，常用65Mn鋼或低碳鋼經(jīng)滲氮處理。為便于更換，常用組合式犁壁。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院40（3）犁托犁托為一聯(lián)結(jié)件，犁鏵、犁壁、犁側(cè)板、犁柱通過(guò)犁托聯(lián)成一體，起承托和傳力作用，可以用鋼板沖壓而成，也可以焊接或鑄造。有些犁托與犁柱造成一體。（4）犁柱

用來(lái)將犁體固定在犁架上，并將動(dòng)力由犁架傳給犁體，帶動(dòng)犁體工作。犁柱可以是空心圓或橢圓直犁柱，也可以是實(shí)心扁鋼圓犁柱?？招睦缰话阌们蚰T鐵或鑄鋼制成，重量較輕、強(qiáng)度較好，安裝簡(jiǎn)便。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院412.犁刀裝在主犁體和小前犁的前方，用來(lái)沿垂直方向切開(kāi)土壤，減少主犁體的切土阻力和磨損，防止犁溝墻塌落。有圓犁刀和直犁刀兩種，直犁刀工作阻力較大，適用于特種犁；圓犁刀切土阻力小，不易掛草或堵塞，應(yīng)用較廣。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院圓犁刀423.犁架用來(lái)直接或間接的安裝犁的其它零部件，強(qiáng)度大；常用空心矩形管焊接而成。2、鏵式犁的主要部件機(jī)械工程學(xué)院434.安全裝置安全裝置為防止犁損害而設(shè)置的超載保護(hù)裝置。有單體式和整體式兩類(lèi)，整體式裝在整臺(tái)犁的牽引裝置上，而單體式則裝在每個(gè)犁單體上。（1）摩擦銷(xiāo)式安全裝置（2）單體式犁體安全裝置。2、鏵式犁的主要部件單體式犁體安全裝置機(jī)械工程學(xué)院443、鏵式犁犁體工作過(guò)程和翻垡原理1.三面楔原理(犁體工作過(guò)程):

兩面楔從三個(gè)不同的位置切入土壤時(shí)，分別對(duì)土壤起到起土、側(cè)向推土和翻土的作用；如圖所示：鏵犁則相當(dāng)于一個(gè)偏斜放置的兩面楔，如圖d，楔角為β，楔刃

與前進(jìn)方向偏一斜角θ，形成三面楔，同時(shí)起到起土、側(cè)向推土和翻土作用。兩面楔和三面楔對(duì)土壤的作用a）兩面楔起土b)兩面楔側(cè)向推土c)兩面楔翻土d)兩面楔對(duì)土垡的作用機(jī)械工程學(xué)院452.翻垡原理(滾垡和竄垡）:（1）滾垡滾垡就是假設(shè)土垡在被翻轉(zhuǎn)過(guò)程中只有純粹的翻轉(zhuǎn)而沒(méi)有側(cè)移。如圖2-18所示，可分為三個(gè)階段：（a）切土：鏵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b,耕深為a。（b）抬垡：被切出的土垡ABCD在鏵面和犁胸的作用下，左邊被抬升，繞右下角D點(diǎn)回轉(zhuǎn)。機(jī)械工程學(xué)院3、鏵式犁犁體工作過(guò)程和翻垡原理46（c）翻垡：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)D’回轉(zhuǎn)，最后靠在前一行程的土垡上。如圖2-19所示，如果土垡被翻轉(zhuǎn)后的重心應(yīng)落在支撐點(diǎn)D’的右邊，才得到穩(wěn)定（圖2-19a）；如果落在D’的左邊，則土垡在犁通過(guò)后又重新翻回犁溝中，成為回垡或立垡，影響翻耕質(zhì)量。機(jī)械工程學(xué)院3、鏵式犁犁體工作過(guò)程和翻垡原理47(2)竄垡：竄垡的方式工作時(shí)，土垡沿犁體曲面上竄一定高度后旋空扣翻，其過(guò)程也可以分為三個(gè)階段（圖2-20）（a）切土：與滾垡過(guò)程相同。（b）竄垡：被切離的土垡沿犁體曲面向上抬升，同時(shí)在犁的翼部轉(zhuǎn)移時(shí)被翻轉(zhuǎn)。（c）扣垡：由于土垡在懸空狀態(tài)下被翻轉(zhuǎn)，在重力作用下，土垡沿犁的背面不斷撕裂成斷條落下，扣翻在前一行程的土垡。機(jī)械工程學(xué)院3、鏵式犁犁體工作過(guò)程和翻垡原理484、鏵式犁的掛結(jié)與結(jié)構(gòu)1.鏵式犁的掛結(jié)原則（1）牽引犁的掛結(jié)原則：犁的掛結(jié)點(diǎn)必須在拖拉機(jī)的動(dòng)力中心和犁的阻力中心的連線(xiàn)上。

(2)懸掛犁的掛結(jié)原則：懸掛犁通常與拖拉機(jī)以三點(diǎn)懸掛組成機(jī)組，其掛結(jié)原則與牽引犁相同。有四種不同牽引狀態(tài)：（a）正牽引（b）斜牽引（c）偏牽引（d）偏斜牽引2.鏵式犁的調(diào)整（1）耕深調(diào)整（2）耕寬調(diào)整（3）偏牽引調(diào)整（4）縱向水平調(diào)整（5）橫向水平調(diào)整3.犁耕作業(yè)方法（1）內(nèi)翻法（閉壟法）（2）外翻法（開(kāi)壟法）（3）套壟法（二