旋耕機(jī)及其理論計(jì)算

1、第二節(jié) 旋耕機(jī)及其理論計(jì)算,一. 旋耕機(jī)的基本構(gòu)成 二. 旋耕機(jī)的工作原理 三. 旋耕機(jī)的作業(yè)特點(diǎn) 四. 旋耕機(jī)的主要類型 五. 旋耕機(jī)刀片的運(yùn)動(dòng)分析 六. 旋耕機(jī)作業(yè)質(zhì)量控制 七. 旋耕機(jī)的刀片形狀 八. 旋耕機(jī)的功率消耗,旋耕機(jī)應(yīng)用的歷史較短，用途不一，有些國(guó)家和地區(qū)作為耕地機(jī)械使用，有的用作整地機(jī)械，山東省及周邊地區(qū)大多用于耕后松碎土壤和整平地表。在我國(guó)應(yīng)用量逐年增加，尤其是北方干旱地區(qū)。,旋耕機(jī)他是一種工作部件主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以銑切原理加工土壤的耕耘機(jī)械。,一. 旋耕機(jī)的基本構(gòu)成,組成：機(jī)架、傳動(dòng)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(cè)邊傳動(dòng)箱 5.平土拖板

2、 6.擋土罩 7.支撐桿 8.刀軸 9.旋耕刀,二. 旋耕機(jī)的工作原理,旋耕機(jī)刀片在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下一邊旋轉(zhuǎn)，一邊隨機(jī)組直線前進(jìn)，在旋轉(zhuǎn)中切入土壤，并將切下的土塊向后拋擲，與擋土板撞擊后進(jìn)一步破碎并落向地表，然后被拖板拖平。,三. 旋耕機(jī)的作業(yè)特點(diǎn),旋耕機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)具有碎土能力強(qiáng)、平整度高、對(duì)土壤的適應(yīng)性好、縱向尺寸短、耕深小、功耗大、幅寬小、效率低。,四. 旋耕機(jī)的主要類型,1.按與動(dòng)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(cè)邊傳動(dòng)箱 5.平土拖板 6.擋土罩 7.支撐桿 8.刀軸 9.旋耕刀,3.按動(dòng)力傳遞路

3、線分：側(cè)邊傳動(dòng)、中間傳動(dòng)。,側(cè)邊傳動(dòng),中間傳動(dòng),五. 旋耕機(jī)刀片的運(yùn)動(dòng)分析,旋耕機(jī)工作時(shí)，刀片一邊繞軸正向旋轉(zhuǎn)，一邊隨機(jī)組作直線運(yùn)動(dòng)，因此，刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是一條由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)合成的數(shù)學(xué)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(duì)旋耕機(jī)最終的工作結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，我們研究并分析旋耕機(jī)刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡的目的就在于確定適用于旋耕機(jī)正常工作的條件及其量化指標(biāo)。,1、刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡（定性分析）,設(shè)：r旋耕機(jī)刀片端點(diǎn)的最大回轉(zhuǎn)半徑 vm機(jī)組前進(jìn)速度 刀片回轉(zhuǎn)角速度 t 時(shí)間函數(shù),令：vd刀片端點(diǎn)的切向速度； vd=r，令速比為：= vd / vm 。,根據(jù)

4、已知條件作圖的方式確定刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡,x,y,2r,o,m,o/,h,m,m點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程：,不同速比對(duì)旋耕機(jī)工作質(zhì)量的影響,由于速比的不同，其運(yùn)動(dòng)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(duì)旋耕機(jī)正常工作有那些影響，從而定性地決定旋耕機(jī)正常工作的基本條件。,根據(jù)旋耕機(jī)工作的特點(diǎn)我們了解到，旋耕機(jī)刀片先是切土，然后向后拋土，這一基本動(dòng)作就需要旋耕機(jī)刀片從入土開始到拋土結(jié)束并抬離地面，其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上的任意一點(diǎn)的絕對(duì)速度的水平分速vx指向后方，既vx0。三種速比下的刀片絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是否都能滿足上述要求呢？我們做一下對(duì)比分析：,1.平土拖板 2.拉鏈 3.擋土罩 4.傳動(dòng)箱 5.齒

5、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1余擺線時(shí)刀片才能滿足向后拋土的條件，并且只是軌跡最大玄長(zhǎng)以下部分才能滿足，設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)要特別注意，刀片的工作深度不能超過這個(gè)范圍。影響最大玄長(zhǎng)高度的因素主要是刀片的尺寸、機(jī)組的前進(jìn)速度和刀片的回轉(zhuǎn)速度，既值。,在結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，值越大，軌跡最大玄長(zhǎng)的值越大，其位置就越靠上，當(dāng)=時(shí)，刀片端點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為一數(shù)學(xué)圓，最大玄長(zhǎng)在橫軸處，耕深可達(dá)最大值，但這是不可能的，因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)組不能前進(jìn)，而是原地扒窩。因此，1是旋耕機(jī)正常工作的定性條件。,在余擺線條件下，速比不同其刀片運(yùn)動(dòng)軌跡形狀也不同,2.機(jī)組速度

6、vm與刀片旋轉(zhuǎn)速度的配合（定量分析）,上述分析只是定性的確定了刀片滿足旋耕機(jī)正常工作的基本條件1。實(shí)際上，的數(shù)值不同其形狀差別很大，對(duì)工作質(zhì)量和工作性能也有較大的影響，主要影響因素是機(jī)組速度vm與刀片旋轉(zhuǎn)速度的大小和配合程度，必須找出他們之間的函數(shù)關(guān)系，然后加以量化處理。,設(shè)：m點(diǎn)為刀片入土點(diǎn)，從開始入土到拋土結(jié)束并抬離地面均滿足旋耕機(jī)正常工作的條件，則有：,要滿足向后拋土的條件，刀片絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上任意一點(diǎn)的絕對(duì)速度的水平分速 vx0，根據(jù)上述方程，令：,代入上式，得：,（定量）,結(jié)論：旋耕機(jī)正常工作必須同時(shí)滿足定性和定量二個(gè)條件，既：,定性條件： 1 （余擺線）,定量條件：,或：,上述公式主

7、要反映了結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)耕深的影響。如：r的變化對(duì)耕深的影響，我們很容易理解，但、vm對(duì)h的影響就有些抽象了。實(shí)際上，前面我們已經(jīng)做過解釋：和vm決定了值的大小，決定了刀片運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀。,問題：速比值為什么對(duì)耕深產(chǎn)生影響？,因?yàn)樵酱螅湫螤畹淖畲笮L(zhǎng)值也就越大，位置也越靠上，能滿足耕深的軌跡高度越大。當(dāng)時(shí)，vm0，（=r / 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(dāng)0時(shí)，vm，=0，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為一條直線，沒有環(huán)扣，也就無法向后拋土。,旋耕機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的一般取值范圍,vm = 0.51.5 m/s n = 190280 r/min h=816 cm,由于國(guó)

8、外多采用大功率拖拉機(jī)，刀片材料好，旋耕機(jī)的工作深度可達(dá) 2025cm，完全可以取代犁耙作業(yè)，減少拖拉機(jī)的進(jìn)地次數(shù)，保護(hù)土壤不受更大的破壞。,六. 旋耕機(jī)作業(yè)質(zhì)量控制,由于旋耕機(jī)工作時(shí)是以銑切原理加工土壤的，這就使得刀軸上同一個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片在相繼入土和切削土壤的過程是間歇的。設(shè)：安裝在刀軸上的同一個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片數(shù)量為z。,隨著第一把刀在a點(diǎn)入土，刀片一面旋轉(zhuǎn)，一面隨機(jī)組直線前進(jìn)，t時(shí)刻后，安裝在同一個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的第二把刀開始在b點(diǎn)入土，那么，ab=s，定義為旋耕機(jī)刀片的切土節(jié)距。x一把刀在縱垂面內(nèi)所能切土的厚度。,a,b,s,s = vmt,旋耕機(jī)切土節(jié)距安裝在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的刀片在轉(zhuǎn)過

9、相應(yīng)安裝角時(shí)間內(nèi)機(jī)組所前進(jìn)的距離。,設(shè)：同一安裝平面內(nèi)相鄰刀片的安裝角； z同一安裝平面內(nèi)均勻安裝的刀片數(shù)； vm機(jī)組前進(jìn)速度，m/s ； 刀片回轉(zhuǎn)角速度，r/s；,同一安裝平面內(nèi)相鄰二刀片相繼入土的時(shí)間間隔為 ：,由上式可以看出，改變z、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(chǎn)效率下降，所以，在確定各個(gè)參數(shù)時(shí)要通盤考慮，一般情況下，通過適當(dāng)?shù)母淖僴和vm來達(dá)到不同整地要求的作業(yè)。,目前，國(guó)產(chǎn)旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)均有一定的確定范圍，以免在使用過程中出現(xiàn)

10、不必要的失誤。具體如下： z=24 s=1012 cm 旱地作業(yè) s=46 cm 粘重土壤和雜草地 s=89 cm 水田地,七.旋耕機(jī)的刀片形狀,旋耕刀是旋耕機(jī)的主要工作部件，刀片的形狀和參數(shù)對(duì)旋耕機(jī)的工作質(zhì)量、功率消耗影響很大。為適應(yīng)不同土壤旋耕作業(yè)的需要，人們對(duì)旋耕刀的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究。目前，臥式旋耕機(jī)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(shí)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(qiáng)，松碎效果好，但容易纏草。,直角刀：直角刀刀刃口由正切刃和側(cè)切刃組成，兩刃口相交成 90o 左右，工作時(shí)先由正切刃從橫向切開土壤，再由

11、側(cè)切刃由外向里逐漸切出土垡的側(cè)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。,彎形刀：彎形刀刃口由正切刃和側(cè)切刃組成，但刃口不是直線而是曲線，其中，側(cè)切刃口曲線為阿基米德螺線。工作時(shí)先由側(cè)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(chǎn)成本高。,側(cè)切忍,正切刃,刀片在刀軸上的安裝：螺旋線排列,八. 旋耕機(jī)的功率消耗,式中：nq切土功耗 np拋土功耗 nt旋耕機(jī)前進(jìn)功耗 nf傳動(dòng)及摩擦功耗 nn克服土壤水平反力功耗,說明：旋耕機(jī)刀片正轉(zhuǎn)時(shí)有推進(jìn)機(jī)組前進(jìn)的作用， nn為負(fù)值；反之取正值。,旋耕機(jī)的功率消耗主要包括刀片的土壤切削、土塊拋擲、傳動(dòng)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(jì)。功率消耗表達(dá)式如下：,設(shè)：kr旋耕土壤比阻（kg/cm2），1.21.6，與耕深有關(guān)，耕深大選大值；,b工作幅寬，m ； h工作深度，cm； vm機(jī)組速度，m/s