《农业机械学》.pdf

1绪 论 一、农业机械的作业特点 农业机械学 是农业机械化及其自动化专业的主干课程，同时也是该专业的特色课程。农业机械是机械工程学科中的一个大门类，但是他与其他通用机械有许多不同之处，例如：1，工作对象复杂：农业机械的工作对象为生物及与生物活动有关的环境条件土壤、水、肥料、气候等，而这些情况有又根据区域、作物类别、种类、自然条件和栽培制度的不同变化较大，这就要求农业机械应具有较大的适应性。2，季节性强：农业生产具有很强的季节性，往往是在时间比较集中的高强度条件下进行作业，这就需要农业机械具有较高的可靠性和生产率。3，工作环境条件差：许多农业机械是在田间、露天地和高速行走状态下工作的，农业机械必须有较高的产品质量和管理水平。二、农业机械学的研究领域 农业机械学有广义和狭义之分。广义的农业机械是指机具和动力，也就是我们经常所说的机组，而且，含盖了大农业范围内的农、林、牧、副、渔等所有的作业设备田间作业机械、场上作业机械、农副产品加工机械、林业机械、渔业机械、牧草机械、蓄禽饲养机械、饲料加工机械、农田基本建设机械等；狭义的农业机械主要是指田间作业机具。农业机械学的研究领域主要是根据农业生产的实际需要、自然条件等，利用机械动力学、控制论及优化设计、随机过程、可靠性设计、机械设计及理论等研究农业机械的理论、结构设计、试验和应用等问题。本课程所涉及的内容主要是田间作业机械，而且侧重于小麦生产机械化所必须的典型设备的构造、原理、设计理论等。三、国内外农业机械化发展现状与趋势 国内情况：中国是从解放后开始发展自己的农机化事业的，虽然经历了许多的风风雨雨，但还是取得了较大的发展，由于中国地域辽阔，经济发展不平衡，农机化水平差别较大，农机总动力与发达国家几乎相当，但农机具数量、质量、种类、性能等硬件指标与发达国家存在较大的差距，机械化程度系数平均为 03 左右，处于现代农业的初级阶段，农机化事业任重而道远。关于中国农机化发展历程以及目前的状况，我们已在农机化经营管理学中作过详细的介绍，未来中国的农机化发展趋势从宏观上看要与世界发展同步，但微观工作难度较大，基本机械化是我们的近期目标，全方位农机化及局部领域内的以机械、电子、信息等为依托的与生物工程相结合的精确农业机械化则是中国农机化发展的远期目标。国外情况：以美国为代表的西方发达国家早在上个世纪 60 年代就已经基本上实现了农业机械化，70 年代初实现了全方位机械化，并逐步被自动化所取代。80 年代末期，基于现代电子信息技术、农业生产辅助决策支持技术和农业工程装备自动化技术等集成组装起来的作物生产精细经营技术精确农业在西方发达国家开始研究应用，精确农业是农业机械化、自动化的高度体现，同时也是对传统农业生产经营方式的一种新挑战，最为关键的是他使人们对农业现代化在观念上发生了革命性的变化。精确农业是以知识为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时当地所测定的作物作业实际需要确定对作物的投入量或作业量。系统组成：GPS、GIS（计算机控制器、传感器及监测系统、专家决策支持系统、永久性地理空间数据等）、RS、电子化执行设备（电子化拖拉机、可变量投入性农机具等）。21、精确农业的背景条件 传统农业的粗放式经营管理模式日益受到现代社会发展的挑战。传统农业的特征之一，均匀投入和均匀作业。事实上，在同一地块，土壤的肥力、质地、含水量、有机质含量存在很大差异；杂草、病虫害等发生发展也是不均匀的，如杂草往往呈斑块状，且多年在同一位置上，病虫害初期也只在小范围内发生，如能及时管理可控制蔓延。施肥、施药过量或不充分都可造成产量减少。这需要针对不同的需求进行变量投入或变量作业。传统农业过量地消耗能源。传统农业对生态环境的严重破坏，2、精确农业的工作过程 通过全球定位系统（GPS），确定农业作业者或农业机器在田间的瞬时位置，通过设置在田间、也可能是农业机器上的传感器及监测系统随时随地的采集田间数据（质地、肥力、含谁量、作物生长状况、病虫害、杂草等），这些数据输入到地理信息系统（GIS），结合事先储存在 GIS 中的定期输入或持久性数据、专家系统及其他支持决策系统，对信息进行加工处理，迅速做出适当的农业作业决策，即符合变量投入或变量作业的农业生产处方，再通过作业者或农业机器携带的计算机控制器控制变量执行设备，实现对作物的变量投入或变量操作。工作流程图如下：四、本课程的教学内容和学习方法 农业机械学是一门讲述常用农业机械基本构造、工作原理、理论分析及设计计算等内容的专业课程。通过学习，使同学们能够掌握典型农业机械的基本知识，为今后从事农机化事业或其他农业工程工作打下坚实的理论基础。我国幅员辽阔，农业生产条件复杂，农作种类繁多，各地所使用的农业机械不近相同。本课程主要结合山东省的农业生产实际和机械化现状，以大田型农业机械为主，讲述与农业生产有关的典型农业机械设备：耕地机械、整地机械、播种机械、植保机械、收割机械、脱粒机械、小麦联合收获机械、玉米联合收获机械等。同时，结合课堂讲授内容，增加一些国内外农业机械最新研究动态，使学生除掌握教材主要内容外，还可了解农业机械化发展趋势。另外，农业机械学是一门实践性很强的专业课程，必要的教学实验实习是使学生理解和掌握课堂授课内容的重要手段，本课程安排有 810 次实验实习。主要参考书：中国农业大学、江苏理工大学等主编的农业机械学。教学学时 70，其中，实践性教学学时 20 学时。3第一章 耕地机械 耕地是大田农业生产中最基本也是最重要的工作环节之一。其目的就是在传统的农业耕作栽培制度中通过深耕和翻扣土壤，把作物残茬、病虫害以及遭到破坏的表土层深翻，而使得到长时间恢复的低层土壤翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境。就目前所使用的耕地机械，由于其作业的工作原理不同类型主要分为三大类：铧式犁、圆盘犁和凿形犁。其中，铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，并根据农业生产的不同要求、自然条件变化、动力配备情况等，铧式犁在形式上又派生出一些具有现代特征的新型犁：双向犁、栅条犁、调幅犁、滚子犁、高速犁等。圆盘犁和凿形犁在欧洲国家应用较多，在中国虽有应用，但量较少，本章重点介绍铧式犁的基本结构、工作原理、设计方法和理论分析等。本章除课堂教学外，尚有二个实验实习类型和结构；悬挂犁的调整。一个课程设计犁体曲面测绘。第一节 铧式犁的基本构造和类型 一、组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支承行走装置、牵引悬挂装置等。其中，主犁体为铧式犁的核心工作部件，本章所涉及到的内容主要是针对他的。二、类型：牵引式运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。悬挂式运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。半悬挂式运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后部由机具来承担。此处可用机构简图形式简要介绍他们各自的工作特点。三、表达方式：1、部颁农机序列标准：1耕整机械 2种植施肥机械 3田间管理和植保机械 44收获机械 5种子加工机械 6农副产品加工机械 7装卸运输机械 8排灌机械 9畜牧机械 举例说明：L320 机具类别名称 分类号 组别号 耕整机械 1 L-犁,B-耙，G-悬耕机，K-开沟机，Z-筑埂机，P-平地机 种植施肥机械 2 B-播种机，Z-栽植机，F-施肥机 田间管理和植保机械 3 Z-中耕机，W-喷雾机，F-喷粉机，M-弥雾机，Y-喷烟机 收获机械 4 G-收割机，S-割晒机，L-谷物联合收获机，Y-玉米收获机，M-棉花收获机，H-花生收获机 目前，国内耕作机械中铧式犁一般单犁体耕宽 b=20-30cm，a=18-25cm，最大耕宽为 40cm，最大耕深为 50cm。四、主犁体的结构及用途 犁铧切开土垡、引导土垡上升至犁壁 犁壁破碎和翻扣土垡 犁侧板平衡侧向力 犁柱联结犁架与犁体曲面 5犁托联结犁体曲面与犁柱 犁踵耐磨件，防止犁侧板尾部磨损，可更换。第二节 犁体曲面的工作原理 一、曲面类型 前面我们已经介绍过，犁铧与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，曲面可分为：翻土型、碎土型和通用型（教材称：螺旋型、熟地型、半螺旋型）。翻土型犁铧起土角较小，犁胸部平缓，易于引导土垡上升，但翼部扭曲较为明显，目的在于将上升至曲面顶部的土垡实现翻扣。这种形式的曲面，土垡的运动轨迹为一条螺旋线，故又称螺旋犁。他主要用于开荒、深翻、消灭杂草和病虫害。碎土型犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压下挤，从而使土垡破碎。一般用于土壤状况较好、杂草较少且以松土为主的耕地作业，故又称熟地型犁。通用型形状和性能基本界于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多。二、犁体曲面的工作原理 犁体曲面由铧刃线、胫刃线、接缝线、顶边线和翼边线组成。铧刃线在水平面开出沟底，胫刃线在沿前进方向上铅垂面内开出沟墙，形成一耕宽为 b，耕深为 a 的矩形断面土垡条。很显然，犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土。图为理想土垡的翻转过程：因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研究的方便，我们作了如下假设：1、土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；2、始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无滑动，我们称为理想土垡的翻转。实现土垡的稳定铺放既彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲面工作和设计时的关键所在。是否回垡主要取决于曲面的形状，或者说是曲面的设计参数。我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为 a，宽度为 b2，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。6 当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象。很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响。通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状。我们以临界状态为研究对象，确定土垡翻转过程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。ABCADE 故有对应边成比例，并设 b/a=k，则导出：AB/AC=AE/DE，AC=b，AE=b，ED=a，k4-k2-1=0，k1、27，我们称 b/a=k 为理想土垡的宽深比。实际上土壤是不均质的，土垡在翻转过程中是要变形的，有的变形很严重，含水率高的粘重土壤变形较小，k1、27，对沙质土，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，k1、27，一般 k=1。第三节 犁体曲面的形成原理及设计方法 一、曲面的形成原理 7 犁体曲面的形状对加工土壤的质量有至关重要的影响，目前曲面的形状是经过长时间积累、不断修改、不断完善的，是一个空间任意曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近似的方法，用做图原理来形成犁体曲面，可近似的认为：犁体曲面的形成原理是由动线在空间按照一定的规律运动而成。目前在设计犁体曲面时所用的方法有三种：水平直元线法、倾斜直元线法、翻土曲线法。其中，水平直元线法技术最为成熟，应用最广。水平直元线法的设计特点是：动线为水平直元线，始终平行于水平面，在向上运动的过程中始终与铅垂面 N 内导曲线相靠贴，且与沟底的水平夹角是随着元线的高度变化的，其元线角的变化规律为=f（z），即在水平直元线形成曲面的过程中，有三个因素控制了动线在空间的姿态，从而决定了曲面的形状始终平行于水平面的水平直元线，导曲线、元线角的变化规律=f（z）。，这三个因素我们通常称之为水平直元线形成犁体曲面的三大要素。需要特别指出的是，导曲线所在的位置对犁体曲面的性能有较大的影响，当导曲线在铧尾处时，所形成的犁体曲面为翻土型的，在距铧尖 2/3 处时为碎土型，界于二者之间的为通用型。我们将在犁体曲面测绘课程设计时联合讲解具体的设计方法和测绘方法。第四节 犁体外载及犁耕牵引阻力 一、外载特性受力特征 由于犁体曲面是一个既不规则又不对称的空间任意曲面，犁耕过程中，土壤对曲面的作用力成为一空间任意力系，在一般情况下，他们不可能简化成为一个合力。这样一个外载测量是十分困难的，只能用近似的方法来解决，目前，国内最常用的方法是六分力法，其原理是：利用物体在空间受外力作用时，他将有六个自由度的结论，如果将这六个自由度全部给以约束，则该物体将处于静止状态，这说明六个约束力与可使物体产生运动的外力是等价的，若能测得这六个约束力，我们就可获得物体所受到的外力。例如：一个空间物体受到重力作用时他将下落，这个外力的大小我们不得而之，但如果给该物体一个约束力使该物体处于相对静止状态，测量这个约束力的大小，我们就可获得外力的大小，如图所示：P 为约束力。采取同样的方法，将犁体和犁架置于测量空间，由于土壤空间力系的作用，机组可能产生上下前后左右的运动，如果在可能运动的方向上施加等价约束，那么机架将处于相对静止的状态，测量这些约束力，即可获得犁体所受到的外力。8 将所测得三个分量向某个点简化即可得我们所需要的外力值。简化的方法有三种形式：1、六分力法：将 X、Y、Z 三个方向的力向铧尖简化，可得主矢量的 3 个分量 Rx、Ry、Rz和主矩的 3 个分量 Mx、My、Mz。2、坐标平面法：将测得的外力分别向三个坐标平面投影（简化）得 3 个平面力系：Rxy、Rxz、Ryz。3、力螺旋法：将测得的所有外力向铧尖简化，将 3 个分力和 3 个分力矩合成一个主矢力 R和一个主力矩 M。，Rx可作为决定牵引力大小的重要依据。二、犁耕牵引阻力 研究力的特性及大小的目的有 2 个，一是给机组设计提供依据，二是为使用提供依据。例如 Rx就可作为犁耕牵引阻力。犁耕牵引阻力犁耕牵引阻力耕作时，作用在犁上的总阻力的纵向水平分力，该力与拖拉机前进方向相反，可由拖拉机的牵引力来平衡。其经验表达式如下：（高略契金有理公式）Rx=fG+koab+abv2 （kg）式中：f综合摩擦系数，0、30、5 9G犁体重量（公斤）FG摩擦项 Koab静态阻力项 Ko静态阻力系数，一般为 0、20、7 a单犁体耕深（cm）b单犁体耕宽（cm）abv2动态阻力项 动态阻力系数，250400 v机组速度（m/s）该公式经常用作理论分析，实用价值不大，一般犁耕土壤比阻法来表示犁耕牵引阻力的大小。犁耕土壤比阻犁耕土壤比阻单位耕作横断面上的纵向水平分力。K=Rx/abn（kg/cm2，或 N/cm2）。四、影响牵引阻力的因素和减少阻力的措施 1、影响牵引阻力的因素：犁体曲面形状、表面光滑程度、铧刃锋锐程度、耕深、耕宽、前进速度、土壤状况等。2、减少阻力的措施：降低无效阻力：减轻犁的重量，增强曲面光滑程度，提高铧刃的锋锐程度（自磨刃）等。设计合理的犁体曲面：犁翼后撇，可减少土垡运动的侧向速度 vy，避免侧向过分抛扔土垡，减少抛扔的能量消耗，vy1m/s；10 普通犁 高速犁 改变犁体曲面的结构形式：栅条犁、滚子犁、气（水）隔犁、电极犁、自激振荡犁等；正确的挂结和调整。五、犁耕机组的配套计算 配套计算是指动力与机具之间的合理利用，为设计犁耕机组和正确地使用机组提供理论依据。依据可能与需要等价的基本原则，我们来确定犁耕机组的配套计算公式。设：a、b单犁体的耕深和耕宽（cm）n犁铧个数 牵引力利用系数，0、8-0、9 Pt拖拉机额定牵引力（kg）K土壤犁耕比阻（kg/cm2），0、3-0、4 可能产生的牵引阻力 Rx=kabn（kg）为平衡牵引阻力所必须的拖拉机牵引能力 Pt（kg）则有：Pt=kabn，n=Pt/kab 参考资料 泰山12/15/18 Pt=300/350/400（kg）泰山25/30 Pt=600/900（kg）11上海50 Pt=1176（kg）铁牛55 Pt=1372（kg）东方红80 Pt=4000（kg）举例：=0、8，a=20cm，b=30cm，k=0、4，动力为泰山30，确定机组犁铧数量 n 解：n=Pt/kab=0、8*900/0、4*20*30=3，注意：一定要取整，如 n=3、4；n=3、8；n=3！第五节 悬挂犁悬挂参数的选择 一、耕深调节与耕宽调节 1、耕深调节是根据农业技术的作业要求的不同及土壤状况的变化而进行的犁的入土深度的调节，调节的方法可依据土壤的实际状况和拖拉机液压悬挂系统的形式不同有三种：位调节液压悬挂装置与农机具为相对刚性连接，犁的升降完全由液压系统来控制。力调节液压悬挂装置与农机具为相对刚性连接，犁的升降完全由液压系统来控制。但力传感器可根据土壤的坚硬程度自动调节耕深，但需限深轮配合使用。高度调节液压悬挂装置与农机具为铰连接，液压系统处于浮动状态（液压油缸的进出油阀全部打开），通过改变限深轮相对机架的高度来调节耕深。2、耕宽调节不是调节机组的工作幅宽，而是为防止漏耕和重耕进行的悬挂犁挂接调节。二、悬挂参数的选择 1、纵垂面内悬挂参数的确定 拖拉机与悬挂犁之间多为三点式后悬挂，即由农机具的 2 个下悬挂轴，1 个上悬挂销分别与拖拉机的 2 个下拉杆和 1 个上拉杆进行铰连接，在连接的过程中，三个挂接点在空间的位置和安装尺寸的确定非常关键，此处我们称之为悬挂参数，设计不当、使用不当就会出现严重的错误。不能正常工作甚至根本就不能工作，如：不能入土、入土后耕深不稳、耕宽不稳等。纵垂面内悬挂参数的合理选择是决定铧式犁能否正常入土和耕深稳定的关键。纵垂面内的悬挂参数主要是指上悬挂点与 2 个下悬挂点连线的垂直距离的大小。我们观察一下悬挂犁正常入土的情况：A预定耕深，初始入土角，0最终工作隙角，S入土行程，入土行程指机组的最后一个犁体从铧尖触地始至达到规定耕深时止所经过的水平距离。12 注意：教材 P35 的错误），一般说来，入土行程越小，入土性能越好，而入土行程的大小主要取决于两个基本条件：入土隙角和入土压力。入土压力我们可以增减犁的重量来控制，入土隙角则靠悬挂参数来决定，正常的入土角前倾，设为正值，=5-80，入土后，01-0，入土角的正负与悬挂参数的大小有关。三点悬挂机组的悬挂参数有 3 种状态：瞬心在前方 瞬心在后方 瞬心在无穷远处 哪一种符合悬挂犁正常入土的条件？各有什么特点？我们通过对 3 种情况分别进行做机构运动简图的方式来确定悬挂参数的大小。A、瞬心在无穷远处：入土角没有变化 13B、瞬心在后方：入土角为负值。分析时可先将机组置于规定耕深状态，然后做机组入土时的机构运动简图 C、瞬心在前方：入土角为正值，犁体能正常工作。2、水平面内悬挂参数的确定 水平面内的悬挂参数是指拖拉机 2 个下拉杆与农机具 2 个下悬挂点连接时，2 个悬挂点在水平面内的投影。四边形机构的瞬心位置对犁耕机组的工作质量也有较大的影响。一般说来，水平面内悬挂参数的选择结果不同可使机构运动瞬心2有 3 个位置：在机构的前方、后方、无穷远处，对工作质量的影响结果分别如下：A、瞬心在前方 14 设某一时刻，土壤阻力 Rxy和犁侧板沟壁反力 F 正好使悬挂机构在水平面内处于平衡状态，则有：M2=0，Rxy与 F 的合力 Rx通过瞬心2才能使机构平衡稳定。则有：Rxy.mF.n=0 当某一时刻土壤质地发生了变化，引起了 Rxy有增量（+Rxy或 Rxy）时，如+Rxy，则将使机构绕瞬心2做顺时针运动，通过机构简图做图法知，犁侧板尾部将压向沟墙，从而也使 F 产生新的增量+F，因此有：（Rxy+Rxy）.m（F+F）.n=0；同样，当 Rxy有一负增量Rxy时，在 F 的作用下，机构将绕瞬心做反时针运动，F 将产生一减量（F），M2=0。B、瞬心在后方 15 当某一时刻，Rxy有一增量+Rxy，其结果将迫使机构绕瞬心做反时针运动，通过机构运动图不难看出，犁侧板将离开沟墙，F 将有一负增量F，M20，而且将造成机构绕瞬心做进一步的反时针旋转，形成恶性循环，犁将处于斜行状态，机构的扭曲变形将随时发生，无法正常工作。C、瞬心在无穷远处 此时，机构为一平行四边形机构，外力稍有变化即可造成机构的左右摆动，是一种极不稳定的机构。当某一时刻 Rxy有一正增量时，F 也将有一增量，但由于机构做平行四边形运动，犁侧板的土壤反力增量不大，与 Rxy的增量不相适应，M20。16第二章 整地机械第二章 整地机械 耕地后土垡间有很大的空间，土块较大、地表不平，尚不能进行播种作业，须进行松碎平整作业，以达到地表平整、上松下实的农作物栽培要求。这项工作一般由整地机械来完成。整地机械的种类很多，根据不同作业的需要有以下几种类型：钉齿耙、圆盘耙、悬耕机、滚轧耙、镇压器等。其中，钉齿耙目前多用于蓄力作业，圆盘耙和悬耕机机械化应用较多。本章的重点是圆盘耙和悬耕机的类型、结构、工作原理、理论分析和基本计算。第一节 圆盘耙及其理论计算 圆盘耙始用于 40 年代，是替代钉齿耙的主要机具之一，目前国内外已广泛采用，他的主要特点是：被动旋转，断草能力较强，具有一定的切土、碎土和翻土功能，功率消耗少，作业效率高，既可在已耕地作业又可在未耕地作业，工作适应性较强。一、圆盘耙的类型和表达方式 1、按与动力的连接方式分：牵引式、悬挂式和半悬挂式。2、按耙片的直径分：重型耙（660mm）、中型耙（560mm）、轻型耙（460mm）。3、按耙片的外缘形状分：全缘耙、缺口耙 4、按耙组的配置方式分：单列耙、双列耙、组合耙、偏置耙、对置耙等。一般表达：1B 字母数字，字母代表耙的特性，如：QX轻型悬挂耙，JX中型悬挂耙，J中型耙，Z重型耙。数字代表耙的工作幅宽（米），如：1.5 2.0 3.0。二、一般结构和工作过程 1、结构组成：耙组、耙架、牵引架、偏角调节装置等 2、工作过程 耙片在空间的位置对土壤作用的影响：以地面为作业面，圆盘回转平面与地面垂直为基本工作条件，则有下列几种作用效果：=00 =900 0900 17=00时，只有滚动没有拖动，能切断杂草和土块，但无翻土能力，且难以达到预定的耙深。=900时，耙片只有拖动没有滚动，有强烈的翻土能力，但断草能力几乎为零，且很容易造成土壤堆积和堵塞现象。0900时，既有滚动又有拖动，是整地过程所需要的工作状态。工作过程：耙地机组在牵引动力的作用下，圆盘耙片受重力和土壤反力的作用边滚动边切入土壤并达到预定耙深，由于耙片偏角的作用，耙组同时完成了切割土壤，切断杂草和翻扣的工作。三、圆盘耙片的结构参数和基本计算 1、耙片直径：D=kamax，k经验系数，4-6；amax最大设计耙深 cm。2、耙片厚度：选择时要充分考虑直径的大小、工作负荷等因素，一般用下式来确定圆盘厚度的大小。=（0.0080.012）D，重耙：=5mm，中耙：=4mm，轻耙：=3.5mm。3、圆盘球面半径：R=D/2sin，扇形半角，21270 4、耙片轴向安装间距确定（b）：耙片间距圆对盘耙设计安装和使用耙组、保证其正常工作是非常重要的。轴向间距的大小直接影响耙组在耕作横断面内的对土壤加工和处理的程度、碎土质量。间距太小易造成土壤堵塞，太大易产生漏耙，要解决好这一矛盾，耙片轴向安装间距的合理选择是至关重要的。在横断面内的耙片对土壤的影响区域形状如下：18 圆盘耙片在工作时，从其横断面看上去为一椭圆形，由于 b 的存在，相邻两圆盘加工后的土壤横断面中间有一凸起高度 c，当 c=a 时表示有严重的漏耙现象发生，而 c=0 又是不可能的，所以，要求 ca/2。因此，b 的确定对凸起高度 c 的大小有直接的影响，必须找出 b 与 c 的函数关系，以便保证既不漏耙又不堵塞正确合理的耙片轴向安装间距。由图所知：b=Dctg，Dc为耙片盘面在凸起高度处的耙片玄长，其大小可通过沿耙片轴向的投影辅助图获得：Dc=？ABCACF，故有：c（D-c）=Dc2/4，19 该公式定性分析式，只是说明了 b 与 c 函数关系，并没有进行量化处理，我们做如下处理：设 cmaxa/2，D=kamax=（46）amax，取平均值 k=5，=140230，取=200，a=180mm，D=460mm，c=a/2=180/2=90mm，则 b=132mm。该值从理论上满足了圆盘耙不产生漏耙的要求，按照这样一个参数进行耙片安装在实践中如何呢？通过田间试验表明，由不产生漏耙所确定的 b 值过小，极易发生堵塞现象。在同样结构参数条件下，不产生泥土和杂草堵塞的经验 b 值为：b（1.52）a，将上述已知量代入该经验公式得：b=2180=360mm，这就给 b 的确定带来了困难，所产生的矛盾是：不产生漏耙的条件与不产生堵塞的条件不能同时满足，即：不产生漏耙的条件：不产生堵塞的条件：b（1.52）a。如何解决好这一矛盾？不可能用取中间值的办法。常用的方法是：首先以不产生堵塞的条件b（1.52）a 确定圆盘耙片的轴向安装间距，保证耙组能入土工作，然后采取配置相互交错排列的前后 2 列耙组，前耙组产生的漏耙由后列耙组进行处理，保证整台机组既不漏耙又不堵塞。所以，通常在生产实际过程中所应用的圆盘耙均为双列耙。四、圆盘耙的牵引阻力 Rx=kb a B （N）式中：kb耙地比阻，（N/cm2）未耕地（灭茬耙）：粘土：5.5 壤土：3.5 已耕地：粘土：2.8 壤土：2.1 a耙深 （cm）B总工作幅宽 （cm）注意：请自学圆盘耙的受力与机组平衡 P5558。20第二节 旋耕机及其理论分析 旋耕机应用的历史较短，在我国应用量逐年增加，尤其是北方干旱地区。旋耕机 他是一种工作部件主动旋转，以铣切原理加工土壤的耕耘机械。碎土能力强、整平效果好，一次作业能达到黎耙几次作业的效果。一、基本构成：机架、传动装置、刀辊、挡土罩、平地拖板等。二、主要类型：1、按与动力连接方式分：牵引式、悬挂式、直连式。2、按刀轴安置方向分：横轴式、立轴式、斜轴式。3、按动力传递路线分：侧边传动、中间传动。三、作业特点：碎土能力强、平整度高、对土壤的适应性好、纵向尺寸短、耕深小、功耗大、幅宽小、效率低。四、工作过程：旋耕机刀片在动力的驱动下一边旋转，一边随机组直线前进，在旋转中切入土壤，并将切下的土块向后抛掷，与挡土板撞击后进一步破碎并落向地表，然后被拖板拖平。五、旋耕机刀片的运动分析 旋耕机工作时，刀片一边绕轴正向旋转，一边随机组作直线运动，因此，刀片的绝对运动轨迹是一条由旋转运动与直线运动合成的数学摆线，但是，由于二者之间的数值组合不同，其合成后的摆线形状存在较大的差异，并且对旋耕机最终的工作结果产生不同的影响，我们研究并分析旋耕机刀片的运动轨迹的目的就在于确定适用于旋耕机正常工作的条件及其量化指标。1、刀片的绝对运动轨迹 （定性分析）设：R旋耕机刀片端点的最大回转半径 Vm机组前进速度 21 刀片回转角速度 t时间函数 则有：Vd刀片端点的切向速度，Vd=R，令速比为：=Vd/Vm。我们通过作图的方式确定刀片的绝对运动轨迹。作图步骤如下：首先取 0 点为刀片回转中心，以 R 为回转半径作一圆，以机组前进方向为 x轴，以耕深方向为 y 轴，以刀片与 x 轴重合（t=0）为起始位置，等速度（距离）移动 0点、并相应地等角度旋转半径 R，将这些半径的端点连接起来既为刀片的绝对运动轨迹。m点的运动方程为：x=Rcost+Vmt，y=Rsint。由于速比的不同，其运动轨迹形状也不同，有 3 种情况：1、1、1。我们考察一下这 3 种情况分别对旋耕机正常工作有那些影响，从而定性地决定旋耕机正常工作的基本条件。根据旋耕机工作的特点我们了解到，旋耕机刀片先是切土，然后向后抛土，这一基本动作就需要旋耕机刀片从入土开始到抛土结束并抬离地面，其绝对运动轨迹上的任意一点的绝对速度的水平分速 Vx指向后方，既 Vx0，3 种速比下的刀片绝对运动轨迹是否都能满足上述要求呢？我们做一下对比分析：Vx0 Vx0 Vx0 通过做图分析发现，只有1 余摆线时刀片才能满足向后抛土的条件，并且只是轨迹最大玄长以下部分才能满足，设计和应用时要特别注意，刀片的工作深度不能超过这个范围。影响最大玄长高度的因素主要是刀片的尺寸、机组的前进速度和刀片的回转速度，既值。在 22结构参数不变的情况下，值越大，轨迹最大玄长的值越大，其位置就越靠上，当=时，刀片端点的绝对运动轨迹为一数学圆，最大玄长在横轴处，耕深可达最大值，但这是不可能的，因为此时机组不在前进。而是原地扒窝。因此，1 是旋耕机正常工作的定性条件。2、机组速度 Vm与刀片旋转速度的配合（定量分析）上述分析只是定性的确定了刀片满足旋耕机正常工作的基本条件，1，实际上，的数值不同其形状差别很大，对工作质量和工作性能也有较大的影响，主要影响因素是机组速度Vm与刀片旋转速度的大小和配合程度，必须找出他们之间的函数关系，然后加以量化处理。设：m 点为刀片入土点，从开始入土到抛土结束并抬离地面均满足旋耕机正常工作的条件，则有：x=Rcost+Vmt y=Rsint=Rh 要满足向后抛土的条件，刀片绝对运动轨迹上任意一点的绝对速度的水平分速 Vx0，根据上述方程，我们不难得出：x/=Vx=Vm+Rsint0 sint=（Rh）/R，代入上式得：Vm R（Rh）/R0 Vm （Rh）这就是旋耕机正常工作的定量条件。该公式也可用下列公式表述：hR Vm/，hR（11/）。该公式反映了结构参数与运动参数对耕深的影响。如：R的变化对耕深的影响，我们很容易理解，但、Vm对 h 的影响就有些抽象了。实际上，前面我们已经做过解释：和 Vm决定了值的大小，决定了刀片运动轨迹的形状。越大，其形状的最大玄长值也就越大，位置也越靠上，能满足耕深的轨迹高度越大，当 时，Vm=0，（=R/Vm），能满足向后抛土的轨迹高度为半径 R。既 h=R，反之，耕深就小，当0 时，Vm，=0，绝对运动轨迹为一条直线，没有环扣，也就无法向后抛土。一般的取值范围：Vm=0.51.5 m/s，n=190280 r/min，或=410，23h=816 cm。由于国外多采用大功率拖拉机，刀片材料好，旋耕机的工作深度可达 2025cm，完全可以取代犁耙作业，减少拖拉机的进地次数，保护土壤不受更大的破坏。六、旋耕机作业质量控制刀片切土节距 由于旋耕机工作时是以铣切原理加工土壤的，这就使得刀轴上同一个回转平面内的刀片在相继入土和切削土壤的过程是间歇的。设：安装在刀轴上的同一个回转平面内的刀片数量为 Z，随着第一把刀在 A 点入土，刀片一面旋转，一面随机组直线前进，t 时刻后，安装在同一个回转平面内的第二把刀开始在 B 点入土，那么，AB=S，定义为旋耕机刀片的切土节距。x一把刀在纵垂面内所能切土的厚度。定义安装在同一回转平面内的刀片在转过相应安装角时间内机组所前进的距离。设：同一安装平面内相邻刀片的安装角；Z同一安装平面内均匀安装的刀片数；则有：Z=2，=t，同一安装平面内相邻二刀片相继入土的时间间隔为 t=/=2/Z；Vm机组前进速度，m/s 刀片回转角速度，r/s S=Vm t=Vm 2/Z=60Vm/Z n （m）；（=2n/60）；由上式可以看出，改变 Z、Vm 均可使 S 发生变化。一般来说，S 越小越好，若使 S 小，可通过增加 Z、n 或减少 Vm的方法获得，但是，Z 的过分增加易造成土壤杂草的堵塞，n 的增加也将造成功率的消耗，Vm的减少使生产效率下降，所以，在确定各个参数时要通盘考虑，一般情况下，通过适当的改变 n 和 Vm来达到不同整地要求的作业。目前，国产旋耕机的结构参数和运动参数均有一定的确定范围，以免在使用过程中出现不必要的失误。具体如下：Z=24 24 S=1012 cm 旱地作业 S=46 cm 粘重土壤和杂草地 S=89 cm 水田地 七、旋耕机的功率消耗 旋耕机的功率消耗主要包括刀片的土壤切削、土块抛掷、传动等，其中，切土和抛土所消耗的功率占总功率消耗的 80%以上，功率消耗表达式如下：设：kr旋耕土壤比阻，（kg/cm2），1.21.6，与耕深 有关，耕深大选大值。B工作幅宽，m h工作深度，cm Vm机组速度，m/s 则有：N=F Vm=kr B h Vm （统一单位）=100 kr B h Vm （kg m/s），=100 kr B h Vm 75（PS），1PS=75kg m/s；=100 kr B h Vm/102，（kw），1kw=102 kg m/s；kr B h Vm （kw）。工作幅宽与功率消耗的关系：；（m）N拖拉机发动机额定功率，（kw）。k修正系数，北方旱地：0.220.25 南方水田：0.260.29。第三章 播种机械 第三章 播种机械 第一节 概述 播种是农业生产过程中六大环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂，也是最为艰巨的工作。播种机械所面对的播种方式、作物种类、品种变化繁多，这就需要播种机 25械有较强的适应性和能满足不同种植要求的工作性能。一、播种方法 我国地域辽阔，作物生产的环境、条件、种植方式等多种多样，南北方有着明显的差异。北方表现为旱地作业，以向土壤中播入规定量的种子为主要种植手段，所用机具为播种机械，这样可充分利用土壤中的水分和温度使之出苗、生长，适时播种成为关键。而南方则表现为水田作业，种植方式主要是幼苗移栽，所用机械为栽植机械或插秧机械。但是，近几年来有些作物的种植方式发生了逆转，如玉米、棉花出现了工厂化育苗然后进行移栽，且已证明在干旱缺水地区大有取代播种机的趋势。而世代以栽植为主要种植手段的水稻、地瓜等作物，由于种植技术的革新现在出现了直播（水稻须进行种子催芽处理，地瓜须进行防腐处理），可大大简化生产过程，降低作业周期和生产成本。上述一些先进的种植手段由于技术、设备、条件、环境等因素的限制，目前尚处于小范围试用阶段，真正用于现阶段农业生产的种植方式仍然是经典的和传统的，总结起来大致有以下几种方式：一、播种方法 1、条播：将种子按要求的行距、播量和播深成条的播入土壤中，然后进行覆土镇压的方式。种子排出的形式为均匀的种子流，主要应用于谷物播种：小麦、谷子、高粱、油菜等。2、穴播：（点播）：按照要求的行距、穴距、穴粒数和播深，将种子定点投入种穴内的方式。主要应用于中耕作物播种：玉米、棉花、花 生等。与条播相比，节省种子、减少出苗后的间苗管理环节，充分利用水肥条件，提高种子的出苗率和作业效率。3、精密播种：按精确的粒数、间距、行距、播深将种子播入土壤的方式。是穴播的高级形式。4、撒播：将种子按要求的播量撒布于地表的方式。一般作物播种很少使用这种方法，多用于大面积种草、植树造林的飞机撒播。一、播种机械的类型和一般构造 1、类型：谷物条播机，中耕作物穴播机、精密播种机（该机在结构上与穴播机及其相似）。三种机型的辅助部件基本相同，只是其核心工作部件排种器有较大差异。2、构成：26 机架、传动装置、种肥箱、排种器、排肥器、行走装置、开沟器、覆土器、镇压器等。本章的重点讲述排种器的结构、类型、基本理论和开沟器等。第二节 排种器 对于任何一种播种机来说，核心就是排种器，他是决定播种机工作质量和工作性能优劣的重要因素，播种机能否满足农业技术的要求或满足程度如何，在很大程度上主要取决于排种器的工作状况。排种器的工艺实质是：通过排种器对种子的作用，将种子由群体化为个体、化为均匀的种子流或连续的单粒种子。对排种器的技术要求：1、播种量稳定；2、排种均匀；3、不损伤种子；4、通用性好且使用范围大；5、调整方便、工作可靠。目前，常规的排种器总共分为二大类：条播排种器：槽轮式、磨盘式、离心式、气力式；穴播排种器：型孔盘式、型孔轮式、气力式。在上述这些类型的排种器中，以外槽轮式排种器和水平圆盘式排种器最具有代表性，其他类型的排种器大多是在上述排种器的基础上的演进产物，我们授课的重点将放在外槽轮式排种器和水平圆盘式排种器上。27一、外槽轮式排种器 1、基本构成：外槽轮、排种盒、排种舌、阻种套、排种轴等。2、工作特点：通用性好；播量稳定；播量调节方便；结构简单；有脉动现象。3、工作原理：外槽轮转动时，种子逐次充满于凹槽内，随之转动，种子在排种轮槽齿的强制推动下经排种口排出（强制层）。同时处于槽轮外缘的厚度为 C 的一层种子利用种子之间的摩擦力和槽齿凸尖对种子的间断性冲击，以较低的速度被带出，该层种子被称为带动层。带动层以外的种子被称为静止层。所以，外槽轮排种器每转排量是强制层和带动层的迭加。设：d外槽轮直径，d=40.4 Z外槽轮齿数，Z=8，10，12 L外槽轮有效工作长度 C带动层厚度，小麦：0.30.4cm 种子容重，小麦：0.750.79 g/cm3 种子充满系数，0.60.8 f凹槽断面积 t槽齿间距 28强制层每转排量 q1=f L Z