农业机械学之 旋耕机共22页文档

V
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3、当Vm < 时，即= / Vm =R/ Vm >1时，其运动 轨迹为一条长幅摆线（余摆线），刀齿才能正常工作。 此时余摆线最大横弦以下轨迹段上（为工作段）任意一 点的绝对速度的水平分速度方向均与机器前进方向相反 （向后），这样刀齿才能切下土块并将其抛向后方，撞 击到罩壳与拖板上而细碎。
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四、刀片的排列
• 刀片排列的要求： • 1、旋耕刀应按刀轴每转过一个相同的角度顺 序入土，以保证工作平稳，刀轴负荷均匀； • 2、左、右弯刀应尽量交错入土，以使刀轴所 受的侧向力较为平衡； • 3、各刀片的切土节距尽可能相等，以使土块 大小及刀片磨损比较均匀一致； • 4、相邻刀片的角度差及相继入土刀片的轴向 距离应尽量大，以防止夹土和堵塞。
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立轴式旋耕机
GreenLeaf
GreenLeaf
GreenLeaf
驱动式联合耕耘机
GreenLeaf
第一节
旋
耕
二、工作特点（与铧式犁比较）
• １、碎土能力强，耕后表土细碎，地面平整、松软，土 肥掺和好； • ２、能一次完成耕耙作业（相当于一犁二耙的效果）； • ３、能改善拖拉机的牵引性能，减少轮子下陷和打滑； • 4、因破碎和抛掷土块，故消耗功率大。但所需的牵引 功率较小； • 5、对土壤适应性强； • 6、能切碎残根、杂草和绿肥。但覆盖质量差； • 7、耕深较浅，一般旱耕12~16cm,水耕14~16cm。而铧 式梨一般水耕16~20cm，旱耕24~27cm，甚至高达40cm.
2、当Vm = 时，即= / Vm =R/ Vm=1时，其 运动轨迹为一条标准的摆线（滚摆线）。同样在 这条滚摆线上任意一点的绝对速度的水平分速度 的方向均与机器前进方向相同，且在最低点为0。 故刀齿也不能拨土向后抛，只能象自由轮的轮爪 一样刺入土中。 Vm

旋耕机的构造及原理
旋耕机刀片的排列安装
• 分为三种排列和安装方式： • 1，向外装。除刀轴两端两把刀向里弯外，其余刀片均
外， 耕后中间出现沟，适用于拆畦耕作； • 2，向内装。所有刀片都向中间弯，耕后中间成垄，相
两行程间出现沟，适用于作畦耕作； • 3，混合安装。左、右弯刀在刀轴上交错对称安装，但
• 2．在作业中，应尽量低速慢行，这样既可保证作业质量，使土 块细碎，又可减轻机件的磨损。要注意倾听旋耕机是否有杂音 金属敲击音，并观察碎土、耕深情况。如有异常应立即停机进 检查，排除后方可继续作业。
• 3．在地头转弯时，禁止作业，应将旋耕机升起，使刀片离开地
面，并减小拖拉机油门，以免损坏刀片。提升旋耕机时，万向
重型横轴式旋耕机的耕深可达2025厘米多用于开垦灌木地沼泽地和草荒地旋耕机的构造及原理横轴式旋耕机旋耕机的构造及原理立轴式旋耕机旋耕机的构造及原理横轴式旋耕机有较强的碎土能力多用于开垦灌木地沼泽地和草荒地的耕作
旋耕机的构造及原理
——
旋耕机的构造及原理
简介：旋耕机是什么？
• 以旋转刀齿为工作部件的驱动型土壤耕作机械，又称旋转耕耘 按其旋耕刀轴的配置方式分为横轴式和立轴式两类。以刀轴水 横置的横轴式旋耕机应用较多。分类有较强的碎土能力，一次 业即能使土壤细碎，土肥掺和均匀，地面平整，达到旱地播种 水田栽插的要求，有利于争取农时，提高工效，并能充分利用 拉机的功率。但对残茬、杂草的覆盖能力较差,耕深较浅（旱耕 12～16厘米；水耕14～18厘米）,能量消耗较大。主要用于水稻 田和蔬菜地，也用于果园中耕。重型横轴式旋耕机的耕深可达 20～25厘米，多用于开垦灌木地、沼泽地和草荒地·
旋耕机的构造及原理
横轴式旋耕机
旋耕机的构造及原理

农业机械学
旋耕机
朱惠斌
FMAE/KUST
主讲耘机械（旋耕机） 旋耕机）
简介
农业机械学 ——第二部分之旋耕机
这类耕耘机械， 这类耕耘机械，由拖拉机的动力输出轴通过传动系统将 动力以扭矩的形式直接作用于工作部件， 动力以扭矩的形式直接作用于工作部件，使之做旋转运动或 往复运动， 往复运动，以提高切土能力和土壤的松碎程度。 以提高切土能力和土壤的松碎程度。
FMAE/KUST 16
根据旋耕机工作的特点我们了解到， 根据旋耕机工作的特点我们了解到，旋耕机刀片先 是切土， 是切土，然后向后抛土， 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， 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， 指向后方，既Vx ＜0，3种速比下的刀片绝对运动轨迹是否都能满足上述 要求呢？ 要求呢？我们做一下对比分析： 我们做一下对比分析：
h＜R —Vm/ω，或 h＜R（1— 1/λ）
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农业机械学 ——第二部分之旋耕机
Vm ＜ （R—h）ω h＜R —Vm/ω h＜R（1—1/λ） ——λ↑→h λ↑→h↑？ 上述公式主要反映了结构参数与运 动参数对耕深的影响。 动参数对耕深的影响。如：R的变化对耕 深的影响， 深的影响 ， 我们很容易理解， 我们很容易理解 ， 但 ω 、 Vm 对h的影响就有些抽象了。 的影响就有些抽象了。实际上， 实际上，前面 我们已经做过解释： 我们已经做过解释 ： ω 和 Vm 决定了λ 决定了 λ 值 的大小， 的大小，决定了刀片运动轨迹的形状。 决定了刀片运动轨迹的形状。
农业机械学 ——第二部分之旋耕机
R
Vm=0， λ=∞

N Nq Np Nt N f Nn
式中：Nq—切土功耗 Np—抛土功耗 Nt—旋耕机前进功耗 Nf—传动及摩擦功耗 Nn—克服土壤水平反力功耗
说明：旋耕机刀片正转时有推进机组前进的作 用， Nn为负值；反之取正值。
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，，其它可 忽略不计。功率消耗表达式如下：
m
x
Vmt
M
Hale Waihona Puke hyM点的运动方程： x R cost Vmt
y R sint
不同速比λ对旋耕机工作质量的影响
Vd
Vm
由于速比λ的不同，其运动轨迹形状也不 同，有三种情况：
＜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
扒窝。因此，λ＞1是旋耕机正常工作的定性条件。
在余摆线条件下，速比不同其刀片运动轨迹形状也不同
2.机组速度Vm与刀片旋转速度ω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—λ＞1。实际上，λ
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ω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。
Vm
ω ωt
o o/
m
x
Vmt
M
h
y
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：

第四节 旋耕机的 构造与原理
一种由动力驱动工作部件 以切碎土壤的耕作机械。兼有 耕翻和碎土功能，一次作业即 能达到土碎地平的效果，而犁 耕很难一次造成土壤松碎、地 表平整而满足播种或插秧的要 求，必须再经过整地才能进行 种植作业。因此，用旋耕机耕 地可大大缩短耕整地的时间， 有利于抢农时和提高功效。
旋耕机的类型
1、按旋耕刀轴的位置：分为横轴式(卧式)、立轴式(立式)、斜轴式。
2、按与拖拉机连接型式可分：牵引式、悬挂式。 3、按工作原理分：1) 铣削式----又分:卧式、立式
2) 挖掘式
旋耕机的类型
1、按旋耕刀轴的位置：分为横轴式(卧式)、立轴式(立式)、斜轴式。 2、按与拖拉机连接型式可分为牵引
上)。 5)刀片排列应尽量规则便于制造和使用，一般多采用螺旋线排列。
图为一种侧边传动刀片的排列及入土顺序展开图，根据展开固可以看出 刀片的排列是否合理，并可用它来作为重新排列的依据。
旋耕机刀排列
刀片运动轨迹分析
x R cos ωt vmt y R sin ωt
旋耕机----刀端点轨迹
第四节 旋耕机的构造
机架 传动系统 旋转刀轴 刀片 耕深调节装置 罩壳 等组成
第四节 旋耕机的 构造
传动系统 旋转刀轴 刀片
旋耕机的类型
1、按旋耕刀轴的位置：分为横 轴式(卧式)、立轴式(立式)、斜 轴式。 2、按与拖拉机连接型式可分为 牵引式、悬挂式。 悬挂式：又分:三点悬挂、直接连接
旋耕机的传动
旋耕机刀排列
使旋耕机在工作中不漏耕与堵塞，并使刀轴受力均匀满足下列要求： 1)刀轴上的刀片应按一定顺序入土，使阻扭炬较为均匀 2)采用非对称刀片时，左、右弯刀片应尽量交错入土以减少刀滚上的
轴向力。 3)在同一小区内工作的两把刀片切土量应相等以保证工作质量。 4)相邻刀片的角度差应尽量大些，以防夹土和堵塞(一股应在60°以

点设实坐标际原位点置O在为M刀1轴'，ω中故心不的起难始得位出置旋，耕X刀轴以片机端组点前M进1 方'的向运为动正方，Y轴以
程耕为深向：下方向为正。刀片O回转A角1 α速A度2 ω与拖M拉0 机驱动X轮回转方向相同。
V
m
M1
M '(X, Y) 1
ω
MX V m t R cos t
O A1αA2 M
均为余摆线。
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第六章 旋耕机
二、主要工作参数分析
㈠合理切土条件
为保证刃口切土，并向后抛土，则V必m须使刀片刃口有向后的
分速度，即： VmRsi nt0
因ωt由0增大至π/2ω时，Vx减小，所以只要在开始切土时满足
Vx
<0，就能使整个切土过程正常进行。
令
O
Vx 0
起部分的高度。
c
m
( R sin V )
m
( R sin V R ) um
R (V m sin ) u
yRRcos c
当数值不大时，s可 in认 为
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第六章 旋耕机
V的方向余弦为：
co sV x
V mR si n t
V R22V m 22R V msi n t
加速度为：
ax R 2 cost a y R 2 sin t
a
a
2 x

a
2 y
R 2
以上参数方程是从刀片端点建立的，实际上，旋耕机工作时是以
全部刃口铣切土壤的。为了保证合理铣切，要求刀片刃口的运动轨迹

整地作业包括耙地、平地和镇压。有的地区还包括起垄和作畦。
耕地后土垡间存在着很多大孔隙。土壤的松碎程度与地面的平 整度还不能满足播种和栽植的要求。所以必须进行整地，为作物的
发芽和生长创造良好的条件。在 干旱地区用镇压器压地是抗旱保 墒，保证作物丰产的重要农业技 术措施之一。有的地区应用钉齿 耙进行播前、播后和苗期耙地除 草。
耙架
耙组
3、圆盘耙的作用与构造
3、圆盘耙的作用与构造
〔1〕耙组：
耙组是圆盘耙的主要工作部件，由5～10片圆盘耙片穿在一根方 轴上，耙片之间用间管隔开，保持一定间距，最后用螺母拧紧、锁 住而成。如图2-47，耙组通过轴承及其支座与梁架相连接，工作时 所有耙片随耙组一起转动。每个耙片的凹面都一个刮土板，安装在 刮土器横梁上。
液压式用于系列重耙上，虽然结构复杂，但工作可靠，操作 容易。
3、圆盘耙的作用与构造
4．牵引或挂接装置
对于悬挂式圆盘耙，其悬挂架上有不同的孔位，以改变挂接 高度。
对于牵引式圆盘耙，其工作位置和运输位置的转换是通过起 落机构实现的。起落过程由液压油缸升降地轮来完成，耙架调平 机构与起落机构连动，在起落过程同时改变挂接点的位置，保持 耙架的水平。在工作状态，可以转动手柄，改变挂接点的位置， 使前后列耙组的耕深一致。
第三章 整地机械
Scarification machine
第二章 土壤耕作机械
Soil tillage machine
第一节 、引言〔introduction〕 第二节、圆盘耙(disc harrow) 第三节、旋耕机(Rotary Tiller /rotary cultivator )
第一节 、引言
1、圆盘耙简介
牵 引 圆 盘 耙

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（五）罩壳和拖板 罩壳固定在刀辊上方，用于挡住旋耕刀抛出的土 块，并使其在撞击过程中进一步破碎。同时到起 安全和防护作用。
（六）限深装置
限深装置用于控制旋耕机的耕耘深度。高度调节 时，可采用限深轮限深。
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④相继入土的刀齿的轴 向距离愈大愈好，以 免发生干扰和堵塞。 ⑤左刀和右刀应尽量交 替入土，以保证刀辊 的侧向稳定 ⑥相邻刀片的角度差应 尽量大些，以防夹土 和堵塞。
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五、旋耕机刀轴
• 刀轴
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（二）旋耕机刀
• a 弯刀
;b 凿型;c 直刀 凿型;c
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x = vmt + Rcosωt y = Rsinωt
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旋耕速比: 旋耕速比: 旋耕刀端点的回转切线速度与机组前进速度之比λ=ωR/v 旋耕刀端点的回转切线速度与机组前进速度之比λ=ωR/vm λ不同时，旋耕刀的运动轨迹和切削土垫的形状不同(λ>1). 不同时，旋耕刀的运动轨迹和切削土垫的形状不同(λ>1). （二）切土节距 在刀齿旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀齿的切土 间距，称为进距。亦即在两刀齿相继切土的时间间隔内，机 器前进的距离Sx 器前进的距离Sx 2π vm S x = vmts = zω 60 v m = zn 式中Vm一机组前进速度（m/s) 式中Vm一机组前进速度（m/s) z—同一横截面内安装刀齿数 n—刀辊转速（(r/min) 刀辊转速（(r/min)

组成：机架、传动装置、刀辊、挡土罩、平地拖板等。
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1.主梁 2.悬挂架 3.齿轮箱 4.侧边传动箱 5.平土拖板 6.挡土罩 7.支撑杆 8.刀轴 9.旋耕刀
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二. 旋耕机的工作原理
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。
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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 ω—刀片回转角速度 t —时间函数
令：Vd—刀片端点的切向速度；
Vd=Rω，令速比为：λ= Vd / Vm 。
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根据已知条件作图的方式确定刀片的绝对运动轨迹
Vm
ω
ωt
o o/
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Vm
ω ωt
o o/
m
x
Vmt
M
h
y
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 R cost Vmt y R sin t R h
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x R cost Vmt
y R sint R h
要满足向后抛土的条件，刀片绝对运动轨
Z 2 , =t
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∴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
S
Vmt
Vm
2 Z
60Vm Zn
,
m
由上式可以看出，改变Z、ω、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。

第二节 旋耕机及其理论计算
一. 旋耕机的基本构成
二. 旋耕机的工作原理 三. 旋耕机的作业特点
四. 旋耕机的主要类型
五. 旋耕机刀片的运动分析
六. 旋耕机作业质量控制
七. 旋耕机的刀片形状 八. 旋耕机的功率消耗
旋耕机应用的历史较短，用途不一，有些国家和地区作为耕地机 械使用，有的用作整地机械。在我国应用量逐年增加，尤其是北方干 旱地区。
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=2~4
S=10~12 cm 旱地作业
S=4~6 cm S=8~9 cm 粘重土壤和杂草地 水田地
七.旋耕机的刀片形状
旋耕刀是旋耕机的主要工作部件，刀片的形 状和参数对旋耕机的工作质量、功率消耗影响很 大。为适应不同土壤旋耕作业的需要，人们对旋 耕刀的形状和结构进行了大量的研究。目前，卧 式旋耕机上使用的旋耕刀主要有三大类：
在结构参数不变的情况下， λ 值越大，轨迹最大玄长 的值越大，其位置就越靠上，当λ=∞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，因为此时机组不能前进，而是原地 扒窝。因此，λ＞1是旋耕机正常工作的定性条件。
在余摆线条件下，速比不同其刀片运动轨迹形状也不同
N FVm kr BhVm
N 100kr BhVm kgm/s
100kr BhVm N 75 100kr BhVm N 102
马力
kW
N kr BhVm
kW
思考题
1.何谓旋耕机？工作原理？作业特点？ 2.旋耕机的主要组成？ 3.旋耕机正常工作的二个条件？ 4.为什么旋耕机刀片的运动参数能影响耕深的大小？ 5.旋耕机切土节距的定义？