第二章土壤耕作机械

Plow leg
Moldboard 犁体曲面
犁 翼
犁 胸
铧刃Cutting edge
Landside
Share 胫刃Shin
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3.2.1 犁体
p 犁体各部位主要功能简介： ü 犁铧的作用：入土、切割土壤，升起土壤。 ü 犁胸的作用：破碎土壤。 ü 犁翼的作用：翻转土壤。 ü 铧刃的作用：水平切土。 ü 胫刃的作用：垂直切土。 ü 犁托的作用：安装犁铧、犁壁和犁侧板。 ü 犁侧板的作用：支持犁体；平衡侧向力；防止沟墙倒塌。 ü 滑草板的作用：避免犁柱缠草。 ü 犁柱的作用：连接犁体和犁架。
垡）状态。
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 窜垡方式工作时，土垡沿犁体 曲面上窜一定高度后悬空扣翻， 其过程分为：切土、窜垡、扣 垡三个阶段。
p 对于窜垡型犁，其翻转是悬空 扣翻，故宽深比k可不受太多 限制，一般为0.75~1.25。
p 当加装了犁刀或覆茬器时，土 垡重心改变，能提高翻土性能， 可加大耕深，故k可以小于1。
3.2.1 犁体
p （2）犁壁分为：整体式、组合式、对称式以及栅条式。犁 壁与土壤处于滑动摩擦状态，故犁壁表面要求光洁平滑， 坚硬耐磨，一般用65Mn、高碳钢或合金钢制成，或者用B 2低碳钢经热处理或渗碳处理制造。
ü 1、整体式犁壁Solid moldboard：用得最多，结构简单， 安装方便，表面光滑无接缝。
p 以犁铧为主要耕作部件的犁称为铧式犁。铧式犁是 最古老的耕地机具，最常用耕地机具。
3.1 铧式犁的种类及特点
p 牵引犁：与拖拉机单点挂接。在工作或运输时，犁的重 量全由犁轮支承。
3.1 铧式犁的种类及特点
p 悬挂犁：与拖拉机三点液压悬挂机械连接。运输时， 犁的重量全由拖拉机承担。
短片
悬挂铧式犁 升降工作过程
砂土0.2~0.5；壤土0.3~0.65；粘土0.35~0.8。
此数值与含水量有关，通常（在一定范围内）含 水量越高则’值越大。聚四氟乙烯等塑料的’ 值比钢材低得多。
2.5 土壤的凝聚力和附着力
p 当土壤与耕作部件表面的摩擦力和附着力大于土壤的凝聚力 和土粒之间的摩擦力时，耕作部件的工作表面就会粘土。工 作表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增加牵引阻力。
砂土 砂壤土 壤土 粘壤土 易碎性： 易
粘土 难
耕作阻力： 小
大
耕层土壤的物理学性质大多与粘粒、有机质含量、含水量等的大 小、多少以及外界环境的影响有关。实际土壤结构组成往往是 不规则的，随机性强，很难作出精确的物理学性质描述。
2.1 土壤强度
土壤强度：指某种土壤在特定条件下抵抗外力作用的能力， 也可定义为土壤承受变形或应变的能力。
数常达7~10次。 2、少耕法 Minimum tillage
减少耕作次数和强度的一类耕作体系。机具进地次数 减为4~6次。 3、免耕法 No-tillage (Zero tillage)
直接播种农作物的一类耕作体系。机具仅进地2~4次， 主要从事播种、喷药、收获等。 还有保水耕作、联合耕作、虚实并存耕作法 （影片）
ü 2、组合式犁壁：胫刃和前壁磨损较快，单独制作，可分别 更换。
ü 3、对称式犁壁：考虑到犁体换向需要，只用在双向犁上。 ü 4、栅条式犁壁Slat moldboard：利于脱土和减轻犁的工作
阻力。短片 犁壁的形式
3.2.1 犁体
p （3）犁侧板位于犁铧的后上方， 耕地时紧贴沟壁，承受并平衡耕 作时产生的侧向力和部分垂直压 力。在多铧犁上，前犁体犁侧板 短，后犁体的长。
p 犁刀安装在主犁体和小前犁的前方，垂直切出沟壁，减轻犁体切土阻 力，减少土壤对胫刃的压力和磨损，保持沟墙平整和沟底清洁，并能 切断残根和杂草，减轻堵塞，改善覆盖质量。
短片 圆犁刀的安装
3.2.4 犁架
p 犁的绝大多数零部件都直接或间接地装在犁架上，犁架应有 足够的强度来传递动力。常见犁架为空心矩形管焊接架，其 结构简单、强度好、重量轻、制造容易。
第二章 土壤耕作机械
【主要内容】
1、概述 2、耕层土壤的物理学性质 3、铧式犁的构造与原理 4、旋耕机的构造与原理 5、灭茬机和秸秆还田机的构造与原理 6、深松机具 7、整地机械
第二节 耕层土壤的物理学性质
耕层土壤的组成包括： 固相：矿物质和有机质； 液相：水，存在于小孔隙中； 气相：空气，存在于大孔隙中。 耕层土壤的分类：按土壤颗粒的大小及含量分：
第一节 概
述
土壤耕作机械分类：
Primary tillage equipment
Secondary tillage equipment
Combined tillage equipment
第一节 概 述
对耕作机械的农业技术要土性能； 3、耕深应均匀一致，沟底平整； 4、不重耕，不漏耕，地头、地边要整齐，垄沟少而小； 5、能满足畦作的要求。
ü 1、凿形犁铧的特点：铧刃为曲线，形状复杂，入土性能好， 耕深稳定，使用寿命长，但耕作阻力较梯形犁铧大。
ü 2、梯形犁铧的特点：结构简单，宽度相等，便于制造，入 土性能较差，铧尖易磨损，寿命短。
ü 3、三角形犁铧的特点：有两个对称刃口，入土性能好，承 受的侧向压力小，水平和垂直切土均由犁铧完成，故犁壁磨 损小。但沟壁倾斜，沟底不平整。
3.1 铧式犁的种类及特点
p 半悬挂犁：适于大马力拖拉机的宽幅多铧犁。其前端与拖拉 机液压悬挂机构连接，后端有尾轮和尾轮起落机构。运输时， 犁的重量由拖拉机和犁的尾轮共同承担。
3.2 铧式犁的主要部件
p 铧式犁的主要部件有犁体、小前犁、犁刀和犁架等。
p 犁体的功用是切土、破碎和翻转土壤。
Extension
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 垡片翻转后能否处于稳定状态 （即原土壤表面向下覆盖在前 一垡片的底面上，而其底面向 上），取决于垡片的宽深比k 值。对于翻垡型犁，在犁耕不 易松散的土壤时，要获得稳定 状态的条件是： k=b/a > 1.27
p 否则， ü k=b/a=1.27时为临界状态； ü k=b/a < 1.27 时为回垡（立
3.2.5 安全装置
p 安全装置是当犁碰到意外障碍时，为防止犁损坏而设置的超载保护装置。 常用于在多石地或开荒地上的犁以及高速作业机组。
p 安全装置有整体式和单体式两类。
3.2.5 安全装置
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 三面楔原理：
碎土角 推土角
翻土角
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 翻垡原理：土垡的翻转过程分为滚垡和窜垡两种。
c tani
τ：土壤的剪切强度 c：土壤的黏结力 σ：土壤的正应力 φi：土壤间的内摩擦角 上式表明土壤产生剪切破坏时， τ与σ成正变关系。
• 抗拉：抗剪：抗弯：抗压=1：1.98：7.9：17.5
2.4 土壤含水量
p 土壤中所能保持的最大含水量称为田间持水量。 p 土壤的绝对湿度：土壤中水分含量与干土质量之比。
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 犁体曲面按其形状和工作性能不同分为：翻垡型、窜垡型、
通用型和碎土型四种。
短片 犁体曲面
3.3 铧式犁的翻垡原理
p 1、翻垡型（犁体曲面特征代号：F） ü 性能特点：碎土性能较差，翻土性能好，对土垡挤压变形小，
3.2.1 犁体
p （1）犁铧主要起入土、切土作用。
Trapezoidal share
Chisel-point share
Triangular share
3.2.1 犁体
p 犁铧是犁体上承受载荷最大的部件，也是磨损最严重的消耗 件。因此，一般用65Mn或65号钢制作，刃口需热处理。它与 犁壁分开制作以便维修和更换。
Micklethwaite最早把土壤强度与机具联系起来，应用摩 尔库伦定律建立了车辆前进推力或附着力模型：
P Fc G tan
Pφ：土壤对车辆的最大推力或附着力 F：车轮的接地面积 c：土壤的黏结力 G：法相载荷（或法向压力） φ：土壤间的内摩擦角
2.2 土壤坚实度
p 土壤坚实度：也称贯入 阻力。当压缩非密实土 壤时，使其压痕的容积 为1cm3 时所需的力称为 单位压实力。当以一定 断面形状（圆形、锥形 等）的柱塞压入土壤， 其压陷深度与单位压实 力的乘积称为土壤坚实 度。
第二章 土壤耕作机械
主讲人：叶进
第二章 土壤耕作机械
第二章 土壤耕作机械
【主要内容】
1、概述 2、耕层土壤的物理学性质 3、铧式犁的构造与原理 4、旋耕机的构造与原理 5、灭茬机和秸秆还田机的构造与原理 6、深松机具 7、整地机械
第二章 土壤耕作机械
【主要内容】
1、概述 2、耕层土壤的物理学性质 3、铧式犁的构造与原理 4、旋耕机的构造与原理 5、灭茬机和秸秆还田机的构造与原理 6、深松机具 7、整地机械
W＝ q q' 100 % q'
p 土壤的相对湿度：土壤绝对湿度与田间持水量之比。
Wo

W Wn
100 %
2.5 土壤的凝聚力和附着力
p 土壤的凝聚力：指土粒之间的结合力，其大小与土壤质地、 含水量等因素有关。
p 土壤与耕作部件接触面之间的黏着力称为附着力，几乎完全 是因水膜的表面张力所造成的。附着力与土壤质地、含水量、 接触面的材料和粗糙度等因素有关。土壤沿着耕作部件表面 的滑移阻力可表示为：
滚垡过程
滚垡过程三个阶段：切土、抬垡、 翻垡。不同土壤的垡片翻转后， 其形状不同。除轻松砂质土壤的 垡片在翻转过程中容易松散，不 能保持原有的矩形断面外，其它 一般壤土的垡条断面变形不大， 大致保持矩形。矩形的宽度b为 犁的工作幅宽，高度a为犁的耕 深。滚垡的结果理想与否，与土 垡的宽深比k=b/a有关。
2.2 土壤坚实度
p Bekker首次建立了土壤承载能力与下陷深度的数学模型：