第三章 土壤整地机械

立轴转齿式旋耕机
图3—174是一种立 轴转齿式旋耕机。 它的工作部件是由 两个钉齿构成“门” 字形的转子。多个 转子横向排列成一 排。两个相邻的转 子由两个齿轮直接 啮合驱动。因此， 每个转子与左、右 相邻转子的旋转方 向。
转子在安装时，相邻转 子的“门”形平面均互 相垂直，故可互不干扰， 并使相邻钉齿的活动范 围有较大的重叠量，以 防止漏耕。由于钉齿的 圆周速度比机器前进速 度要大得多(2倍以上)， 故每个钉齿在地面上经 过的路线都是长辐摆线， 因而钉齿有较好的碎土 效果。
前进方向垂直。根据刀齿和作业功能的不同 有：
◆ 弹齿式
◆曲刃弯刀式
◆直角弯刀式
◆钉齿式
◆星轮式
◆滚刀式
◆梳齿式
◆自驱动式
弹齿式旋耕机
许多个弹齿交错排列在—根横轴上。弹齿由直径 12mm左右的弹簧钢棍弯成卷簧状。尖端入土部分呈凿 形。这种凿式齿尖有很强的入土力并且可以排得较密， 适用于坚硬的土地。
曲刃弯刀式旋耕机
果园偏置耙
S1=S0
P=R
a
MA 0
S1a (T1 T2 )c S0 (a b)
c S0b
b
T1 T2
前后耙组之间的距离 b越大，偏距c就越大。
A c
2、
四、圆盘耕作机械的牵引阻力
思考题
1.圆盘耙工作偏角调整的应用价值？ 2.旋耕机运动参数速度比λ对耕作深度影
响的机理？
第二节 驱动式耕耘机械
普通圆盘犁的倾角β的作用是工作时凹面不致太陡以 利土垡上升。因为一定曲率和一定直径的垂直圆盘入土深 度较大时土壤上层所接触的圆盘凹面就较陡，土垡上升困 难，且大大增加阻力。减小曲率半径和增大盘面直径可使 圆盘凹面下部较平缓，但又会造成偏角不合理或盘面直径 太大等问题，因此，利用倾角来解决这些矛盾，是较好的 办法。现有圆盘犁的β角，一般约为15°一25°，圆盘耙 和垂直圆盘犁，由于耕深较浅，故可以没有倾角。既有偏 角又有倾角的圆盘，在工作时其凹面形状大体上和铧式犁 的曲面相近，故可获得与普通铧式犁相似的效果。
(二)圆盘耙 圆盘耙主要由耙组、偏角调节机构、耙架、 牵引架(或悬挂架)组成(图3—127、3—128)。
耙组的组成
耙组由若干个固装在一根方轴上的耙片构成一个整 体部件(图3—129)，耙片由间管按等距离隔开。耙组 通过轴承及其支座与梁架相连接，工作时，所有的 圆盘都随耙组整体转动。为清除耙片上粘附的泥土， 每个耙片的凹面一侧都有一个刮泥刀。
转柄旋耕刀
1．刀柄
2、刀片 3．横销 4．固定 导槽轴 5．旋转轴
图3—168b所示为 带有托土板的旋 耕刀盘。当刀齿 切下土块时，托 土板正好托住土 块的上端将其送 到后方翻转落下。
6．刀盘 7．托土板 8．刀片
带托土板的旋耕刀盘
图3—168c是 带有弹性拖板 的旋耕刀。当 刀片切入土中 时，弹性拖板 随切缝弯曲进 入缝中，将切 下的土块托带 到后方定高 度然后弹片伸 直使土块翻转 落下。
35cm，较深的能达到40～50cm，而且可使 整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢。
其形式主要有：
■桨叶式
■立轴爪式
■ 立轴笼式 ■立轴转齿式
桨叶式旋耕机(亦称旋桨式犁)
它的叶轮像一个竖立着的船用螺旋桨，工作时叶片旋 转将土壤铲起，并向一侧抛出，耕后像铧式犁一样留 有耕沟。因其向一侧抛土，故侧向力较大。工作幅宽 约等于叶轮的外缘直径，耕作的最大深度可略大于叶 轮高度。一般耕深20～30cm。
悬挂在拖 拉机后部， 由动力输出 轴经万向节 传递动力， 采用曲线弯 刀。
直角弯刀式旋耕机
刀片弯 成90° 角，装 在刀盘 上，由 动力输 出轴驱 动。
钉齿式旋耕机
钉齿为一直棍，用圆钢制成，沿辊轴直径方向 180°贯穿并予以固定。
星轮式旋耕机
刀辊由多个带钉齿的星轮组成。星轮盘面不与 刀辊轴线垂直，每个星轮的偏斜方向均不相同。
立轴爪式旋耕机
图3—172所示的这种立轴爪式旋耕机为英国人所 制，他们称为“Gyro—tiller"。两个转盘相对旋 转，刀齿位于转盘周边，轴向固定(略微前倾)， 一般耕深30—50cm。
立轴笼式旋耕机
图3—l73所示是日本常用的立轴刀笼式旋耕机。2—5 个倾斜的窄条形刀片构成一个圆形刀笼旋转切土。刀 笼高度30～35cm，一般耕深20～30cm。
(二)圆盘的结构形式及尺寸
(三)圆盘的角度参数 图3—133所示为垂直圆盘工作时的角度 关系。
圆盘在工作时，沿直线 m n的方向前进．圆面垂 直地面并与直线m n 成 一偏角α，Os为球面圆盘 的球心，断面ABCD系由 一通过圆盘中心并与地面 平行之平面所截成的断面。 延长断面上两切刃线AD 及BC，其交点为S。ASB 形成一个圆锥体，圆盘的 刃面可视为此圆锥体的一 部分。
隙角εa
当圆盘在工作时，若其入土深度为a，设沿地平面截 圆盘所成的断面为A a B a C a D a，在此断面上的隙角εa 对工作质量有直接的影响。隙角较大时，圆盘入土较易， 过小时入土性能较差。但在一般圆盘耙上由于圆盘的刃 口甚薄，入土不困难，故在松软的已耕地上工作时，εa 有时可以小于零。圆盘耙工作时偏角α。的调整，会引 起的改变，当偏角较小时，εa为负值，此时，刃面将承 受一部分土壤支反力，从而使刃口对土壤的作用力减小， 这时圆盘入土将较浅。在圆盘犁上，为了其入土性能较 好，隙角εa的数值，常大于零。
一、驱动式耕耘机械的类型
二、横轴式旋耕机械理论分析 三、刀齿类型及其结构参数 四、刀齿排列 五、横轴旋耕机的功率消耗
一、驱动式耕耘机械的类型
驱动式耕耘机械，形式很多，按其 工作部件的运动方式，基本上可分为:
★水平横轴式 ★立轴式 ★往复式 ★振动式 ★联合作业式等。
(一)水平横轴式旋耕机
这一类旋耕机的旋转轴辊与地面平行并与
由于不便于安置犁侧 板，故在后面设一个 能够切入土中以抵抗 侧向力的尾轮。圆盘 凹面内设置的刮泥板 为一曲面板，可以刮 去粘附在圆盘上的泥 土，并兼有翻垡作用 (图3—123)。
圆盘式双向犁(图3— 125、图3—126)是利 用斜梁在水平投影面 内的左右偏摆及联动 机构将圆盘偏角换向 来完成向左或向右交 替翻垡。由于圆盘全 周边均可作胫刃边使 用，且可随意变换转 动方向，因此，它具 有作为犁体兼用型双 向犁的优越条件。
Dc 2 c(D c)
将此式代入得：
b 2 c(D c)tg
b太小，工作时易发生堵塞，为了使沟底平整且不发生堵塞， 常将耙片排成现两列使前后交错，使耙片间隙可以放大。
三、圆盘耕作机械的受力分析
（一）作用于圆盘上的力 作用于圆盘上有三个力：
（1）牵引力P； （2）圆盘的重力W； （3）土壤阻力R；
二、圆盘耕作机械的工作参数与结构参数
(一)圆盘的偏角与倾角圆盘的偏角α。是圆盘盘面与前进 方向的夹角。倾角β是盘面与铅垂线的夹角(图3—131)。
工作原理
具有偏角的圆盘，作业时一面前进，一 面滚转，在机器重力和土壤阻力作用下， 圆盘以其前沿刃口切开土壤，圆盘凹面 则进行碎土、推土和翻土。由于刃口的 运动是移动加转动，故滑切作用较大， 破碎土块、切断草根和作物残茬的能力 较强。偏角α的大小对圆盘的切土、碎 土、翻土和耕深都有重要影响(图3— 131)。α较小时圆盘的碎土、翻土性能 较弱，当α＝0时，圆盘就象一个轮子 在地上滚转，不产生耕作效果；α较大 时，圆盘的翻土、碎土能力增强，耕深 亦较大，但牵引阻力亦随之增加。因此， 在设计和使用圆盘机具时，应根据土壤 状态和作业要求选定一合适的α。为了 适应不同的土壤和作业要求，通常设有 α角调节装置。
S Tθ
α
R x y 与x轴的夹角θ，
T
Rxy
cos(90
)
与牵引力Px
平衡
y
Rxy S Rxy sin(90 )
侧向力， 指向耙片的凹面，
使耙片侧向移动， 用耙组接地磨擦力平衡。
一般圆盘耙都是用两个耙组对称排列以抵消侧向力。
侧向力的方向永远指向圆盘凹面。
在图3—137中， Rx y沿前进方 向的分力T就 是实际需要的 牵引力。
刃角i 刃角的大小视圆盘的工作条件而定。刃角强 度较好，不易损坏，但切土性能差；刃角小 时，切土的性能较好，但刃口太溥容易磨损。
（四）圆盘的曲率半径
根据圆锥曲线A a O a B a (图3--134)得
在三角形ABB’中，b = Dc t gα 式中Dc为圆盘在凸起高度c处 的弦长，因Dc/2 是（D-c）和c 的比例中项，故
圆盘的偏角大小影响耕作深浅，原因 是偏角大时刃口下部对土壤的铅垂分 力增大，故圆盘入土较深。工作时， 仅仅为了增加深度而调整偏角，并不 是很好的办法，因为这将浪费牵引力。 在偏角合适但耕深不够时可采用加配 重的方法。现在生产的双列圆盘耙， 有的已采用转移机架重量的办法来改 变圆盘的入土压力以调节深度。这种 圆盘耙利用油缸控制轮子的升降，当 轮子悬空时，整个机器的重量都由耙 片承受，从而增大了耙片的入土力 (图3—130d)。
圆盘耙组的排列方式有：单列式、双列式、对称式、 偏置式、交错式等(图3—130)。
特点：
对称式排列的耙组位置左右对称，圆盘的方向相反(面对 面或背靠背)。作业时，在中缝处留有残沟或土埂，须用 弹性齿铲搂平。交错式排列，则可大为改善。
双列式排列时，后列耙组的耙片正处于前列耙组的
相邻两圆盘之间，彼此错开，这样可使同一耙组上的 间距增大一倍，以避免泥上堵塞，这也是一般圆盘粑 组都排成前后两列的原因。有些圆盘耙为了避免在地 面上留下一条沟痕，影响播种，常在两侧最外边加一 个直径较小的耙片，它具有填平耙沟和刮平土埂的作 用。
在y o z平面： W= R z P y= R y
R z 和R y 相对耙处中 心的力矩平衡。
在x o z平面内： W = R z 共线 P x=R x 产 生一顺时力矩，使耙组前方的压力增大， 耙深增加，后方的压力减少，耙深减小的趋势。