01 第一章 耕地机械.ppt

第1页：第一章耕地机械

第一章耕地机械

第2页：耕地作业的目的与意义

引言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。

第3页：第一节主要农业技术要求和农机具

第一节主要农业技术要求和农机具

• 农业技术要求
• 少耕法
• 耕作机具

第4页：耕地与整地的农业技术要求

一、农业技术要求

• 耕地作业耕深、覆盖、碎土
• 整地作业旱地与水田整地作业的农业要求差别很大，应分别情况区别对待，基本的要求有：靶深、碎土等．

第5页：四种耕地方法

二、耕地方法

少耕

减少土壤耕作次数和强度

免耕

免除耕作

保水耕作

表层疏松和浅耕，防止水分蒸发

联合耕作法

一次完成深松、施肥、灭茬、播种等

第6页：少耕法及其发展

少耕法是一种改变以犁耕为中心的耕作方法，可大大减少或完全免去耕耘作业，把作物种子直接播在前作茎秆覆盖的土壤中。这种耕作法，主要是为了和干旱、风蚀及水蚀作斗争。

早在几百年前，我国东北地区应用扣耕作法，特别是原垄种法，即为适应春寒的一种少耕法。50年代在苏联推广的马尔采夫耕作法，是采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。60年代美国也发展了这一耕作法。

70年代我国黑龙江省亦进行了深松耕作法的试验和推广；80年代我国南方水稻地区正进行着少耕法的试验和推广工作，并相应的研制了少耕法机械化配套农业机械。

第7页：耕作机具的分类

三、耕作机具

• 播前耕作耕地作业：铧式犁、圆盘犁整地作业：圆盘耙、钉齿耙、水田耙、镇压器、驱动耙等耕耙联合作业：悬耕机、耙耕机
• 播后耕作中耕培土作业：中耕机（水田旱地两类）、培土器施肥、开沟、筑埂等作业：中耕培土施肥机、筑埂机、开沟机等
• 少耕法所用机具浅松或深松作业：深松（凿形）犁、通用耕作机（深松、浅松、除草）。播种、施肥、洒药等联合作业：联合种植机（深松、镇压、播种、施肥、洒药等）

第8页：耕地机械的三大类型

目前所使用的耕地机械，由于作业的工作原理不同主要分为三大类。

第9页：铧式犁

铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，铧式犁是通过犁体曲面对土壤的切削、碎土和翻扣实现耕地作业的。

第10页：圆盘犁

圆盘犁是以球面圆盘作为工作部件的耕作机械，它依靠其重量强制入土，入土性能比铧式犁差，土壤摩擦力小，切断杂草能力强，可适用于开荒、粘重土壤作业，但翻垡及覆盖能力较弱，价格较高。

第11页：凿形犁

凿形犁，又称深松犁。工作部件为一凿齿形深松铲，安装在机架后横梁上，凿形齿在土壤中利用挤压力破碎土壤，深松犁低层，没有翻垡能力。

第12页：铧式犁的派生新型犁

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。

第13页：圆盘犁与凿形犁的应用

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。

第14页：第二节耕层土壤的物理学特性

第二节耕层土壤的物理学特性

• 耕层土壤的物理特性
• 耕层土壤的动力特性

第15页：耕层土壤的物理特性

一、耕层土壤的物理特性土壤的主要物理力学性质有以下几方面：（一）容重（二）湿度（又称含水量）

第16页：耕层土壤的动力特性

二、耕层土壤的动力特性（一）土壤与金属间的摩擦系数（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）（三）土壤的凝聚力和附着力（四）土壤的抗剪强度（五）犁耕土壤比阻

第17页：土壤与金属间的摩擦系数

（一）土壤与金属间的摩擦系数为克服在耕作机械工作部件工作表面上产生的土壤与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引功率的一半。摩擦力F通常按下列公式计算：F＝f N

• f—摩擦系数
• N—正压力

第18页：土壤的坚实度

（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为1厘米3时所需的力称为单位压实力q0（公斤／厘米3）。

当以一定断面形状（圆形、锥形等）的柱塞压入土壤，其压陷深度为h0时，作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实度p0p0＝q0 h0（kg／cm2）

第19页：土壤的凝聚力和附着力

（三）土壤的凝聚力和附着力土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全是因水膜的表面张力所造成的。因此，附着力也与土壤质地、含水量、接触面的材料和光洁度等因素有关。

土壤沿着耕地机械工作表面的滑移阻力T=F+F′=μN+μ′N′A′式中μ—土壤对钢的摩擦系数N—作用在工作表面上的法向载荷μ′—附着系数N′—由水膜吸附作用而产生的法向载荷A′—吸附水膜的面积当摩擦力F和附着力F′大于土壤凝聚力和内摩擦力时(产生撕裂土壤作用)，农具的工作表面就会粘土。

工作部件表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增加牵引阻力。

第20页：土壤的抗剪强度

（四）土壤的抗剪强度耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从库伦定律：ι= c +σtgρ

• ι—剪应力（kN/cm2）c —单位粘结力（kN/cm2），是同类粒子间相互结合在一起的作用力
• σ—剪切面上的法向压应力（正应力）
• tgρ—土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内摩擦系数
• ρ—土壤的内摩擦角

第21页：犁耕土壤比阻

（五）犁耕土壤比阻为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤比阻Kt(kN／cm2或kPa)。但Kt值大小不仅和土壤的物理性质有关，而且很大程度取决于犁的结构（犁体曲面和小前犁曲面几何参数和形状，犁铧锐钝程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可采用空间测力或单犁体的线性测力，测得与前进方向相反的犁耕阻力分量Rx，在此测力犁上一般不装犁侧板，所以Rx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻

• a—测力犁的耕深
• b—测力犁的单铧幅宽

第22页：第三节铧式犁的构造和原理

第三节铧式犁的构造和原理

• 铧式犁的类型
• 铧式犁的基本构造
• 铧式犁的翻垡原理

第23页：牵引式铧式犁

一、铧式犁的类型（一）铧式犁的类型牵引式——运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。

第24页：悬挂式铧式犁

悬挂式——运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。

第25页：半悬挂犁

半悬挂犁——运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后半部分由机具承担。

第26页：铧式犁的工作特点

铧式犁的工作特点牵引式悬挂式半悬挂式

第27页：铧式犁的基本构造

（二）铧式犁的基本构造机架牵引悬挂装置行走限深装置主犁体组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支撑行走装置、牵引悬挂装置等。主犁体为铧式犁的核心工作部件。

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第31页：铧式犁的翻垡原理

（三）铧式犁的翻垡原理一矩形土垡的翻转过程二矩形土垡宽深比K的确定三菱形土垡的翻转过程四窜垡过程五三面楔的工作原理

第32页：矩形土垡的翻转过程

一矩形土垡的翻转过程理想土垡的翻转过程：a

第33页：理想土垡翻转的假设条件

• 土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面
• 始终有一个棱角与沟底相接触，即只有滚动而无滑动。——理想土垡的翻转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：

第34页：土垡翻转的目的与回垡

土垡翻转的目的是为了彻底的翻扣地表杂草和病虫害，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，或者说是取决于曲面的设计参数。ab

第35页：矩形土垡宽深比K的确定

二矩形土垡宽深比K的确定我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为a，宽度为b

• b
• b3，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。回垡临界稳定铺放b1ab2aab3

第36页：土垡稳定铺放的支撑点

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，以保证土垡的稳定铺放。

第37页：宽深比临界状态的几何推导

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。

∵△ABC∽△ADE故有对应边成比例，并设b/a=k，则导出：AB/AC=AE/DEAC=b，AE=b，ED=ak4-k2-1=0k≈1.27baABCDEb

第38页：理想土垡宽深比的实际取值

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，k≥1.27，对沙质土，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，k≤1.27，一般k=1。

第39页：菱形土垡的翻转过程

三菱形土垡的翻转过程菱形犁体的胫刃向未耕地凸出，沟墙呈圆弧状，耕翻的土垡断面近似为菱形（图2－44a）。这种犁的特点是可以缩短犁体之间的纵向距离，犁沟较宽，阻力较小。耕地时菱形土垡始终绕一个棱角翻转。

直至土垡顶边和前趟已翻土垡的底边相靠贴（图2－44c）。土垡翻转至直立位置以前，其重心即已偏离支承点（向已耕地偏离），有利于稳定铺放。

第40页：窜垡过程

四窜垡过程土垡在“窜垡型”犁体曲面上的运动过程与前述滚垡过程不同。如图2—45所示，当土垡被犁体的铧刃和胫刃切开后，不是绕某一棱角滚翻，而是沿着得体曲面向上窜升，同时略有扭转和侧移。

当土垡上窜到一定高度后，扭转和弯曲加大，并腾空翻转。土垡离开犁壁后，在重力和落地后的撞击作用下，土垡内的剪切裂纹发生断裂，并形成较短的垡块，称为断条。

第41页：三面楔的工作原理

五、三面楔的工作原理犁体曲面是由犁铧和犁壁所形成的曲面。犁体的切土、碎土和翻土作用都是由犁体曲面来完成的。可以把犁体曲面简化成由几个简单的两面楔（工作面和支承面）复合成的一个三面楔。

犁体的工作过程可以看成几个二面楔沿水平面运动时对土壤的合成作用。由于楔子在土壤中的安放位置不同，它对土壤的作用也不同。图2－46中的a、b和c分别表示两面楔的起土、侧向推土和翻土作用。

第42页：第四节旋耕机

第四节旋耕机

• 总言
• 旋耕机类型
• 横轴式旋耕机械的理论分析
• 刀齿类型及排列
• 横轴旋耕机的功率消耗
• 横轴式旋耕机组总体分析

第43页：旋耕机概述

一、总言旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具。其切土、碎土能力强，能切碎秸杆并使土肥混合均匀。一次作业能达到犁耙几次的效果，耕后地表平整、松软、能满足精耕细作的要求。

旋耕机作业时，拖拉机的动力以扭矩的形式直接作用于工作部件，不需要很大的牵引力，避免了拖拉机由于受附着力的限制，功率不能充分利用的问题。我国南方地区多用于秋耕稻茬田种麦，水稻插秧前的水耕水耙。

它对土壤湿度的适应范围较大，凡拖拉机能进入的水田都可进行耕作。我国北方地区大量用于打茬，起到秸杆还田、铲茬肥田的作用。另外，还适于盐碱地的浅层耕作，以抑制盐分上升，围垦荒地灭茬除草，牧场草地浅耕再生等作业。

第44页：旋耕机的类型

二、旋耕机类型旋耕机的类型很多，按其工作部件的运动方式可分为水平横轴式、立轴式等几种。（一）水平横轴式旋耕机（二）立轴式旋耕机

第45页：水平横轴式旋耕机

水平横轴式旋耕机工作时（图2－86），刀片一方面由拖拉机动力输出轴驱动作回转运动，一方面随机组前进作等速直线运动。刀片在切土过程中，首先将土垡切下，随即向后方抛出，土垡撞击到罩壳与拖板而细碎，然后再落回到地表上。

由于机组不断前进，刀片就连续不断地对未耕地进行松碎。（一）水平横轴式旋耕机

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第47页：曲刃弯刀式旋耕机

图（2－87）是曲刃弯刀式旋耕机，主要由机架、传动系统、旋转刀轴、刀片、耕深调节装置、罩壳等组成。刀轴和刀片是主要工作部件，由拖拉机动力输出轴来的动力经万向节传给中间齿箱，再经侧边传动箱驱动力轴回传。

第48页：

第49页：钉齿式与星轮式旋耕机

图2－88是钉齿式旋耕机。钉齿为一直圆钢制成，沿辊轴直径方向1800贯穿并予以固定。图2－89是星轮式旋耕机。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同。

第50页：滚笼式旋耕机

图2－90是滚笼式旋耕机。旋转滚筒由若干个笼形部件沿轴向排列组成。用于水稻插秧前平整田面。有较好的耥平和起浆效果。

第51页：梳齿式旋耕机

图2－91所示为梳齿式旋耕机。将多个齿棍纵向固定在扭曲的人字形长刀片上。碎土性能好，且沟底平坦。

第52页：有翻土功能的旋耕刀

下面是几种有翻土功能的旋耕刀。

第53页：转柄旋耕刀

所示的转柄旋耕刀能将切下的土成形垡片翻转约180，它的刀柄装在与刀轴一起旋转的套管上，套管的里面还有一个静止的心轴。心轴有导槽，锄柄上的横销嵌入导槽中。

当旋耕刀切下土块并将其带到一定高度时，刀柄上的横销就碰到导槽的斜凸部分，迫使刀柄偏转。于是刀面侧倾将土块翻转落下。

第54页：带托土板的旋耕刀盘

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。

第55页：带弹性拖板的旋耕刀

图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一定高度然后弹片伸直使土块翻转落下。

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第57页：锤片碎土灭茬机

图2－93所示是锤片碎土灭茬机的多种锤片。这种机具的整机结构与一般水平横轴式旋耕机相同，只是工作部件是锤片而不是刀齿。锤片用活动铰链与转轴联结。利用高速旋转时的惯性力来打碎禾茬、硬土块或草皮层。

第58页：双刀辊自驱动旋耕机

还有一种创新的水平横轴式旋耕机，它的刀齿不需要另外的动力驱动，而由旋耕刀辊自身驱动，如图2－94所示，这种旋耕机有两个刀辊，一前一后。工作时机组前进，前刀辊的刀齿入土后，土壤阻力迫使前刀辊转动并通过链条带动后刀辊旋转。

利用链传动的速比关系，后刀辊的转速比前刀辊快约三倍。后刀辊的刀齿将土壤弄松碎并向后抛送。前刀辊因要带动后刀辊工作，所需扭矩较大，致使入土的刀齿在土中产生向前的局部滑移。

这种滑移现象的实际效果是前刀辊的刀齿一方面向前耕松一些土壤，另一方面获得扭矩驱动后刀辊旋转。而前刀辊将土壤弄松成大土块，也使后刀辊的负荷减轻。

对于土质不同和耕作要求不同时，可以调整前后刀辊的相对入土深度，使彼此协调工作可以获得满意的结果。

第59页：

第60页：立轴式旋耕机

（二）立轴式旋耕机刀齿或刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出功能就是可以进行深耕，一般都能达到30－35cm，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。

第61页：桨叶式旋耕机

图2－95是安装在手扶拖拉机前面的桨叶式旋耕机（亦称旋桨式犁）。它的叶轮象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，耕后象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。

第62页：立轴爪式旋耕机

图所示的这种立轴爪式旋耕机是英国人所制，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。

第63页：立轴刀笼式旋耕机

图2－97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。刀笼高度约30－35cm，一般耕深20－30cm。

第64页：立轴转齿式旋耕机

图2－98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相反。

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。