旋耕机-2

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。
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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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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。
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R
Vm=0， λ=∞
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2、机组速度Vm与刀片旋转速 度ω的配合（ 的配合（定量分析） 定量分析）
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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， 实际上，λ的数值不同其形状 差别很大， 差别很大 ， 对工作质量和工作性能也 有较大的影响， 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 与刀片旋转速度 ω 的大小和配 合程度， 合程度 ， 必须找出他们之间的函数关 系，然后加以量化处理。 然后加以量化处理。
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侧边传动
中间传动
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4-2旋耕机刀片的运动分析
旋耕机工作时， 旋耕机工作时，刀片一 边绕轴正向旋转 边绕轴正向旋转， 旋转，一边随机 组作直线运动 组作直线运动， 直线运动，因此， 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 转运动与直线运动合成的数 学摆线， 学摆线，但是， 但是，由于二者之 间的数值组合不同， 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， 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。 件及其量化指标。
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h
x = Rcosωt + Vmt y = Rsinωt = R－h
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① ②
要满足向后抛土的条件， 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Vx＜0，根据上述方程， 根据上述方程，我们不 难得出： 难得出：
Vx= x/ =Vm + Rωsinωt＜0 sinωt = （R－h）/ R ，代入上式 得 ： Vm － Rω（R－h）/ R＜0
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1、刀片的绝对运动轨迹 （定性分析） 定性分析） 设：R—旋耕机刀片端点的最大回转半径
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Vm—机组前进速度 ω—刀片回转角速度 t—时间函数 刀片端点的切向速度， 则有： 则有：Vd—刀片端点的切向速度， Vd=Rω，令速比为： 令速比为：λ= Vd/ Vm 。
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通过做图分析发现， 通过做图分析发现 ， 只有 λ ＞ 1 余摆线时刀片才能满足向 后抛土的条件， 后抛土的条件，并且只是轨迹最 大玄长以下部分才能满足， 大玄长以下部分才能满足，设计 和应用时要特别注意， 和应用时要特别注意，刀片的工 作深度不能超过这个范围。 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、 的尺寸、机组的前进速度和刀片 的回转速度， 的回转速度，既λ值。
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Vm
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Vx
V Vx
V
V= Vx
λ＜1，短摆线 结论： 结论：Vx＞0, 不能向后抛土
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Vm
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Vm
M
N
λ＝1，滚摆线 Vx＞0，不能用
λ ＞1，余摆线 在MN线下， 线下，Vx＞0，满足
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在结构参数不变的情况下， 在结构参数不变的情况下 ， λ 值越大， 值越大 ， 轨迹最大 玄长的值越大， 玄长的值越大，其位置就越靠上， 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， 点的绝对运动轨迹为一数学圆 ， 最大玄长在横轴处， 最大玄长在横轴处 ， 耕深可达最大值， 耕深可达最大值 ， 但这是不可能的， 但这是不可能的 ， 因为此时机组不 在前进。 在前进。而是原地扒窝。 而是原地扒窝。因此，λ＞1是旋耕机正常工 作的定性条件。 作的定性条件。
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2、按刀轴安置方向分： 按刀轴安置方向分：横轴式、 横轴式、立轴式、 立轴式、斜轴式。 斜轴式。
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3、按动力传递路线分： 按动力传递路线分：侧边传动、 侧边传动、中间传动。 中间传动。
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三、作业特点
碎土能力强、 碎土能力强、平整度高、 平整度高、对土壤的适应性好、 对土壤的适应性好、纵向 尺寸短、 尺寸短、耕深小、 耕深小、功耗大、 功耗大、幅宽小、 幅宽小、效率低。 效率低。
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四、主要类型
1、按与动力连接方式分 牵引式、 牵引式、 悬挂式、 悬挂式、直连 式。
产生原因
铧式犁耕后的田地还要经过耙地， 铧式犁耕后的田地还要经过耙地，才能使地表土壤达 到种植的要求； 到种植的要求； 普通铧式犁耕作时， 普通铧式犁耕作时，只是将地表残茬、 只是将地表残茬、杂草等翻入土 中，不能将其切碎， 不能将其切碎，使之与土壤和肥料等混合不均匀； 使之与土壤和肥料等混合不均匀；
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3、切土节距
定义——沿旋耕机前进方向纵垂面内相邻两把旋刀 切下的土块厚度， 切下的土块厚度，即在同一纵垂面相邻两把刀相继 切土的时间间隔内旋耕机前进的距离 S——切土节距 Z——刀轴同一平面内均匀安装的刀数 Vm——机组前进速度 ω——刀轴回转速度 t——相邻两刀相继入土的时间间隔 S＝ Vm×t＝Vm×2π/ （Z ω）
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旋耕机——它是一种工作部件 主动旋转， 主动旋转，以铣切原理加工土 壤的耕耘机械。 壤的耕耘机械。
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4-1 旋耕机的基本构造和类型
一、基本构成
机架、 机架、传动装置、 传动装置、刀辊、 刀辊、挡土罩、 挡土罩、平地拖板等。 平地拖板等。
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h
不同速比λ 不同速比λ对旋耕机工作质量的影响
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已知： 已知：λ= Vd / Vm，由于速比λ 由于速比λ的不 同，其运动轨迹形状也不同， 其运动轨迹形状也不同，有三种情 况：
λ＜1
λ＞1
λ＝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， 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。 定旋耕机正常工作的基本条件。
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旋耕机 应用的历史 较短， 较短 ， 用途 不一， 不一 ， 有些 国家和地区 作为耕地机 械使用， 械使用 ， 有 的用作整地 机械， 机械 ， 山东 省及周边地 区大多用于 耕后松碎土 壤和整平地 表 。 在我国 应用量逐年 增加， 增加 ， 尤其 是北方干旱 地区。 地区。
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我们通过作图的方式确定刀片的绝对运动轨迹
Vm
y
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h
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ω
ωt
o
2R
o/
Vmt
m M
x
Vm
ω
ωt
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o
2R
o/
Vmt
m M
x
y M点的运动方程： 点的运动方程： X = R cosωt ＋Vm t y = R sinωt
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二、工作过程
旋耕机 刀片在动力 的驱动下一 边旋转， 边旋转，一 边随机组直 线前进， 线前进，在 旋转中切入 土壤， 土壤，并将 切下的土块 向后抛掷， 向后抛掷， 与挡土板撞 击后进一步 破碎并落向 地表， 地表，然后 被拖板拖 平。