整地机械

第二章整地机械第一节引言第二节圆盘耙整地作业包括耙地、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。整地机械包括耙（圆盘耙、水田耙和钉齿耙）、耢、镇压器、起垄犁和作畦机等。第一节引言耕地后土垡间有很大的空间，土块较大、地表不平，尚不能进行播种作业，须进行松碎平整作业，以达到地表平整、上松下实的农作物栽培要求。这项工作一般由整地机械来完成。本章的重点是圆盘耙和悬耕机的类型、结构、工作原理、理论分析和基本计算。整地机械的种类很多，根据不同作业的需要有以下几种类型：钉齿耙、圆盘耙、悬耕机、滚轧耙、镇压器等。其中，钉齿耙目前多用于蓄力作业，圆盘耙和悬耕机机械化应用较多。悬挂圆盘耙牵引圆盘耙镇压器配合联合播种机在工作旋耕镇压联合作业机在工作旋耕机系列——卧式旋耕机和立式旋耕机第二节圆盘耙圆盘耙始用于40年代，是替代钉齿耙的主要机具之一，目前国内外已广泛采用，他的主要特点是：被动旋转，断草能力较强，具有一定的切土、碎土和翻土功能，功率消耗少，作业效率高，既可在已耕地作业又可在未耕地作业，工作适应性较强。一、圆盘耙的类型1、按与动力的连接方式分：牵引式、悬挂式和半悬挂式。2、按耙片的直径分：重型耙（660mm）中型耙（560mm）轻型耙（460mm）3、按耙片的外缘形状分全缘耙缺口耙全缘耙片易于加工制造，缺口耙片入土能力强，易于切断杂草、作物残茬等，但成本高。4、按耙组的配置方式分单列耙、双列耙、组合耙、偏置耙、对置耙圆盘耙型号的表达方式1、型号的组成：1B字母——数字农机具组别号农机序列好号圆盘耙的特性耙的工作幅宽（m）2、型号全称：QX——轻型悬挂耙JX——中型悬挂耙J——中型耙Z——重型耙例如：1BZQ——4.5重型牵引圆盘耙二、圆盘耙的一般构造1、结构组成：耙组、耙架、牵引架、偏角调节装置等。1．耙组圆盘耙组由装在方轴上的若干个耙片组成。耙片通过间管而保持一定间隔。耙片组通过轴承和轴承支板而与耙组横梁相连接。为了清除耙片上粘附的泥土，在横梁上装有刮土铲。耙片一般分全缘耙片和缺口耙片两种。缺口耙片在耙片外缘有6－12个三角形、梯形或半圆形缺口。耙片凸面周边磨刃，缺口耙的缺口部位也磨刃。由于缺口耙片减小了周缘的接地面积，因而入土能力增强。2．耙架用来安装圆盘耙组、调节机构和牵引架（或悬挂架）等部件。有铰接耙架和刚性耙架两种。有的耙架上还装有载重箱，以便必要时加配重，以增加和保持耙的深度。推移。3．角度调节器用于调节圆盘耙的偏角，以适应不同耙深的需要。角度调节器的型式有丝杠式、齿板式、液压式、插销式等。丝杠式用于部分重耙上。这种型式结构复杂，但工作可靠。齿板式在轻耙上使用，调节比较方便，但杆体容易变形，影响角度调节。插销式结构简单，工作可靠，调整时，将耙升起，拨出锁定销，推动耕组横梁使其绕转轴旋转，到合适的位置时，把锁定销插入定位孔定位，一般在中耙与轻耙上采用。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。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。三、球面圆盘耙片的工作分析和参数确定（一）圆盘耙片作业过程⑴耙片在空间的位置对土壤作用的影响：以地面为作业面，圆盘回转平面与地面垂直为基本工作条件，则有下列几种作用效果：Vmα=00时，只有滚动没有拖动，能切断杂草和土块，但无翻土能力，且难以达到预定的耙深。α=900时，耙片只有拖动没有滚动，有强烈的翻土能力，但断草能力几乎为零，且很容易造成土壤堆积和堵塞现象。Vm90o0＜α＜900时，既有滚动又有拖动，是整地过程所需要的工作状态。Vmα⑵工作过程：耙地机组在牵引动力的作用下，圆盘耙片受重力和土壤反力的作用边滚动边切入土壤并达到预定耙深，由于耙片偏角的作用，耙组同时完成了切割土壤，切断杂草和翻扣的工作。（二）圆盘耙片的结构参数和基本计算1、耙片直径：D=kamax式中：k—经验系数，4~6amax—最大设计耙深cm2、圆盘球面半径：R=D/2sinψ式中：ψ—扇形半角，21~2703、耙片厚度选择时要充分考虑直径的大小、工作负荷等因素，一般用下式来确定圆盘厚度的大小。δ=（0.008~0.012）D重耙：δ=5mm中耙：δ=4mm轻耙：δ=3.5mm4、耙片轴向安装间距b的确定耙片间距对圆盘耙设计安装和使用耙组、保证其正常工作是非常重要的。轴向间距的大小直接影响耙组在耕作横断面内的对土壤加工和处理的程度、碎土质量。间距太小易造成土壤堵塞，太大易产生漏耙。要解决好这一矛盾，耙片轴向安装间距的合理选择是至关重要的。在横断面内的耙片对土壤的影响区域形状如下：圆盘耙片在工作时，从其横断面看上去为一椭圆形，由于b的存在，相邻两圆盘加工后的土壤横断面中间有一凸起高度h，当h=a时表示有严重的漏耙现象发生，而h=0又是不可能的，所以，要求h≤a。因此，b的确定对凸起高度h的大小有直接的影响，必须找出b与h的函数关系，以便保证既不漏耙又不堵塞正确合理的耙片轴向安装间距。由图所知：b=DhtgαDh——耙片盘面在凸起高度处的耙片玄长，Dh=？，其大小可通过沿耙片轴向的投影辅助图获得。hAFBCDhD∵△ABC∽△ACF∴=2/DhcDcDh2/∴h（D－h）=Dh2/4，∴Dh=2√h（D－h）又∵b=Dhtgα∴b=2√h（D－h）tgα∴b=2√h（D－h）tgα注意：该公式只是一定性分析式，它只是说明了b与h函数关系，并没有进行量化处理，我们做如下处理：设：hmax≤a/2，D=kamax=（4~6）amax，取平均值k=5，α=140~230，取α=200，a=180mm，D=460mm，h=a/2=180/2=90mm，则有：b=132mm。b=132mm可以吗？该值从理论上满足了圆盘耙不产生漏耙的要求，按照这样一个参数进行耙片安装在实践中如何呢？通过田间试验表明，由不产生漏耙所确定的b值过小，极易发生堵塞现象。通过田间试验表明，由不产生漏耙所确定的b值过小，极易发生堵塞现象。在同样结构参数条件下，不产生泥土和杂草堵塞的经验b值为：b≥（1.5~2）a如果该经验公式与前面我们已经求得的不产生漏耙现象的耙片最大轴项安装间距：b=2√h（D－h）tgα等价的话，这是我们最希望出现的结果，这使得理论与实践获得了统一。事实并非如此，将已知量a=180mm经验公式，取系数为1.5得：b≥1.5×180≥270mm。验证结果表明，不产生漏耙的条件与不产生堵塞的条件不能同时满足，既出现了二种结果：)(hDhb≤2tgα不漏耙ab≥（1.5~2）a不堵塞这是农机具设计和使用中常出现的矛盾！问题：措施：1、如何解决这一矛盾？2、用取中间值的办法？1、首先以不产生堵塞的条件b≥（1.5~2）a确定圆盘耙片的轴向安装间距，保证耙组能入土工作。2、然后采取配置相互交错排列的前后2列耙组，前耙组产生的漏耙由后列耙组进行处理，保证整台机组既不漏耙又不堵塞。措施：结论：通常在生产实际过程中所应用的圆盘耙均为双列耙。四、圆盘耙的受力分析（一）耙组的受力分析圆盘耙工作时，作用在耙组上的外力除重力（作用在耙组的重心）以外，还有土壤对每个耙片的阻力。在一般情况下，可以认为土壤阻力集中作用于耙组的中间耙片上。作用在球面圆盘工作面和刃口上的土壤单元阻力，不可能合成单一的合力。但是可以简化成在空间互不相交的两个力。如图2－120所示，阻力R的作用线位于圆盘刃口平面内，与水平面成角ψ，并可近似地认为通过圆盘中心。阻力N的作用线平行于圆盘的回转轴线，与沟底的距离约为耙深的一半。并可近似地认为该力作用线位于通过回转轴的铅垂面内。如图2－121所示，阻力R可以在x’Oz面内分解为Rz和Rx′，后者位于水平面xOy内。将阻力N简化至圆盘轴心O，则Rx′和N′可以合成Rxy。该力又可沿机组前进方向和侧向被分解为Rx和Ry。阻力N经过简化以后得到一附加力偶MN。这样，作用于耙组上的土壤阻力R和N即被分解为Rx、Ry和Rz三个分力和一个力偶。分阻力Ry、Rz与Rx的关系为Ry=ctg(α+φ)Rx（二）圆盘耙在水平面内的受力平衡对置圆盘耙（图2－122）在工作中，前列两个耙组的合阻力R1和R2大小相等，后列两个耙组的合阻力R3和R4大小也相等，它们的方向均对称于牵引线。前后两列耙组在前进方向的总阻力Rx=R12+R34，与拖拉机牵引力Px相平衡如图2－123所示，偏置圆盘耙工作时，其前后两列耙组在水平面内分别受着土壤阻力R1和R2的作用。该二力的作用线在H点相交。在平衡状态下，牵引力的作用线也必须通过H点，而且与R1和R2的合力Rx相平衡。当R1=R2时，它们的合力Rx的作用线方向与机组前进方向平行。因此牵引点应位于通过H点而与前进方向平行的F0点上。若牵引点位置选择不当(例如选择在F1或F2点）则因牵引力和土壤阻力的作用线不共线，从而使偏置耙产生逆时针或顺时针力偶。机具在力偶作用下将在水平面内出现转动，从而使耙片偏角改变，机具偏离正常工作状态。从图2－124还可看出，前后列耙组间的纵向距离对平衡的影响。如将后列耙组向后移L距离，则合力的交点即从H移到H′。只有将牵引线也相应地从F0移到F0′，才能使耙组保持原有偏角进行工作，并获得平衡。五、圆盘耙的阻力圆盘耙的阻力以每米工作幅宽的阻力来计算K=R/B(kg/m)式中K－圆盘耙的单位阻力，公斤／米R－圆盘耙的牵引阻力，公斤B－圆盘耙的工作幅宽，米圆盘耙的阻力与土壤性质、土壤湿度、耙深、偏角和耙片的技术状态有关。因此，作业时应保证耙片有良好的技术状态，偏角调整合适并适时耙地，以减少牵引阻力。据试验资料，K值范围为重型圆盘耙K＝600－800中型圆盘耙K＝300－500轻型圆盘耙K＝250－300