【文章內(nèi)容簡介】 /2/13 53 帶有彈性拖板的旋耕刀。當(dāng)?shù)镀腥胪林袝r(shí)，彈性拖板隨切縫彎曲進(jìn)入縫中，將切下的土塊托帶到后方一定高度然后彈片伸直使土塊翻轉(zhuǎn)落下。 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 54 立式旋耕機(jī)： 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 刀齒或刀片繞立軸旋轉(zhuǎn)的旋耕機(jī)，其突出功能就是可以進(jìn)行深耕，一般都能達(dá)到 30－ 35cm，較深的能達(dá)到 4050cm，而且可使整個(gè)耕層土壤疏松細(xì)碎，但前進(jìn)速度較慢。 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 55 圖 2－ 95是安裝在手扶拖拉機(jī)前面的槳葉式旋耕機(jī)（亦稱旋槳式犁）。它的葉輪象一個(gè)豎立著的船用螺旋槳，工作時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)將土壤鏟起，并向一側(cè)拋出，耕后象鏵式犁一樣留有耕溝。因其向一側(cè)拋土，故側(cè)向力較大。工作幅寬約等于葉輪的外緣直徑，耕作的最大深度可略大于葉輪高度。一般耕深 20－ 30cm。 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 56 圖 2－ 96所示的這種立軸爪式旋耕機(jī)是英國人所制，他們稱為“ Gyrotiller” 。兩個(gè)轉(zhuǎn)盤相對旋轉(zhuǎn)，刀齒位于轉(zhuǎn)盤周邊，軸向固定（略微前傾），一般耕深 30－ 50cm。 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 57 圖 2－ 97所示是日本常用的立軸刀籠式旋耕機(jī)。 2～ 5個(gè)傾斜的窄條形刀片構(gòu)成一個(gè)圓形刀籠旋轉(zhuǎn)切土。刀籠高度約 30～ 35cm，一般耕深 20～ 30cm。 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 58 立軸轉(zhuǎn)齒式旋耕機(jī)： 工作部件由兩個(gè)釘齒構(gòu)成“門”字形的轉(zhuǎn)子。多個(gè)轉(zhuǎn)子橫向排列成一排。兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子由兩個(gè)齒輪直接嚙合驅(qū)動(dòng)。故每個(gè)轉(zhuǎn)子與左、右相鄰轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。轉(zhuǎn)子在安裝時(shí)，相鄰轉(zhuǎn)子的“門”形平面均互相垂直，故可互不干擾，并使相鄰釘齒的活動(dòng)范圍有較大的重疊量以防止漏耕。由于釘齒的圓周速度比機(jī)器前進(jìn)速度要大得多（ 2倍以上），故每個(gè)釘齒在地面上經(jīng)過的路線都是長輻擺線，因而釘齒有較好的碎土效果。 旋耕機(jī)的類型與一般構(gòu)造 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 59 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 各種驅(qū)動(dòng)式耕耘機(jī)械，由于其工作原理各不相同，因而工作部件的運(yùn)動(dòng)情況，也不相同。下面著重對目前使用較為廣泛的橫軸類旋耕機(jī)械的有關(guān)理論進(jìn)行一些分析。 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 60 1）刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡方程 旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)的刀齒，無論其為何種形狀，它在工作時(shí)的絕對運(yùn)動(dòng)均系由兩種運(yùn)動(dòng)合成。如 圖 2－ 99所示一種運(yùn)動(dòng)是由于安裝刀齒的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刀齒繞軸心旋轉(zhuǎn)所形成的圓周運(yùn)動(dòng)，另一種運(yùn)動(dòng)是機(jī)器不斷前進(jìn)時(shí)所具有的直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)在工作時(shí)，這兩種運(yùn)動(dòng)同時(shí)在刀齒上產(chǎn)生，刀齒的絕對運(yùn)動(dòng)就是由這兩種運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 61 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 62 πR。 假設(shè) u、 vm為等速運(yùn)動(dòng)，則刀齒上任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均系一有規(guī)律的曲線。如圖 2－ 100所示，在刀齒旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的過程中，設(shè)刀齒軸心所在的位置原為 O0，某一刀齒 (O0m0)的端點(diǎn)為 m0。該刀齒按圖中箭頭方向轉(zhuǎn)過△ φ 1的角度時(shí)，軸的中心由 O0前進(jìn)至 O1， 此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位置則由 m0移至 m1； 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 當(dāng)?shù)洱X連續(xù)再轉(zhuǎn)過△ φ 2時(shí)，軸的中心將再前進(jìn)一段距離而至 O2，此時(shí)刀齒端點(diǎn)的位置則由 m1移至 m2，如此繼續(xù)下去，當(dāng)機(jī) 器走過 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 63 距離 S即刀軸中心經(jīng)過 O O O ?? 而至 On時(shí)，刀齒端的軌跡即為 m m m ??? 、 mn所連成的曲線。如果 S為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)機(jī)器前進(jìn)的距離，則此時(shí)刀齒繞其軸心旋轉(zhuǎn)一周后其運(yùn)動(dòng)軌跡亦完成了一個(gè)行程周期，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)器繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，刀齒端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡即為此段曲線的重復(fù)出現(xiàn)。顯然，在圖 2－ 100所示情況下， S＜ 2π R。 πR。 當(dāng)?shù)洱X的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 R、旋轉(zhuǎn)角速度 ω以及機(jī)器的前進(jìn)速度 vm已知時(shí)，刀齒的運(yùn)動(dòng)軌跡可根據(jù)上述原理用作圖法繪出。關(guān)于刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡的方程式，可建立如圖 2－ 101所示的坐標(biāo)系。 設(shè)位于坐標(biāo)軸 y上的刀齒 A0O以角速度 ω經(jīng)過 t秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)后，其角位移為 φ ，此時(shí)刀齒軸心移動(dòng)的距離為 x0，刀齒端點(diǎn)的位置則移至 m點(diǎn)，點(diǎn) m的水平位移為 x，鉛垂位移為 y。 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 64 由于 φ =ωt 故 x0=vmt=vmφ /ω。又因 ω=u/R，所以x0=Rvmφ /u ??c osRRys i nRxx 0???? 刀齒的軌跡曲線系由運(yùn)動(dòng)的 m點(diǎn)所形成，故其曲線的方程式為 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 65 )c o s1()s i n(???????RyuvRx m)c os1(Ry)s i n(Rx???????此式為參數(shù)方程式，消去參變數(shù)后得 此曲線即解析幾何上的擺線，亦稱旋輪線 (Cycloid)。 將 x0代入并整理得： 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 66 )2()1(c os 1 yRyRyuvRx m ???? ?)c os1(Ry)s i n(Rx??????? （ 1）當(dāng) u/vm=λ =1時(shí)，方程變?yōu)? 此式系一標(biāo)準(zhǔn)的擺線， S=2π R。具有這種運(yùn)動(dòng)特性的刀齒只能象自由輪的輪爪一樣刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。 2）刀齒軌跡的性能特征 從刀齒運(yùn)動(dòng)的軌跡方程式得知，刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的形狀與刀齒的半徑 R、圓周線速度 u以及機(jī)器前進(jìn)速度 vm有關(guān)。由于 R、 u和 vm的不同，此曲線具有以下的特性： 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 67 （ 2）當(dāng) u/vm=λ ＜ 1時(shí)，刀片端點(diǎn)在任何位置的絕對運(yùn)動(dòng)水平位移方向均與機(jī)器前進(jìn)方向相同，故刀齒不能撥土向后。刀齒對土壤的作用還不如被動(dòng)式牽引機(jī)具的作用大。這種曲線數(shù)學(xué)上稱為短輻擺線。 S＞ 2π R。 （ 3）當(dāng) u/vm=λ ＞ 1時(shí)，刀齒轉(zhuǎn)動(dòng)到一定部位，它的端點(diǎn)絕對運(yùn)動(dòng)的水平位移就會(huì)與機(jī)器前進(jìn)的方向相反，因而能以刀齒的刃口切削土壤。具有這種運(yùn)動(dòng)的曲線稱長輻擺線 （圖 2－ 102）， 此種擺線具有一個(gè)繞扣。 MN為繞扣的橫弦。當(dāng) vm/u值愈小時(shí)，繞扣的橫弦愈大。若 vm=0（即機(jī)器停止前進(jìn)時(shí)）則繞扣即為一圓，其最大橫弦等于 2R。 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 68 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 u/vm=λ＞ 1 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 69 3）刀齒的切削速度 刀齒端點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，所經(jīng)各處的速度是不同的。將方程對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得： )tc os (uv2uvvvv m22m2y2x ??????刀片端點(diǎn)的絕對速度為： 從上式可知，當(dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最高位置即 ωt=2nπ 時(shí)，絕對速度最小 vmin=vm－ u，在 vm＜ u時(shí)，方向?yàn)樗较蚝?；?dāng)?shù)洱X端點(diǎn)處于最低位置即 ωt=(2n+1)π 時(shí)，絕對速度最大， vmax=vm+u，方向?yàn)樗较蚯啊? 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 c ossi nxmydxv v udtdyvudt? ? ? ?? ? ?輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 70 刀齒運(yùn)動(dòng)軌跡曲線繞扣大小與 vm/u有關(guān)。 vm/u愈大時(shí)，繞扣愈??；反之，則繞扣愈大。若 vm/u=0（即機(jī)器停止前進(jìn)時(shí)），則繞扣與軌跡曲線均為一個(gè)半徑為 R的圓。 繞扣的最大橫弦 MN可以從 圖 2－ 104中得知，因刀齒在最大橫弦 N點(diǎn)處其絕對速度的方向是垂直向下。 于是有 sinφ = vm/u 故最大橫弦距溝底的高度 Hmax=R－ Rsinφ =R(1 vm/u) 4）刀齒工作深度 橫軸式旋耕機(jī)械的理論分析 輕工與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 2022/2/13 71 可以看出，在最大橫弦的 N點(diǎn)以上，刀齒沿水平方向的分速度 vx為向前， N點(diǎn)以下則向后。因此一般旋耕機(jī)刀齒入土處，均在 N點(diǎn)以下，以利于向后拋土，減少功耗。為此，旋耕機(jī)的工作深度 ha，通常是以不超過最大橫弦處為度。 橫軸式