【文章內(nèi)容簡介】 上移動，并且AB與溝壁平面XOZ構(gòu)成的元線角也按一定規(guī)律變化，則曲面變成扭柱形曲面。曲線MM′稱為導(dǎo)線，一般取為拋物線，而夾角則按一定的變化規(guī)律變化=f(z)。因此，當(dāng)(1)導(dǎo)線MM′的形狀及其所取的位置；(2)直元線的起始角及角沿高度的變化規(guī)律確定之后，水平直元線的運動即可唯一地確定。這類曲面的特點是，如果將犁體放在工作位置，并用一保持水平的直尺去靠貼它，則直尺邊會與曲面完全貼合。我國系列犁中的南方水田犁的碎土型犁體曲面、竄垡型犁體曲面以及一些北方旱地犁的曲面都是以這種方法形成的。2．傾斜動線法如圖2—35所示，若在水平面xoy(溝底面)內(nèi)確定一條導(dǎo)線S，令直元線AB一端沿S按一定規(guī)律移動，而直元線的方位角亦按一定規(guī)律變化，則也能構(gòu)成犁體曲面。這類曲面易做到凸胸、扭翼，有一定碎土能力，翻土性能強。南方系列犁中的通用型犁體即屬此類。這種曲線，直尺要處于某一傾斜位置，才能與相應(yīng)的曲面靠貼住，而要按一定的規(guī)律移動才能掃描出曲面來。若直元線垂直于另一條傾斜軸線，并且直元線一方面繞軸線作等速旋轉(zhuǎn)運動，另一方面又沿軸線作等速軸向移動，則形成一螺旋面，也是一種傾斜直元線面。此外，若傾斜動線采用曲線，按一定規(guī)律運動，也可得到不同性能的犁體曲面。形成犁體曲面的方法是多種多樣的。在設(shè)計上，常采用選型與創(chuàng)型相結(jié)合。所謂選型就是選幾種性能較好的犁體，進行對比和修整，找出符合生產(chǎn)要求的新機型。創(chuàng)型則是應(yīng)用幾何原理或數(shù)學(xué)關(guān)系設(shè)計犁體，再通過試驗反復(fù)修改，以得到滿意的結(jié)果。圖2—35傾斜直元線構(gòu)成犁體曲面三、犁體曲面的測繪測繪已有犁體的曲面，繪出曲面視圖，可以使我們對已有犁體有更深的了解。更重要的是為改進犁體性能，或設(shè)計新犁體提供技術(shù)資料。犁體很多是屬于直紋面，包括水平直元線和傾斜直元線形成的曲面兩類。對于前者，將犁體放置于工作位置，測量各不同高度的水平面與犁體曲面交線上兩端到某一縱垂面的距離，即可確定曲面的形狀。另外，犁體曲面上的各特殊點，如犁壁與犁鏵接縫線的起點和終點，也需測出，才能繪出完整的犁體曲面。對于傾斜直元線，則需要先用直尺貼靠犁體曲面的方法尋找出各直元線的位置，在犁體上畫出來，然后測定各元直線在犁體輪廓上的兩端點坐標值就能確定犁體曲面。主要的測繪儀有：1．機械接觸式測繪儀(圖2—36)包括測繪桌、測針以及可升降的犁體固定平臺。圖紙貼在測繪桌上，測針一端緊貼曲面，另一端固定一繪圖筆。當(dāng)測針沿犁體曲面某一高度作水平運動時，繪圖筆即在紙上繪出一條直元線(或一曲線，如果曲面不是由水平直元線形成的話)。升降犁體固定平臺，重復(fù)以上測量步驟，即可得到繪圖紙上的一族等高直元線或其它剖面曲線。圖236機械接觸式測繪儀1．測針2．鉛筆3．繪圖紙4．測繪平臺5．被測犁體若已知曲面是傾斜直元線組成，并已在曲面上繪出了一族傾斜直元線，則可在繪圖紙上確定各傾斜直元線兩點的位置，然后畫出曲面圖。2．輕便測繪儀(圖2—37)儀器由底座、動尺、立柱等組成，結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶。用直尺即可測得曲面上各水平直線的尺寸，如果犁體的等高剖面線不是直線，則還要另外再測量犁體曲面上各點到直線的距離，即可確定各等高曲線的形狀。3．光切斷面繪犁儀(圖2—38)該儀器由攝影機(或照相機)、幻燈機、犁體固定平臺組成。幻燈機的光線經(jīng)過一條狹窄的縫隙形成一條光束投到犁體曲面上，在犁體上形成一條光亮的截面線，攝影機(相機)將此光截線照下。連續(xù)攝得曲面上不同位置的光截曲線即可得到犁體曲面的視圖。圖237輕便測繪儀1．水平直尺(動尺)2．三角立柱3．固定套4．平衡重5．直角底座圖2—38光切斷面繪犁儀1．底座2．導(dǎo)軌3．絲桿4．幻燈機5．臺架6．?dāng)z影機第六節(jié)鏵式犁的外載特性一、作用在犁體上的外載在犁耕過程中，犁體對土壤產(chǎn)生切割、推移和翻拋作用，引起土壤對犁體的反作用力，稱之為犁體外載。研究犁體外載，對犁的合理使用和改進，減輕犁耕阻力，提高犁的使用壽命，都有重要的指導(dǎo)意義。犁體是一個形狀復(fù)雜的物體，作用在犁體上的力包括作用在犁鏵、犁壁、犁翼、犁側(cè)板等上面的力，是一個空間匯交力系。由于在耕作過程中影響犁體外載的因素十分復(fù)雜，作用在犁體各部分的力也很難分別準確地測得。因此，雖然經(jīng)過各國研究人員的長期努力，對犁體的外載計算還不成熟，不能在實際中有效地應(yīng)用。目前犁體外載的取得，主要還是靠實際測量，從總體上把握。犁體外載可按測量方法或不同的分析要求，用以下幾種方法表示：圖2—39作用在犁上的力的六個分量1．六分量法如圖2—39所示，將沿x、y、z三個方向測得的外載向某點簡化，用主矢量的三個分量和主矩的三個分量來表示。例如，將力向鏵尖A簡化，得到主矢量三個分量Rx、Ry、Rz和主矩的三個分量Mx、My、Mz。這種表示方法適用于解析法分析耕作機組性能。2．坐標平面分阻力法所得外載可用三個坐標平面內(nèi)的三個分阻力表示。圖2—39中的三個分力Rx,Ry、Rz及三個力矩Mx、My、Mz向三個坐標平面簡化時，如圖2—40所示，可在三個坐標平面XOZ、XOY、YOZ中得到三個分阻力：這三個分阻力作用線的位置可這樣確定：它們對簡化中心(本例中為鏵尖)的力矩應(yīng)與該平面內(nèi)原有力矩My、M和M相平衡。這種方法主要用于圖解法分析犁耕機組性能。圖240土壤阻力在三個坐標面上的分量3．力螺旋法圖2—39中的三個分力和三個分力矩的合力及合力矩(作用于鏵尖)、組成一個力螺旋(通常R與M不垂直，即RM≠0)，它們的模和方向余弦分別是：圖2—41作用在犁體曲面上的力螺旋如圖2—41所示，這種方法易給人比較直觀的空間概念。二、犁耕的牽引阻力在作用于犁的土壤阻力中，我們特別重視沿犁前進方向牽引阻力的分析。這對分析犁的動力性能，機組總體配套是很重要的。1．牽引阻力公式哥略契金推導(dǎo)的犁的牽引阻力公式一直被認為是經(jīng)典的公式。在這個方程中，第一項mdv／dt確定產(chǎn)生質(zhì)量為m的土垡并將土垡加速(加速度為dv／dt)所需的力，第二項vdm／dt則確定了在單位時間t內(nèi)產(chǎn)生的土垡m以一定的速度通過犁體所需的力。哥略契金認為式中f——無效阻力系數(shù)，一般為0．3～O．5；G——犁重(kg)；k。——靜態(tài)阻力系數(shù)(kg／cm2)；a——耕深(cm)；b——耕寬(cm)。而第二項中式中)——土垡的密度；g——重力加速度；v1——土垡在犁體上的速度，且則這樣，犁的阻力公式為式中——動態(tài)阻力系數(shù)，v一一前進速度(m／s)。式中的靜態(tài)阻力系數(shù)k。與犁體有關(guān)，更與土壤的強度有關(guān)。一般可?。狠p質(zhì)土壤:k0=0．2～0．3kg／cm2；中等土壤：k。=O．3～0．5kg／cm2；粘重土壤：k=0．5～0．7kg／cm2；極粘重土壤：k00．7kg／cm2。而動態(tài)阻力系數(shù)ε與犁壁翼部的平均斜角θc有關(guān)。研究資料表明，在不同的土壤條件下，ε值都隨θc的減小而大大降低。由經(jīng)驗可知，當(dāng)耕速為8～12km／h，θc=45～50゜時，ε值約為250～400kgs2／cm4。2．犁的效率上述的阻力公式中，第一項是表示各種摩擦阻力之和，包括犁體與溝底、溝壁和土垡間的摩擦力，犁輪的滾動阻力及軸承的摩擦力等。這些都是無效阻力。第二、第三項是切割土垡、碎土、翻土、以及使土垡加速及拋出所需的力，是犁耕中的有效阻力。阻力公式可改寫為：即將總阻力表示為有效阻力與無效阻力之和。犁的有效阻力與總阻力之比可定義為犁的效率。犁的效率是評價犁的性能指標之一。例如，懸掛犁由于結(jié)構(gòu)比牽引犁簡單，重量輕，且經(jīng)常可省去地輪，無效阻力fG小得多，因此效率比牽引犁高。同一類型的犁，由于結(jié)構(gòu)和配置的不同，或設(shè)計制造的質(zhì)量不同，磨損程度不一樣，其效率都可能有較大差異。3．犁的比阻由以上的分析可知，影響犁體牽引阻力的因素是很多的，它們之間的關(guān)系也很復(fù)雜，用上式計算牽引阻力，系數(shù)f、k。、ε并不容易確定。因此在生產(chǎn)實踐中，常用比阻尼來作為犁的阻力指標。式中Px——由拉力試驗測得的平均牽引阻力(kg)；ac——平均耕深(cm)；Bc——犁的總幅寬(cm)。比阻k是土壤條件、犁體參數(shù)和耕速等因素的綜合反映。根據(jù)經(jīng)驗，在一般條件下(常用耕速4～6km／h，常用耕深)，可認為土壤的比阻見表2—3。表2—3土壤比阻土壤砂土沙壤土壤土粘土重粘土水耕水稻土比阻k(kg／cmz)O．2O．2～O．3O．3～O．5O．5～O．8O．8O．1～O．3查得比阻后，由即可估算出某塊地的牽引阻力。4．減少牽引阻力的途徑(1)減少牽引阻力，從上面阻力公式來看，當(dāng)然首先是要盡量降低無效的摩擦阻力?？梢钥紤]減輕犁重；采用帶滾動軸承的充氣輪作為犁輪；采用耐磨或自磨刃的犁鏵，使鏵刃保持鋒利；采用低摩擦系數(shù)的材料作犁壁的覆蓋層以減小摩擦力等。(2)在實現(xiàn)農(nóng)藝要求的翻土效果的前提下，通過設(shè)計合理的犁體曲面等措施，減小所需的有效阻力。例如，竄垡犁如設(shè)計不當(dāng)，土垡竄得太高，將增加不必要的消耗；與大馬力拖拉機配套的高速作業(yè)犁，其曲面形狀必須適應(yīng)高速作業(yè)要求，否則阻力會大大增加。(3)合理設(shè)計機組參數(shù)和掛接參數(shù)，也將有效地減小牽引阻力。有關(guān)機組的問題下面還要專門討論。第七節(jié)懸掛犁耕機組的受力分析由犁和拖拉機組成的耕地作業(yè)整體，叫做“犁耕機組”。分析機組的受力平衡，是研究犁的工作性能，合理使用、調(diào)整以及設(shè)計犁耕機組的前提。本節(jié)研究懸掛犁和拖拉機組成的懸掛犁機組的受力。懸掛犁耕機組穩(wěn)定工作時，作用在機組上的外力有犁的重量，土壤對犁的阻力和拖拉機的牽引力。在作業(yè)速度不太高時，可用靜力平衡的方法分析。應(yīng)用最廣泛的方法是圖解法。如前所述，可以將機組上的空間任意力系分解到三個坐標平面上去。一、不帶限深輪的懸掛犁1．縱垂面內(nèi)的受力分析中小型拖拉機帶的懸掛犁一般不帶限深輪。圖2～42a為按比例繪出的懸掛犁工作狀態(tài)機構(gòu)簡圖。犁的工作耕深是靠拖拉機液壓油缸控制的提升桿EF的位置確定的。當(dāng)靠改變油缸行程來使EF保持在一定位置，從而使犁保持在一定耕深時，稱作位調(diào)節(jié)；當(dāng)靠油缸缸壓使犁處在與一定牽引阻力相應(yīng)的位置上來保持耕深時，稱為力調(diào)節(jié)。從受力分析的角度說，這兩種情況是一樣的。為簡化問題，假設(shè)拖拉機兩輪在同一高度上，則左右下懸掛點在同一水平面內(nèi)；懸掛機構(gòu)A、B、C、D是一四連桿機構(gòu)，則犁可繞上下拉桿的瞬心π1轉(zhuǎn)動。作用在此平面上的力有：犁的重量G，作用在犁的重心，其大小、方向及作用線位置均已知；土壤對犁體工作面的阻力在此平面內(nèi)的分力Rxz，其大小、方向、作用線由實測或經(jīng)驗確定，可算已知；犁側(cè)板與犁溝墻土壤的摩擦力Fx，其大小可由Ry及摩擦系數(shù)f按式F=fRy確定(一般f=0．3～0．8，Ry可由試驗測定)，故Fx的三因素可視為已知(假設(shè)犁側(cè)板不接觸溝底)；作用在上拉桿上的力Sxy，上拉桿AB是二力桿，故Sxy的方向、作用線位置已知，大小未知；作用在兩下拉桿上的力Nc、ND，由于在E點有提升桿EF作用的主動力T，故下拉桿不是二力桿。所以作用在兩鉸接點C、D上的力Nc、ND，作用點已知，但大小、作用線位置未知；而力丁的方向、作用線已知，大小未知。所以在這個平面力系中，共有六個未知量。將力系分解到兩段鉸接梁BD、CD上，可解出這六個未知量。而牽引力Pxy為G、Rxz及Fx三力的合力之反力。2。在水平面內(nèi)的受力分析如前面2—42a所示，提升桿BD近似垂直于地面，故在水平面的受力分析中，上、下拉桿都可看成是二力桿。犁在水平面內(nèi)的瞬時回轉(zhuǎn)中心為下拉桿D1C1，和D2C2的延長線交π2點，這個平面內(nèi)的力如圖2—42b所示。土壤對犁體工作面的阻力在水平面內(nèi)的投影Rzy：其大小、方向、作用線位置均已知；犁側(cè)板所受土壤反力Fxy是溝壁對犁側(cè)板的垂直反力及溝壁與犁側(cè)板摩擦力Fx的合力，與犁側(cè)板法線成ψ角(土壤與犁側(cè)板金屬的動摩擦角)，大小等于：圖2—42力、位調(diào)節(jié)時懸掛犁的受力(a)縱垂面內(nèi)的受力(b)水平面內(nèi)的受力作用點假設(shè)為在中間犁體側(cè)板末端，故此力的大小、方向、作用線位置均已知；牽引阻力Pxy大小、方向和作用線位置均未知。故此力系中有三個未知量，可解得牽引阻力Pxy(牽引阻力為Rxy和Fxy的合力之反力)。二、帶限深輪的懸掛機構(gòu)在這種耕作狀態(tài)下，拖拉機的液壓系統(tǒng)與犁之間沒有力的作用，犁完全處于浮動狀態(tài)，靠自重及土壤反力入土。而耕深由限深輪控制。限深輪到犁底支撐面的距離，即為耕深。1．縱垂面內(nèi)的受力分析這種耕作狀態(tài)的特點是下拉桿也是二力桿。另外，上面分析時，為了簡化，設(shè)拖拉機兩輪處于同一高度。實際上，拖拉機耕地時，有一輪在已耕地溝底行走，拖拉機在橫垂面內(nèi)是向已耕地傾斜，兩下拉桿在縱垂面內(nèi)的投影是不重合的。分析時往往取它們的中問位置。這時縱垂面內(nèi)的受力狀態(tài)如圖2—43a所示。未知參數(shù)為：限深輪反力Qxz的大小。由于假設(shè)其作用線通過輪