【正文】 、鏵刃的新舊程度等因素有很大關系，要靠試驗或經(jīng)驗確定。由此式可知，從幾何角度看，γ角增大，入土行程S會縮短。犁的入土理論軌跡是一條指數(shù)衰減曲線。因此，犁的懸掛機構應保持瞬心π1，在犁的前方，開始人土時，犁架前傾，犁體基面與地表形成一個人士角γ。犁的人土是靠犁鏵的刃口在一定壓力下切入土壤。入土行程S愈短，表明犁的入土性能愈佳。下面分別討論這些性能及它們與機組懸掛參數(shù)的關系。懸掛機組的工作性能，主要包括犁的入土性能、耕深穩(wěn)定性、牽引性能、耕寬穩(wěn)定性和直線行駛性。懸掛參數(shù)包括：縱垂面內(nèi)：拖拉機下拉桿至犁體支持面的距離h；上下懸掛點的距離H(即犁架前面立柱的高度)。因此，犁耕機組的工作性能與瞬心的位置有很大關系。這兩個四連桿機構具有各自的瞬心ππ2。而索多邊形則有兩種情況，如閉合，則說明在橫垂面yoz上的力系完全平衡；如不閉合，則力系合成為一力偶，此力偶由拖拉機兩提升桿產(chǎn)生的反力偶與之平衡。這些力在橫垂面YOZ內(nèi)的分力：G、Fy、Ryz、Qz、Syz、NyzNyz2。圖244為懸掛犁在橫垂面的受力分析簡圖。2．水平面內(nèi)的受力分析這種情況下的受力分析與前面不帶限深輪時的分析中基本一致的，只多了一個限深輪的水平分力Qx(已知)，故不再贅述(圖2—43b)。圖2 43高度調(diào)節(jié)(帶限深輪)時的懸掛犁受力分析(a)縱垂面內(nèi)的受力(b)水平面內(nèi)的受力牽引力Pxz約大小、方向。未知參數(shù)為：限深輪反力Qxz的大小。分析時往往取它們的中問位置。另外，上面分析時，為了簡化，設拖拉機兩輪處于同一高度。限深輪到犁底支撐面的距離，即為耕深。二、帶限深輪的懸掛機構在這種耕作狀態(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。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；犁側板所受土壤反力Fxy是溝壁對犁側板的垂直反力及溝壁與犁側板摩擦力Fx的合力，與犁側板法線成ψ角(土壤與犁側板金屬的動摩擦角)，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)的受力作用點假設為在中間犁體側板末端，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。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。而牽引力Pxy為G、Rxz及Fx三力的合力之反力。所以在這個平面力系中，共有六個未知量。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(假設犁側板不接觸溝底)；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。從受力分析的角度說，這兩種情況是一樣的。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。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。應用最廣泛的方法是圖解法。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。分析機組的受力平衡，是研究犁的工作性能，合理使用、調(diào)整以及設計犁耕機組的前提。有關機組的問題下面還要專門討論。例如，竄垡犁如設計不當，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高速作業(yè)要求，否則阻力會大大增加。可以考慮減輕犁重；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。查得比阻后，由即可估算出某塊地的牽引阻力。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。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)。、ε并不容易確定。同一類型的犁，由于結構和配置的不同，或設計制造的質(zhì)量不同，磨損程度不一樣，其效率都可能有較大差異。犁的效率是評價犁的性能指標之一。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。這些都是無效阻力。s2／cm4。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。=O．3～0．5kg／cm2；粘重土壤：k=0．5～0．7kg／cm2；極粘重土壤：k00．7kg／cm2。與犁體有關，更與土壤的強度有關。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)。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。1．牽引阻力公式哥略契金推導的犁的牽引阻力公式一直被認為是經(jīng)典的公式。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。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R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)的力矩應與該平面內(nèi)原有力矩My、M和M相平衡。這種表示方法適用于解析法分析耕作機組性能。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。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用。犁體是一個形狀復雜的物體，作用在犁體上的力包括作用在犁鏵、犁壁、犁翼、犁側板等上面的力，是一個空間匯交力系。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．導軌3．絲桿4．幻燈機5．臺架6．攝影機第六節(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。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。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。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。當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)。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。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。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。圖2—35傾斜直元線構成犁體曲面三、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。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。形成犁體曲面的方法是多種多樣的。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。南方系列犁中的通用型犁體即屬此類。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，則也能構成犁體曲面。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。曲線MM′稱為導線，一般取為拋物線，而夾角則按一定的變化規(guī)律變化=f(z)。一條直元線若以固定半徑繞軸心平行運動，可形成圓柱面。圖233犁體曲面形狀與翻土碎土性能的關系(a)碎20(b)翻20(c)竄20(d)通20(e)通25圖2～34水平直元線形成犁體曲面(a)原理(b)南方系列犁中的竄垡型犁體曲面的形成1．水平直元線法犁體曲面可以看作是由直線或曲線在空間按一定規(guī)律運動形成的。犁體曲面的形成方法很多，但其理論和設計方法卻還是不完善的，有待進一步研究。二、犁體曲面的形成原理犁體曲面的形狀決定了它的工作性能。而曲面的高度，則以竄垡型最高，通用型次之，碎土型較低，翻垡型最低。以上幾種水田犁的曲面型式的特點見圖2—33。這種曲面使土垡竄起較高，然后騰空翻轉，架在前一條垡上。因此較適合于春耕綠肥田和其它要求覆蓋性能好的地方使用。、碎土型曲面又叫熟地型，其曲面是扭柱形，土垡在運動中變形大，有利于破碎斷條，特別適應稻麥兩熟地區(qū)和種雙季稻地區(qū)冬種作業(yè)。由于土垡在運動中變形較大，因此會產(chǎn)生斷條，碎垡性能也良好。通用型犁體曲面是凸胸短翼的扭曲面型。螺旋型犁胸更加平緩，犁翼扭曲度也更大，所以人土容易，翻土性能好，但碎土能力很小，耕后土垡基本不碎，僅適用于多草、潮濕及粘重的生荒地。熟地型的特點是犁胸部較陡，而犁翼部則扭曲不大，所以碎土能力較強而翻土能力適中，一般用于耕普通的熟地。一、犁體曲面的類型及對工作性能的影響犁體曲面的類型很多，旱地犁最常用的是滾垡型犁體。另外，由于這種方法是懸空翻扣，所以其寬深比k可不受太多限制，一般可取k=O．75～1．25。(3)扣垡由于土垡是在懸空狀態(tài)下被翻轉，在重力作用下，土垡沿背面不斷撕裂成斷條落下，扣翻在前一行程土垡上。(1)切土與滾垡時一樣。一般窄幅犁k=1～1．4。這是因為以上分析是以土垡斷面不變形為基礎的，而實際耕作時，土垡是會變形的，特別是砂土、砂壤土等松散土壤。因為所以得又所以解此方程得又所以圖2—30土垡翻轉的三種狀態(tài)(a)穩(wěn)定狀態(tài)(b)不穩(wěn)定平衡狀態(tài)(c)回垡狀態(tài)圖2—3l竄垡過程因此，寬深比k值應大于1．27或臨界復土角應小于52176。下面進一步從土垡的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)(臨界狀態(tài))來分析土垡正確的寬深比k。滾垡的結果理想與否，和土垡的寬深比k=b／a有關。(3)翻垡土垡在回轉過程中，通過直立狀態(tài)，然后在犁翼作用下繼續(xù)繞點C′回轉，最后靠在前一行程的土垡上。如圖2—29所示，其過程可分為三個階段：(1)切土鏵刃與脛刃分別沿水平面和垂直面切出土垡的底面和左側面，其耕寬為b，耕深為a。下面分別解釋這兩種翻垡的過程，為簡單起見，假設土垡在翻轉過程中不發(fā)生變形。如圖2—28d所示，犁鏵就相當于一個偏斜放置的兩面楔，楔角為盧，楔刃AC與前進方向偏斜一矽角，形成三面楔，同時起到起土、側向推土和翻土作用。為了說明犁體的工作過程，首先考察一個簡單的兩面楔的作用。掛接時，將固定在拖拉機升降機構上的三角形插入裝在犁架上的三角形框內(nèi)，由鎖定銷鎖定，卸下農(nóng)具時，拉繩松開鎖定銷，即可將三角架從框中退出。然后，降下懸掛機構，懸掛軸即可脫出。掛接時，農(nóng)具懸掛軸將鎖定銷4壓下而進入掛鉤7內(nèi)，銷子靠彈簧的彈力復位，而把懸掛軸卡住，完成掛接工作。圖2—25單體式犁體安全裝置(a)銷釘式b)彈簧式(c)液力式圖2—26一步式快速連接裝置1．操縱桿2．上掛接鉤3．形架4．鎖定銷5．吊桿6．下拉桿7．下掛接鉤五、快速掛接裝置如前所述，犁和拖拉機的掛接方式，有牽引式、懸掛式、半懸掛式幾種，那些掛接方法一般都需要兩個人操作，很不方便，這里介紹兩種快速掛接方式。常用的有：(1)銷釘式(圖2—25a)，當碰到障礙物引起異常載荷時，銷釘被剪斷，起到保護作用；(2)彈簧式和液力式(圖2—25b、c)，犁體在障礙的異常載荷作用下會克服彈簧或液力油缸的力而升起，越過障礙后，自動復位。2．單體式犁體安全裝置隨著犁的耕地速度提高及工作幅度增加(犁體數(shù)增加)，單一犁體超載對總體的影響減小，整體式安全裝置對單個犁體的保護作用降低。