-犁耕机组课件

第五章第五章 犁耕机组犁耕机组第一节第一节 概述概述第二节第二节 悬挂犁的受力悬挂犁的受力 一、一、纵垂面内的受力纵垂面内的受力 二、二、水平面内的受力水平面内的受力第三节第三节 悬挂犁悬挂参数的选择悬挂犁悬挂参数的选择 一、一、纵垂面内悬挂参数的选择纵垂面内悬挂参数的选择 二、二、水平面内悬挂参数的选择水平面内悬挂参数的选择7/23/20241第五章第五章 犁耕机组犁耕机组以耕地为目的，由犁和动力机械组合成以耕地为目的，由犁和动力机械组合成的作业整体。的作业整体。牵引犁机组牵引犁机组、悬挂犁机组悬挂犁机组、半悬挂犁机组半悬挂犁机组 分析机组的受力平衡，是研究犁的工作性能，合分析机组的受力平衡，是研究犁的工作性能，合理使用、调整以及设计犁耕机组的前提。由于悬挂犁理使用、调整以及设计犁耕机组的前提。由于悬挂犁和拖拉机联系紧密，耕作时相互影响较大，为此，本和拖拉机联系紧密，耕作时相互影响较大，为此，本章主要分析悬挂犁机组的理论问题。章主要分析悬挂犁机组的理论问题。1.犁耕机组：犁耕机组：2.犁耕机组的主要型式犁耕机组的主要型式返回返回7/23/20242第五章第五章 犁耕机组犁耕机组牵引式牵引式运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。返回返回7/23/20243第五章第五章 犁耕机组犁耕机组悬挂犁一般采用后悬挂型式，通常以三点悬挂方式和拖拉机相悬挂犁一般采用后悬挂型式，通常以三点悬挂方式和拖拉机相结合。所谓结合。所谓三点悬挂三点悬挂，就是用三根杆件分别把拖拉机后部的三，就是用三根杆件分别把拖拉机后部的三个点和犁上的三个点绞接起来，使二者成为一体。个点和犁上的三个点绞接起来，使二者成为一体。悬挂式悬挂式运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。返回返回7/23/20244第五章第五章 犁耕机组犁耕机组半悬挂犁半悬挂犁运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后半部运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后半部分由机具承担。分由机具承担。返回返回7/23/20245第五章第五章 犁耕机组犁耕机组研究方法：研究方法：图解法图解法 因图解法比较直观方便，并与实际情况接近因图解法比较直观方便，并与实际情况接近在稳定工作时，作用于悬挂犁上的外力有在稳定工作时，作用于悬挂犁上的外力有1.犁的重量犁的重量2.土壤对犁的阻力土壤对犁的阻力3.拖拉机的牵引力拖拉机的牵引力三者处于相对的平衡状态。为满足耕地要求，减小阻力，并改三者处于相对的平衡状态。为满足耕地要求，减小阻力，并改善拖拉机的牵引和操作性能，必须研究悬挂犁及机组的受力和善拖拉机的牵引和操作性能，必须研究悬挂犁及机组的受力和平衡问题，以指导悬挂犁的设计和挂结调整。平衡问题，以指导悬挂犁的设计和挂结调整。7/23/20246第五章第五章 犁耕机组犁耕机组由于犁体受力为空间任意力系，将悬挂犁的受力简化为作由于犁体受力为空间任意力系，将悬挂犁的受力简化为作用在三个坐标平面内的三个分阻力，以下按用在三个坐标平面内的三个分阻力，以下按纵垂面纵垂面、水平水平面面分别求解悬挂犁的受力。分别求解悬挂犁的受力。为便于研究，先作如下假定：为便于研究，先作如下假定：1.犁作等速直线运动（不考虑惯性力）；犁作等速直线运动（不考虑惯性力）；2.在纵垂面内，犁侧板不接触沟底，无向上的反力，且犁侧在纵垂面内，犁侧板不接触沟底，无向上的反力，且犁侧 板承受犁面的全部侧向力；板承受犁面的全部侧向力；3.多铧犁各犁体的土壤阻力相同，各犁体的合力作用在中间多铧犁各犁体的土壤阻力相同，各犁体的合力作用在中间 犁体或假想的之间犁体上。犁体或假想的之间犁体上。返回返回7/23/20247第五章第五章 犁耕机组犁耕机组一、纵垂面内的受力（一、纵垂面内的受力（xoz）悬挂犁采用高度调节时的受力悬挂犁采用高度调节时的受力 该机组工作时，拖拉机上的液压操纵手柄放在浮动位置，犁该机组工作时，拖拉机上的液压操纵手柄放在浮动位置，犁与拖拉机液压系之间没有力的联系，犁处于浮动状态，拖拉机的与拖拉机液压系之间没有力的联系，犁处于浮动状态，拖拉机的两个下拉杆为二力杆。犁的耕深由限深轮控制。两个下拉杆为二力杆。犁的耕深由限深轮控制。因拖拉机的右轮一般走在犁沟中，左右下拉杆不重合因拖拉机的右轮一般走在犁沟中，左右下拉杆不重合,故用假故用假设下拉杆设下拉杆CD代替之，延长上拉杆代替之，延长上拉杆AB和假想下拉杆和假想下拉杆CD交于点交于点1，该点即为犁在纵垂面内的瞬时回转中心，简称该点即为犁在纵垂面内的瞬时回转中心，简称瞬心瞬心。先按比例绘出悬挂犁工作状态的先按比例绘出悬挂犁工作状态的机构简图机构简图。7/23/20248第五章第五章 犁耕机组犁耕机组在此力系中，只有三个未知量，可用图解法求解。在此力系中，只有三个未知量，可用图解法求解。作用在纵垂面上的力有：作用在纵垂面上的力有：1.G：犁重，作用于重心，其大小、方向、作用线位置已知；：犁重，作用于重心，其大小、方向、作用线位置已知；2.Rxz：犁面在纵垂面内的分阻力，其大小、方向、作用线位置由实测或：犁面在纵垂面内的分阻力，其大小、方向、作用线位置由实测或 按经验选取；按经验选取；3.FX：犁侧板与沟墙的摩擦力。假设作用在犁侧板的中心线上，方向与机：犁侧板与沟墙的摩擦力。假设作用在犁侧板的中心线上，方向与机 组前进方向相反，故三要素已知；组前进方向相反，故三要素已知；4.QXZ:土壤对限深轮的支反力，假设作用线通过轮心，并指向上方与铅垂土壤对限深轮的支反力，假设作用线通过轮心，并指向上方与铅垂 线成线成角，角，fr=tg为滚动阻力系数（不计轴承摩擦）故方向、作为滚动阻力系数（不计轴承摩擦）故方向、作 用线已知，用线已知，大小未知大小未知；5.PXZ:牵引力牵引力P在纵垂面内的投影，作用线通过瞬心在纵垂面内的投影，作用线通过瞬心1，大小大小、方向未知方向未知。图图7/23/20249第五章第五章 犁耕机组犁耕机组图解步骤如下：图解步骤如下：1.选一比例尺，作力多边形选一比例尺，作力多边形G+Rxz=Rs；图图2.在机构简图上，作在机构简图上，作G和和Rxz作用线的交点作用线的交点1，过点，过点1引平行于引平行于Rs的直线的直线 交交Fx的作用线于的作用线于2；3.在力多边形上作在力多边形上作Rs+Fx=R1；4.在简图上，过点在简图上，过点2引平行于引平行于R1的直线交的直线交Qxz的作用线于的作用线于3；5.连接点连接点3和瞬心和瞬心1，决定，决定Pxz作用线位置；作用线位置；6.在力多边形上作在力多边形上作R1+Qxz=Pxz，从而确定，从而确定Pxz和和Qxz的大小，再将的大小，再将Pxz沿沿 上、下拉杆上、下拉杆AB、CD方向分解，即得作用于上拉杆的力方向分解，即得作用于上拉杆的力Sxz和下拉杆的力和下拉杆的力 N1xz和和N2xz。至此，作用于悬挂犁纵垂面内的力全部求出。至此，作用于悬挂犁纵垂面内的力全部求出。返回返回7/23/202410第五章第五章 犁耕机组犁耕机组高度调节法时纵垂面内悬挂犁的受力高度调节法时纵垂面内悬挂犁的受力受力受力图解图解参数参数7/23/202411第五章第五章 犁耕机组犁耕机组水水平平面面内内的的受受力力受力受力图解图解参数参数四杆四杆7/23/202412第五章第五章 犁耕机组犁耕机组悬挂犁采用力、位调节时的受力悬挂犁采用力、位调节时的受力 采用力调节时，耕深调节是依靠犁的牵引阻力的采用力调节时，耕深调节是依靠犁的牵引阻力的变化，通过拖拉机的液压系统自动实现的。变化，通过拖拉机的液压系统自动实现的。采用位调节时，是通过改变拖拉机液压油缸的行采用位调节时，是通过改变拖拉机液压油缸的行程，使犁保持在预定的耕深。在工作状态，犁和拖拉程，使犁保持在预定的耕深。在工作状态，犁和拖拉机结合为一个统一的整体。机结合为一个统一的整体。力、位调节机组与高度调节机组的不同点：力、位调节机组与高度调节机组的不同点：1.没有限深轮，无支反力没有限深轮，无支反力Qxz；2.因油缸有一定压力，提升臂内存在力的作用，下拉杆因油缸有一定压力，提升臂内存在力的作用，下拉杆CD 不为二不为二力杆。力杆。7/23/202413第五章第五章 犁耕机组犁耕机组悬挂犁采用力、位调节时的受力悬挂犁采用力、位调节时的受力如图所示如图所示：先由G、Rxz和Fx求得R1，因作用于悬挂点B的力Sxz的作用线已知，下拉杆对犁的作用力ND通过下悬点D，则R1、Sxz ND处于平衡状态，故可在机构图上作R1的作用线交AB于H，连接D、H即得力ND的作用线；在力多边形上可确定Sxz和ND二力的大小，以EF、CD 为脱离体则可求得作用于提升臂EF的力T和作用于C点的力NC。7/23/202414第五章第五章 犁耕机组犁耕机组力、位调节时悬挂犁的受力力、位调节时悬挂犁的受力返回返回7/23/202415第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 悬挂犁机组在水平面内的受力，不论是高度调节、悬挂犁机组在水平面内的受力，不论是高度调节、力调节还是位调节机组，因两个提升臂近似地垂直于水力调节还是位调节机组，因两个提升臂近似地垂直于水平面，且限位链不拉紧，允许犁在一定的范围内摆动，故平面，且限位链不拉紧，允许犁在一定的范围内摆动，故上、下拉杆均可视为二力杆，将两个下拉杆延长，其延长上、下拉杆均可视为二力杆，将两个下拉杆延长，其延长线交于线交于2点，该点为犁在水平面内的瞬心。点，该点为犁在水平面内的瞬心。如图示如图示。二、水平面内的受力（二、水平面内的受力（xoy）7/23/202416第五章第五章 犁耕机组犁耕机组3.Fxy：为犁侧板所受土壤反力，方向与犁侧板法线成为犁侧板所受土壤反力，方向与犁侧板法线成角（角（土壤与金属的土壤与金属的 动摩擦角动摩擦角），大小根据纵垂面内的），大小根据纵垂面内的Fx和和角确定，作用点假设在中角确定，作用点假设在中 间犁体犁侧板末端，大小、方向、作用点位置均为已知；间犁体犁侧板末端，大小、方向、作用点位置均为已知；1.Rxy为犁面在水平面内的分阻力，大小、方向、作用线位置已知；为犁面在水平面内的分阻力，大小、方向、作用线位置已知；2.Qx：为土壤对限深轮的阻力，假设轮子不受侧向力，大小由纵垂面内为土壤对限深轮的阻力，假设轮子不受侧向力，大小由纵垂面内 Qxz的投影确定，方向与机组前进方向相反，作用在轮缘中心线上，的投影确定，方向与机组前进方向相反，作用在轮缘中心线上，故力的三要素已知；故力的三要素已知；4.Pxy为牵引力为牵引力P在水平面内的投影，三要素均为未知。在水平面内的投影，三要素均为未知。在此力系中，只有三个未知量，可用图解法。在此力系中，只有三个未知量，可用图解法。在水平面内，犁所受的外力有：在水平面内，犁所受的外力有：图图返回返回7/23/202417第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 若上拉杆不通过瞬心若上拉杆不通过瞬心2，在确定两下拉杆的受力时，需在在确定两下拉杆的受力时，需在简图上，由简图上，由Pxy的作用点的作用点2引直线平行于引直线平行于Pxy的作用线交上拉杆的作用线交上拉杆（延长线）于点（延长线）于点3，然后在多边形上画出作用于上拉杆的力，然后在多边形上画出作用于上拉杆的力Sxy（大小由纵垂面内的投影确定），并作大小由纵垂面内的投影确定），并作N1xy C1 D1，N2xy C2 D2，即可求出作用于下拉杆的力即可求出作用于下拉杆的力N1xy、N2xy。如犁处于平衡，则如犁处于平衡，则Ps=Pxy+Sxy应通过应通过2，否则说明对犁侧否则说明对犁侧板支反力的假设不符合实际情况，应作相应改变，重新图解。板支反力的假设不符合实际情况，应作相应改变，重新图解。若上拉杆通过若上拉杆通过2点点，则，则Pxy应通过应通过2，否则修改否则修改Fxy。返回返回7/23/202418第五章第五章 犁耕机组犁耕机组第三节第三节 悬挂犁悬挂参数的选择悬挂犁悬挂参数的选择 合理地选择悬挂参数，对保证耕地质量，提高机组合理地选择悬挂参数，对保证耕地质量，提高机组牵引性能有很大影响。牵引性能有很大影响。悬挂参数悬挂参数有：有：纵垂纵垂水平水平1.下悬挂轴至犁体支持面的距离下悬挂轴至犁体支持面的距离h；2.上、下悬挂点的距离上、下悬挂点的距离H；（立柱高度）；（立柱高度）3.悬挂轴的长度悬挂轴的长度B；4.两下悬点的相对位置。两下悬点的相对位置。7/23/202419第五章第五章 犁耕机组犁耕机组5.在运输状态，有足够的运输高度，纵向稳定性和通过性好。在运输状态，有足够的运输高度，纵向稳定性和通过性好。悬挂参数应满足的要求：悬挂参数应满足的要求：1.犁入土时，能迅速平稳地达到预定耕深，入土行程短；犁入土时，能迅速平稳地达到预定耕深，入土行程短；2.犁耕过程中，应有良好的耕深耕宽稳定性，如有偏差，犁耕过程中，应有良好的耕深耕宽稳定性，如有偏差，能迅速自动纠正；能迅速自动纠正；3.机组有良好的牵引性能和直线行驶性能；机组有良好的牵引性能和直线行驶性能；4.能进行耕深、耕宽调整，犁的纵轴与机组前进方向一致，能进行耕深、耕宽调整，犁的纵轴与机组前进方向一致，多铧犁前后犁体耕深相同；多铧犁前后犁体耕深相同；返回返回7/23/202420第五章第五章 犁耕机组犁耕机组入土性能入土性能 犁能否入土，入土后机组前进多少距离才能达到规定耕深，是犁能否入土，入土后机组前进多少距离才能达到规定耕深，是涉及到犁耕机组能否正常工作和影响到生产效率的问题涉及到犁耕机组能否正常工作和影响到生产效率的问题 下面先分析影响犁体及机组性能的因素，在此基础上确定合下面先分析影响犁体及机组性能的因素，在此基础上确定合理的悬挂参数。理的悬挂参数。一、纵垂面内悬挂参数的选择一、纵垂面内悬挂参数的选择 在纵垂面内，立柱高度在纵垂面内，立柱高度H和下悬挂轴至犁体支持面的距离和下悬挂轴至犁体支持面的距离h，决定着瞬心决定着瞬心1的位置。的位置。以下从犁的以下从犁的入土性能，入土性能，耕深稳定性耕深稳定性，机组牵引性能机组牵引性能和和运输通过性运输通过性方面分析，以确定合理的悬挂参数方面分析，以确定合理的悬挂参数7/23/202421第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 下落过程结束后，犁便开始入土，入土总是铧尖先破土，在多铧犁上，下落过程结束后，犁便开始入土，入土总是铧尖先破土，在多铧犁上，首先由第一犁铧尖入土，然后其余犁体相继入土。入土过程中首先由第一犁铧尖入土，然后其余犁体相继入土。入土过程中犁体基面略呈犁体基面略呈前倾前倾，随着犁体的耕入，犁体基面前倾角逐渐变小，到预定耕深时前后犁体，随着犁体的耕入，犁体基面前倾角逐渐变小，到预定耕深时前后犁体耕深一致，犁体基面呈水平状态，入土过程结束。对于各种耕深控制法，入耕深一致，犁体基面呈水平状态，入土过程结束。对于各种耕深控制法，入土过程完全一样。土过程完全一样。如图所示如图所示犁能否入土和入土行程的长短，主要取决于犁能否入土和入土行程的长短，主要取决于入土隙角入土隙角和和入土压力入土压力两个必要条件。两个必要条件。1.入土过程：入土过程：悬挂犁机组从悬挂犁机组从运输状态运输状态到到工作状态工作状态都需要经过都需要经过下落下落和和入土入土两个过程。两个过程。下落：下落：犁的下落靠自重，不用液压系，相反某些液压系的节流阀还起适当的犁的下落靠自重，不用液压系，相反某些液压系的节流阀还起适当的阻尼作用，以减缓犁与地面的冲击。阻尼作用，以减缓犁与地面的冲击。入土：入土：7/23/202422第五章第五章 犁耕机组犁耕机组入土行程：入土行程：是指最后犁体从铧尖触及地表至达到要求耕深时，犁所是指最后犁体从铧尖触及地表至达到要求耕深时，犁所经过的水平距离。经过的水平距离。（如图如图）2.入土隙角入土隙角（如图如图）犁入土时，犁体必须前倾，铧尖首先着地，犁体底面与水平面犁入土时，犁体必须前倾，铧尖首先着地，犁体底面与水平面有一夹角，有一夹角，称为称为入土隙角入土隙角。作用：保证犁有入土趋势，为此必须把配置在犁的前方，即作用：保证犁有入土趋势，为此必须把配置在犁的前方，即BDAC，才能满足这一条件，第一铧入土时，入土隙角为，才能满足这一条件，第一铧入土时，入土隙角为，随，随着着a ，到规定耕深时，入土隙角等于犁体隙角。到规定耕深时，入土隙角等于犁体隙角。犁体隙角：犁体隙角：自铧尖引一直线至侧板末端，将和犁体基面间形成一自铧尖引一直线至侧板末端，将和犁体基面间形成一夹角，夹角，称为称为犁体隙角犁体隙角。用。用表示。表示。犁的入土性能常以犁的入土性能常以入土行程入土行程作为综合指标。作为综合指标。7/23/202423第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 由上式知：随着由上式知：随着，s，而而角的角的大小，当悬挂机构尺寸一定时，与大小，当悬挂机构尺寸一定时，与1 位置位置有关，有关，1 点点前移，前移，1 点后移，点后移，。犁入土的第二个条件是入土过程中，铧刃对土壤的压力。当其大于土壤的抗犁入土的第二个条件是入土过程中，铧刃对土壤的压力。当其大于土壤的抗压强度时，方可切入土中，据贝尔纳斯基试验表明，作用于单位长度上的压力压强度时，方可切入土中，据贝尔纳斯基试验表明，作用于单位长度上的压力（平均比压）大于（平均比压）大于1公斤公斤/厘米时，才容易入土。国内用入土力矩分析入土性能，厘米时，才容易入土。国内用入土力矩分析入土性能，即必须使绕瞬心即必须使绕瞬心1 的入土力矩大于可能产生的最大入土反力矩，上述分析实质的入土力矩大于可能产生的最大入土反力矩，上述分析实质相同。相同。通常为简化起见，常假定犁在入土过程中入土角不变，且等于入土始末的平均值。通常为简化起见，常假定犁在入土过程中入土角不变，且等于入土始末的平均值。入土行程入土行程的估算公式为：的估算公式为：当考虑犁体隙角和压入隙角时，则：当考虑犁体隙角和压入隙角时，则：3.入土压力入土压力：7/23/202424第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 现现设设机组以机组以Vm前进前进,犁绕犁绕1的角加速度不计，犁的瞬时受力状态按的角加速度不计，犁的瞬时受力状态按静力学分析静力学分析如图如图。入土时，犁有绕入土时，犁有绕1转动的自由度，若转动的自由度，若Rv在在1的下方，形成对的下方，形成对1的反的反时针力矩，将使犁升起而不会入土；时针力矩，将使犁升起而不会入土；若若Rv在在1的上方，形成对的上方，形成对1的顺时针力矩，犁才可能入土，该力的顺时针力矩，犁才可能入土，该力矩通常称为入土力矩。矩通常称为入土力矩。入土力矩只能定性地反映入土趋势，要定量表达，必须把入土力入土力矩只能定性地反映入土趋势，要定量表达，必须把入土力矩转化为作用在铧刃上的等效力矩转化为作用在铧刃上的等效力P，该力假定集中作用于中间犁体铧尖，该力假定集中作用于中间犁体铧尖处，其方向垂直向下，则依处，其方向垂直向下，则依P对对1的力矩和入土力矩的等效关系有：的力矩和入土力矩的等效关系有：P称为犁的入土力，它比入土力矩更确切地反映了犁的入土能力。称为犁的入土力，它比入土力矩更确切地反映了犁的入土能力。单位耕宽入土力单位耕宽入土力7/23/202425第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 在入土过程中，沟底对犁侧板末端反力在入土过程中，沟底对犁侧板末端反力Nxz，在静力学范围内，反力在静力学范围内，反力Nxz和入土力和入土力P对瞬心对瞬心1的力矩相互平衡，（的力矩相互平衡，（如图如图）即：）即：P更全面地反映了犁的入土能力，它既是比较各种犁入土能力的指标，又更全面地反映了犁的入土能力，它既是比较各种犁入土能力的指标，又是衡量犁有多大入土能力的依据。是衡量犁有多大入土能力的依据。犁的入土是犁的入土是入土力入土力和和入土角入土角综合作用的结果，在一定条件下，入土力又综合作用的结果，在一定条件下，入土力又能通过压入隙角转化为入土角，这两者要配合得当，犁才能有良好的入能通过压入隙角转化为入土角，这两者要配合得当，犁才能有良好的入土性能。土性能。通过测定沟底反力通过测定沟底反力Nxz，便可得到犁的入土力。，便可得到犁的入土力。7/23/202426第五章第五章 犁耕机组犁耕机组3.合理配置合理配置1的的位置，使位置，使l和和m的比值增大，同时考虑对的比值增大，同时考虑对 入土角的影响。入土角的影响。提高犁的入土能力的提高犁的入土能力的措施措施：1.针对不同土质，采用合适的犁面，以针对不同土质，采用合适的犁面，以Rz/Rx大者为好；大者为好；2.适当增加犁重；适当增加犁重；返回返回7/23/202427第五章第五章 犁耕机组犁耕机组耕深稳定性耕深稳定性1.耕深稳定性指标：耕深稳定性指标：合格率：合格率：变异系数：变异系数：7/23/202428第五章第五章 犁耕机组犁耕机组高度法控制耕深高度法控制耕深高度调节时，犁的受力及平衡高度调节时，犁的受力及平衡如图所示如图所示：2.耕深稳定性分析：耕深稳定性分析：影响耕深稳定性的因素很多，主要是由于土质不匀和地表起伏所影响耕深稳定性的因素很多，主要是由于土质不匀和地表起伏所引起。对机组而言，要求当外界条件发生变化时，仍具有良好的引起。对机组而言，要求当外界条件发生变化时，仍具有良好的耕深稳定性，下面将分析高度调节和力调节时的耕深稳定性。耕深稳定性，下面将分析高度调节和力调节时的耕深稳定性。7/23/202429第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 若若限深轮接触地面，仿形前进，起着控制耕深作用，则限深轮接触地面，仿形前进，起着控制耕深作用，则Qxz必为必为正值，要使正值，要使Qxz为正，则必使为正，则必使Rv的作用线通过的作用线通过1的上方，以产生顺时的上方，以产生顺时针力矩，若针力矩，若Rv的的作用线通过作用线通过1的下方，将产生反时针力矩，而由于的下方，将产生反时针力矩，而由于地面对限深轮的约束特性，它不可能产生负值的地面对限深轮的约束特性，它不可能产生负值的Qxz，因此因此Rv对对1的反时针力矩得不到平衡，犁和限深轮一起升起，起不到控制耕深的反时针力矩得不到平衡，犁和限深轮一起升起，起不到控制耕深的作用，犁的的作用，犁的 耕深稳定性变坏。耕深稳定性变坏。由于土壤属非均质体，由于土壤属非均质体，Rxz、Fx会有变化会有变化,因此因此Rv也在不时地也在不时地变化，当然在一定的工况下有一定的变化范围（变化，当然在一定的工况下有一定的变化范围（如图示如图示），瞬心），瞬心1应配置在阴影区的下方，才能在耕作的每一瞬时，都有应配置在阴影区的下方，才能在耕作的每一瞬时，都有Qxz为正，为正，为了使限深轮具有可靠的仿形性，为了使限深轮具有可靠的仿形性，Qxz不仅要为正值，而且必须具不仅要为正值，而且必须具有一定大的值，这样，犁才能有较好的耕深稳定性。有一定大的值，这样，犁才能有较好的耕深稳定性。7/23/202430第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 合理配置合理配置1，使，使l/m较大。较大。返回返回提高耕深稳定性的措施：适当增加犁重；适当增加犁重；设计合宜的犁面，使设计合宜的犁面，使Rz/Rx较大；较大；降低犁侧板的阻力降低犁侧板的阻力Fx；7/23/202431第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 拖拉机驱动轮增量拖拉机驱动轮增量N2是指拖拉机挂上悬挂犁后，在耕作时引起是指拖拉机挂上悬挂犁后，在耕作时引起驱动轮地面垂直反力的增加量。驱动轮地面垂直反力的增加量。牵引性能（驱动轮增重或重量转移）牵引性能（驱动轮增重或重量转移）犁的耕作力是从拖拉机驱动轮和地面间的附着力中得到的，在犁的耕作力是从拖拉机驱动轮和地面间的附着力中得到的，在耕作中，往往由于附着力不够，形成驱动轮严重滑转，一致影耕作中，往往由于附着力不够，形成驱动轮严重滑转，一致影响机组正常工作。响机组正常工作。用轮式拖拉机耕作时，由于牵引力的作用，使拖拉机前后轮所用轮式拖拉机耕作时，由于牵引力的作用，使拖拉机前后轮所受载荷重新分配，驱动轮上载荷比不带犁时增多，这种现象称为受载荷重新分配，驱动轮上载荷比不带犁时增多，这种现象称为驱驱动轮增重或重量转移动轮增重或重量转移。增重越大，越有利于拖拉机牵引力的发挥，机组生产率越高。增重越大，越有利于拖拉机牵引力的发挥，机组生产率越高。1.高度调节时的增重效果高度调节时的增重效果7/23/202432第五章第五章 犁耕机组犁耕机组机组增重分析图中机组增重分析图中（如图如图），），R v=G+R xz+F x正常耕作时，正常耕作时，R v、Q xz对的力矩之和为零。对的力矩之和为零。即即R v、Q xz的合力的合力P xz必通过必通过1，对拖拉机而言，对拖拉机而言，P xz是外力，正是此力使拖拉机产生了增重效果。是外力，正是此力使拖拉机产生了增重效果。改变改变1位置，可使位置，可使l发生变化，发生变化，1配置在配置在偏后上方偏后上方，可获得较大的增重效果。，可获得较大的增重效果。返回返回注意：N2，前轮反力，操向性。随着向后上方移动，入土性能，Qxz，引起耕深稳定性恶化，因此，高度法控制耕深时的增重问题要具体问题具体分析，全面考虑。7/23/202433第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 在田间或道路上运输转移时，悬挂犁机组应有良好的在田间或道路上运输转移时，悬挂犁机组应有良好的通过性。通过性的指标是通过性。通过性的指标是运输间隙运输间隙h和和后通过角后通过角。H为悬挂犁最低点（铧尖）距地面的高度。为悬挂犁最低点（铧尖）距地面的高度。按不同情况按不同情况确定，当犁体支持面与水平面的夹角确定，当犁体支持面与水平面的夹角大于前铧尖向后轮所大于前铧尖向后轮所作切线与水平面的夹角作切线与水平面的夹角时，为后通过角时，为后通过角（如图如图a）；当当 时，则以最后犁侧板末端向后轮所作切线与水平面的夹角时，则以最后犁侧板末端向后轮所作切线与水平面的夹角为后为后通过角通过角（如图如图b）。h和和的大小应根据一般田间道路条件，的大小应根据一般田间道路条件，通过改变悬挂参数，用作图法确定，一般地：通过改变悬挂参数，用作图法确定，一般地：h=2530cm，=1820。运输通过性运输通过性7/23/202434第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 2.1位置的选择，应使犁在达到预定耕深时，仍具有一定的贮位置的选择，应使犁在达到预定耕深时，仍具有一定的贮备入土力矩。对高度调节的机组来说，一般应在保证入土性能和耕备入土力矩。对高度调节的机组来说，一般应在保证入土性能和耕深稳定的前提下，提高拖拉机的牵引性能（深稳定的前提下，提高拖拉机的牵引性能（1向后上方移）；对力向后上方移）；对力调节机组，可有较大的入土力矩，但须避免液压系统负荷过大。调节机组，可有较大的入土力矩，但须避免液压系统负荷过大。确定纵垂面悬挂参数的要点：确定纵垂面悬挂参数的要点：综上，确定纵垂面内悬挂参数的一般原则是：综上，确定纵垂面内悬挂参数的一般原则是：1.1应位于犁的前方，使犁有适宜的入土隙角，并满足运输应位于犁的前方，使犁有适宜的入土隙角，并满足运输通过性要求；通过性要求；3.为适应不同拖拉机和不同土壤条件，应使犁架立柱高度为适应不同拖拉机和不同土壤条件，应使犁架立柱高度H和悬挂轴至犁体支持面的距离和悬挂轴至犁体支持面的距离h能够调节，以改变能够调节，以改变1的位置。的位置。返回返回7/23/202435第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 由于土壤质地不均匀以及其他各种随机因素的影响，使由于土壤质地不均匀以及其他各种随机因素的影响，使作用于犁上的力随时随地变化，从而产生不稳定的耕宽。但作用于犁上的力随时随地变化，从而产生不稳定的耕宽。但就犁本身而言，选取合适的参数，使这种影响降低到最小程就犁本身而言，选取合适的参数，使这种影响降低到最小程度，乃是着重分析的问题。度，乃是着重分析的问题。二、水平面内悬挂参数的选择：二、水平面内悬挂参数的选择：在水平面内的悬挂参数，应满足在水平面内的悬挂参数，应满足耕宽稳定耕宽稳定、机组直线行驶机组直线行驶和和操作省力操作省力的要求。的要求。耕宽稳定性耕宽稳定性 1.稳定性指标：亦采用稳定性指标：亦采用变异系数和合格率变异系数和合格率 2.稳定性分析稳定性分析：7/23/202436第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 犁和两个下拉杆所组成的四杆机构犁和两个下拉杆所组成的四杆机构d1c1c2d2为何总是为何总是c1c2 d1d2？如如果果c1c2=d1d2 或者或者c1c2 d1d2，是否对耕宽稳定性有影响。现就这一问题是否对耕宽稳定性有影响。现就这一问题加以讨论。为了便于分析，假定上拉杆在水平面内的投影通过瞬心加以讨论。为了便于分析，假定上拉杆在水平面内的投影通过瞬心2，则可在分析简图上忽略上拉杆的作用力对犁绕瞬心则可在分析简图上忽略上拉杆的作用力对犁绕瞬心2运动的影响。运动的影响。2的配置对耕宽稳定性的影响的配置对耕宽稳定性的影响（如图如图）当当c1c2 d1d2时，时，2 将落在犁的后方（将落在犁的后方（如图如图）。）。犁上的作用力有：犁面土壤阻力犁上的作用力有：犁面土壤阻力Rxy，犁侧板沟壁反力犁侧板沟壁反力F。设某一瞬。设某一瞬时，时，Rxy和和F恰好使四杆机构恰好使四杆机构d1c1c2d2对对2处于力矩平衡状态，即处于力矩平衡状态，即7/23/202437第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 当由于各种因素的影响，当由于各种因素的影响，Rxy有一增量有一增量Rxy时，犁将绕时，犁将绕2点作反点作反时针方向转动，从而引起犁侧板末端相对于铧尖向已耕地移动，犁侧时针方向转动，从而引起犁侧板末端相对于铧尖向已耕地移动，犁侧板对沟壁压入量减小，导致沟壁反力板对沟壁压入量减小，导致沟壁反力F产生负增量（产生负增量（F），这将），这将进一步引起犁的反时针转动，造成恶性循环，直至犁侧板离开沟壁，进一步引起犁的反时针转动，造成恶性循环，直至犁侧板离开沟壁，Rxy+Rxy通过通过2为止，此时耕宽变动甚大，无法进行正常工作。为止，此时耕宽变动甚大，无法进行正常工作。因此，瞬心因此，瞬心2配置在犁配置在犁 的后方，的后方，不能不能满足犁的耕宽稳定性满足犁的耕宽稳定性要求。要求。7/23/202438第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 如如c1c2=d1d2，2则将在无穷远处，即两个下拉杆呈平行则将在无穷远处，即两个下拉杆呈平行状态。假设某一瞬时，状态。假设某一瞬时，Rxy和和F刚好使四杆机构处于力矩平衡状刚好使四杆机构处于力矩平衡状态，则态，则Rxy和和F的的合力合力Rh必必平行于两下拉杆，当平行于两下拉杆，当 犁将向左平移，平移并不使犁侧板末端相对于铧尖转动，犁犁将向左平移，平移并不使犁侧板末端相对于铧尖转动，犁侧板压沟壁状况不变，沟壁反力仍为侧板压沟壁状况不变，沟壁反力仍为F，此时，此时Rxy+Rxy和和F的的合力合力Rh不平行于下拉杆，犁不能保持平衡，直至悬挂机构运不平行于下拉杆，犁不能保持平衡，直至悬挂机构运动至动至c1d1和和c2d2 平行于合力平行于合力Rh时才达到新的平衡，此时犁已偏时才达到新的平衡，此时犁已偏离原来耕宽，这种配置方法使犁随离原来耕宽，这种配置方法使犁随Rxy的变化左右平移，稳定的变化左右平移，稳定性很差，性很差，犁耕犁耕 作业不宜采用。作业不宜采用。当当c1c2=d1d2时时，2配置在无穷远处。配置在无穷远处。（如图如图）7/23/202439第五章第五章 犁耕机组犁耕机组当当c1c2 d1d2时，时，2 将配置在犁的前方（将配置在犁的前方（如图如图）。）。a.当当 时，犁绕时，犁绕2作顺时针方向转动，与此作顺时针方向转动，与此同时，犁侧板将增加对沟壁的压力，从而同时，犁侧板将增加对沟壁的压力，从而 并使并使 在该在该情况下有：情况下有：此时，犁达到新的平衡状态。此时，犁达到新的平衡状态。设某一瞬时，设某一瞬时，Rxy和和F使使四杆机构处于力矩平衡状态，则有：四杆机构处于力矩平衡状态，则有：7/23/202440第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 b.当当 时，犁绕时，犁绕2作反时针方向转动，与此作反时针方向转动，与此同时，犁侧板将减小对沟壁的压力，从而同时，犁侧板将减小对沟壁的压力，从而 并使并使 在该在该情况下有：情况下有：此时，犁又达到新的平衡状态。此时，犁又达到新的平衡状态。当当Rxy的方向变化时的方向变化时,同样能依靠犁侧板沟壁反力的增减达到同样能依靠犁侧板沟壁反力的增减达到新的平衡。新的平衡。因此，把悬挂机构瞬心因此，把悬挂机构瞬心2配置在配置在犁的前方犁的前方，能使耕宽具有，能使耕宽具有良好良好的稳定性的稳定性。如图如图7/23/202441第五章第五章 犁耕机组犁耕机组提高耕宽稳定性的措施提高耕宽稳定性的措施（如图如图）设设 ，相应地，相应地犁侧板压入沟壁的增量为犁侧板压入沟壁的增量为h，此时，犁的偏转角为：，此时，犁的偏转角为：假设假设很小，的位置不变化，由于犁绕转动角时，铧尖的横很小，的位置不变化，由于犁绕转动角时，铧尖的横向偏移（耕宽变化）：向偏移（耕宽变化）：由此可知：耕宽稳定性和悬挂机构瞬心位置、犁侧板由此可知：耕宽稳定性和悬挂机构瞬心位置、犁侧板长度以及侧板压入沟壁的增减量有关。长度以及侧板压入沟壁的增减量有关。7/23/202442第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 机组的直线行驶性能机组的直线行驶性能 为使机组直线行驶，最好为使机组直线行驶，最好2使位于拖拉机纵轴使位于拖拉机纵轴的水平投影线上，犁的牵引线（的水平投影线上，犁的牵引线（Pxz作用线的水平投作用线的水平投影）平行于机组前进方向，且通过影）平行于机组前进方向，且通过动力中心动力中心。在这。在这种理想情况下，拖拉机不承受侧向力和回转力矩，种理想情况下，拖拉机不承受侧向力和回转力矩，称为正置机组或正牵引（称为正置机组或正牵引（如图所示如图所示）。但目前我国）。但目前我国广泛使用的机组，因受拖拉机牵引力的限制，犁的广泛使用的机组，因受拖拉机牵引力的限制，犁的工作幅宽多小于轮距，构成偏置机组。其中又分为：工作幅宽多小于轮距，构成偏置机组。其中又分为：偏牵引、斜牵引和偏斜牵引偏牵引、斜牵引和偏斜牵引等三种情况。等三种情况。7/23/202443第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 牵引线与机组前进方向平行，但与拖拉机动力中心偏一距离牵引线与机组前进方向平行，但与拖拉机动力中心偏一距离e时，时，称为偏牵引。此情况下称为偏牵引。此情况下Rx对对拖拉机产生一偏转力矩拖拉机产生一偏转力矩这种情况的平衡方程为：这种情况的平衡方程为：若若导向轮的最大侧向附着力导向轮的最大侧向附着力则机组具有较好的操向性能，则机组具有较好的操向性能，1.偏牵引（偏牵引（如图如图）7/23/202444第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 当牵引线通过动力中心，但与前进方向成一偏角时，称为斜牵引。当牵引线通过动力中心，但与前进方向成一偏角时，称为斜牵引。其平衡方程为：其平衡方程为：Ry引起驱动轮侧向反力引起驱动轮侧向反力S，由于驱动轮垂直载荷较大，其侧向最，由于驱动轮垂直载荷较大，其侧向最大附着力能满足平衡大附着力能满足平衡Ry所需的所需的S，故机组操向良好。，故机组操向良好。2.斜牵引斜牵引（如图如图）7/23/202445第五章第五章 犁耕机组犁耕机组当牵引线既不通过动力中心，又与机组前进方向有一偏角时，当牵引线既不通过动力中心，又与机组前进方向有一偏角时，称为偏斜牵引。平衡方程为：称为偏斜牵引。平衡方程为：只要只要 机组仍具有良好的操向性能；机组仍具有良好的操向性能；当当 机组将不能正常工作。机组将不能正常工作。3.偏斜牵引偏斜牵引：（如图如图）7/23/202446第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 以上偏置机组的三种情况，就拖拉机而言，以以上偏置机组的三种情况，就拖拉机而言，以斜牵斜牵引引为好，拖拉机不承受偏转力矩，但因多是右偏置机组，为好，拖拉机不承受偏转力矩，但因多是右偏置机组，（从后向前看），牵引线偏向未耕地，使侧板和沟墙摩（从后向前看），牵引线偏向未耕地，使侧板和沟墙摩擦力增加，牵引阻力增大，效率降低。对犁而言，以偏擦力增加，牵引阻力增大，效率降低。对犁而言，以偏牵引为好，因受力情况好，犁侧板和沟墙的摩擦力较小，牵引为好，因受力情况好，犁侧板和沟墙的摩擦力较小，但拖拉机承受偏转力矩。但拖拉机承受偏转力矩。通常，通常，轮式拖拉机轮式拖拉机配置成近于配置成近于斜牵引机组斜牵引机组；履带式拖拉机履带式拖拉机则可配置成则可配置成偏斜牵引机组偏斜牵引机组。7/23/202447第五章第五章 犁耕机组犁耕机组3.一般使上拉杆平行于机组前进方向或偏左。一般使上拉杆平行于机组前进方向或偏左。结束结束确定水平面内悬挂参数的要点确定水平面内悬挂参数的要点1.瞬心瞬心2配置在犁的前方，两下拉杆夹角为配置在犁的前方，两下拉杆夹角为1525。2.当悬挂犁偏置时，瞬心当悬挂犁偏置时，瞬心2的选择，应使牵引线尽量的选择，应使牵引线尽量 靠近拖拉机的动力中心。靠近拖拉机的动力中心。7/23/202448第五章第五章 犁耕机组犁耕机组土土壤壤阻阻力力增增量量引引起起的的耕耕宽宽变变化化量量返回返回 1.瞬心瞬心2应应配置在犁的前方，并使配置在犁的前方，并使2 至铧尖的纵向距离至铧尖的纵向距离L较小，即适当加较小，即适当加 长两下悬挂点间的距离；长两下悬挂点间的距离；提高耕宽稳定性的措施：提高耕宽稳定性的措施：3.适当增加侧板宽度，即降低侧板压入适当增加侧板宽度，即降低侧板压入 沟壁的增减量沟壁的增减量h；2.加长犁侧板长度加长犁侧板长度l，多铧犁因受到纵向间，多铧犁因受到纵向间 距的限制，常把最后一犁体的侧板加距的限制，常把最后一犁体的侧板加 长；长；4.耕作干硬土壤时，在犁体前加装犁刀，耕作干硬土壤时，在犁体前加装犁刀，切出较平整的沟壁，以有利于提高耕宽切出较平整的沟壁，以有利于提高耕宽 稳定性。稳定性。7/23/202449第五章第五章 犁耕机组犁耕机组2在犁的后方在犁的后方nm22配置在无穷远处配置在无穷远处2在犁的前方在犁的前方返回返回7/23/202450第五章第五章 犁耕机组犁耕机组运输间隙和后通过角运输间隙和后通过角返回返回7/23/202451第五章第五章 犁耕机组犁耕机组高度法控制耕深时机组增重示力图高度法控制耕深时机组增重示力图返回返回7/23/202452第五章第五章 犁耕机组犁耕机组力调节法控制耕深时机组增重示力图返回返回7/23/202453第五章第五章 犁耕机组犁耕机组力调节法控制耕深时犁的示力图返回返回7/23/202454第五章第五章 犁耕机组犁耕机组RV高度法控制耕深时犁的示力图高度法控制耕深时犁的示力图受力受力返回返回7/23/202455第五章第五章 犁耕机组犁耕机组7/23/202456第五章第五章 犁耕机组犁耕机组过程过程隙角隙角行程行程7/23/202457第五章第五章 犁耕机组犁耕机组梯形铧的犁体隙角梯形铧的犁体隙角凿形铧的犁体隙角凿形铧的犁体隙角：犁体隙角犁体隙角s：犁体的实际隙角犁体的实际隙角：侧板末端压入沟底而形成的压入隙角：侧板末端压入沟底而形成的压入隙角返回返回7/23/202458第五章第五章 犁耕机组犁耕机组犁的犁的入土过程示力图入土过程示力图反力反力受力受力措施措施7/23/202459第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 力力调法调法控制耕深时，合阻力控制耕深时，合阻力Rv对瞬心的力矩已为提升臂对瞬心的力矩已为提升臂T力力所平衡。但对机组而言，所平衡。但对机组而言，T力为内力，故拖拉机挂上犁后所增加的力为内力，故拖拉机挂上犁后所增加的外力只有合阻力外力只有合阻力Rv，Rv使驱动轮产生增重效果的关系式为：使驱动轮产生增重效果的关系式为：Rv由由G、Rxz和和Fx所合成所合成,在一定工况下，其大小、方向、作用在一定工况下，其大小、方向、作用线基本上不因悬挂参数的变化而变化。所以，在力调节控制耕线基本上不因悬挂参数的变化而变化。所以，在力调节控制耕深时的增重效果，和瞬心深时的增重效果，和瞬心1的配置位置没有直接联系。的配置位置没有直接联系。2.力调节时的增重效果（力调节时的增重效果（如图如图）7/23/202460第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 比较高度调节法和力调节法控制耕深时的受力情况可知：高度调节法比力调节法多一个限深轮地面反力Qxz，它的方向基本是确定的，无论它的大小如何，对驱动轮的增重总是起相反效果的。因此同一参数的机组，力调节法总比高度调节法的增重效果大，力调节法充分发挥了机组的 增重效果。7/23/202461第五章第五章 犁耕机组犁耕机组力调节法与高度调节法有两处不同：力调节法与高度调节法有两处不同：无限深轮，故无无限深轮，故无Qxz。因力调，液压系统使提升臂作用有向上的力因力调，液压系统使提升臂作用有向上的力T。力调节法控制耕深力调节法控制耕深。（。（受力如图受力如图）7/23/202462第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 若上拉杆通过动力中心若上拉杆通过动力中心OT，对机组不产生偏转力矩。，对机组不产生偏转力矩。若将上悬点向左配置在若将上悬点向左配置在B的位置，的位置，力力 对对OT产生逆时针力矩，与产生逆时针力矩，与偏置引起的力矩方向相反，有利偏置引起的力矩方向相反，有利于改善机组的直线行使性。若向于改善机组的直线行使性。若向右配置在右配置在B”的位置，效果相反。的位置，效果相反。一般使上拉杆平行于机组前进方一般使上拉杆平行于机组前进方向或稍向左偏斜。向或稍向左偏斜。上拉杆位置对偏转力矩的影响上拉杆位置对偏转力矩的影响上拉杆位置对机组直线行驶性的影响上拉杆位置对机组直线行驶性的影响7/23/202463第五章第五章 犁耕机组犁耕机组 上式仅在犁达到规定耕深，上拉杆所受压力达到一定数值时才成上式仅在犁达到规定耕深，上拉杆所受压力达到一定数值时才成立。当耕深小于规定耕深时，液压系统无作用力传递到提升臂，立。当耕深小于规定耕深时，液压系统无作用力传递到提升臂，Rv对对1造成顺向力矩使耕深增加。造成顺向力矩使耕深增加。Rv对对1造成顺向力矩的条件是造成顺向力矩的条件是Rv通过通过1点点的上方，此外为了使上拉杆呈受压状态，以起到力调节作用，的上方，此外为了使上拉杆呈受压状态，以起到力调节作用，Rv必须必须对对C点造成反向力矩。综上所述，点造成反向力矩。综上所述，Rv必须通过必须通过1 C之间。之间。重量较轻的犁重量较轻的犁，在干旱坚实的土壤中耕作时，合阻力，在干旱坚实的土壤中耕作时，合阻力Rv往往位于瞬往往位于瞬心心1的下方，犁无入土能力，达不到预定耕深；的下方，犁无入土能力，达不到预定耕深；自重较大的犁自重较大的犁，在稻田水耕时，合阻力，在稻田水耕时，合阻力Rv有时会落在点有时会落在点C的后上方，的后上方，使上拉杆呈拉伸状态，因此力调节系统不起作用，不能控制耕深，犁出使上拉杆呈拉伸状态，因此力调节系统不起作用，不能控制耕深，犁出现钻深现象。现钻深现象。为了避免上述二种情况，进行犁的设计和调试时，应从犁的重量，为了避免上述二种情况，进行犁的设计和调试时，应从犁的重量，犁面受力情况以及悬挂机构瞬心位置等多方面加以综合考虑。犁面受力情况以及悬挂机构瞬心位置等多方面加以综合考虑。7/23/202464第五章第五章 犁耕机组犁耕机组正牵引正牵引偏牵引偏牵引7/23/202465第五章第五章 犁耕机组犁耕机组斜牵引斜牵引偏斜牵引偏斜牵引7/23/202466