农业机械学土壤耕作机械

, , , , , ,*,东北农业大学,2007,级校级精品课,农业机械学,东北农业大学,2007,级校级精品课,农业机械学, , , , , , ,*,土壤耕作机械,1,第一节 概述,第二节 耕层土壤的物理学性质,第三节 铧式犁的构造与原理,第四节 旋耕机的构造与原理,第五节 灭茬机和秸秆还田机的构造与原理,第六节 深松机具,第七节 整地机械,主要内容,土壤耕作机械,2,土壤耕作的目的,概 述,耕地是作物栽培的基础，耕耘质量的好坏对作物收成有显著影响。耕地作的作用主要表现在：,改善土壤结构。通过耕作使板结的土壤疏松，土块破碎，形成具有吸收和保持适量水份和空气能力的团粒结构，为种子的发芽和作物根系生长创造良好的条件。,消灭杂草和虫害。通过土壤耕作可以将杂草覆盖于土壤底层，控制其生长；也可以使虫害暴露于地表而死亡。,3,土壤耕作的目的,概 述,将作物残茬以及肥料、除草剂、杀虫剂等混合在土壤中以增加其作用。,将地表整平或整成一定形状以利于种植、灌溉、排水或减少土壤侵蚀。,将过于疏松的土壤压实到适当的疏松状态，使其既能保持水分，又有利于作物根系发育。,改良土壤。耕地可使质地不同的土壤彼此易位，有利于控制盐碱。,4,土壤耕作的目的,概 述,5,土壤耕作方法,概 述,我国普遍采用的耕作方法主要是传统的即常规耕作法，也称精细耕作法。通常指作物生产过程中有机械耕翻、耙压和中耕等组成的土壤耕作体系。,近年来，国内外逐步出现了以少耕、免耕、保水耕作等为主的一些列保护性耕作方法和联合耕作机械化旱作技术。,6,土壤耕作机械的种类,概 述,耕整地机械包括耕地机械和整地机械。,耕地机械包括铧式犁、圆盘犁、旋耕机；,整地机械包括各种耙（圆盘耙、钉齿耙、弓齿耙、弹齿耙、网状耙等），镇压器（,V,型镇压器、网纹镇压器、轮齿镇压器、圆筒型镇压器等）和耢子等。,7,对耕作机械的农业技术要求,概 述,耕作机械的农艺要求主要有以下几个方面：,1,、应有良好的翻土和覆盖性能，能翻动土层，地表残茬、杂草和肥料应能充分覆盖，埋覆在,8cm,以下深度的植被应在,80%,以上，耕后地表平整。,2,、应有良好的碎土性能。耕后土层应松碎，尽可能满足耕后直接播种的要求。旱田耕后土层蓬松，水田则要求断条尺寸尽量小，耕后土垈架空，以便于通风晾晒。,3,、耕深应均匀一致，沟底平整，耕宽一致，东北地区旱田耕深一般为：,2030cm,；水田为：,1220cm,。,4,、不重耕，不漏耕，地边整齐，垄沟尽量少而小。,5,、能满足畦作的要求，种麦时应耕成畦田，以利排水。,8,耕作机械的发展动态,概 述,土壤耕作是重负荷作业，能源消耗量很大。美国用于耕地作业的动力超过其全部农用动力的,1/2,，全美国每年耕翻土壤,2500,亿吨，消耗燃料,200,万吨。我国每年耕地面积,1.7,亿公顷以上。因此，耕作机械化新技术的发展一直受到世界各国重视。目前，世界各国耕整地机械技术正向着以下方面发展：,用动力输出轴驱动工作部件,发展联合作业机械,形成了少耕、免耕法用的机器系统,使用高新技术,图片动画,录像,图片动画,图片动画,9,耕作机械的发展动态,联合整地机械,概 述,返回,将土壤耕翻、耙碎、整平、镇压、作畦起垄、甚至播种等各项作业中的迹象或者全部用一台机组同时完成，可以节约能耗，争取时间，还有利于保持土壤的水分和温度，提高作物产量。,近年来，联合耕作机已经逐渐由串联式发展成整体式。,10,耕作机械的发展动态,概 述,返回,联合整地机,复式作业整地机,11,耕作机械的发展动态,少耕、免耕机械,概 述,返回,12,耕作机械的发展动态,新技术应用,概 述,返回,目前，液压技术、卫星定位技术等在耕整地机械及其作业中的应用已经取得相当的成就。,此外，在机器设计过程中广泛应用计算机辅助设计和虚拟制造技术等新方法和手段，在机器制造过程中不断采用新工艺、新方法、新材料。,13,土壤强度,耕层土壤的物理学性质,土壤强度是指某种土壤在特定条件下抵抗外力作用的能力，可以定义为土壤承受变形或应变的能力。可以用应力应变方程式，或以其屈服点应力来表示。,土壤强度既受限于土壤本身的特性（如质地和结构），又受限于环境条件，特别是土壤的含水量等。它的特性不仅关系到加工土壤时能耗的多少、质量的优劣，而且还关系到农机具行走装置的推进力、各部件的摩擦磨损及整地的工作效率，对植物根系生长发育也有直接影响。,根据土力学中摩尔,库伦定律，建立车辆的前进推力或附着力的模型,当车轮的接触面积,F,和法向压力,G,为定值时，,车辆的最大推力或附着力 与土壤强度成正比,结论一,耕耘机械切削土壤使之破碎，其能耗土壤破,碎程度成正比，而土壤破碎的难以程度又与土壤,强度成正比，所以破碎黏重而又板结的土壤，其,能耗要比破碎砂性土壤大得多。,结论二,14,土壤坚实度,耕层土壤的物理学性质,土壤坚实度也称贯入阻力。当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为,1cm,3,时所需的力称为单位压实力。当以一定断面形状的柱塞压入土壤，其压陷深度与单位压实力的乘积成为土壤坚实度。,Bekker,首次建立了土壤承载能力与下陷深度的数学模型，并被普遍的引用，其模型为：,15,土壤的抗剪强度,耕层土壤的物理学性质,耕层土壤在耕作机械工作部件的作用下，往往出现剪切破坏。即在外力作用下土粒之间会出现相对位移。阻止这种相对位移的土壤内部阻力称为土壤的抗剪强度。,耕地机械造成的土壤破坏剪切强度是根据摩尔,库伦定律建立的数学表达式，存在如下关系：,16,土壤含水量,耕层土壤的物理学性质,在降雨或灌溉之后，耕作层内的水有一部分在重力作用下，沿着土壤中大的空隙或裂缝向下渗漏，另一部分则在土粒的吸附作用和毛细管作用下，保持在耕层之内。土壤中所能保持的最大含水量称为田间持水量。,土壤的含水量有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。,17,土壤的凝聚力和附着力,耕层土壤的物理学性质,土壤的凝聚力,是指土粒之间的结合力，其大小与土壤质地、含水量等因素有关。黏土的凝聚力大于砂土，凝聚力大的土壤称为重质土。这种土壤不宜破碎，耕作阻力较大；凝聚力小的土壤容易破碎，耕作阻力小。,土壤的附着力,是指土壤与耕作部件接触面之间的黏着力，几乎完全是因为水膜的表面张力所造成。附着力与土壤质地、含水量、接触面的材料和粗糙度等因素有关。,18,土壤的凝聚力和附着力,耕层土壤的物理学性质,降阻减黏的技术和方法,充注气体或液体,振动法,电渗法,表面改性,表面改形,仿生法,19,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,按耕地时土壤的翻转方向分，有单向犁和双向犁等。,按用途可以分为水田犁、旱田犁等。,按犁与拖拉机的挂接方式分，有牵引犁、悬挂犁和半悬挂犁等。其中悬挂犁按耕深调节方式又可以分成高度调节悬挂犁、力调节悬挂犁和位调节悬挂犁等。,20,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,铧式犁作业录像,21,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,1,、牵引犁,它主要由牵引装置、犁架、犁轮、犁体、小前犁、升降机构及调节机构等组成。其主要特点：,犁体纵向尺寸不受限制，可配置较多犁体。,结构复杂，重量大。,转弯半径大。,金属耗量大，价格高。,22,牵引犁图片,牵引犁工作录像,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,23,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,2,、悬挂犁,悬挂犁通过悬挂架与拖拉机的三点悬挂机械连接，一般由犁架、悬挂架、犁体、犁刀、调节装置和限深轮等组成。其主要特点有：,机动性强，转弯灵活。,金属耗量小、重量轻，造价低。,对拖拉机驱动轮增重效果好。,24,悬挂犁图片,悬挂犁工作录像,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,25,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,3,、半悬挂犁,半悬挂犁是在悬挂犁的基础上发展起来的新机型，犁的前端由拖拉机悬挂，后端是限深轮和尾轮机构。其结构分别取前二者的部分而组成。其主要特点有：,重量较牵引犁轻约,1/3,，但犁纵向尺寸亦不受限制。,机动性较牵引犁好，可操作性强。,26,半悬挂犁图片,半悬挂犁工作录像,铧式犁的种类和特点,铧式犁的构造与原理,27,铧式犁的主要部件,铧式犁的构造与原理,主犁体,小前犁,犁刀,犁架,28,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,主犁体是铧式犁最重要的工作部件，它由犁铧、犁壁、犁侧板、犁柱和犁后踵等组成。,功用：切开、破碎、翻转土壤，以达到覆盖杂草和残根、疏松土壤的目的。,（,1,）,犁铧,（,2,）,犁壁,（,3,）,犁柱和犁托,（,4,）,犁侧板和犁后踵,主犁体机构动画演示,犁体间隙动画演示,29,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,（,1,）犁铧,其主要作用是入土和切土，然后升起切下的土垈并将土垈导向犁壁。犁铧由铧尖、铧刃、铧翼、铧面和铧背加厚部分组成。铧尖用于使铧入土，铧刃用来从水平方向切开土壤。铧背加厚部分是储备材料，以便当铧磨损是进行锻延，恢复犁铧尺寸。,犁铧有三种结构形式：梯形铧、凿形铧和三角形铧，常用的形式为凿形铧。,犁铧受力很大，且工作条件恶劣，铧刃和其工作表面极易磨损。铧刃厚度从,1mm,增到,5mm,时，耕作阻力将增大,25%,以上。故犁铧材料多选耐磨的,65Mn,钢或,65SiMnCr,钢。,返回,30,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,（,2,）犁壁,犁壁是犁体曲面的重要组成部分。其作用是接受犁铧抬起的垈片，加以破碎和翻转，其中犁胸部分受力最大，磨损也最严重。,犁壁的种类很多，不同的犁壁有不同的碎土和翻土性能。,按其结构形式分：整体式、组合式和栅条式三种。,按其作用原理分：滚垈型、窜垈型和滚窜型三种。,犁壁工作时常受到土壤很大的压力并于土壤产生滑动摩擦。因此犁壁的材料坚硬耐磨，具有足够的强度和韧性。,返回,31,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,（,3,）犁柱和犁托,犁柱、犁托用于将犁体与机架连接起来。固定犁铧、犁壁和犁侧板以构成犁体，增强犁铧和犁壁的强度和刚度。,返回,32,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,（,4,）犁侧板和犁后踵,犁侧板位于犁铧的后方，工作时紧贴沟壁前进，承受并平衡犁体所产生的侧压力，以保持耕深和耕宽的稳定性。,多铧犁最后一个犁侧板受力最大，磨损严重，已按都装有可更换的犁后踵。,返回,33,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,返回,主犁体的组成,34,铧式犁的主要部件,-,主犁体,铧式犁的构造与原理,返回,犁体间隙的组成,35,铧式犁的主要部件,-,小前犁,铧式犁的构造与原理,小前犁又称小铧，位于主犁体左前方，其结构、形状均和主犁体相仿，工作幅宽约为主铧的,2/3,，耕深不超过,10cm,。,小前犁有铧式、切角式、圆盘式。,功用：,将土垈上层部分土壤杂草耕起，并先于主垈片的翻转落入沟底，从而改善了主犁体的翻垈覆盖质量。,36,铧式犁的主要部件,-,犁刀,铧式犁的构造与原理,犁刀装在主犁体和小前犁的前方。,犁刀有圆犁刀和直犁刀两种，直犁刀工作阻力大，圆犁刀切土阻力小，不易挂草和堵塞。,功用：,沿垂直方向切开土壤，减小主犁体的切土阻力和磨损，防止沟墙塌落。,37,铧式犁的主要部件,-,犁架,铧式犁的构造与原理,犁架用于直接或间接安装大多数零件的部件，应有足够的强度来传递动力。,犁架可分为：空心管焊接架、钩形犁架和螺栓固定的可拆式犁架。,38,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,1,、铧式犁的挂结原则,（,1,）牵引犁：挂结点必须在拖拉机的动力中心和犁的阻力中心的连线上，即三点构成一条直线，此线为牵引线。,阻力中心,：犁耕时作用在犁体上所有力的合力和犁体曲面的交点。单犁体的阻力中心在犁铧和犁壁的接缝线上，位于距沟墙,1/51/4,耕宽处；多铧犁的阻力中心在各犁体阻力中心连线的中点。,动力中心,：拖拉机驱动力的合力作用点。轮式拖拉机动力中心位于驱动轴线的稍前方；履带拖拉机动力中心位于两条履带压力中心线连线与纵轴线的交点。,39,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,1,、铧式犁的挂结原则,（,2,）悬挂犁：通常与拖拉机以三点悬挂组成机组，其挂结原则与牵引犁相同，只是悬挂机组上牵引电为虚牵引点。,悬挂犁有四种不同的挂接方式：,正牵引,斜牵引,偏牵引,偏斜牵引,40,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,2,、铧式犁的调整,牵引犁无论是在纵垂面还是在水平面内，若能正确挂结，一般不会出现前后犁体耕深不一致和偏牵引现象。,41,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,2,、铧式犁的调整,悬挂犁机组挂结后或工作中，一般都需做从以下几个方面的调整：,耕深调整,包括高度调整、力调整和位调整。,耕宽调整,偏牵引调整,纵向水平调整,横向水平调整,42,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,旋耕犁的水平调整,最小间隙和后通过角,悬挂犁的瞬心调整,瞬心前后移动对入土角的影响,瞬心移动影响耕宽,瞬心位置对驱动轮增载的影响,43,返回,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,44,返回,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,45,返回,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,46,瞬心在前,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,47,瞬心在,后,48,瞬心在前（有入土行程,S,）,49,瞬心前后移动对入土角的影响,返回,50,返回,前后移动,上下,移动,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,51,返回,瞬心在前,瞬心在,后,瞬心在无穷远处,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,52,铧式犁的挂结与调整,铧式犁的构造与原理,3,、犁耕作业方法,常用的犁耕作业方法有：,内翻法（闭垄法）,外翻法（开垄法）,套翻法,53,特种犁,铧式犁的构造与原理,高速犁,圆盘犁,耕耙犁,翻转犁,调幅犁,深松犁,深耕犁,54,特种犁,铧式犁的构造与原理,返回,55,特种犁,铧式犁的构造与原理,返回,56,特种犁,铧式犁的构造与原理,返回,57,深耕犁,铧式犁的构造与原理,返回,58,旋耕机的构造及工作过程,旋耕机的构造与原理,1,、旋耕机的类型与一般构造,与铧式犁相比，旋耕机耕后土壤细碎、地表平整，一次作业即可达到播种要求，但其耕深比较浅（,1416cm,）、功率消耗较大、工作幅宽比较窄，比较适合菜地、果园、水田的耕整地。按照旋耕机刀轴的空间安装位置来分可以把旋耕机分为立式和卧式两种，在卧式旋耕机中按照旋耕刀轴回转与拖拉机轮子回转方向是否一致来分，可以分为正旋式和反旋式。,旋耕及主要由机架、传动系统、旋转刀轴、刀片、耕深调节装置、罩壳等组成。其中旋耕刀片为主要工作部件。旋耕刀片将土壤切成碎片并抛向拖板，土壤碎片与拖板撞击后进一步细碎。,59,旋耕机的构造及工作过程,旋耕机的构造与原理,旋耕机作业录像,旋耕机组图,60,旋耕机的构造及工作过程,旋耕机的构造与原理,2,、旋耕机的工作过程,旋耕机工作时，刀片一方面有拖拉机动力输出轴驱动做回转运动，另一方面随机组前进做等速直线运动。,刀片在切土过程中，先切下土垈，抛向并撞击罩壳与平土拖板细碎后再落回地表上。机组不断前进，刀片就连续不断的对未耕地进行松碎。,61,灭茬机,灭茬机和秸秆还田机,灭茬机与拖拉机配套作业，主要用于田间直立或铺放秸秆的粉碎，可对小麦、玉米、高粱、水稻、棉花等作物秸秆、根系及蔬菜茎蔓等进行粉碎。粉碎后的秸秆自然散布均匀，经翻耕（免耕除外），将秸秆作为肥料回施到地里。,灭茬机按照其结构形式可分为立轴式和卧轴式。立轴式灭茬机主要用于玉米等高粗秆直立作物秸秆的灭茬作业，卧轴式灭茬机主要用于小麦等低细秆或铺放在田间的作物秸秆的灭茬作业。,62,秸秆还田机,灭茬机和秸秆还田机,按照机器作业方式不同可分为粉碎性还田机和整株秸秆还田机。按照秸秆粉碎轴的结构形式，可分为卧轴式和立轴式两种。,63,整地机械,整地的目的,进一步松碎土壤，改善土壤结构，保持土壤水分，为播种和种子发芽、生长创造良好的条件。,64,耙：,其功能是碎土、灭茬和松土，主要有圆,盘耙、水田耙、钉齿耙、弹齿耙和振动耙几种。,镇压器：,其功能是压碎土块，压实耕作层，以,利于蓄水保墒，播种后镇压可使种子与土壤紧密,接触，有利于种子发芽。主要有,V,形镇压器、网,环形镇压器、圆筒形镇压器、胶轮镇压器。,平地机,松土除草机械,整地机械,整地机械的种类,65,整地机械,圆盘耙,类型,圆盘耙主要用于犁耕后的碎土和平地，也可用于搅土、除草、混肥，收获后浅耕、灭茬，播种前的松土，飞机撒播后的盖种，为抢农时、保墒用耙代耕。,圆盘耙主要有以下几种类型：,按机重、耙深和耙片直径可分为重型、中型和轻型；,按与拖拉机的挂结方式可分为牵引、悬挂和半悬挂；,按耙组的配置方式可分为对置式和偏置式；,按耙组的排列方式可分为单列耙和双列耙。,66,整地机械,圆盘耙,类型,67,整地机械,圆盘耙,构造,圆盘耙主要由耙组、耙架、悬挂架和偏角调节机构等组成。,耙组：圆盘耙的主要工作部件，各种圆盘耙的结构大体相同，由,510,片圆盘耙片组成。耙片分为全缘和缺口两种形式。,耙架：是用两端封口的矩形钢管制成的整体刚性架，具有良好的强度和刚度。,偏角调节机构：用于调节圆盘耙的偏角，以适应不同耙深的要求。主要有齿板式、插销式、压板式、丝杠式、液压式等几种类型。,68,整地机械,圆盘耙,工作过程,圆盘耙工作过程录像,69,整地机械,其它表土耕作机械,镇 压 器,弹 齿 耙,旋 转 锄,耕 耘 机,其它机械,70,镇压器,镇压器图片,镇压器录像,返回,71,弹齿耙,返回,72,旋转锄,返回,73,耕耘机,返回,74,其它机械,返回,75,