第二章耕作机械第一节概述第二节犁的类型第三节铧式犁的构

第二章耕地机械第一节概述土壤耕作是对土壤进行耕翻和疏松。其目的是为农作物的种植和生长创造良好基本的环境条件，主要包括：(1)通过翻耕、疏松土壤，改善土壤中的水分、空气和土粒间的结构状况，增强土壤吸水及透水透气的能力。(2)通过翻耕，铲除并覆盖杂草、绿肥、作物残茬及肥料等，增加耕层的腐殖质和肥力。(3)将土层下面的虫卵翻至地表消灭，防除病虫害。耕地机械主要是铧式犁和圆盘犁，尤以铧式犁因其优良的翻土和覆盖性能得到最广泛的应用。另外，为深松土壤，深松犁也日益得到广泛应用。人类应用犁已有数千年的历史。刘仙洲教授在《中国古代农业机械发明史》中认为中国在3200年前已经用牛拉铧式犁进行耕作。虽然犁可算得上是最古老的农具之一，但对犁的研究在今天仍是令人感兴趣的课题。世界各地的大农机公司每年都要推出一批新种类的铧式犁供农民选用。世界土壤耕作研究组织(IsTRO)则每两年都要组织一次大型国际会议，探讨耕作中出现的各种问题。一个不了解土壤的物理力学性质、不懂得犁是如何对土壤起作用的人，可能认为犁是一种非常简单的工具，不需要什么研究。然而事实是，要设计、调整好一架符合要求的犁，取得最佳的耕作效果是不容易的，需要考虑许多因素。典型的铧式犁工作过程如图2—1所示。犁通过拖拉机的液压悬挂机构挂接在拖拉机后面，其犁体工作面上的胫刃和底边的铧刃将土壤沿左边的垂直方向与底面的水平方向切开并翻转、破碎。农业技术对犁耕质量的要求各地不尽相同，但一般可归纳为如下几点：(1)良好的翻垡和覆盖性能；旱耕后土层松碎，水耕后断条长度小，土垡架空，以利晒垡。图2-l犁耕作业(2)耕深一致、沟底平整。(3)不漏耕、不重耕、耕后地表平整。第二节犁的类型一、普通铧式犁1．一般构造普通铧式犁是指具有铧式犁基本工作部件，用于一般目的的旱地、水田犁等。图2—2为一普通铧式犁，具有犁架、圆犁刀、小前铧、主犁体等主要部件。圆犁刀协助犁体切出侧面沟壁；小前铧将表层右前方的表土层和残茬杂草翻至沟底，提高复盖性能；主犁体和圆犁刀、小前铧一起，完成对土壤的切割与翻转工作。主犁体是铧式犁不可缺少的主要工作部件。有些犁为了结构紧凑，没有圆犁刀和小前犁。除了以上部件外，铧式犁还可有限深轮、调节机构、安全机构、升降机构等附件。2．铧式犁的挂接方式(1)牵引犁这种犁是拖拉机最早发展的机型。它和拖拉机间是以单点挂接，拖拉机的挂接装置对犁只起牵引作用。这种挂接方式对拖拉机和犁之间的配合要求较少，所以发展最早。牵引犁由牵引架、犁架、犁体、机械或液压升降机构、调节机构、行走轮、安全装置等部件组成(图2—3)。耕地时，借助机械或液压机构来控制地轮相对犁体的高度，从而达到控制耕深及水平的目的。图2—2普通铧式犁1．犁架2．圆犁刀3．小前铧4．主犁体图2—3牵引犁1．尾轮拉杆2．水平调节手轮3．深浅调节手轮4．牵引杆5．沟轮6．地轮7．犁架8．犁体9．尾轮（2)悬挂犁悬挂犁通过悬挂架与拖拉机的三点悬挂机构联接，靠拖拉机的液压提升机构升降。悬挂犁结构紧凑、机动性强，是生产中应用最广的类型。除了部分旱地犁外，南方的水田犁由于水田田块一般较小，故都采用悬挂犁。图2—4所示为南方系列水田犁。有的悬挂犁设有支地撑杆，而用一限深轮保持停放稳定，在拖拉机液压悬挂机构采用高度调节时，限深轮还用来控制耕深。手扶拖拉机犁也都采用悬挂式，结构紧凑，重量轻，靠手动升降机构控制犁的升降。(3)半悬挂犁半悬挂犁是在悬挂犁基础上发展起来的新机型。随着现代拖拉机功率的不断提高，所配的犁越来越宽，纵向长度也越来越长，这就使得拖拉机在田头提升悬挂犁转弯以及路上行走时的纵向稳定性和操向性受到影响。为了解决这个问题，出现了介于悬挂犁与牵引犁之间的半悬挂犁。如图2—6所示。这种犁的前部象悬挂犁，通过悬挂架与拖拉机液压悬挂系统相连，但悬挂架与犁架之间不是固定在一起而是杆件绞接。因此液压提升机构提起时，只是犁的前端被提起。犁的后端象牵引犁一样设有限深轮及尾轮机构，通过液压油缸来改变尾轮相对于犁架的高度。前后液压机构配合，就能改变犁的工作深度及实现工作位置与运输位置的转换。机组转弯时，尾轮在操向杆件控制下自动操向。半悬挂犁的优点也是介于牵引犁与悬挂犁之间。它比牵引犁结构简单、重量轻、机动灵活、易操向；比悬挂犁能配置更多犁体，稳定性，操向性好。图2—4南方系列悬挂水田犁1．犁架2．悬挂架3．悬挂轴调节丝杆4．悬挂轴5．支撑杆6．犁体3．旱地及水田铧式犁通用系列我国地域辽广，各地的耕作要求不同，生产和使用的铧式犁也各不相同。在长期的实践中，形成了北方旱地犁和南方水田犁两大类别。旱地犁的犁体幅宽较大，适应的比阻也较大。水田犁则一般采用窄幅多铧的形式，由于水耕比阻较小，机体可做得较轻便，一般也不需要圆犁刀和小前犁。两种犁体的曲面也有所不同。图2—5手扶拖拉机悬挂犁图2—6半悬挂犁1．液压油缸2．机架3．悬挂架4．地轮5．犁体6．限深尾轮70年代中期，国家组织设计了旱地及水田两大系列铧式犁，与当时各地生产的14～59千瓦(20～80马力)拖拉机配套，并考虑了以后拖拉机的发展，满足了不同地区的要求，又使我国拖拉机犁实现了“三化”，提高了产品质量，收到很好效果。(1)北方旱地系列犁此系列共有20种型号。犁体有25、30、35cm三种幅宽，耕深为16～30cm，其中有两种属深耕犁，耕深可达42cm，其基本参数见表2—1。(2)南方水田系列犁此系列有12种型号。犁体有20、25cm两种幅宽，耕深为12～22cm，基本参数见表2—2。(3)80年代以来换代产品的开发80年代以来，随着改革开放的发展，为了缩小与发达国家农机具技术水平的差距，我国有关部门先后组织进行了多种具有较先进水平的铧式犁产品的研究与开发。如：中国农机院等单位吸收国内外先进技术，研制了95～118kW(130～160马力)级轮式拖拉机配套的悬挂、半悬挂大型旱地犁。以及单体幅宽40、45cm，适应工作速度6～lOkm／h的高速犁。填补了我国大型耕地机械及高速犁的空白。85年以来，在上述大马力新机具开发的基础上，又开发了29～74kW(40～100马力)中型拖拉机配套的新式调幅犁、翻转犁等新产品，以及中型高速犁。福建省机械院等单位联合开发了85系列水田犁。包括悬挂偏置犁、垂直翻转犁、悬挂双层犁和悬挂五铧犁等。总之，经过几十年的发展，我国的铧式犁已形成了与大、中、小型拖拉机配套，能满足旱地、水田不同耕作要求的完整系列。在农业生产中发挥了很大的作用。80年代随着农村体制的改革，我国铧式犁的销售量曾大幅度下降。但90年代以来，随着生产发展，需求量又开始上升。现在除了将80年代开发的新系列犁投入批量生产外，还需进一步开发各种新品种，并在整机技术水平、产品质量方面努力赶上世界先进水平。二、双向犁普通铧式犁只能向一个方向翻垡，而双向犁可向左右两个方向翻土。当犁在机组的往返行程中分别向左和右翻土时，则实际上土垡均向一侧翻转，耕后地表平整，没有沟垄。另外，在斜坡耕作时，沿等高线向下翻土，可减少坡度。图2—7翻转双向犁1．悬挂架2．机架3．限深轮4．犁体5．翻转机构要实现双向翻土，方法很多。在过去也曾出现过各种类型的双向犁，但近年来很多已被逐渐淘汰，故不再赘述。日前常用的是在犁架上下装两组不同方向的犁体，通过翻转机构在往返行程中分别使用，达到向一侧翻土的目的。这种犁在发达国家的大型拖拉机上得到广泛应用，其结构如图2—7所示。这种双向犁有两组分别使用的犁体，结构重量大，加重了提升时液压提升机构的负荷。故犁体较多时多做成半悬挂式的。国外近年来推出一种方形双向犁，如图2—8所示。这种犁的犁体是一块卷成圆弧形的平板，两边是对称的，因此只要通过涮节机构改变板与前进方向的夹角，就能使犁向左或右边翻土。这种犁由于犁体形状非常简单，又可以很容易地在表面复盖上耐磨塑料板，使得犁的制造及使用成本都降低。图2-8方形双向犁1．机架2．悬挂架3．方形犁体4．尾轮三、栅条犁普通犁的犁壁是由整块钢板制成，在耕粘重的土壤时，不容易脱土，因此有些犁的犁壁制成栅条式，如图2—9所示。这种犁由于犁壁与土壤的接触面较小且不连续，比较容易脱土，工作阻力也比较小。另外，栅条犁的犁壁往往是可调节的，如图2—10所示，只要改变插孔，即可改变犁壁的曲率。插入A、B两孔时，曲面变陡，碎土性能好；插入c、D两孔时，性能则相反；插入B、c孔，曲面扭曲小，垡片翻转较少，抛得较远；插入A、D孔则相反，曲面扭曲大，覆盖性能好。图2—9栅条犁图2—10栅条犁犁体曲面的调整四、调幅犁普通铧式犁本身总的工作幅宽除了增减犁体数目之外是不能改变的。所以普通铧式犁工作时所谓调节幅宽实际上只是改变第一个犁体与已耕地的重叠量，这个问题将在后面讨论。这种调节方法，不论是从理论上还是实际应用上来说，都是不够理想的。调幅犁能改变犁组本身总幅宽，以适应土壤条件及耕作要求改变时，对拖拉机牵引力要求的变化。提高拖拉机的工作效率，降低油耗。这是一种很有特色、有用处的耕作机具。调幅犁的基本原理如图2—11所示。犁的工作幅宽的调节是通过改变犁体间的重叠量来实现的。通过调节机构改变犁的主梁与前进方向的夹角a就能改变犁间的重叠量。a减小，重叠量增加，耕宽减小；a增大时，重叠量减小，耕宽增加。当主梁夹角a变化时，安装在主梁上的犁体与主梁的夹角也必须作相应的同步变化，以保持犁的设计工作状态。图2—12所示为我国独创的悬挂调幅犁的调幅控制机构。是以平行四杆机构及导向滑板来控制犁体相对于犁主梁的角位移，使犁体在调幅过程中始终保持设计工作状态(犁体铧刃角不变)。作业时机构保持锁定状态。犁主梁的转动是由液压油缸来推动的，并同时带动犁体相对于犁主梁的角位移。图2一ll调幅犁的调节原理图2—12调幅犁的调幅机构五、圆盘犁圆盘犁是以球面圆盘作为工作部件的耕作机械。圆盘犁由圆盘、刮土板、犁架、悬挂架及尾轮等组成(图2—13)。圆盘犁工作时，由于刀盘盘面与前进方向和垂直面都成一定的角度，在牵引动力和土壤反力的作用下，刀盘绕自己的轴回转，土壤被切割和移动，沿盘面升起，并在刮土板的辅助作用下翻转(图2—14)。土壤作用在圆盘上的侧向力依靠其尾轮来平衡。通常尾轮的高低和偏角可以调整。圆盘犁体是一球面圆盘，盘直径一般为600～800mm，曲率半径450～650mm。其安装角可调节，圆盘面与前进方向的偏角为35°～45°，与垂直面的倾角为15°～25°(图2—15)。圆盘犁工作时，是依靠其重量强制入土的，入土性能比铧式犁差，因此其重量一般要求较大，通常配用重型机架，有时还要加配重，来使其获得较好的入土性能。1．犁架2．悬挂架3．圆盘4．刮土器5．尾轮图2一14圆盘犁的工作过程当圆盘被调节到较为垂直的位置，即倾角较小时，圆盘犁较容易入土。倾角越大，则切入土壤越难。需要加大耕深时，也应减小倾角。而倾角大，耕深稳定较好，工作质量提高。圆盘与前进方向的水平偏角影响垡片的宽度。圆盘偏角越大，垡片越宽，但圆盘片自由转动的可能性减少，增加工作阻力。偏角越小，垡片宽度越小。如圆盘沿前进方向转动，则失去切割起土的作用。与铧式犁相比，圆盘犁有其特点，可用于铧式犁不能很好工作的情况。(1)因圆盘工作时转动，与土壤摩擦较小，刀刃摩损也较小，故可用于研磨性强的土质中。(2)同样由于转动的原故，圆盘能越过或避开土中过硬的异物，防止损坏，因此它较适用于垦荒用。(3)刮土板可将土、草和秸秆从圆盘上刮下，减少附着与缠绕，故适用于重粘土、种植绿肥和采用稻草还田的地方。但圆盘犁也有其缺点：(1)圆盘犁靠刮土板辅助翻转土垡，故翻垡及覆盖性能比铧式犁差。(2)土垡面成波状，且难以形成硬底层。(3)虽然圆盘转动时与土壤摩擦力较小，但由于入土性能差，要求圆盘犁重量大于铧式犁，故其牵引力往往比铧式犁还要大。(4)价格比铧式犁高约40％。由于这些原因，使圆盘犁普及性比铧式犁差，只在某些地区使用。图2一15圆盘犁的安装角第三节铧式犁的构造上一节讲述了铧式犁的类型和一般构造，这一节将进一步讨论其各主要零部件的构造特点和使用性能。一、犁体犁体是犁的主要工作部件，一般由犁铧、犁壁、犁侧板及犁柱、犁托等组成(图2