第l6卷第1期
1998 年3 月
． j 、
佳木斯 学院学报 。．．
Journal of Jiamusi Insiitute of Technology Mar 1998
鼋 8 C1) t一七
。
潜土旋耕试验研究(2)
— — 逆转旋耕抛土刀片试验研究。
刘孝民
(佳未新大学工学院
桑正中 王俊发
(江苏理工大学) f佳木新大学工学院)
连。 ＼
<2-上
摘要表文通过在室内土槽试验台上对抛土刀片的试验，讨论j刀片几何参数及
运动参数对旋耕扭矩的影响一在大量试验的基础上提出j抛土刀片的几个主要参数的参
考值．
关键词潜土旋耕
0 问题的提出
旋耕刀片是旋耕机的主要工作部件。旋耕机工作质量的好坏。能耗的大小都与旋耕刀
片的几何形状、尺寸大小、运动学特性及动力学特性有密切关系．因此，如何提高旋耕刀片
向后抛土的性能是减小切削阻力．提高耕作覆盖质量的关键之所在．逆转旋耕与正转旋
耕是两种xx不同的耕作方式．两者在耕作过程中，土壤的流动方式各不相同，所以，对逆
转旋耕刀片的抛土性能。某些主要的几何参数以及某些主要的运动学参数的研究是实现
潜土逆转旋耕的必要步骤之一．
1 试验装置、试验条件与试验方法
1．1 试验台
试验台同参考文献“：．
1．2 土槽土壤整理
见参考文献“)．
1．3 试验刀片
试验刀片的设计是根据初步的理论分析来进行的．保证刀片刃口具有较好的滑切性
能。刀片正切面设计在保证其外端不推挤和搓擦来耕地的前提下，使其以合适的安装角度
和良好的正切面形状来确保一定的抛土和碎土能力，尽可能避免巳耕土的重耕，从而达到
降低切削阻力和提高覆盖质量的目的．
0 国家自然科学基金资助项目
收稿日期}1997—05—23
{dy}作者简介一翘苹民，男，1959年1月出生，198Z年相当韭于佳末斯二学院农帆幕．1905年毕韭于江茹理工大
学，工学硬士，现任佳末斯大学工学良机械设计系酎教授．1$4007
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． 2． 佳未斯I 学院学报 1998年
图l为试验刀片的示意图，表l为试验刀片的主要参数．
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A—A
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蹦I 试验刀片示童睡
表1 试验刀片参数
1．4 试验设计
农业耕作要求具有一定的耕深，同时具有良好的翻土覆盖性能，要求地表残茬，杂草
等植被无裸露．因此，本试验的着重点就在于探索能耗较低，覆盖性能较好的刀片几何参
效．选择试验刀轴转速分别为20Of／rain，250r／rain，300r／mln，机器的前进速度分别为0．
2m／s，0．3mls，0．4m／s，试验耕深为20cm，耕宽为4．5cm，土壤坚实度在0．35士O．05Mpa，
土壤含水率在18．5士0．2 的范国内．试验设计如表2示．
2 试验结果及其讨论
2．1 试验扭矩波形的讨论与分析
(1)扭矩波形讨论
图2为逆转旋耕机组前进速度0．4m／s，刀轴转速300r／min，四种不同参数的试验刀
第16卷刘孝民等：潜土旋耕试验研究(2)*—— 逆转旋耕抛土刀片试验研究。3‘
片的逆转旋耕扭矩波形
表2 逆转单刀旋耕试验设计
刀片类型 NXI6OA60 NXI60A45 NXI60B60 NXI60B45
耕 探(era)
前最建度(m，s)
刀轴转遗(r／mi~)
耕 宽(m )
平均土壤坚实度(M )
平均土壤古水率( )
20
O．2，O．3，O．4
200．250t3O0
4．5
O．35
l8．5
刀片转有(’)
田2 不同刀片的逆转靛耕扭矩谴形1 图3 逆转旋耕扭矩键形2
刀轴转建一300r，m ，机器前进建度一0．4m／s 刀轴转遵l 300r／to3．t机嚣前进建度：0．2m，5
从图2中可以看出，在相同前进速度、相同刀轴转速、相同土壤条件的情况下，刀片几何
参数的不同导致了旋耕扭矩的很大差异．刀片几何参数的差异主要表现在切面安装角、正
切面与倒切面之间夹角的不同．在图2中，NXI60A60，NXI60A45的两条扭矩波形相差
不多，基本趋势相同，这两把刀片的正切面与侧切面之间夹角相同 仅仅是正切面安装角
有所不同，这说明 在该运动条件和土壤条件下，正切面的安装角对逆转旋耕扭矩的影响
并不明显，而在此运动条件和土壤条件下，正切面与侧切面之间夹角的不同对逆转旋耕扭
矩的影响是比较明显的，如图中的NXI60A，NXI60B的扭矩时间历程曲线，在某些情况
下，NXI60B的扭矩时间历程峰值几乎是NXI60A 的相同相位峰值的二倍，之所以
NXI60B的扭矩时间历程峰值较大，主要是因为正切面与侧切面之间夹角为9O。，正切刃
在切土的过程中，不能产生滑切，从而造成高速下土壤切削附加动反力增加，土垡厚度较
大使得土垡剪切变形较为困难以及在抛土过程中正切面不能很好地脱土的缘故．
在图3中，可以看出，当刀轴转速为300r／rain．机器前进速度为0．2mls时，四把试验
刀片的旋耕扭矩相差甚微，几乎没有什么太大的区别，四把试验刀片的旋耕扭矩之所以
比较接近，这主要是由于机器前进速度较低、旋耕进距较小，因而切削土垡的厚度较薄，
从而使得土垡剪切变形较为容易．另外，由于切剖土量较小，所以刀片抛土过程中的脱土
‘ 4‘ 佳未斯I 学院学报 1998年
问题也就不成为影响旋耕扭矩的主要因素了．
在固4中·旋耕刀轴转速为200r／rain一其中的图a是机器前进速度为0．2m／s时四把
旋耕扭矩(Nm)
刀片转甫(。)
a
^．机器前进速度|0．抽／s
田4 逆转旋辨扭矩渡彤3
b
刀片转角(‘)
b．机墨前进速度：0．4m，|
刀轴旋耕转速：z0or^
试验刀片的转旋耕扭矩波形；图b是机器前进速度为0．4m／s时四把刀片的转扭矩波形
。
旋耕平均扭矩(Nm) 旋耕皿均扭距(NtD)
‘ ‘ ～
～ ～
一 ／
。
、
； ； 2 ，／ ======
N x 160A60
N ×160A45
刀轴转速(rlmln)
日5 逆转旋辨扭矩与刀轴转速的关幕
(机器前进速度0．4m )
机组前盎速度(m，。)
日6 逆转旋耕扭矩与机器前进速度的美幕
(刀轴转速300r／raln)
对于图4，反映了四把试验刀片在逆转旋耕过程中的扭矩时间历程情况，从图3和图
4可以看出-在逆转旋耕刀轴转速或机器前进速度较低的情况下．刀片几何参数对旋耕扭
矩的影响并不十分明显．
(2)逆转旋耕扭矩与刀轴转速的关系
图5是在机器前进速度为0．4m／s时，四把试验刀片的逆转旋耕扭矩与刀轴转速的
关系曲线，从图中可以看出．四把试验刀片的逆转旋耕扭矩是随着刀轴转速的增加而增
加，所不同的是随着刀轴转速的增加，NXl60A二把试验刀片的逆转旋耕扭矩增加的比较
缓慢，而NX160B二把刀片的逆转旋耕扭矩随刀轴转速的提高增加的幅度较大，其主要
第16卷刘孝足等：潜土旋耕试验研究t 2)*—— 逆转旋耕抛土刀片试验研完·5·
原因是前昔具有充分的滑切与良好的脱土性能．致使其切削阻力与抛土阻力随刀轴转速
的提高增加的较少；而滑切与脱土性能较差是后者逆转旋耕扭矩随刀轴转速的增加而急
刚增加的主要原因．
图6是在逆转旋耕转速为300r／min时．四把试验刀片的逆转旋耕扭矩随前进速度变
化而变化的曲线．通过图6可以了解到与分析囝5娄似的情况，随机器前进速度，也就是
旋耕进距的增加，NX]60B二把刀片的逆转旋耕扭矩随着机器前进速度的增加而增加幅
度较大，而NX160A二把刀片的逆转旋耕扭矩虽然随机器前进速度的提高有所增加，但
是增加的幅度是比较小的，这也就是说，旋耕进距的变化对NX160A二把试验刀片的旋
耕扭矩没有太大的影响
2 2 试验刀片抛± 情况的讨论与分析
试验过程中+抛土情况的记录是采用摄像机摄像和频闪摄影进行的，其中摄像记录
主要用来对不同几何参数和运动参数逆转旋耕抛土情况进行反复观察和分析的，而频闪
摄影的记录主要是用来确定抛土的轨迹
通过反复观看试验刀片抛土情况的录像，试验刀片的向后抛土量是随着机器前进速
度的增加而增加的；并且在一定的刀轴转速范围内
随刀轴转速的提高而增加．
当刀轴转速为300r／min对，刀片正切面的安
装角对总抛土量投有什么太大的影响，但对向前和
向后的抛土量的比例的影响却比较明显，刀片正切
面安装角过小，虽向后抛土轨迹形状较好，然则出
现向前抛土过多；其原因是在整个切土行程的前半
个行程，土壤脱离刀片正切面瞬时运动的{jd1}速度
方向与z轴正向的夹角小于90。，即朝向机器前进
的方向，而刀片正切面安装角较大，整个切土行程
切土量的大部分被切剖土壤可被抛向后方，向前抛 o o．2 0 4 o·6
土可比较少 向后抛土距离 m
当刀轴转速为200r／min和250r／min时，得到 田 逆转旋耕抛土孰蔗倒
了与上述类似的结果，但向后抛土的距离是随刀轴转速的降低而降低的
机器前进速度对于抛土情况也有较为明显的影响，根据录像资料来看，在刀轴不推土
的情况下，抛土量是随机器前进速度的提高而增加的．
图7是通过判读在机器前进速度为0．4m／s，刀轴转速为300r／min所进行的抛土试
验的频闪摄影照片，试验刀片NX160A45的某一相位角的抛土轨迹．
3 小结
综上所述，初步确定了在较大耕深情况下，当旋耕刀轴转速为25O～300r／min、刀片
正切面安装角为45 左右、正切面与侧切面夹角为1"20咭 右对，潜土逆转旋耕不仅具有较
好的抛土性能，而且旋耕扭矩亦较小，
· 6· 佳木斯I 学院学报 I 998年
参考文献
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EXPERD ENTAL RESEARCH ON ROTARY
CULTⅣ ATION UNDER SOIL (2)
— — EXPERIM ENTAL RESEARCH ON S0Ⅱ 一THR0W ING BLADE
Liu Xiaomin Song Zhengzhong Wung Junfa
(】 帆 Iaslltete 0f Teekaology 154007)(JiaⅡg姐Uaiver~ y of Scjence and Technotos~r)(Jiamusi]J1ftJtutte of Technology)
ABSTRACT This paper COnCerns with the relationship between back— rotary cultivation
blaede’s geometic parameters and soil—throwing that decreases endergy consumption ，
and according to a lot of experiments was finished ，the reference value of a~ttle major parameters
was put forward．
KEY W ORDS rotary cultivation under soil，soil— throwing blade，rotary culdvafion
torgue，parameters