2007年11月 农机化研究 第11期
正反转旋耕灭茬机刀片的功耗分析
申屠留芳，邵鹏．
(淮海工学院机械工程系，江苏连云港 222005)
摘 要：旋耕机是一种应用非常广泛的耕耘机械。人们目前使用的大部分都是正转旋耕方式和正转刀片，
对反转旋耕方式及其刀片的研究相对较少，并且对其中的一些性能和适用条件尚未xx了解。为此，分析
了旋耕过程中不同的旋耕方式对于旋耕功耗以及各种负荷的影响，提出了在一定渠道条件下的旋耕方式，
为设计出合理的刀片形状提供理论依据。
关键词：农业工程；旋转耕耘机；分析；旋耕刀；潜土逆转旋耕；旋耕功耗
中图分类号：$222．4 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2007)1 1—0087—03
0 引言
近些年来旋转耕耘机在我国得到了广泛的应
用，除了正转旋耕机及其配套机具外，又开发了适
用于高留茬稻茬田、麦茬田的潜土逆转旋耕机、旋
耕灭茬两用机、秸秆粉碎机、秸秆根茬联合作业机
等一系列机型。这些机具在不同的场合选取不同的
正反转刀片和正反转旋耕方式都直接影响到机具的
旋耕质量、功率消耗和使用寿命。因此，本文主要
研究了多种工作环境下正反转旋耕刀片的功耗，并
据此来选择合适的正反刀片及其刀辊转向来适应不
同的工作环境。
1 正转旋耕灭茬机的功耗分析
所谓正转旋耕灭茬机，就是刀辊的旋转方向同
拖拉机的前进方向一致。从耕作情况来看，正转旋
耕刀能够很好地将切削土壤向后抛掷，水平分力主
要表现在正切面将切削土向后抛时所受的反力，在
切削土{zd0}厚度附近抛土量最多，其抛掷反力也最
大，此时的功耗也{zd0}。
1．1 功耗影响因素
影响功率消耗的因素很多，主要有刀轴转速、
机组前进速度、耕深、土壤含水率和土壤坚实和土
质等。各种因素对功耗的影响程度可用下列经验公
式进行估算，即
N=0．1K,~aVmB=1．84kW (1)
式中 口一耕深(am)；
一机组前进速度(m／s)；
B一耕幅(m)；
收稿日期：2007—03—13
作者简介：申屠留芳(1965一)，女，浙江东阳人，教授，硕士，(E
Iliai 1)st1f0hhit．edu．cn。
一87．
一旋耕比阻(N／am )， Kx KgK~K2K3K4
1．2 功耗的近似计算(以IT245旋耕刀为例) ，
旋耕机作业时，刀辊所受到的阻力由各旋耕刀
的阻力合成。设切削阻力Q在刀轴上为均布载荷，
Q= ⋯ ， 如图1所示。拖拉机配套功率Ⅳ 50kW，
刀轴转速n：260r／min。因此，刀辊扭矩为
M ：9549 ：1836．35 N ．m
Q= M = =8．33x103N
： arccos旦 ：59．32。
= ，一20=39．32 o
图1 刀辊受力分析
2 反转旋耕灭茬机的功耗分析
2．1 潜土逆转旋耕机功耗的理论分析
逆转旋耕机刀片的切土线速度大，功耗大。因
此，降低切土功耗是旋耕机刀片设计的核心问题。
其功耗不仅与刀片的几何形状有关，还与其机组的
速度参数有关。
2007年l1月 农机化研究 第ll期
设刀片切入土壤后其回转中心为O，如图2所 为
示。土壤作用在微元上的法向反力N近似为 ExBx r×c×。。
。。靠
。
(7)
式中 层一土壤坚实度； “2
一土壤抗压强度极限；
B一刀背厚度；
一刃口厚度。
y
o ＼工I J J』
图2 潜土逆转旋耕刀片切土力
刀片克服dN所做的功，即刀片克服作用在侧切
刃上的土壤法向阻力所做的功 为
： (EXB+o'x )·
』 』 √ 一2V~R(0)sinoI+R ( ) · (3)
( os
刀片克服作用在侧切刃上的土壤切向阻力所做
的功 为
P2=( Xbxf)。
而· (4)
c c。sc詈一 d d r
刀片克服作用在侧面上的摩擦阻力所做的功
P]为
为
孺ExBxf cos争
f 而(5)
r
刀片克服作用在正切刃 的切土阻力所做的功
Pd=【EXB+uxb】XC·
』 c。scod r
f 。√ 一2V,．R(O)o)sin甜+R ( ) dt
综合上述分析，则有潜土逆转旋耕刀片总的功
耗P为
P= + + +尸4+ (8)
2．2 潜土逆转旋耕刀片功耗简化计算及其降低功
耗的途径
1)铣切功 。由于切线速度较高，土壤破碎较
严重， 自然所需能量较大，铣切功约占总功的42％。
若要降低铣切功，必须保持刃口的锋利程度，正切
刃和侧切刃的曲线合理，适当加大进给量S，减小
刀盘直径，降低刀盘转速和机组前进速度，减少刀
片总数，控制其碎土程度，均有减小铣切功的作用，
具体数值由实验决定。
2)抛土功 。被铣切下来的土块， 因刀片的
转速很高而获得较大的动能，从刀盘向后抛出，抛
土功约占总功的41．5％，与铣切功大致相等。要降
低抛土亦只有适当减小刀片端点的切线速度， 因为
=Ro3，相应地减小刀盘直径和转速，可以收到较
好的效果。
3)推进功 。它由前面两项的反作用产生的，
特别是在水田耕作或在高湿度的土壤里作业，可显
著降低拖拉机行走装置的滑转率，推进功约占总功
的9．7％。
4)传动损失功 。要降低此项损失， 只有改
善传动系统的润滑状况，提高传动效率来实现，约
占总功的6．8％。
综上所述：铣切功wI和抛土 功约占总功的
83．5％，要降低总能耗，必须合理选用旋耕部件的主
要几何参数、运动参数和结构形式。
潜土逆转情况下总功耗尸的估算⋯为
P= +P1+ +Pd=0．735×—2n~
—
BM
‘ ‘ ’ 60X225
1) 当反转刀片逆转时有P= + +
+ =33．29 kW
其中，旋耕平均扭矩M (kgfm)；拖拉机配套
功率N 50kW；刀轴转速n=220r／min；总幅宽B=2m；
M ：9549N
： 221．29 kgf．m 。
2)当正转刀片用于逆转时有P= +P2+
(6) =39．95 kW。其中，旋耕平均扭矩M (kgf．m)；拖
拉机配套功率N=60kW；刀轴转速，z=260r／min；总幅
刀片克服作用在正切面上的摩擦阻力所做的功 宽B 2m；M：9549N =224
．70 kgf·m 。
2007年11月 农机化研究 第11期
比逆
逆转
条件
片，
经济
3
从表1中可以看出，正转刀片用于正转的功耗
转刀片用于逆转时相对较小，而正转刀片用于
的功耗相对来说是{zd0}的。因此本文得出正转
下应选用正转刀片，逆转条件下应选用逆转刀
这样可以降低功耗，提高作业效率，从而提高
效益。
结论
1)正转刀片正转旋耕适用于水田耕耘方式。如
图3所示。其主要优缺点为：一是功耗较低；二是残
茬覆盖性能较差；三是碎土作用，入土性能好、作
业稳定； 四是成本低，便于加工制造。
图3 正转耕耘方式
2)反转刀片潜土逆转旋耕适用于旱地耕耘方
Analyzing the
Stubble Cutting
式，如图4所示。其主要优缺点为：一是功耗相对于
正转旋耕机要大的多；二是地表植被埋入效果好，
即残茬覆盖性能好；三是旋耕后土壤的蓬松度好；
四是具有深耕特性。
参考文献：
[1]
图4 潜土逆转耕耘方式
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Energy Consumption of the Blade of Rotary Tillage and
M achine W hen Turning Forward Direction or Reversible
sHENTU Liu—fang．SHAO Peng
(Department of Mechanical Engineering，HuaiHai Institute of Technology，Lianyungang 222005，China)
Abstract：Rotary plow was a rotary machine which was widely applying．But m ost people studying and using
were the rotary mode and the blade of forward direction，the study on the rotary mode and the blade of reversible
was comparatively little and they weren’t well acquaint with som e perform ances and applicability．Therefore，in
this paper it was analyzed that different way of rotary cultivation affected the energy consumption and load of
rotary cultivation through comparative experiment to both up—cut and down。cut rotary cultivation，and put
forward the way of rotary cultivation about cultivation depth，then the theoretical basis was provided for
designing the rational shape of the blade．
Key words：agricultural engineering；rotary plow ；analysis；rotary tiller blade；submerged up cut cultivation；
energy consumption of rotary cultivation
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