第一章 耕地机械
引 言
第一节 主要农业技术要求和农机具
第二节 耕层土壤的动力学特性
第三节 铧式犁的一般构造和工作原理
第四节 犁体曲面
第五节 犁的牵引阻力
第六节 铧式犁的总体配置
第七节 犁耕机组
第八节 牵引犁和半悬挂犁犁耕机组
第九节 旋耕机
引言
耕地 是大田农业生产中最基本
也是最重要的工作环节之一 。 其目
的就是在传统的农业耕作栽培制度
中通过深耕和翻扣土壤, 把作物残
茬, 病虫害以及遭到破坏的表土层
深翻, 而使得到长时间恢复的低层
土壤翻到地表, 以利于消灭杂草和
病虫害, 改善作物的生长环境 。
目前所使用的耕地机械，
由于其作业的工作原理不同类
型主要分为三大类：
铧式犁
圆盘犁
凿形犁
铧式犁应用历
史最长, 技术最为
成熟, 作业范围最
广, 铧式犁是通过
犁体曲面对土壤的
切削, 碎土和翻扣
实现耕地作业的 。 视频
圆盘犁是以
球面圆盘作为工
作部件的耕作机
械, 它依靠其重
量强制入土, 入
土性能比铧式犁
差, 土壤摩擦力
小, 切断杂草能
力强, 可适用于
开荒, 粘重土壤
作业, 但翻垡及
覆盖能力较弱,
价格较高 。 视频
凿形犁，又称
深松犁。工作
部件为一凿齿
形深松铲，安
装在机架后横
梁上，凿形齿
在土壤中利用
挤压力破碎土
壤，深松犁低
层，没有翻垡
能力。
根据农
业生产的不
同要求、自
然条件变化、
动力配备情
况等，铧式
犁在形式上
又派生出一
些具有现代
特征的新型
犁：双向犁、
栅条犁、调
幅犁、滚子
犁、高速犁
等。 视频
圆盘犁和凿形犁在欧洲国家
应用较多，在中国虽有应用，但
量较少，本章重点介绍铧式犁的
基本结构、工作原理、设计方法
和理论分析等。本章除课堂教学
外，尚有二个实验实习 —— 类型
和结构；悬挂犁的调整。一个课
程设计 —— 犁体曲面测绘。
第一节 主要农业技术要求和农机具
一、农业技术要求
二、少耕法
三、耕作机具
一、农业技术要求
１, 耕地作业
耕深, 覆盖, 碎土
２, 整地作业
旱地与水田整地作业的农业要求差别很大, 应分别情况
区别对待, 基本的要求有：靶深, 碎土等,
二、少耕法
少耕法是一种改变以犁耕为中心的耕作方法，可
大大减少或完全免去耕耘作业，把作物种子直接播在
前作茎秆覆盖的土壤中。这种耕作法，主要是为了和
干旱、风蚀及水蚀作斗争。早在几百年前，我国东北
地区应用扣、耕作法，特别是原垄种法，即为适应春
寒的一种少耕法。 50年代在苏联推广的马尔采夫耕作
法，是采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。 60年
代美国也发展了这一耕作法。 70年代我国黑龙江省亦
进行了深松耕作法的试验和推广； 80年代我国南方水
稻地区正进行着少耕法的试验和推广工作，并相应的
研制了少耕法机械化配套农业机械。
三、耕作机具
１、播前耕作
耕地作业：铧式犁、圆盘犁
整地作业：圆盘耙、钉齿耙、水田耙、镇压器、驱动耙、耢
等
耕耙联合作业：悬耕机、耙耕机、回转锹
２、播后耕作
中耕培土作业：中耕机（水田旱地两类）、培土器
施肥、开沟、筑埂等作业：中耕培土施肥机、筑埂机、开沟
机等
３、少耕法
浅松或深松作业：深松（凿形）犁、通用耕作机（深松、浅
松、除草
播种、施肥、洒药等联合作业：联合种植机（深松、镇压、
播种、施肥洒药等）。
思考题
1、铧式犁的基本构造和类型？
2、主犁体的结构及各部件的功用？
第二节 耕层土壤的动力学特性
一,耕层土壤的物理特性
二,耕层土壤的动力特性
一, 耕层土壤的物理特性
土壤的主要物理力学性质有以下几方面：
（一）容重
（二）湿度（又称含水量）
二、耕层土壤的动力特性
（一）土壤与金属间的摩擦系数
（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）
（三）土壤的凝聚力和附着力
（四）土壤的抗剪强度
（五）犁耕土壤比阻
（一）土壤与金属间的摩擦系数
为克服在耕作机械工作部件工作表面上产生
的土壤与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引
功率的一半。
摩擦力 F通常按下列公式计算：
F＝ fN
式中 f— 摩擦系数；
N— 正压力 。
（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）
当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为 1厘
米 3时所需的力称为单位压实力 q0（公斤／厘
米 3）。当以一定断面形状（圆形、锥形等）
的柱塞压入土壤，其压陷深度为 h0时，作用在
土壤上的平均压力称为土壤的坚实度 p0
p0＝ q0 h0 （ kg／ cm2）
（三）土壤的凝聚力和附着力
土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全是因水膜的
表面张力所造成的。因此，附着力也与土壤质地、含水量、
接触面的材料和光洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作
表面的滑移阻力
T=F+F′=μN+μ′N′A′
式中 μ— 土壤对钢的摩擦系数
N— 作用在工作表面上的法向载荷
μ′— 附着系数
N′— 由水膜吸附作用而产生的法向载荷
A′— 吸附水膜的面积
当摩擦力和附着力大于土壤凝聚力和内摩擦力时，农
具的工作表面就会粘土。工作部件表面粘土，不但会使耕作
质量变坏，而且会增加牵引阻力。
（四）土壤的抗剪强度
耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲
等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从
库伦定律：
ι= c +σtgρ
式中 ι— 剪应力（ kN/cm2）
σ— 剪切面上的法向压应力（正应力）；
c — 单位粘结力（ kN/cm2），是同类粒子间相互
结 合在一起的作用力；
tgρ— 土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内
摩擦系数；
ρ— 土壤的内摩擦角。
（五）犁耕土壤比阻
为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤
比阻 Kt,kN／ cm2或 kPa。但 Kt值大小不仅和土壤
的物理性质有关，而且很大程度取决于犁的结构
（犁体曲面和小前犁曲面几何参数和形状，犁铧锐
钝程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可
采用空间测力或单犁体的线性测力，测得与前进方
向相反的犁耕阻力分量 Rx，在此测力犁上一般不装
犁侧板，所以 Rx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比
阻
ab
RK x
t ?
'
式中 a— 测力犁的耕深
b— 测力犁的单铧幅宽
思考题
1、犁体曲面的主要类型？
2、理想土垡翻转的假设条件？
3、土垡宽深比的概念？它对工作
质量有何 影响？
第三节 铧式犁的一般构造和工
作原理
一、铧式犁的类型
二、铧式犁的基本构造
三、铧式犁的翻垡原理
一、铧式犁的类型
（一）、铧式犁的类型
牵引式 —— 运输状态下, 机具的重量全部由机具本身来承担 。
悬挂式 —— 运输状态下，机具的重量全部由拖
拉机来承 担。
半悬挂犁 —— 运输状态下，机具的重量前部
分由拖拉机承 担，后半部分由机具承担。
铧式犁的工作特点
铧式犁的类型与特点 — 视频
（二）、铧式犁的基本构造
机架牵引悬
挂装置
行走限
深装置
主犁体
组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支撑行走装置、
牵引悬挂装置等。主犁体为铧式犁的核心工作部件。
（三）、铧式犁的翻垡原理
一 矩形土垡的翻转过程
二 矩形土垡宽深比 K的确定
三 菱形土垡的翻转过程
四 窜垡过程
一 矩形土垡的翻转过程
理想土垡的翻转过程：
a
1,土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；
2,始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无
滑动 。
—— 理想土垡的翻转
因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研
究的方便，我们作了如下假设：
土垡翻转的目的是为了彻底的翻扣地
表杂草和病虫害,实现土垡的稳定铺放既
彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲
面工作和设计时的关键所在。是否回垡主
要取决于曲面的形状，或者说是取决于曲
面的设计参数 。
a
b
二 矩形土垡宽深比 K的确定
我们观察这样一种现象：设土垡
断面深度为 a，宽度为 b1,b2,b3，在
翻转到某个时刻为土垡的临界状态。
回垡 临界 稳定铺放
b1 a b2
a a
b3
当土垡翻转至最终位置时, 如果
支撑点在右侧, 则可保证为稳定铺放,
在正上方则为临界状态 （ 不稳定状
态 ）, 在左侧可产生回垡现象 。 很显
然, 在耕深不变的情况下, 耕宽的改
变可对土垡的稳定铺放产生重要的影
响 。 通过正确的确定土垡的尺寸, 决
定犁体曲面的大小和形状, 以保证土
垡的稳定铺放 。
我们以临界状态为研究对象, 确定土垡翻
转过程中不产生回垡的基本条件, 为犁体曲面
的设计提供依据 。
∵ △ ABC∽ △ ADE故有对应
边成比例，并设 b/a=k，
则导出：
AB/AC=AE/DE
baAB 22 ??
AC=b,AE=b,ED=a
k4-k2-1=0
k≈1.27
b
a
A
B
C
D
E
b
我们称 b/a=k为理想土垡的宽
深比 。 实际上土壤是不均质的, 土
垡在翻转过程中是要变形的, 有的
变形很严重, 含水率高的粘重土壤
变形较小, k≥ 1,27,对沙质土,
土壤很难成形, 犁体通过后立刻堆
积, k≤ 1,27,一般 k=1。
三 菱形土垡的翻转过程
菱形犁体的胫刃向未耕地凸出，沟
墙呈圆弧状，耕翻的土垡断面近似为
菱形（图 2－ 44a）。这种犁的特点是
可以缩短犁体之间的纵向距离，犁沟
较宽，阻力较小。
耕地时菱形土垡始
终绕一个棱角翻转。
直至土垡顶边和前趟
已翻土垡的底边相靠
贴（图 2－ 44c）。土
垡翻转至直立位置以
前，其重心即已偏离
支承点（向已耕地偏
离），有利于稳定铺
放。
四 窜垡过程
土垡在“窜垡型”犁体曲
面上的运动过程与前述滚
垡过程不同。如图 2— 45所
示，当土垡被犁体的铧刃
和胫刃切开后，不是绕某
一棱角滚翻，而是沿着得
体曲面向上窜升，同时略
有扭转和侧移。当土垡上
窜到一定高度后，扭转和
弯曲加大，并腾空翻转。
土垡离开犁壁后，在重力
和落地后的撞击作用下，
土垡内的剪切裂纹发生断
裂，并形成较短的垡块，
称为断条。
第四节 犁体曲面
一,三面楔的工作原理
二,犁体曲面的形成原理
三、高速犁体曲面
一、三面楔的工作原理
犁体曲面是由犁铧和犁壁
所形成的曲面。犁体的切
土、碎土和翻土作用都是
由犁体曲面来完成的。可
以把犁体曲面简化成由几
个简单的两面楔（工作面
和支承面）复合成的一个
三面楔。犁体的工作过程
可以看成几个二面楔沿水
平面运动时对土壤的合成
作用。由于楔子在土壤中
的安放位置不同，它对土
壤的作用也不同。图 2－ 46
中的 a,b和 c分别表示两面
楔的起土、侧向推土和翻
土作用。
二、犁体曲面的形成原理
（一）水平直元线法形成犁面的原理
（二）倾斜直元线法形成犁体曲面的原理
（三）曲元线法形成犁体曲面的原理
三、高速犁体曲面
（一）发展高速犁的必要性
提高耕作机组生产率的主要途径有两方面，即增加机具的
工作幅宽或提高机组的耕作速度。在拖拉机功率相同的条件下，
增加耕速比加大耕作幅宽更为有利。因提高耕速后，可采用耕幅
较窄的犁，从而降低金属耗量，减小购置费用，同时可采用轻型
的轮式拖拉机。这样不但可减小轮胎下陷量，降低胎轮的滚动阻
力，减小胎轮对耕层土壤的压实和破坏程度，而且还可提高机组对不平地面的适应性，改善机组的机动性。
犁耕速度是不断提高的。 50年代一般耕速为 4－ 6km／ h,60
年代提高到 7－ 9km／ h，目前高速犁的耕速为 8－ 10km／ h，有的
可达 12km／ h。近几十年，大约每 10年可提高耕速 3km／ h。因些，
高速型犁体曲面的研究工作，已引起国外的普遍重视。
（二）高速型犁体曲面的基本要求
常速犁（耕速在 7km／ h
以下）用于高速作业时，往
往会使作业摄影师降低，如
土壤抛掷过远，犁沟太宽，
还会导致阻力陡增。
耕速与牵引阻力有以下关系：
式中 Pv－在耕速 v（ km／ h）
时的牵引阻力（ kN）；
P－在耕速为 4.83km／ h
时的牵引阻力（ kN）；
V－犁耕速度（ km／ h）。
20 0 7.083.0 v
p
p v ??
（三）高速型犁面的特点
高速型犁体可以从常速的熟地型（碎土型）、通
用型和翻垡犁体通过试验和个性设计出来，使之适应
高速作业。
高速型犁体曲面的基本特点是：犁体较长，铧刃
角较小，纵剖和横剖曲线族较为平坦，犁翼部分后掠
和扭曲较大。这样，可使土壤的垂直与侧向分速不致
比常速增大过多，并改善翻垡性能。此外，犁体的最
大高度也略高于常速犁，使土垡不致在高速时飞越项
边线。
第五节 犁的牵引阻力
一、土壤对犁体曲面的反作用力
二、犁的牵引阻力
三、减少牵引阻力的途径
一、土壤对犁体曲面的反作用力
土壤施加于犁体曲面上各部位的反作用力，其大小和方
向是随犁体曲面的部位而变化的。由于土垡在犁体曲面上的
运动方向在不断改变，因而曲面各处所产生的摩擦力的大小
和方向也各不相同。因此要想求出犁体曲面上的受力分布情
况，无论是用计算方法或是用实验方法都有一定的困难。但
是土壤对犁体曲面上的反作用力又极为重要，不仅在设计犁
时作为零件强度计算和总体受力平衡的依据，而且在使用犁
时也是操作调节的依据。
目前，对犁体曲面受力情况主要从两个方面研究：一是求
整个犁体曲面上总的受力情况，找出它的合力的大小、方向
及其作用线，以便进行犁柱及犁梁的强度校核和犁的牵引平
衡；二是探求犁体曲面各部位所受土壤反力的分布情况，用
来确定犁壁和犁铧的磨损部位。这两方面的研究，目前都是
用实验方法进行测定。前者采用六分力测定法，后者常采用
电阻应变仪测定。
二、犁的牵引阻力
犁的牵引阻力是指土壤作用在犁上
的总阻力沿前进方向的水平分力。这部
分阻力直接关系到耕地机组的动力性和
经济性。所以它是犁的主要性能指标之
一。在满足作业要求的情况下，应尽量
减小牵引阻力。犁的牵引阻力的计算，
不仅是强度核算的依据，同时也是合理
配置机组动力的依据。
三、减少牵引阻力的途径
关于减少犁的牵引阻力的问题，过去和现在世界
各国都进行了大量的工作，目前在理论研究上和生产
实际上所探讨和采用的方法和措施，有以下几方面：
（一）机务技术措施
1．选择适耕期 选择土壤含水量适宜、残根腐烂适度的
时间进行耕地。此时土壤的强度较小，易于松散破碎，
可减少牵引力。
2．保持铧尖和铧刃锐利 锐利的铧尖和铧刃，切割破碎
的能力强，刺入并切开土壤时所受的阻力较小，因此，
勤摩铧刃和勤换犁铧，保持铧尖和铧刃锋利，可以显
著地减少犁的牵引力。
3．减少摩擦力 保持犁体曲面以及侧板、犁底、轮子
等与土壤接触的部分光洁平滑（例如，犁闲置时，在这
些地方涂上废机油或黄油，不使生锈；不以铁锤敲击犁
体曲面等）。减少犁与土壤之间的摩擦，可以减少犁的
牵引力。
4．正确装配零件 犁铧、犁壁、犁侧板等工作部件安
装的位置正确，接缝严密，犁体上埋头螺钉与安装件表
面平坦光滑，减少对土垡的阻碍，让土垡顺利滑动，可
以减少犁的牵引力。
5．正确调整牵引线 在前面曾阐明当牵引线在纵向铅
垂面上的倾角 T和水平面上的偏角 T，调整到一适宜的
位置，即调整到使 T和 T分别等于其摩擦角时，犁的牵
引阻力最小。因此，在耕地时，正确调整牵引线，也是
减少牵引力的重要方法之一。
（二）设计制造方面的措施
从设计制造方面来减少犁的阻力，现有方法有三个
方面：
1．良好的犁体曲面设计是减少阻力的重要因素。曲面形状塑造得好，各项参数
选择得当，对减少犁的阻力有很大的影响。犁体曲面除了满足翻土、碎土等
性能要求而外，欲使其阻力较小，还须 1）对土壤的挤压较小，土垡能在犁面
上顺利滑过； 2）在翻垡过程中，垡片重心的提升高度小，因而位能变化小；
3）土垡在翻转过程中发生的位移小； 4）土垡运动时的绝对速度小，所消耗
的动能小。这样，所需的牵引力也就较小。
2．用两种软硬不同的材料制造犁铧，使刃口能够自己磨锐，这种自磨刃犁铧经
过热处理后，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面的材料则较软，不耐
磨。这样，当犁铧在耕地时，表面磨损慢，背面磨损快，因而可以使刃口始
终保持锋锐。
3．采用非金属特殊材料。目前有些国家已用特制的塑料薄膜敷贴在犁壁上，此
种塑料与土壤的摩擦系数很小，且甚耐磨，这样可以减少犁的阻力
（三）新方法和新原理的探讨
探讨一些新方法和新原理来减少犁的阻力，目前也有一
些进展。
1．在减少摩擦阻力方面有两种方法。一是改固定部件为
转动部件，使滑动摩擦变为滚动摩擦；一是犁体曲面
上加润滑剂。在前一种方法中有将犁壁制成由许多滚
柱组成的曲面；有的曲面上嵌设滚珠者，但因制造复
杂及其他技术问题没有解决，现在尚未推广。利用滚
轮来代替犁侧板的犁，则已在生产中使用。匈牙利曾
设计了一种利用一个能够转动的锥形滚筒来代替犁壁
翼部的滚子犁。滚筒系同不粘土的材料作成。据试验
这种犁可以减少 10－ 15％的牵引力。
在犁曲面上加水作润滑剂以减少阻力的办法，据
试验可以减少阻力 30％。加水的方法是将犁体曲面上
的螺钉中央通一小孔，孔的开口处是一向土垡运动方
向倾斜的缝，（倾斜是为了避免为泥土堵塞）。水箱
置于机架上，用软管在犁壁背面与螺钉连通。据实验，
这种方法在透水性差的粘土中效果较好，在砂土中则
较差。
2．应用振动技术。世界各国在对土壤加工时，应用振动技
术已逐渐广泛。根据各国的试验表明，在铧式犁的犁铧或其
他耕作土壤机具的工作件上加装振动器，可以减轻牵引阻力
约 5－ 25％，并且改善碎土质量。振动式的犁可以减轻阻力的
原因是因为振动件在频率较高时，它强大的振动力可以破坏
土壤分子的粘结力。也有人认为土壤在受到较高频率的振动
之后，会发生“振动液化现象”，使土壤的内摩擦力和抗剪
强度均大大降低，因而可以减少阻力。
根据初步试验发现：振动犁所需的振动频率和振幅，应随
机组前进速度增加而增加。当犁的前进速度小于 1m／ s时效果
较好，振动频率以 2000－ 3000Hs，振幅以 0.5－ 3mm为宜。至
于工作件的定向振动问题（即振动件的振动方向问题），目
前尚在研究中。振动犁的振动件因需要消耗动力，故在总的
能量消耗 上是否经济亦无定论。
3．电渗作用的试验。电渗作
用（图 2－ 60）的原理是将犁
刀和犁铧作为直流电的正极
（＋）和负极（－），通以直
流电，因为土壤是导体，故电
流在土中通过后由于电渗作用，
土壤中的毛细管水向负极集结
使犁铧表面形成一层水膜，起
着润滑剂的作用，减少了摩擦
阻力。同样，土壤由于有电流
通过，土壤中的凝胶体变为溶
胶体，降低了土壤分子的凝结
力，因而降低了它的强度。根
据国内外的实验结果，此法在
潮湿土壤中效果较好，当水分
为 20％左右，电压为 12－ 60V
时，阻力减少约 20％ 。
第六节 铧式犁的总体配置
一、犁的总耕幅和铧数
二、犁体间距
三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽
四、第一铧的配置
五、犁的梁架高度
一、犁的总耕幅和铧数
总耕幅根据拖拉机的有效牵引力 P来确定。假设所在地区的
土壤耕作比阻为 k，要求的耕深为 a，单个犁体的幅宽为 b，则犁
的铧数（多铧犁的犁体数）可用下式算出：
因 P＝ nkab
故
n取整数。
在 P,b,n确定后，为了考虑这台犁的适应能力，可将前式
写成：
c为一已知的常数。上式表明，一台犁耕机组在作业时，
如果土壤的比阻较大，则犁的耕深要适当减小，否则牵引力 P不
足；如果要求耕得较深，则只能在土壤比阻较小的地方使用。
二者之间是一个等轴双曲线函数关系。
即 ka＝ c
将上式按拖拉机的额定牵引力绘成曲线如图 2－ 61所示。
这就可以清楚地看出该机组对不同耕深和不同土壤的适应能力。
不同牵引力可获得不同的曲线。
二、犁体间距
多铧犁相邻两犁体间的间距是犁的一个重要参
数。间距太小，没有足够的空间让垡片通过就会造
成堵塞；间距太大，则将增加犁的长度，这不仅浪
费钢材，对于牵引式犁还将使转弯半径增大，对于
悬挂式犁则因重心后移，会影响机组的纵向稳定性。
因此，在保证垡片能顺利通过的前提下，犁的间距
尽量缩小。
犁体间距的表示方法，国内外都不一致。有的
用纵向间距 S（相邻犁体在纵向铅垂面上的投影距
离），有的用铧尖距 Ss（相邻犁体的铧尖点或两对
应点之间的距离），有的用犁体配置角 α（各犁体在
犁上所形成的斜线与犁的前进方向线的夹角）来表
示（图 2－ 62），它们之间的关系为：
tgα=b/s,sinα=b/ss。
三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽
一般的轮式拖拉机，因受牵引力限制，轮距总是
大于犁的耕幅，为此，通常是让拖拉机一侧的轮子走
在犁沟内。拖拉机的轮胎内侧在横的方向应与沟墙保
持 δ =1— 2cm的间隙，犁的阻力中心应处于拖拉机的中
心线上（或很靠近）。这样可使机组具有较好的牵引
稳定性。如若差距较大应对拖拉机轮距进行调整使之
符合下列关系式：
BT=B+E+2δ +b/2
此处 Br是拖拉机倾斜后的轮距投影,b／ 4是阻力
中心与胫刃边的距离,b为单铧幅宽。
对于轮子不能进入犁沟内的履带拖拉机或后轮是
两轮并联的大型轮式拖拉机，当轮子或履带在未耕地
上时，轮胎或履带外侧与沟墙线保持的距离 δ ′ 应不
小于 10cm，以免压塌沟墙。这时，犁的阻力中心，亦
应处于拖拉机的中心线附近，以免产生偏转力矩。
四、第一铧的配置
无论是轮子走在沟内的机组，或履带走在
未耕地上的机组，第一铧的横向位置均应将铧
翼末端置于沟墙线上，使第一铧的切垡宽度正
好等于 b。
第一铧的纵向位置，对于轮子走在沟内的
悬挂式机组，铧尖与轮子外缘的纵向投影距离
e一般不小于犁体的幅宽 b（图 2－ 65）。对于
牵引式或半悬挂机组则应考虑机组在 900牵引
时，拖拉机不会与犁架碰撞。
五、犁的梁架高度
犁的梁架高度 是指犁架下表面至犁底平面的
空间高度。为了保证垡片在犁架下面顺利翻转，
不产生拥土堵草现象。一般是根据矩形土垡的厚
度（按最大耕深计算）加割茬高度的对角线高度
计算，即
式中,H为梁架空间高度,b为犁体耕宽,max为最
大耕深,h为割茬高度。
对于采用直犁柱和主斜梁结构的犁，因垡片
主要是在主斜梁的下方翻转，故 H的数值应适当加
大。而对于钩形犁柱的梁架，则因垡片是在梁架
外侧翻转，故可比前者略小。
2m a x2 )( habH ???
第七节 犁耕机组
一、悬挂犁机组
二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节原
理
一、悬挂犁机组
（一）悬挂犁的挂接方式
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。所谓三点悬挂，就是用
三根杆分别把拖拉机后部的三个点和犁上的三个
点铰接起来，而使二者成为一体。
（二）工作状态与纵垂面内的受力分析
1．“浮动”状态 油缸内无压力，悬挂犁由地面支承，
随地形起伏而浮动。
2．,位调节”状态 作业机下降到所要求的耕深时，
利用液压系统将机构锁定，使作业机与拖拉机结成一
个整体，作业机与拖拉机在纵的方向不能产生相对运
动。这种方式在地面平坦时，即使土质软硬不一，也
可使耕深较为一致。但在地面起伏不平时，作业机随
拖拉机的头尾起伏而上下波动，难以保证作业质量。
“位调节”状态的机构受力
二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节
原理
犁与拖拉机通过悬挂机构结成一个悬挂犁
机组，进行耕地作业，目前三点悬挂机构的应
用较广泛。悬挂犁的悬挂参数有下悬挂轴至犁
体支持面的距离 h，上下悬挂点的距离 H（犁架
立柱高度），悬挂轴的长度 B以及两下悬挂点
与犁梁的相对位置。在设计或挂结调整悬挂犁
时，合理地选择这些参数，对保证犁耕质量，
提高机组的牵引性能有很大的影响。
· 在犁入土时，能使犁平稳而迅速地达到预定
的耕深，入土行程短；
· 在犁耕过程中，当土质不均匀或地表起伏时，
犁具有良好的耕深耕宽稳定性。如有偏差，迅
速地自动纠正；
· 机组有良好的牵引性能和直线行驶性；
· 能进行耕深耕宽等调整，犁的纵轴与机组前
进方向一致，多铧犁前后犁体耕深相同；
· 在运输状态，有足够的运输高度，纵向稳定
性和通过性好。
在选择悬挂参数时，应满足以下要求：
（一）纵垂面悬挂参数的选择
1．入土性能
3．牵引性能
4．运输通过性
5．确定纵垂面悬挂参数的要点
2．耕深稳定性
（二）水平面悬挂参数的选择
在水平面内的悬挂参数，应满足耕宽稳
定、机组直线行驶和操作省力的要求。
1．耕宽稳定性
2．机组的直线行驶性能
（ 三）悬挂犁的挂结与调整
1．挂结原则
2．耕深调节
3．耕宽调整
4．偏牵引调整
5．正位调整
6,纵向水平调整
7．横向水平调整
第八节 牵引犁和半悬挂犁犁耕机组
一、牵引犁机组
二、半悬挂犁机组
一、牵引犁机组
（一）在纵垂面内的受力和影响工作性
能的因素
（二）在水平面内的受力和影响工作性
能的因素
二、半悬挂犁机组
就牵引方式来说，半悬挂犁分为三拉杆牵引与
两拉杆牵引两种类型。当拖拉机上拉杆装有传
感器时，犁通过悬挂头架与拖拉机上下拉杆铰
接为三拉杆牵引。当拖拉机下拉杆装有传感器
时，犁只与拖拉机的两个下拉杆铰接为两拉杆
牵引。二者前端均有水平横轴与铅垂立轴，犁
可在水平面与纵垂面绕轴摆动，有两个自由度。
半悬挂犁均装有尾轮与限深轮。高度调节机组
的限深轮装在犁的前部，力调节机组的限深轮
装在犁的后部，均走未耕地。
第九节 旋耕机
一、总言
二、旋耕机类型
三、横轴式旋耕机械的理论分析
四、刀齿类型及排列
五、横轴旋耕机的功率消耗
六、横轴式旋耕机组总体分析
一、总言
旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具。其切
土、碎土能力强，能切碎秸杆并使土肥混合均匀。一
次作业能达到犁耙几次的效果，耕后地表平整、松软、
能满足精耕细作的要求。旋耕机作业时，拖拉机的动
力以扭矩的形式直接作用于工作部件，不需要很大的
牵引力，避免了拖拉机由于受附着力的限制，功率不
能充分利用的问题。
我国南方地区多用于秋耕稻茬田种麦，水稻插秧
前的水耕水耙。它对土壤湿度的适应范围较大，凡拖
拉机能进入的水田都可进行耕作。我国北方地区大量
用于打茬，起到秸杆还田、铲茬肥田的作用。另外，
还适于盐碱地的浅层耕作，以抑制盐分上升，围垦荒
地灭茬除草，牧场草地浅耕再生等作业。
二、旋耕机类型
旋耕机的类型很多，按其工作部件的运
动方式可分为水平横轴式、立轴式等几
种。
（一）水平横轴式旋耕机
（二）立轴式旋耕机
水平横轴式旋耕机工作时 （图 2－
86）,刀片一方面由拖拉机动力输出轴
驱动作回转运动，一方面随机组前进作
等速直线运动。刀片在切土过程中，首
先将土垡切下，随即向后方抛出，土垡
撞击到罩壳与拖板而细碎，然后再落回
到地表上。由于机组不断前进，刀片就
连续不断地对未耕地进行松碎。
（一）水平横轴式旋耕机
图（ 2－ 87） 是曲刃弯刀式旋耕机，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。刀
轴和刀片是主要工作部件，由拖拉机动力输出轴来的动
力经万向节传给中间齿箱，再经侧边传动箱驱动力轴回
传。
图 2－ 88是钉齿式旋耕机。钉齿为一直圆钢制成，沿辊轴直径方向 1800贯穿并予
以固定。图 2－ 89是星轮式旋耕机。刀辊由多个带钉齿的星轮组成。星轮盘面
不与刀辊轴线垂直，每个星轮的偏斜方向均不同。 图 2－ 90是滚笼式旋耕机。
旋转滚筒由若干个笼形部件沿轴向排列组成。用于水稻插秧前平整田面。有较
好的耥平和起浆效果。 图 2－ 91所示为梳齿式旋耕机。将多个齿棍纵向固定在
扭曲的人字形长刀片上。碎土性能好，且沟底平坦。
图 2－ 92是几种有翻土功能的旋耕刀。 图 2－ 92a所示的转柄旋耕刀
能将切下的土成形垡片翻转约 1800，它的刀柄装在与刀轴一起旋
转的套管上，套管的里面还有一个静止的心轴。心轴有导槽，锄
柄上的横销嵌入导槽中。当旋耕刀切下土块并将其带到一定高度
时，刀柄上的横销就碰到导槽的斜凸部分，迫使刀柄偏转。于是
刀面侧倾将土块翻转落下。 图 2－ 92b所示为带有托土板的旋耕刀
盘。当刀齿切下土块时，托土板正好托住土块的上端将其送到后
方翻转落下。 图 2－ 92c是带有弹性拖板的旋耕刀。当刀片切入土
中时，弹性拖板随切缝弯曲进入缝中，将切下的土块托带到后方
一定高度然后弹片伸直使土块翻转落下。
图 2－ 93所示是锤片碎土灭茬机的多种锤片。这种机具的整机结构与一般水
平横轴式旋耕机相同，只是工作部件是锤片而不是刀齿。锤片用活动铰链与
转轴联结。利用高速旋转时的惯性力来打碎禾茬、硬土块或草皮层。
还有一种新创造的水平横轴式旋耕机，它的刀齿不需要另外的动力驱动，
而由旋耕刀辊自身驱动,如图 2－ 94所示，这种旋耕机有两个刀辊，一前一
后。工作时机组前进，前刀辊的刀齿入土后，土壤阻力迫使前刀辊转动并通
过链条带动后刀辊旋转。利用链传动的速比关系，后刀辊的转速比前刀辊快
约三倍。后刀辊的刀齿将土壤弄松碎并向后抛送。前刀辊因要带动后刀辊工
作，所需扭矩较大，致使入土的刀齿在土中产生向前的局部滑移。这种滑移
现象的实际效果是前刀辊的刀齿一方面向前耕松一些土壤，另一方面获得扭
矩驱动后刀辊旋转。而前刀辊将土壤弄松成大土块，也使后刀辊的负荷减轻
。对于土质不同和耕作要求不同时，可以调整前后刀辊的相对入土深度，使
彼此协调工作可以获得满意的结果。
（二）立轴式旋耕机
刀齿或刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出功能就是可以进行深
耕，一般都能达到 30－ 35cm，较深的能达到 40-50cm，而且可使
整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢
图 2－ 95是安装在手扶拖拉机前面的桨叶式旋耕机（亦称旋桨式
犁）。它的叶轮象一个竖立着的船用螺旋桨，工作时，叶片旋转将
土壤铲起，并向一侧抛出，耕后象铧式犁一样留有耕沟。因其向一
侧抛土，故侧向力较大。工作幅宽约等于叶轮的外缘直径，耕作的
最大深度可略大于叶轮高度。一般耕深 20－ 30cm。 图 2－ 96所示的
这种立轴爪式旋耕机是英国人所制，他们称为,Gyro-tiller”。两个
转盘相对旋转，刀齿位于转盘周边，轴向固定（略微前倾），一般
耕深 30－ 50cm。 图 2－ 97所示是日本常用的立轴刀笼式旋耕机。 2
－ 5个倾斜的窄条形刀片构成一个圆形刀笼旋转切土。刀笼高度约
30－ 35cm，一般耕深 20－ 30cm。 图 2－ 98是一种立轴转齿式旋耕机。
它的工作部件是由两个钉齿构成“门”字形的转子。多个转子横向
排列成一排。两个相邻的转子由两个齿轮直接啮合驱动。因此，每
个转子与左、右相邻转子的旋转方向相反。转子在安装时，相邻转
子的“门”形平面均互相垂直，故可互不干扰，并使相邻钉齿的活
动范围有较大的重叠量以防止漏耕。由于钉齿的圆周速度比机器前
进速度要大得多（ 2倍以上），故每个钉齿在地面上经过的路线都
是长辐摆线，因而钉齿有较好的碎土效果。
三、横轴式旋耕机械的理论分析
各种驱动式耕耘机械，由于其工作原理各不相
同，因而工作部件的运动情况，也不相同。下
面着重对目前使用较为广泛的横轴类旋耕机械
的有关理论进行一些分析。
（一）刀齿的运动轨迹
1．刀齿运动轨迹方程 旋转耕耘机的刀齿，无
论其为何种形状，它在工作时的绝对运动均系
由两种运动合成。如 图 2－ 99所示一种运动是
由于安装刀齿的轴转动时刀齿绕轴心旋转所形
成的圆周运动，另一种运动是机器不断前进时
所具有的直线运动。旋转耕耘机在工作时，这
两种运动同时在刀齿上产生，刀齿的绝对运动
就是由这两种运动合成的结果。
在图 2－ 99中假设 u,vm均为等速运动，则刀齿上任意点的运动轨
迹，均系一有规律的曲线。如图 2－ 100所示，在刀齿旋转前进的
过程中，设刀齿轴心所在的位置原为 O0，某一刀齿 (O0m0)的端点
为 m0。该刀齿按图中箭头所示的方向转过△ φ1的角度时，轴的中
心由 O0前进至 O1（这种情况称为正转），此时刀齿端点的位置则
由 m0移至 m1；当刀齿连续再转过△ φ2时，轴的中心将再前进一
段距离而至 O2，此时刀齿端点的位置则由 m1移至 m2，如此继续
下去，当机
器走过距离 S即刀轴中心经过 O1,O2,O3,…… 而至 On时，刀齿
端的轨迹即为 m1,m2,m3,………, mn所连成的曲线。如果 S为
旋转轴旋转一周时机器前进的距离，则此时刀齿绕其轴心旋转一
周后其运动轨迹亦完成了一个行程周期，当旋转轴继续转动、机
器继续前进时，刀齿端点的运动轨迹即为此段曲线的重复出现。
显然，在图 2－ 100所示情况下,S＜ 2πR。
当刀齿的转动半径 R、旋转角速度 ω以及机器的前进速度 vm已知时，
刀齿的运动轨迹可根据上述原理用作图法绘出。关于刀齿运动轨迹
的方程式，可建立如图 2－ 101所示的坐标系。设位于坐标轴 y上的
刀齿 A0O以角速度 ω经过 t秒钟转动后，其角位移为 φ，此时刀齿轴
心移动的距离为 x0，刀齿端点的位置则移至 m点，点 m的水平位移
为 x，铅垂位移为 y。
则因
φ=ωt,或 t=φ/ω
故 x0=vmt=vmφ/ω。又因 ω=u/R，所以 x0=Rvmφ/u
?
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c o sRRy
s i nRxx 0
??
??
刀齿的轨迹曲线系由运动的 m点所形成，
故其曲线的方程式为
)c o s1(
)s i n(
???
????
Ry
u
vRx m
)co s1(Ry
)s in(Rx
?
??
??
??
此式为参数方程式，消去参变数后得
此曲线即解析几何上的摆线，亦称旋轮线 (Cycloid)。
将 x0代入并整理得：
)2()1(c o s 1 yRyRyuvRx m ???? ?
)co s1(Ry
)s i n(Rx
???
????
（ 1）当 u/vm=λ=1时，方程变为
此式系一标准的摆线,S=2πR。具有这种运动特性的刀齿只
能象自由轮的轮爪一样刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。
2.刀齿轨迹的性能特征 从刀齿运动的轨迹方程式得知，刀齿运
动轨迹曲线的形状与刀齿的半径 R、圆周线速度 u以及机器前进速
度 vm有关。由于 R,u和 vm的不同，此曲线具有以下的特性：
（ 2）当 u/vm=λ＜ 1时，刀片端点在任何位置的绝对运动水平位移
的方向均与机器前进方向相同，故刀齿不能拨土向后。刀齿对土壤
的作用还不如被动式牵引机具的作用大。这种曲线数学上称为短辐
摆线。 S＞ 2πR
（ 3）当 u/vm=λ＞ 1时，刀齿转动到一定部位，它的端点绝对运动的
水平位移就会与机器前进的方向相反，因而能以刀齿的刃口切削土
壤。具有这种运动的曲线称长辐摆线 （图 2－ 102）,此种摆线具有
一个绕扣。 MN为绕扣的横弦。当 vm/u值愈小时，绕扣的横弦愈大。
若 vm=0（即机器停止前进时）则绕扣即为一圆，其最大横弦等于
2R。
（二）刀齿的切削速度
??? c o suvdtdxv mx
??? s i nudtdyv y
刀齿端点在旋转一周的过程中，所经各处的速度是不同
的。将方程对时间求导数得：
)tc o s (uv2uvvvv m22m2y2x ??????
刀片端点的绝对速度为：
从上式可知，当刀齿端点处于最低位置即 ωt=2nπ时，绝对速
度最小 vmin=vm－ u，在 vm＜ u时，方向为水平向后；当刀齿端
点处于最高位置即 ωt=(2n+1)π时，绝对速度最大,vmax=vm+u，
方向为水平向前。
刀齿运动轨迹曲线的绕扣大小与 vm/u的值有关。 vm/u的值愈
大时，绕扣愈小；反之，则绕扣愈大。若 vm/u=0（即机器停
止前进时），则绕扣与轨迹曲线均为一个半径为 R的圆。
绕扣的最大横弦 MN可以从 图 2－ 104中得知，因刀齿在最大
横弦 N点处其绝对速度的方向是垂直向下。
于是有
sinφ= vm/u
故最大横弦距沟底的高度
Hmax=R－ Rsinφ=R(1- vm/u)
（三）刀齿工作深度
可以看出，在最大横弦的 N点以上，刀齿沿水平方向的分速度 vx
为向前,N点以下则向后。因此一般用途的旋耕机刀齿入土处，
均在 N点以下，以利于向后抛土，减少功耗。为此，旋耕机的工
作深度 ha，通常是以不超过最大横弦处为度。由前式可知，刀
齿的半径 R较大或 vm/u的比值较小时，刀齿的耕作深度可以较
大
（四）切土进距
zn
v
u
v
z
R
z
vtvS mmm
smx
6022 ????? ?
?
?
在刀齿旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀齿的切土间距，
称为进距。亦即在两刀齿相继切土的时间间隔内，机器前进的
距离 Sx（图 2－ 105） 。假设某旋耕机的刀盘上均布安装 z把刀齿，
则刀盘旋转一周时，刀齿相继切土的时间间隔为 ts=2π/(2ω)。在
此时间内，机器前进的距离 Sx即为切土进距。
式中 n为刀盘转速。
旋耕机两个纵向相邻刀齿相继切土后，耕层底部存在一个凸起部
分。此凸起部分是没有耕到的生土，其高度与刀齿的运动轨迹和
进距有关，而由前后两刀齿轨迹的交点 C确定。如 图 2－ 105所示，
在交点 C处，凸起高度 hc=R(1－ sinφc)
)2z2(vtvOO cmm21 ? ????????
此处，前一刀齿转角 ψc=arcsin(1－ hc/R)
后一刀齿转角 φ’c=2π/z+π－ 2φc
（五）沟底凸埂高度
此时刀辊中心的移动距离
为
此处 ω=u/R
)
R
h
2(
R
h
)
R
h
1ar cs i n (
22
v
u
cc
c
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?? c o sR2OO 21
又因
令上两式相等并整理后得
)c o s1(Ry
)s i n
u
v
(Rx
'
c
''m
c
???
????
上式即为凸起高度 hc与 u,vm,R和 z的关系式。但利用此式求 hc
的数值亦很麻烦，为了简便，沟底凸埂高度也可用下述方法近似
地计算，即利用轨迹方程式：
当 φ′的数值不大时，可以认为
sinφ′=φ′
故
)1(
,)1( ''
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???
u
v
R
x
u
v
Rx
m
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)1
u
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(R
x
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u
v
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m
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c
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因 xc=sx/2,且 sx=2πRvm/(zu)
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v
u
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代入上式并化简得
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v
u
(z
c o s1R)c o s1(Rh
m
'
c
故
上面所计算的凸起高度是假定在旋耕刀齿切土时，所切下的垡
片和沟底的土壤均能按刀齿所经过的轨迹，保持完整的几何形状而
推导出来的理论公式。实际上凸埂并不能形成图中所示的尖角状，
这是由一垡片被刀齿从土体切下时，其尾部与土体连接处因强度减
弱，刀齿接近尾部时即因受剪切或撕拉而断裂，因而不能形成纯几
何图形上的那种尖角。试验表明，凸埂高度的实际值只有理论值的
1／ 2－ 1／ 3左右。
四、刀齿类型及排列
1．刀齿的类型
横轴旋耕机的刀齿有刚性和弹性两大类。刚性刀按其
外形分，有直刀,L形刀、弯刀、凿形刀齿等类型。
其中直刀齿有钉齿型、直棍型、直刀片型等，刀体平
直，结构简单，主要用于对已耕翻的土地进行碎土作
业； L形发、弯刀和凿形刀则可用于初耕。
2．刀齿排列
研究刀齿排列和配置其目的是使
旋耕机在作业时达到不堵塞、不漏
耕、刀轴受力均匀、耕后地表平整
等要求。
③ 轴向相邻刀齿（或刀盘）的间距，以不产生实际的漏耕
带为原则，一般均大于单刀幅宽。
④相继入土的刀齿的轴向距离愈大愈好，以免发生干扰和
堵塞。
⑤左刀和右刀应尽量交替入土，以保证刀辊的侧向稳定。
⑥一般凿形刀齿、直刀齿、弹齿等按复螺旋线排列；中央
传动式刀辊，可分左、右段排列，以简化结构参数。
⑦刀盘或座应便于刀齿安装。旋耕刀齿在排列时能最大限
度地兼顾到上述要求即为最佳排列。
为此，旋耕刀齿在刀轴上的排列应遵从下述原则：
①在同一回转平面内，若配置两把以上的刀齿，每把刀的
进距应相等，使之切土均匀。
②整个刀轴回转一周的过程中，在同一相位角上，应当只
有一把刀入土（受结构限制时，可以是一把左刀和一把右
刀同时入土），以保证工作稳定和刀轴负荷均匀。
（一） 单刀的阻力和扭局矩
五、横轴旋耕机的功率消耗
常用实验方法测定一把刀齿在切土过程中的扭矩变化来考
察阻力变化的过程。实验测定的结果表明 （图 2－ 109），
正转刀齿从开始入土到切至垡片中段部位时，扭矩迅速增
加到最大值，然后慢慢减少，到切削终了时因向后抛土，
故仍存在一定的扭矩。
钩状凿形刀的受力与弯刀有所不同。
由图 2－ 109b可以看出：
①刀齿入土后阻力迅速增大，当刀齿转过一定角度（约 200）
时，达到最大值。在此阶段内土壤受挤压。
②在转角约为 25－ 400的区段内，切削阻力保持在最大值上。
此阶段为土壤受挤压达到极限应力后开始破裂并保持继续受
力、继续破裂的过程。
③在此以后，阻力逐渐减小至零。此阶段为切下垡片剩余部
分的过程。
④最大的切削阻力与垡片的最大厚度不相重合。最大阻力的
出现比垡片的最大厚度要迟到大 200转角。这是因土壤被压缩
产生形变的结果。
⑤在完全切下垡片以后的一段时间内，仍有阻力存在。此时
刀齿不再切削土壤，能量的消耗由土粒动量的改变（抛土）
所引起。
反转旋耕时的扭矩变化与正转时不同。反转时从
开始切土到切土终了的过程中，扭矩是从 0开始逐渐增
大，刀齿接近地表时，扭矩达最大值，然后急剧下降
至零 （图 2－ 110） 。实验表明，反转旋耕在切削量与
正转相等时，反转的扭矩峰值较正转小，总功耗亦较
小。这是因为反转时，刀片自下而上切土，使垡片向
不受约束的地表区破裂，土壤在这种状态下强度较低，
故所需功耗较小。
（二）整机作业功耗
目前对旋转耕耘机功耗的计算常用以下两种方法。
?
?
K
a B vN
１．综合计算 这种方法是以 kWh所切碎的土方量来计算功率。
即
式中 a为耕深； B为工作幅宽； v为前进速度； Kφ为系数，（切
碎单位体积的土方量所消耗的功），由实验测得。此系数受力
齿形状、土壤种类以及刀齿距离等的影响。其数值的变化颇大。
2．分别计算 这种计算方法是将刀齿在工作中的各个过程进行
分别计算。一些实验表明，旋转耕耘机所消耗的功率是下述各项
的总和。即
N=Nq+Np+NT+Nf± Nn
式中 Nq为刀齿切削土壤所消耗的功率，此值约占 40％； Np为土
块被旋转刀齿抛出所需的功率，此值约占 20－ 30％； NT为机器
前进所需的功率，约占 10－ 15％； Nf为传动及摩擦所消耗的功率，
约占 10％； Nn为土壤沿机组前进方向作用于刀辊上的反力所消
耗的功率（此功率有帮助机器前进的作用）。
（三）旋耕作业的比功耗
旋耕机在作业时，设其耕深为 a，耕宽为 B，机组前进速度为 vm，
所消耗的总功率为 Np，则其比功耗
)/( 3mNmB avNk
m
p
r ?
可见整机的比功耗是指旋耕机作业时，切削单位体积的
土壤所消耗的能量。 kr的数值可通过实验测定出 Np,B、
a,vm后求得。至于单个刀齿的比功耗，则可根据刀齿旋
转一周所切下的垡片体积 S与刀齿的扭矩 M求得。
即
)m/Nm(S M2k 3s ??
比功耗的大小，常用来比较不同旋耕机或不同刀齿的性能优劣。
（四）影响旋耕机功耗的主要因
素
影响旋耕机功耗的因素很多，除土壤性质和作业要求方
面的因素而外，还有旋耕机本身的诸多因素，其中主要
的有：
1．刀辊圆周速度的影响
2．切土进距的影响
3．耕深的影响
4．滚筒直径的影响
5．切土角的影响
六、横轴式旋耕机组总体分析
（一）整机工作幅宽
旋耕机的工作幅宽是由与旋耕机配套的拖拉机的功率和作
业深度以及土壤的比阻决定的。前面的公式可以写成：
Np=krBavm
对于某一配套机组，拖拉机的功率 Np为一定值。该机组以
某种工作部件在某种土壤上作业，其比功耗 kr亦为定值，于是
上式可写成
Bavm=Np/kr=const
B,a,vm三个因素是可以选择的量。
（二）刀辊传动方式
许多旋耕机由于配套拖拉机的功率较小，使得旋耕机的幅宽
达不到拖拉机的外侧轮距宽度而不得不进行偏置，因而也就采用
从侧边传动而不采用中央传动。显然，中央传动较侧边传动结构
简单，平衡稳定性亦较好，至于采用中央传动时，传动齿轮箱下
面存在的漏耕问题。
目前解决办法是：①缩小齿轮箱的横向宽度。
②安装除去漏耕带的锄铲。
③安装倾斜旋转的刀齿。
在公式 N=Nq+Np+NT+Nf± Nn中对功率的分配已作叙述。
式中最后一项功率 Nn是土壤沿机组前进方向作用于刀辊上的
反力所消耗的功率。
正转旋耕时，此功率有帮助推动机组前进的作用，可取代
部分或全部 NT（机器前进所需的功率），故取负号；反转旋
耕时此功率阻止机器前进，故恒为正。
正转时，若 Nn＜ NT，则由拖拉机的驱动轮所产生的功率
NT与土壤对力辊的反作用功率 Nn共同推动机组前进；若 Nn＞
NT，那就会在机组传动系统内部出现寄生功率，对传动系统
产生干扰，造成功率内耗，这是应当避免的。
反转旋耕不会产生寄生功率，但如果 Nn太大，也可能造
成驱动轮打滑。
（三）整机功率分配
引 言
第一节 主要农业技术要求和农机具
第二节 耕层土壤的动力学特性
第三节 铧式犁的一般构造和工作原理
第四节 犁体曲面
第五节 犁的牵引阻力
第六节 铧式犁的总体配置
第七节 犁耕机组
第八节 牵引犁和半悬挂犁犁耕机组
第九节 旋耕机
引言
耕地 是大田农业生产中最基本
也是最重要的工作环节之一 。 其目
的就是在传统的农业耕作栽培制度
中通过深耕和翻扣土壤, 把作物残
茬, 病虫害以及遭到破坏的表土层
深翻, 而使得到长时间恢复的低层
土壤翻到地表, 以利于消灭杂草和
病虫害, 改善作物的生长环境 。
目前所使用的耕地机械，
由于其作业的工作原理不同类
型主要分为三大类：
铧式犁
圆盘犁
凿形犁
铧式犁应用历
史最长, 技术最为
成熟, 作业范围最
广, 铧式犁是通过
犁体曲面对土壤的
切削, 碎土和翻扣
实现耕地作业的 。 视频
圆盘犁是以
球面圆盘作为工
作部件的耕作机
械, 它依靠其重
量强制入土, 入
土性能比铧式犁
差, 土壤摩擦力
小, 切断杂草能
力强, 可适用于
开荒, 粘重土壤
作业, 但翻垡及
覆盖能力较弱,
价格较高 。 视频
凿形犁，又称
深松犁。工作
部件为一凿齿
形深松铲，安
装在机架后横
梁上，凿形齿
在土壤中利用
挤压力破碎土
壤，深松犁低
层，没有翻垡
能力。
根据农
业生产的不
同要求、自
然条件变化、
动力配备情
况等，铧式
犁在形式上
又派生出一
些具有现代
特征的新型
犁：双向犁、
栅条犁、调
幅犁、滚子
犁、高速犁
等。 视频
圆盘犁和凿形犁在欧洲国家
应用较多，在中国虽有应用，但
量较少，本章重点介绍铧式犁的
基本结构、工作原理、设计方法
和理论分析等。本章除课堂教学
外，尚有二个实验实习 —— 类型
和结构；悬挂犁的调整。一个课
程设计 —— 犁体曲面测绘。
第一节 主要农业技术要求和农机具
一、农业技术要求
二、少耕法
三、耕作机具
一、农业技术要求
１, 耕地作业
耕深, 覆盖, 碎土
２, 整地作业
旱地与水田整地作业的农业要求差别很大, 应分别情况
区别对待, 基本的要求有：靶深, 碎土等,
二、少耕法
少耕法是一种改变以犁耕为中心的耕作方法，可
大大减少或完全免去耕耘作业，把作物种子直接播在
前作茎秆覆盖的土壤中。这种耕作法，主要是为了和
干旱、风蚀及水蚀作斗争。早在几百年前，我国东北
地区应用扣、耕作法，特别是原垄种法，即为适应春
寒的一种少耕法。 50年代在苏联推广的马尔采夫耕作
法，是采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。 60年
代美国也发展了这一耕作法。 70年代我国黑龙江省亦
进行了深松耕作法的试验和推广； 80年代我国南方水
稻地区正进行着少耕法的试验和推广工作，并相应的
研制了少耕法机械化配套农业机械。
三、耕作机具
１、播前耕作
耕地作业：铧式犁、圆盘犁
整地作业：圆盘耙、钉齿耙、水田耙、镇压器、驱动耙、耢
等
耕耙联合作业：悬耕机、耙耕机、回转锹
２、播后耕作
中耕培土作业：中耕机（水田旱地两类）、培土器
施肥、开沟、筑埂等作业：中耕培土施肥机、筑埂机、开沟
机等
３、少耕法
浅松或深松作业：深松（凿形）犁、通用耕作机（深松、浅
松、除草
播种、施肥、洒药等联合作业：联合种植机（深松、镇压、
播种、施肥洒药等）。
思考题
1、铧式犁的基本构造和类型？
2、主犁体的结构及各部件的功用？
第二节 耕层土壤的动力学特性
一,耕层土壤的物理特性
二,耕层土壤的动力特性
一, 耕层土壤的物理特性
土壤的主要物理力学性质有以下几方面：
（一）容重
（二）湿度（又称含水量）
二、耕层土壤的动力特性
（一）土壤与金属间的摩擦系数
（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）
（三）土壤的凝聚力和附着力
（四）土壤的抗剪强度
（五）犁耕土壤比阻
（一）土壤与金属间的摩擦系数
为克服在耕作机械工作部件工作表面上产生
的土壤与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引
功率的一半。
摩擦力 F通常按下列公式计算：
F＝ fN
式中 f— 摩擦系数；
N— 正压力 。
（二）土壤的坚实度（又称贯入阻力）
当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为 1厘
米 3时所需的力称为单位压实力 q0（公斤／厘
米 3）。当以一定断面形状（圆形、锥形等）
的柱塞压入土壤，其压陷深度为 h0时，作用在
土壤上的平均压力称为土壤的坚实度 p0
p0＝ q0 h0 （ kg／ cm2）
（三）土壤的凝聚力和附着力
土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全是因水膜的
表面张力所造成的。因此，附着力也与土壤质地、含水量、
接触面的材料和光洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作
表面的滑移阻力
T=F+F′=μN+μ′N′A′
式中 μ— 土壤对钢的摩擦系数
N— 作用在工作表面上的法向载荷
μ′— 附着系数
N′— 由水膜吸附作用而产生的法向载荷
A′— 吸附水膜的面积
当摩擦力和附着力大于土壤凝聚力和内摩擦力时，农
具的工作表面就会粘土。工作部件表面粘土，不但会使耕作
质量变坏，而且会增加牵引阻力。
（四）土壤的抗剪强度
耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲
等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从
库伦定律：
ι= c +σtgρ
式中 ι— 剪应力（ kN/cm2）
σ— 剪切面上的法向压应力（正应力）；
c — 单位粘结力（ kN/cm2），是同类粒子间相互
结 合在一起的作用力；
tgρ— 土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内
摩擦系数；
ρ— 土壤的内摩擦角。
（五）犁耕土壤比阻
为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤
比阻 Kt,kN／ cm2或 kPa。但 Kt值大小不仅和土壤
的物理性质有关，而且很大程度取决于犁的结构
（犁体曲面和小前犁曲面几何参数和形状，犁铧锐
钝程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可
采用空间测力或单犁体的线性测力，测得与前进方
向相反的犁耕阻力分量 Rx，在此测力犁上一般不装
犁侧板，所以 Rx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比
阻
ab
RK x
t ?
'
式中 a— 测力犁的耕深
b— 测力犁的单铧幅宽
思考题
1、犁体曲面的主要类型？
2、理想土垡翻转的假设条件？
3、土垡宽深比的概念？它对工作
质量有何 影响？
第三节 铧式犁的一般构造和工
作原理
一、铧式犁的类型
二、铧式犁的基本构造
三、铧式犁的翻垡原理
一、铧式犁的类型
（一）、铧式犁的类型
牵引式 —— 运输状态下, 机具的重量全部由机具本身来承担 。
悬挂式 —— 运输状态下，机具的重量全部由拖
拉机来承 担。
半悬挂犁 —— 运输状态下，机具的重量前部
分由拖拉机承 担，后半部分由机具承担。
铧式犁的工作特点
铧式犁的类型与特点 — 视频
（二）、铧式犁的基本构造
机架牵引悬
挂装置
行走限
深装置
主犁体
组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支撑行走装置、
牵引悬挂装置等。主犁体为铧式犁的核心工作部件。
（三）、铧式犁的翻垡原理
一 矩形土垡的翻转过程
二 矩形土垡宽深比 K的确定
三 菱形土垡的翻转过程
四 窜垡过程
一 矩形土垡的翻转过程
理想土垡的翻转过程：
a
1,土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；
2,始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无
滑动 。
—— 理想土垡的翻转
因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研
究的方便，我们作了如下假设：
土垡翻转的目的是为了彻底的翻扣地
表杂草和病虫害,实现土垡的稳定铺放既
彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲
面工作和设计时的关键所在。是否回垡主
要取决于曲面的形状，或者说是取决于曲
面的设计参数 。
a
b
二 矩形土垡宽深比 K的确定
我们观察这样一种现象：设土垡
断面深度为 a，宽度为 b1,b2,b3，在
翻转到某个时刻为土垡的临界状态。
回垡 临界 稳定铺放
b1 a b2
a a
b3
当土垡翻转至最终位置时, 如果
支撑点在右侧, 则可保证为稳定铺放,
在正上方则为临界状态 （ 不稳定状
态 ）, 在左侧可产生回垡现象 。 很显
然, 在耕深不变的情况下, 耕宽的改
变可对土垡的稳定铺放产生重要的影
响 。 通过正确的确定土垡的尺寸, 决
定犁体曲面的大小和形状, 以保证土
垡的稳定铺放 。
我们以临界状态为研究对象, 确定土垡翻
转过程中不产生回垡的基本条件, 为犁体曲面
的设计提供依据 。
∵ △ ABC∽ △ ADE故有对应
边成比例，并设 b/a=k，
则导出：
AB/AC=AE/DE
baAB 22 ??
AC=b,AE=b,ED=a
k4-k2-1=0
k≈1.27
b
a
A
B
C
D
E
b
我们称 b/a=k为理想土垡的宽
深比 。 实际上土壤是不均质的, 土
垡在翻转过程中是要变形的, 有的
变形很严重, 含水率高的粘重土壤
变形较小, k≥ 1,27,对沙质土,
土壤很难成形, 犁体通过后立刻堆
积, k≤ 1,27,一般 k=1。
三 菱形土垡的翻转过程
菱形犁体的胫刃向未耕地凸出，沟
墙呈圆弧状，耕翻的土垡断面近似为
菱形（图 2－ 44a）。这种犁的特点是
可以缩短犁体之间的纵向距离，犁沟
较宽，阻力较小。
耕地时菱形土垡始
终绕一个棱角翻转。
直至土垡顶边和前趟
已翻土垡的底边相靠
贴（图 2－ 44c）。土
垡翻转至直立位置以
前，其重心即已偏离
支承点（向已耕地偏
离），有利于稳定铺
放。
四 窜垡过程
土垡在“窜垡型”犁体曲
面上的运动过程与前述滚
垡过程不同。如图 2— 45所
示，当土垡被犁体的铧刃
和胫刃切开后，不是绕某
一棱角滚翻，而是沿着得
体曲面向上窜升，同时略
有扭转和侧移。当土垡上
窜到一定高度后，扭转和
弯曲加大，并腾空翻转。
土垡离开犁壁后，在重力
和落地后的撞击作用下，
土垡内的剪切裂纹发生断
裂，并形成较短的垡块，
称为断条。
第四节 犁体曲面
一,三面楔的工作原理
二,犁体曲面的形成原理
三、高速犁体曲面
一、三面楔的工作原理
犁体曲面是由犁铧和犁壁
所形成的曲面。犁体的切
土、碎土和翻土作用都是
由犁体曲面来完成的。可
以把犁体曲面简化成由几
个简单的两面楔（工作面
和支承面）复合成的一个
三面楔。犁体的工作过程
可以看成几个二面楔沿水
平面运动时对土壤的合成
作用。由于楔子在土壤中
的安放位置不同，它对土
壤的作用也不同。图 2－ 46
中的 a,b和 c分别表示两面
楔的起土、侧向推土和翻
土作用。
二、犁体曲面的形成原理
（一）水平直元线法形成犁面的原理
（二）倾斜直元线法形成犁体曲面的原理
（三）曲元线法形成犁体曲面的原理
三、高速犁体曲面
（一）发展高速犁的必要性
提高耕作机组生产率的主要途径有两方面，即增加机具的
工作幅宽或提高机组的耕作速度。在拖拉机功率相同的条件下，
增加耕速比加大耕作幅宽更为有利。因提高耕速后，可采用耕幅
较窄的犁，从而降低金属耗量，减小购置费用，同时可采用轻型
的轮式拖拉机。这样不但可减小轮胎下陷量，降低胎轮的滚动阻
力，减小胎轮对耕层土壤的压实和破坏程度，而且还可提高机组对不平地面的适应性，改善机组的机动性。
犁耕速度是不断提高的。 50年代一般耕速为 4－ 6km／ h,60
年代提高到 7－ 9km／ h，目前高速犁的耕速为 8－ 10km／ h，有的
可达 12km／ h。近几十年，大约每 10年可提高耕速 3km／ h。因些，
高速型犁体曲面的研究工作，已引起国外的普遍重视。
（二）高速型犁体曲面的基本要求
常速犁（耕速在 7km／ h
以下）用于高速作业时，往
往会使作业摄影师降低，如
土壤抛掷过远，犁沟太宽，
还会导致阻力陡增。
耕速与牵引阻力有以下关系：
式中 Pv－在耕速 v（ km／ h）
时的牵引阻力（ kN）；
P－在耕速为 4.83km／ h
时的牵引阻力（ kN）；
V－犁耕速度（ km／ h）。
20 0 7.083.0 v
p
p v ??
（三）高速型犁面的特点
高速型犁体可以从常速的熟地型（碎土型）、通
用型和翻垡犁体通过试验和个性设计出来，使之适应
高速作业。
高速型犁体曲面的基本特点是：犁体较长，铧刃
角较小，纵剖和横剖曲线族较为平坦，犁翼部分后掠
和扭曲较大。这样，可使土壤的垂直与侧向分速不致
比常速增大过多，并改善翻垡性能。此外，犁体的最
大高度也略高于常速犁，使土垡不致在高速时飞越项
边线。
第五节 犁的牵引阻力
一、土壤对犁体曲面的反作用力
二、犁的牵引阻力
三、减少牵引阻力的途径
一、土壤对犁体曲面的反作用力
土壤施加于犁体曲面上各部位的反作用力，其大小和方
向是随犁体曲面的部位而变化的。由于土垡在犁体曲面上的
运动方向在不断改变，因而曲面各处所产生的摩擦力的大小
和方向也各不相同。因此要想求出犁体曲面上的受力分布情
况，无论是用计算方法或是用实验方法都有一定的困难。但
是土壤对犁体曲面上的反作用力又极为重要，不仅在设计犁
时作为零件强度计算和总体受力平衡的依据，而且在使用犁
时也是操作调节的依据。
目前，对犁体曲面受力情况主要从两个方面研究：一是求
整个犁体曲面上总的受力情况，找出它的合力的大小、方向
及其作用线，以便进行犁柱及犁梁的强度校核和犁的牵引平
衡；二是探求犁体曲面各部位所受土壤反力的分布情况，用
来确定犁壁和犁铧的磨损部位。这两方面的研究，目前都是
用实验方法进行测定。前者采用六分力测定法，后者常采用
电阻应变仪测定。
二、犁的牵引阻力
犁的牵引阻力是指土壤作用在犁上
的总阻力沿前进方向的水平分力。这部
分阻力直接关系到耕地机组的动力性和
经济性。所以它是犁的主要性能指标之
一。在满足作业要求的情况下，应尽量
减小牵引阻力。犁的牵引阻力的计算，
不仅是强度核算的依据，同时也是合理
配置机组动力的依据。
三、减少牵引阻力的途径
关于减少犁的牵引阻力的问题，过去和现在世界
各国都进行了大量的工作，目前在理论研究上和生产
实际上所探讨和采用的方法和措施，有以下几方面：
（一）机务技术措施
1．选择适耕期 选择土壤含水量适宜、残根腐烂适度的
时间进行耕地。此时土壤的强度较小，易于松散破碎，
可减少牵引力。
2．保持铧尖和铧刃锐利 锐利的铧尖和铧刃，切割破碎
的能力强，刺入并切开土壤时所受的阻力较小，因此，
勤摩铧刃和勤换犁铧，保持铧尖和铧刃锋利，可以显
著地减少犁的牵引力。
3．减少摩擦力 保持犁体曲面以及侧板、犁底、轮子
等与土壤接触的部分光洁平滑（例如，犁闲置时，在这
些地方涂上废机油或黄油，不使生锈；不以铁锤敲击犁
体曲面等）。减少犁与土壤之间的摩擦，可以减少犁的
牵引力。
4．正确装配零件 犁铧、犁壁、犁侧板等工作部件安
装的位置正确，接缝严密，犁体上埋头螺钉与安装件表
面平坦光滑，减少对土垡的阻碍，让土垡顺利滑动，可
以减少犁的牵引力。
5．正确调整牵引线 在前面曾阐明当牵引线在纵向铅
垂面上的倾角 T和水平面上的偏角 T，调整到一适宜的
位置，即调整到使 T和 T分别等于其摩擦角时，犁的牵
引阻力最小。因此，在耕地时，正确调整牵引线，也是
减少牵引力的重要方法之一。
（二）设计制造方面的措施
从设计制造方面来减少犁的阻力，现有方法有三个
方面：
1．良好的犁体曲面设计是减少阻力的重要因素。曲面形状塑造得好，各项参数
选择得当，对减少犁的阻力有很大的影响。犁体曲面除了满足翻土、碎土等
性能要求而外，欲使其阻力较小，还须 1）对土壤的挤压较小，土垡能在犁面
上顺利滑过； 2）在翻垡过程中，垡片重心的提升高度小，因而位能变化小；
3）土垡在翻转过程中发生的位移小； 4）土垡运动时的绝对速度小，所消耗
的动能小。这样，所需的牵引力也就较小。
2．用两种软硬不同的材料制造犁铧，使刃口能够自己磨锐，这种自磨刃犁铧经
过热处理后，表面部分的材料硬度和耐磨性很大，背面的材料则较软，不耐
磨。这样，当犁铧在耕地时，表面磨损慢，背面磨损快，因而可以使刃口始
终保持锋锐。
3．采用非金属特殊材料。目前有些国家已用特制的塑料薄膜敷贴在犁壁上，此
种塑料与土壤的摩擦系数很小，且甚耐磨，这样可以减少犁的阻力
（三）新方法和新原理的探讨
探讨一些新方法和新原理来减少犁的阻力，目前也有一
些进展。
1．在减少摩擦阻力方面有两种方法。一是改固定部件为
转动部件，使滑动摩擦变为滚动摩擦；一是犁体曲面
上加润滑剂。在前一种方法中有将犁壁制成由许多滚
柱组成的曲面；有的曲面上嵌设滚珠者，但因制造复
杂及其他技术问题没有解决，现在尚未推广。利用滚
轮来代替犁侧板的犁，则已在生产中使用。匈牙利曾
设计了一种利用一个能够转动的锥形滚筒来代替犁壁
翼部的滚子犁。滚筒系同不粘土的材料作成。据试验
这种犁可以减少 10－ 15％的牵引力。
在犁曲面上加水作润滑剂以减少阻力的办法，据
试验可以减少阻力 30％。加水的方法是将犁体曲面上
的螺钉中央通一小孔，孔的开口处是一向土垡运动方
向倾斜的缝，（倾斜是为了避免为泥土堵塞）。水箱
置于机架上，用软管在犁壁背面与螺钉连通。据实验，
这种方法在透水性差的粘土中效果较好，在砂土中则
较差。
2．应用振动技术。世界各国在对土壤加工时，应用振动技
术已逐渐广泛。根据各国的试验表明，在铧式犁的犁铧或其
他耕作土壤机具的工作件上加装振动器，可以减轻牵引阻力
约 5－ 25％，并且改善碎土质量。振动式的犁可以减轻阻力的
原因是因为振动件在频率较高时，它强大的振动力可以破坏
土壤分子的粘结力。也有人认为土壤在受到较高频率的振动
之后，会发生“振动液化现象”，使土壤的内摩擦力和抗剪
强度均大大降低，因而可以减少阻力。
根据初步试验发现：振动犁所需的振动频率和振幅，应随
机组前进速度增加而增加。当犁的前进速度小于 1m／ s时效果
较好，振动频率以 2000－ 3000Hs，振幅以 0.5－ 3mm为宜。至
于工作件的定向振动问题（即振动件的振动方向问题），目
前尚在研究中。振动犁的振动件因需要消耗动力，故在总的
能量消耗 上是否经济亦无定论。
3．电渗作用的试验。电渗作
用（图 2－ 60）的原理是将犁
刀和犁铧作为直流电的正极
（＋）和负极（－），通以直
流电，因为土壤是导体，故电
流在土中通过后由于电渗作用，
土壤中的毛细管水向负极集结
使犁铧表面形成一层水膜，起
着润滑剂的作用，减少了摩擦
阻力。同样，土壤由于有电流
通过，土壤中的凝胶体变为溶
胶体，降低了土壤分子的凝结
力，因而降低了它的强度。根
据国内外的实验结果，此法在
潮湿土壤中效果较好，当水分
为 20％左右，电压为 12－ 60V
时，阻力减少约 20％ 。
第六节 铧式犁的总体配置
一、犁的总耕幅和铧数
二、犁体间距
三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽
四、第一铧的配置
五、犁的梁架高度
一、犁的总耕幅和铧数
总耕幅根据拖拉机的有效牵引力 P来确定。假设所在地区的
土壤耕作比阻为 k，要求的耕深为 a，单个犁体的幅宽为 b，则犁
的铧数（多铧犁的犁体数）可用下式算出：
因 P＝ nkab
故
n取整数。
在 P,b,n确定后，为了考虑这台犁的适应能力，可将前式
写成：
c为一已知的常数。上式表明，一台犁耕机组在作业时，
如果土壤的比阻较大，则犁的耕深要适当减小，否则牵引力 P不
足；如果要求耕得较深，则只能在土壤比阻较小的地方使用。
二者之间是一个等轴双曲线函数关系。
即 ka＝ c
将上式按拖拉机的额定牵引力绘成曲线如图 2－ 61所示。
这就可以清楚地看出该机组对不同耕深和不同土壤的适应能力。
不同牵引力可获得不同的曲线。
二、犁体间距
多铧犁相邻两犁体间的间距是犁的一个重要参
数。间距太小，没有足够的空间让垡片通过就会造
成堵塞；间距太大，则将增加犁的长度，这不仅浪
费钢材，对于牵引式犁还将使转弯半径增大，对于
悬挂式犁则因重心后移，会影响机组的纵向稳定性。
因此，在保证垡片能顺利通过的前提下，犁的间距
尽量缩小。
犁体间距的表示方法，国内外都不一致。有的
用纵向间距 S（相邻犁体在纵向铅垂面上的投影距
离），有的用铧尖距 Ss（相邻犁体的铧尖点或两对
应点之间的距离），有的用犁体配置角 α（各犁体在
犁上所形成的斜线与犁的前进方向线的夹角）来表
示（图 2－ 62），它们之间的关系为：
tgα=b/s,sinα=b/ss。
三、拖拉机轮距与犁的工作幅宽
一般的轮式拖拉机，因受牵引力限制，轮距总是
大于犁的耕幅，为此，通常是让拖拉机一侧的轮子走
在犁沟内。拖拉机的轮胎内侧在横的方向应与沟墙保
持 δ =1— 2cm的间隙，犁的阻力中心应处于拖拉机的中
心线上（或很靠近）。这样可使机组具有较好的牵引
稳定性。如若差距较大应对拖拉机轮距进行调整使之
符合下列关系式：
BT=B+E+2δ +b/2
此处 Br是拖拉机倾斜后的轮距投影,b／ 4是阻力
中心与胫刃边的距离,b为单铧幅宽。
对于轮子不能进入犁沟内的履带拖拉机或后轮是
两轮并联的大型轮式拖拉机，当轮子或履带在未耕地
上时，轮胎或履带外侧与沟墙线保持的距离 δ ′ 应不
小于 10cm，以免压塌沟墙。这时，犁的阻力中心，亦
应处于拖拉机的中心线附近，以免产生偏转力矩。
四、第一铧的配置
无论是轮子走在沟内的机组，或履带走在
未耕地上的机组，第一铧的横向位置均应将铧
翼末端置于沟墙线上，使第一铧的切垡宽度正
好等于 b。
第一铧的纵向位置，对于轮子走在沟内的
悬挂式机组，铧尖与轮子外缘的纵向投影距离
e一般不小于犁体的幅宽 b（图 2－ 65）。对于
牵引式或半悬挂机组则应考虑机组在 900牵引
时，拖拉机不会与犁架碰撞。
五、犁的梁架高度
犁的梁架高度 是指犁架下表面至犁底平面的
空间高度。为了保证垡片在犁架下面顺利翻转，
不产生拥土堵草现象。一般是根据矩形土垡的厚
度（按最大耕深计算）加割茬高度的对角线高度
计算，即
式中,H为梁架空间高度,b为犁体耕宽,max为最
大耕深,h为割茬高度。
对于采用直犁柱和主斜梁结构的犁，因垡片
主要是在主斜梁的下方翻转，故 H的数值应适当加
大。而对于钩形犁柱的梁架，则因垡片是在梁架
外侧翻转，故可比前者略小。
2m a x2 )( habH ???
第七节 犁耕机组
一、悬挂犁机组
二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节原
理
一、悬挂犁机组
（一）悬挂犁的挂接方式
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。所谓三点悬挂，就是用
三根杆分别把拖拉机后部的三个点和犁上的三个
点铰接起来，而使二者成为一体。
（二）工作状态与纵垂面内的受力分析
1．“浮动”状态 油缸内无压力，悬挂犁由地面支承，
随地形起伏而浮动。
2．,位调节”状态 作业机下降到所要求的耕深时，
利用液压系统将机构锁定，使作业机与拖拉机结成一
个整体，作业机与拖拉机在纵的方向不能产生相对运
动。这种方式在地面平坦时，即使土质软硬不一，也
可使耕深较为一致。但在地面起伏不平时，作业机随
拖拉机的头尾起伏而上下波动，难以保证作业质量。
“位调节”状态的机构受力
二、悬挂犁的悬挂参数选择和挂结调节
原理
犁与拖拉机通过悬挂机构结成一个悬挂犁
机组，进行耕地作业，目前三点悬挂机构的应
用较广泛。悬挂犁的悬挂参数有下悬挂轴至犁
体支持面的距离 h，上下悬挂点的距离 H（犁架
立柱高度），悬挂轴的长度 B以及两下悬挂点
与犁梁的相对位置。在设计或挂结调整悬挂犁
时，合理地选择这些参数，对保证犁耕质量，
提高机组的牵引性能有很大的影响。
· 在犁入土时，能使犁平稳而迅速地达到预定
的耕深，入土行程短；
· 在犁耕过程中，当土质不均匀或地表起伏时，
犁具有良好的耕深耕宽稳定性。如有偏差，迅
速地自动纠正；
· 机组有良好的牵引性能和直线行驶性；
· 能进行耕深耕宽等调整，犁的纵轴与机组前
进方向一致，多铧犁前后犁体耕深相同；
· 在运输状态，有足够的运输高度，纵向稳定
性和通过性好。
在选择悬挂参数时，应满足以下要求：
（一）纵垂面悬挂参数的选择
1．入土性能
3．牵引性能
4．运输通过性
5．确定纵垂面悬挂参数的要点
2．耕深稳定性
（二）水平面悬挂参数的选择
在水平面内的悬挂参数，应满足耕宽稳
定、机组直线行驶和操作省力的要求。
1．耕宽稳定性
2．机组的直线行驶性能
（ 三）悬挂犁的挂结与调整
1．挂结原则
2．耕深调节
3．耕宽调整
4．偏牵引调整
5．正位调整
6,纵向水平调整
7．横向水平调整
第八节 牵引犁和半悬挂犁犁耕机组
一、牵引犁机组
二、半悬挂犁机组
一、牵引犁机组
（一）在纵垂面内的受力和影响工作性
能的因素
（二）在水平面内的受力和影响工作性
能的因素
二、半悬挂犁机组
就牵引方式来说，半悬挂犁分为三拉杆牵引与
两拉杆牵引两种类型。当拖拉机上拉杆装有传
感器时，犁通过悬挂头架与拖拉机上下拉杆铰
接为三拉杆牵引。当拖拉机下拉杆装有传感器
时，犁只与拖拉机的两个下拉杆铰接为两拉杆
牵引。二者前端均有水平横轴与铅垂立轴，犁
可在水平面与纵垂面绕轴摆动，有两个自由度。
半悬挂犁均装有尾轮与限深轮。高度调节机组
的限深轮装在犁的前部，力调节机组的限深轮
装在犁的后部，均走未耕地。
第九节 旋耕机
一、总言
二、旋耕机类型
三、横轴式旋耕机械的理论分析
四、刀齿类型及排列
五、横轴旋耕机的功率消耗
六、横轴式旋耕机组总体分析
一、总言
旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具。其切
土、碎土能力强，能切碎秸杆并使土肥混合均匀。一
次作业能达到犁耙几次的效果，耕后地表平整、松软、
能满足精耕细作的要求。旋耕机作业时，拖拉机的动
力以扭矩的形式直接作用于工作部件，不需要很大的
牵引力，避免了拖拉机由于受附着力的限制，功率不
能充分利用的问题。
我国南方地区多用于秋耕稻茬田种麦，水稻插秧
前的水耕水耙。它对土壤湿度的适应范围较大，凡拖
拉机能进入的水田都可进行耕作。我国北方地区大量
用于打茬，起到秸杆还田、铲茬肥田的作用。另外，
还适于盐碱地的浅层耕作，以抑制盐分上升，围垦荒
地灭茬除草，牧场草地浅耕再生等作业。
二、旋耕机类型
旋耕机的类型很多，按其工作部件的运
动方式可分为水平横轴式、立轴式等几
种。
（一）水平横轴式旋耕机
（二）立轴式旋耕机
水平横轴式旋耕机工作时 （图 2－
86）,刀片一方面由拖拉机动力输出轴
驱动作回转运动，一方面随机组前进作
等速直线运动。刀片在切土过程中，首
先将土垡切下，随即向后方抛出，土垡
撞击到罩壳与拖板而细碎，然后再落回
到地表上。由于机组不断前进，刀片就
连续不断地对未耕地进行松碎。
（一）水平横轴式旋耕机
图（ 2－ 87） 是曲刃弯刀式旋耕机，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。刀
轴和刀片是主要工作部件，由拖拉机动力输出轴来的动
力经万向节传给中间齿箱，再经侧边传动箱驱动力轴回
传。
图 2－ 88是钉齿式旋耕机。钉齿为一直圆钢制成，沿辊轴直径方向 1800贯穿并予
以固定。图 2－ 89是星轮式旋耕机。刀辊由多个带钉齿的星轮组成。星轮盘面
不与刀辊轴线垂直，每个星轮的偏斜方向均不同。 图 2－ 90是滚笼式旋耕机。
旋转滚筒由若干个笼形部件沿轴向排列组成。用于水稻插秧前平整田面。有较
好的耥平和起浆效果。 图 2－ 91所示为梳齿式旋耕机。将多个齿棍纵向固定在
扭曲的人字形长刀片上。碎土性能好，且沟底平坦。
图 2－ 92是几种有翻土功能的旋耕刀。 图 2－ 92a所示的转柄旋耕刀
能将切下的土成形垡片翻转约 1800，它的刀柄装在与刀轴一起旋
转的套管上，套管的里面还有一个静止的心轴。心轴有导槽，锄
柄上的横销嵌入导槽中。当旋耕刀切下土块并将其带到一定高度
时，刀柄上的横销就碰到导槽的斜凸部分，迫使刀柄偏转。于是
刀面侧倾将土块翻转落下。 图 2－ 92b所示为带有托土板的旋耕刀
盘。当刀齿切下土块时，托土板正好托住土块的上端将其送到后
方翻转落下。 图 2－ 92c是带有弹性拖板的旋耕刀。当刀片切入土
中时，弹性拖板随切缝弯曲进入缝中，将切下的土块托带到后方
一定高度然后弹片伸直使土块翻转落下。
图 2－ 93所示是锤片碎土灭茬机的多种锤片。这种机具的整机结构与一般水
平横轴式旋耕机相同，只是工作部件是锤片而不是刀齿。锤片用活动铰链与
转轴联结。利用高速旋转时的惯性力来打碎禾茬、硬土块或草皮层。
还有一种新创造的水平横轴式旋耕机，它的刀齿不需要另外的动力驱动，
而由旋耕刀辊自身驱动,如图 2－ 94所示，这种旋耕机有两个刀辊，一前一
后。工作时机组前进，前刀辊的刀齿入土后，土壤阻力迫使前刀辊转动并通
过链条带动后刀辊旋转。利用链传动的速比关系，后刀辊的转速比前刀辊快
约三倍。后刀辊的刀齿将土壤弄松碎并向后抛送。前刀辊因要带动后刀辊工
作，所需扭矩较大，致使入土的刀齿在土中产生向前的局部滑移。这种滑移
现象的实际效果是前刀辊的刀齿一方面向前耕松一些土壤，另一方面获得扭
矩驱动后刀辊旋转。而前刀辊将土壤弄松成大土块，也使后刀辊的负荷减轻
。对于土质不同和耕作要求不同时，可以调整前后刀辊的相对入土深度，使
彼此协调工作可以获得满意的结果。
（二）立轴式旋耕机
刀齿或刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出功能就是可以进行深
耕，一般都能达到 30－ 35cm，较深的能达到 40-50cm，而且可使
整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢
图 2－ 95是安装在手扶拖拉机前面的桨叶式旋耕机（亦称旋桨式
犁）。它的叶轮象一个竖立着的船用螺旋桨，工作时，叶片旋转将
土壤铲起，并向一侧抛出，耕后象铧式犁一样留有耕沟。因其向一
侧抛土，故侧向力较大。工作幅宽约等于叶轮的外缘直径，耕作的
最大深度可略大于叶轮高度。一般耕深 20－ 30cm。 图 2－ 96所示的
这种立轴爪式旋耕机是英国人所制，他们称为,Gyro-tiller”。两个
转盘相对旋转，刀齿位于转盘周边，轴向固定（略微前倾），一般
耕深 30－ 50cm。 图 2－ 97所示是日本常用的立轴刀笼式旋耕机。 2
－ 5个倾斜的窄条形刀片构成一个圆形刀笼旋转切土。刀笼高度约
30－ 35cm，一般耕深 20－ 30cm。 图 2－ 98是一种立轴转齿式旋耕机。
它的工作部件是由两个钉齿构成“门”字形的转子。多个转子横向
排列成一排。两个相邻的转子由两个齿轮直接啮合驱动。因此，每
个转子与左、右相邻转子的旋转方向相反。转子在安装时，相邻转
子的“门”形平面均互相垂直，故可互不干扰，并使相邻钉齿的活
动范围有较大的重叠量以防止漏耕。由于钉齿的圆周速度比机器前
进速度要大得多（ 2倍以上），故每个钉齿在地面上经过的路线都
是长辐摆线，因而钉齿有较好的碎土效果。
三、横轴式旋耕机械的理论分析
各种驱动式耕耘机械，由于其工作原理各不相
同，因而工作部件的运动情况，也不相同。下
面着重对目前使用较为广泛的横轴类旋耕机械
的有关理论进行一些分析。
（一）刀齿的运动轨迹
1．刀齿运动轨迹方程 旋转耕耘机的刀齿，无
论其为何种形状，它在工作时的绝对运动均系
由两种运动合成。如 图 2－ 99所示一种运动是
由于安装刀齿的轴转动时刀齿绕轴心旋转所形
成的圆周运动，另一种运动是机器不断前进时
所具有的直线运动。旋转耕耘机在工作时，这
两种运动同时在刀齿上产生，刀齿的绝对运动
就是由这两种运动合成的结果。
在图 2－ 99中假设 u,vm均为等速运动，则刀齿上任意点的运动轨
迹，均系一有规律的曲线。如图 2－ 100所示，在刀齿旋转前进的
过程中，设刀齿轴心所在的位置原为 O0，某一刀齿 (O0m0)的端点
为 m0。该刀齿按图中箭头所示的方向转过△ φ1的角度时，轴的中
心由 O0前进至 O1（这种情况称为正转），此时刀齿端点的位置则
由 m0移至 m1；当刀齿连续再转过△ φ2时，轴的中心将再前进一
段距离而至 O2，此时刀齿端点的位置则由 m1移至 m2，如此继续
下去，当机
器走过距离 S即刀轴中心经过 O1,O2,O3,…… 而至 On时，刀齿
端的轨迹即为 m1,m2,m3,………, mn所连成的曲线。如果 S为
旋转轴旋转一周时机器前进的距离，则此时刀齿绕其轴心旋转一
周后其运动轨迹亦完成了一个行程周期，当旋转轴继续转动、机
器继续前进时，刀齿端点的运动轨迹即为此段曲线的重复出现。
显然，在图 2－ 100所示情况下,S＜ 2πR。
当刀齿的转动半径 R、旋转角速度 ω以及机器的前进速度 vm已知时，
刀齿的运动轨迹可根据上述原理用作图法绘出。关于刀齿运动轨迹
的方程式，可建立如图 2－ 101所示的坐标系。设位于坐标轴 y上的
刀齿 A0O以角速度 ω经过 t秒钟转动后，其角位移为 φ，此时刀齿轴
心移动的距离为 x0，刀齿端点的位置则移至 m点，点 m的水平位移
为 x，铅垂位移为 y。
则因
φ=ωt,或 t=φ/ω
故 x0=vmt=vmφ/ω。又因 ω=u/R，所以 x0=Rvmφ/u
?
?
c o sRRy
s i nRxx 0
??
??
刀齿的轨迹曲线系由运动的 m点所形成，
故其曲线的方程式为
)c o s1(
)s i n(
???
????
Ry
u
vRx m
)co s1(Ry
)s in(Rx
?
??
??
??
此式为参数方程式，消去参变数后得
此曲线即解析几何上的摆线，亦称旋轮线 (Cycloid)。
将 x0代入并整理得：
)2()1(c o s 1 yRyRyuvRx m ???? ?
)co s1(Ry
)s i n(Rx
???
????
（ 1）当 u/vm=λ=1时，方程变为
此式系一标准的摆线,S=2πR。具有这种运动特性的刀齿只
能象自由轮的轮爪一样刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。
2.刀齿轨迹的性能特征 从刀齿运动的轨迹方程式得知，刀齿运
动轨迹曲线的形状与刀齿的半径 R、圆周线速度 u以及机器前进速
度 vm有关。由于 R,u和 vm的不同，此曲线具有以下的特性：
（ 2）当 u/vm=λ＜ 1时，刀片端点在任何位置的绝对运动水平位移
的方向均与机器前进方向相同，故刀齿不能拨土向后。刀齿对土壤
的作用还不如被动式牵引机具的作用大。这种曲线数学上称为短辐
摆线。 S＞ 2πR
（ 3）当 u/vm=λ＞ 1时，刀齿转动到一定部位，它的端点绝对运动的
水平位移就会与机器前进的方向相反，因而能以刀齿的刃口切削土
壤。具有这种运动的曲线称长辐摆线 （图 2－ 102）,此种摆线具有
一个绕扣。 MN为绕扣的横弦。当 vm/u值愈小时，绕扣的横弦愈大。
若 vm=0（即机器停止前进时）则绕扣即为一圆，其最大横弦等于
2R。
（二）刀齿的切削速度
??? c o suvdtdxv mx
??? s i nudtdyv y
刀齿端点在旋转一周的过程中，所经各处的速度是不同
的。将方程对时间求导数得：
)tc o s (uv2uvvvv m22m2y2x ??????
刀片端点的绝对速度为：
从上式可知，当刀齿端点处于最低位置即 ωt=2nπ时，绝对速
度最小 vmin=vm－ u，在 vm＜ u时，方向为水平向后；当刀齿端
点处于最高位置即 ωt=(2n+1)π时，绝对速度最大,vmax=vm+u，
方向为水平向前。
刀齿运动轨迹曲线的绕扣大小与 vm/u的值有关。 vm/u的值愈
大时，绕扣愈小；反之，则绕扣愈大。若 vm/u=0（即机器停
止前进时），则绕扣与轨迹曲线均为一个半径为 R的圆。
绕扣的最大横弦 MN可以从 图 2－ 104中得知，因刀齿在最大
横弦 N点处其绝对速度的方向是垂直向下。
于是有
sinφ= vm/u
故最大横弦距沟底的高度
Hmax=R－ Rsinφ=R(1- vm/u)
（三）刀齿工作深度
可以看出，在最大横弦的 N点以上，刀齿沿水平方向的分速度 vx
为向前,N点以下则向后。因此一般用途的旋耕机刀齿入土处，
均在 N点以下，以利于向后抛土，减少功耗。为此，旋耕机的工
作深度 ha，通常是以不超过最大横弦处为度。由前式可知，刀
齿的半径 R较大或 vm/u的比值较小时，刀齿的耕作深度可以较
大
（四）切土进距
zn
v
u
v
z
R
z
vtvS mmm
smx
6022 ????? ?
?
?
在刀齿旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀齿的切土间距，
称为进距。亦即在两刀齿相继切土的时间间隔内，机器前进的
距离 Sx（图 2－ 105） 。假设某旋耕机的刀盘上均布安装 z把刀齿，
则刀盘旋转一周时，刀齿相继切土的时间间隔为 ts=2π/(2ω)。在
此时间内，机器前进的距离 Sx即为切土进距。
式中 n为刀盘转速。
旋耕机两个纵向相邻刀齿相继切土后，耕层底部存在一个凸起部
分。此凸起部分是没有耕到的生土，其高度与刀齿的运动轨迹和
进距有关，而由前后两刀齿轨迹的交点 C确定。如 图 2－ 105所示，
在交点 C处，凸起高度 hc=R(1－ sinφc)
)2z2(vtvOO cmm21 ? ????????
此处，前一刀齿转角 ψc=arcsin(1－ hc/R)
后一刀齿转角 φ’c=2π/z+π－ 2φc
（五）沟底凸埂高度
此时刀辊中心的移动距离
为
此处 ω=u/R
)
R
h
2(
R
h
)
R
h
1ar cs i n (
22
v
u
cc
c
m ??
????
?
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?? c o sR2OO 21
又因
令上两式相等并整理后得
)c o s1(Ry
)s i n
u
v
(Rx
'
c
''m
c
???
????
上式即为凸起高度 hc与 u,vm,R和 z的关系式。但利用此式求 hc
的数值亦很麻烦，为了简便，沟底凸埂高度也可用下述方法近似
地计算，即利用轨迹方程式：
当 φ′的数值不大时，可以认为
sinφ′=φ′
故
)1(
,)1( ''
?
???
u
v
R
x
u
v
Rx
m
cm
c ?? 即
)1
u
v
(R
x
,)1
u
v
(Rx
m
c''m
c
?
????? 即
因 xc=sx/2,且 sx=2πRvm/(zu)
)1
v
u
(z
m
'
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??
代入上式并化简得
?
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?????
)1
v
u
(z
c o s1R)c o s1(Rh
m
'
c
故
上面所计算的凸起高度是假定在旋耕刀齿切土时，所切下的垡
片和沟底的土壤均能按刀齿所经过的轨迹，保持完整的几何形状而
推导出来的理论公式。实际上凸埂并不能形成图中所示的尖角状，
这是由一垡片被刀齿从土体切下时，其尾部与土体连接处因强度减
弱，刀齿接近尾部时即因受剪切或撕拉而断裂，因而不能形成纯几
何图形上的那种尖角。试验表明，凸埂高度的实际值只有理论值的
1／ 2－ 1／ 3左右。
四、刀齿类型及排列
1．刀齿的类型
横轴旋耕机的刀齿有刚性和弹性两大类。刚性刀按其
外形分，有直刀,L形刀、弯刀、凿形刀齿等类型。
其中直刀齿有钉齿型、直棍型、直刀片型等，刀体平
直，结构简单，主要用于对已耕翻的土地进行碎土作
业； L形发、弯刀和凿形刀则可用于初耕。
2．刀齿排列
研究刀齿排列和配置其目的是使
旋耕机在作业时达到不堵塞、不漏
耕、刀轴受力均匀、耕后地表平整
等要求。
③ 轴向相邻刀齿（或刀盘）的间距，以不产生实际的漏耕
带为原则，一般均大于单刀幅宽。
④相继入土的刀齿的轴向距离愈大愈好，以免发生干扰和
堵塞。
⑤左刀和右刀应尽量交替入土，以保证刀辊的侧向稳定。
⑥一般凿形刀齿、直刀齿、弹齿等按复螺旋线排列；中央
传动式刀辊，可分左、右段排列，以简化结构参数。
⑦刀盘或座应便于刀齿安装。旋耕刀齿在排列时能最大限
度地兼顾到上述要求即为最佳排列。
为此，旋耕刀齿在刀轴上的排列应遵从下述原则：
①在同一回转平面内，若配置两把以上的刀齿，每把刀的
进距应相等，使之切土均匀。
②整个刀轴回转一周的过程中，在同一相位角上，应当只
有一把刀入土（受结构限制时，可以是一把左刀和一把右
刀同时入土），以保证工作稳定和刀轴负荷均匀。
（一） 单刀的阻力和扭局矩
五、横轴旋耕机的功率消耗
常用实验方法测定一把刀齿在切土过程中的扭矩变化来考
察阻力变化的过程。实验测定的结果表明 （图 2－ 109），
正转刀齿从开始入土到切至垡片中段部位时，扭矩迅速增
加到最大值，然后慢慢减少，到切削终了时因向后抛土，
故仍存在一定的扭矩。
钩状凿形刀的受力与弯刀有所不同。
由图 2－ 109b可以看出：
①刀齿入土后阻力迅速增大，当刀齿转过一定角度（约 200）
时，达到最大值。在此阶段内土壤受挤压。
②在转角约为 25－ 400的区段内，切削阻力保持在最大值上。
此阶段为土壤受挤压达到极限应力后开始破裂并保持继续受
力、继续破裂的过程。
③在此以后，阻力逐渐减小至零。此阶段为切下垡片剩余部
分的过程。
④最大的切削阻力与垡片的最大厚度不相重合。最大阻力的
出现比垡片的最大厚度要迟到大 200转角。这是因土壤被压缩
产生形变的结果。
⑤在完全切下垡片以后的一段时间内，仍有阻力存在。此时
刀齿不再切削土壤，能量的消耗由土粒动量的改变（抛土）
所引起。
反转旋耕时的扭矩变化与正转时不同。反转时从
开始切土到切土终了的过程中，扭矩是从 0开始逐渐增
大，刀齿接近地表时，扭矩达最大值，然后急剧下降
至零 （图 2－ 110） 。实验表明，反转旋耕在切削量与
正转相等时，反转的扭矩峰值较正转小，总功耗亦较
小。这是因为反转时，刀片自下而上切土，使垡片向
不受约束的地表区破裂，土壤在这种状态下强度较低，
故所需功耗较小。
（二）整机作业功耗
目前对旋转耕耘机功耗的计算常用以下两种方法。
?
?
K
a B vN
１．综合计算 这种方法是以 kWh所切碎的土方量来计算功率。
即
式中 a为耕深； B为工作幅宽； v为前进速度； Kφ为系数，（切
碎单位体积的土方量所消耗的功），由实验测得。此系数受力
齿形状、土壤种类以及刀齿距离等的影响。其数值的变化颇大。
2．分别计算 这种计算方法是将刀齿在工作中的各个过程进行
分别计算。一些实验表明，旋转耕耘机所消耗的功率是下述各项
的总和。即
N=Nq+Np+NT+Nf± Nn
式中 Nq为刀齿切削土壤所消耗的功率，此值约占 40％； Np为土
块被旋转刀齿抛出所需的功率，此值约占 20－ 30％； NT为机器
前进所需的功率，约占 10－ 15％； Nf为传动及摩擦所消耗的功率，
约占 10％； Nn为土壤沿机组前进方向作用于刀辊上的反力所消
耗的功率（此功率有帮助机器前进的作用）。
（三）旋耕作业的比功耗
旋耕机在作业时，设其耕深为 a，耕宽为 B，机组前进速度为 vm，
所消耗的总功率为 Np，则其比功耗
)/( 3mNmB avNk
m
p
r ?
可见整机的比功耗是指旋耕机作业时，切削单位体积的
土壤所消耗的能量。 kr的数值可通过实验测定出 Np,B、
a,vm后求得。至于单个刀齿的比功耗，则可根据刀齿旋
转一周所切下的垡片体积 S与刀齿的扭矩 M求得。
即
)m/Nm(S M2k 3s ??
比功耗的大小，常用来比较不同旋耕机或不同刀齿的性能优劣。
（四）影响旋耕机功耗的主要因
素
影响旋耕机功耗的因素很多，除土壤性质和作业要求方
面的因素而外，还有旋耕机本身的诸多因素，其中主要
的有：
1．刀辊圆周速度的影响
2．切土进距的影响
3．耕深的影响
4．滚筒直径的影响
5．切土角的影响
六、横轴式旋耕机组总体分析
（一）整机工作幅宽
旋耕机的工作幅宽是由与旋耕机配套的拖拉机的功率和作
业深度以及土壤的比阻决定的。前面的公式可以写成：
Np=krBavm
对于某一配套机组，拖拉机的功率 Np为一定值。该机组以
某种工作部件在某种土壤上作业，其比功耗 kr亦为定值，于是
上式可写成
Bavm=Np/kr=const
B,a,vm三个因素是可以选择的量。
（二）刀辊传动方式
许多旋耕机由于配套拖拉机的功率较小，使得旋耕机的幅宽
达不到拖拉机的外侧轮距宽度而不得不进行偏置，因而也就采用
从侧边传动而不采用中央传动。显然，中央传动较侧边传动结构
简单，平衡稳定性亦较好，至于采用中央传动时，传动齿轮箱下
面存在的漏耕问题。
目前解决办法是：①缩小齿轮箱的横向宽度。
②安装除去漏耕带的锄铲。
③安装倾斜旋转的刀齿。
在公式 N=Nq+Np+NT+Nf± Nn中对功率的分配已作叙述。
式中最后一项功率 Nn是土壤沿机组前进方向作用于刀辊上的
反力所消耗的功率。
正转旋耕时，此功率有帮助推动机组前进的作用，可取代
部分或全部 NT（机器前进所需的功率），故取负号；反转旋
耕时此功率阻止机器前进，故恒为正。
正转时，若 Nn＜ NT，则由拖拉机的驱动轮所产生的功率
NT与土壤对力辊的反作用功率 Nn共同推动机组前进；若 Nn＞
NT，那就会在机组传动系统内部出现寄生功率，对传动系统
产生干扰，造成功率内耗，这是应当避免的。
反转旋耕不会产生寄生功率，但如果 Nn太大，也可能造
成驱动轮打滑。
（三）整机功率分配
