agricultural mechannics

1. 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撑面的距离 h，上下悬挂点的距离 H（即犁架
犁柱高度），悬挂轴的长度 B 以及两下悬挂点与犁梁的相对位置。选择悬挂参数应满足要求：
（1）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。
（2）在犁耕过程中，遇到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，能迅速地自动纠正。
（3）机组有良好的牵引性能和直线行驶性。
（4）能进行耕深耕宽等调整，犁的纵轴与机组前进方向一致，多铧犁前后耕深一致。
（5）在运输状态，有足够的运输高度，纵向稳定性和通过性好。
纵垂面悬挂参数选择
在此平面内，立柱高度 H 和下悬挂轴至犁体支持面的 h，决定着纵垂面内瞬心π1 的位置。
下面从犁的入土性能、耕深稳定性、机组牵引性能和运输通过性方面进行分析，以确定合理
的悬挂参数。
1.入土性能
悬挂犁在入土过程中，拖拉机上悬挂杆件和犁都处于浮动状态。犁体随机组在向前运动的同
时绕瞬心π1 点转动。犁的入土性能，是指最后犁体从铧尖触及地表至达到要求的耕深时，
犁或机组前进的水平距离 S。而犁能否入土和入土行程的长短，主要取决于入土隙角与入土
压力两个参数。
（1）入土隙角 犁入土的第一个条件是犁体必须前轻，铧尖首先着地，犁体底面与水平面
有一夹角，称为入土隙角 γ，其作用是保证犁有入土趋势。为此必须把瞬心π1 配置在犁的
前方，即 BD>AC，才能满足这一条件。由于悬挂机构通常采用四连杆机构，第一铧刚入土
时，入土隙角为 γ，随耕深增加，隙角逐渐减小。当达到预定耕深时，隙角等于零或稍大于
零，如上图 γ0,；若隙角为负值，则耕深有变浅的趋势。入土隙角的大小，还直接影响入土
行程的长短。铧尖入土过程的理论轨迹为一条指数衰减曲线，近似公式入土行程 S：
S=a ctg(γ+γ0)/2= a cot(γ+γ0)/2 a 为耕深（cm）
增大入土隙角 γ 能缩短入土行程，而 γ 角的大小，当悬挂机构尺寸一定时，与瞬心位置有关，
瞬心前移，γ 角减小；瞬心后移，γ 角增大。除入土隙角外，影响入土行程的因素还有入土
力矩，耕速等参数，所以确定入土间隙是一个比较复杂的问题，在设计或运用悬挂犁时，γ
角一般选取 5°~8°。
（2）入土压力 犁入土的第二个条件是入土过程中，铧刃对土壤的压力。当其大于土壤的抗
压强度时，方可切入土中。据贝尔纳斯基多次试验表明，作用于铧刃上的平均比压（铧刃单
位长度上的压力），大于 10N 时，才容易入土。国内一般用入土力矩分析入土性能，即必须
使瞬心的入土力矩大于可能产生的最大反入土力矩。
上述两种分析实质是一致的。现假设机组等速前进，犁绕瞬心转动的角加速度不计，犁的瞬
时受力状态按静力学分析。对瞬心取距得下列公式：
Ge+Rzm=M,RxH+QL=M’
式中：M 为入土力矩（N.m）;M’为反入土力矩（N.m）；Rxz 为土壤对犁曲面的阻力（N）；Q
为土壤对犁底面的反力（N）。
按上述入土的必要力学条件为
M>M’
即 M-M’=ΔM>0
在入土的起始阶段，因瞬心位置偏低，土壤对犁的阻力较小，ΔM 值较大。随着入土深度增

2. 大，ΔM 值逐渐减。当达到预定耕深时，ΔM=0，犁失去入土能力处于稳定工作状态。在同
一耕深和土壤条件下，犁的重量、铧刃厚度及瞬心位置是影响入土力矩的重要因素。如果瞬
心上移时，M 值减少，而 M’值增大，入土能力减弱；瞬心下移时效果相反。当瞬心前/后平
移时，M 值增大/减少，M’值也相应增大/减少，对 ΔM 的影响较小。
2.耕深稳定性
在犁耕过程中，由于土质不均匀，必然会引起耕深的变化。为保证耕深稳定，在达到预定耕
深时，仍使犁保留一定的入土力矩，即 ΔM 大于零，为 ΔM’。对高度调节的机组来说，由于
存在储备入土力矩 ΔM’，使限深轮承受一定载荷 Qxz，ΔM’由 Qxz 对瞬心π1 的反力矩来平
衡。按我国北方犁系列设计研究认为：在适耕条件下，限深轮压力在 1500N~2500N，耕深
稳定性比较满意。如 ΔM’过大，则限深轮对土壤的压陷越深，由于土质软硬等变化，反而使
耕深稳定性破坏。对采用力调节的悬挂犁，储备入土力矩由作用于提升杆上的力对瞬心π1
的反力矩来平衡。当 ΔM’较大时，机组仍能正常工作。为了有利于入土，并保证耕深稳定性，
力调节机组比高度调节机组可具有较大 ΔM’值。
3.牵引性能
用轮式拖拉机耕地机组作业时，由于牵引力 Pxz 的作用，使拖拉机前后轮所受载荷重新分配，
驱动轮上的载荷比不带犁时增多，这种现象称为驱动轮增重或重量转移。增重越大，越有利
于拖拉机牵引力的发挥，机组的生产率越高。
驱动轮增载量 ΔQ1 和前轮的减载量 ΔQ2 按下式计算：
ΔQ1=Pxzρ2/L, ΔQ2=Pxzρ1/L
式中：L 为拖拉机前后轮轴距（cm）；ρ1、ρ2 为 Pxz 作用线至驱动轮、前轮接触点的垂直距
离（cm）.
对高度调节的悬挂犁，当π1 点位置改变，Pxz 的作用线亦改变，影响驱动轮的增重量，π1
点上移或后移，使牵引线变陡，ρ1’、 ρ2’均增加，ΔQ1、ΔQ2 亦随着增加，从而提高了拖拉
机的牵引性能，这对功率大、重量大的拖拉机尤为重要；但若前轮减载过多，对拖拉机的操
作性不利。当采用力调节时，Pxz 不通过π1 点，其增重效果比高度调节的好。根据我国东
方红-40 拖拉机配 1L425 悬挂犁，在北方砂土壤中的试验表明，耕深相同时，力调节比高度
调节增重明显。因此从改善机组作业经济性（生产率、油耗）出发，力调节机组比高度调节
机组优越。
4.运输通过性
在田间或道路上运输转移时，悬挂犁机组应具有良好的通过性。通过性一般用运输间隙 h
和通过角 ε 来表示，其中，h 为悬挂犁最低点（铧尖）距离地面的高度；ε 按不同情况确定，
当犁体支持面与水平面的夹角 γ 大于前铧尖向后轮所作切线与水平面的夹角 ε 时，ε 即为后
通过角；当 γ<ε 时，则以最后铧侧板末端向后轮作切线与水平面的夹角 ε’为后通过角。h 和
ε的大小应根据一般田间道路条件，通过改变悬挂参数，用作图法确定，一般h 为25cm~30cm，
ε 或 ε’为 18°~20°。
5.确定纵垂面悬挂参数的要点
根据以上的要求，确定纵垂面悬挂参数的原则如下：
（1）瞬心π1 应位于悬挂犁的前方，使犁有适宜的入土隙角，并满足运输通过性要求。
（2）瞬心位置的选择，应使犁达到预定耕深后，仍具有一定的储备入土力矩。对高度调节
的悬挂机组来说，瞬心位置对增大入土力矩与驱动轮增重的影响是互相矛盾的。一般应在保
证入土性能和耕深稳定性的前提下，提高拖拉机的牵引性能。力调节机组可具有较大的入土
力矩，但须避免液压系统负荷过大。
（3）为适应不同拖拉机和不同土壤条件，应使犁架立柱高度 H 和悬挂轴至犁体支持面的距
离 h 能够调节，因此我国现有悬挂犁的上下悬挂点，多设有多个调节孔位，以改变瞬心π1

3. 的位置。
根据我国北方犁系列设计的经验，为满足上述几个原则，悬挂参数的变化范围为
h=51.5cm~61.5cm
H=46cm~65.5cm
水平面悬挂参数选择
主要应满足耕宽稳定、机组直线行驶和操作省力要求。
1.耕宽稳定性
在犁耕过程中，为适应土质地表情况的变化，保持耕深稳定，瞬心π2 应配置在犁的前方。
正常工作时，Pxy、Rxy 与 Fxy 处于平衡状态。当遇到额外犁耕阻力时，Rxy 变为 Rxy+ΔRxy，
犁体随悬挂轴左移，使沟墙对犁体的侧向力亦随之增加，及时达到新的平衡，所以犁侧移量
小，耕宽基本稳定。若瞬心配置在犁的后方，当产生 ΔRxy 时，犁体随悬挂轴右移，使沟墙
对犁体的侧向力减少，犁难以达到新的平衡，甚至有加剧偏转的作用，耕宽出现不稳定。
另外，犁的侧向力将使犁侧板对沟墙产生压陷。侧向力 F 的变化会引起压陷深度的变化，故
犁侧板的比压不应超过土壤的侧向承载能力，也是保证耕宽稳定的必要条件。根据北方系列
犁试验，在一般适耕条件，犁侧板上平均比压不超过 5N/cm2,犁的偏斜很小。所以，在耕作
的土壤较干硬时，可能超过此比压值，造成压陷深度增加；但土壤湿软时，犁侧板的比压会
减小，有利于减轻犁侧板对沟墙的压陷。
2.机组的直线行驶性能
为使机组直线行驶，最好使瞬心π2 位于拖拉机纵轴的水平投影线上，犁的牵引线（牵引力
Pxy 作用线的水平投影）平行于机组前进方向，且通过动力中心 O。理想情况下，拖拉机不
承受侧向力和回转力矩，称为正置机组或正牵引。但目前我国广泛使用的机组，因受拖拉机
牵引力的限制，犁的工作宽幅多小于拖拉机的后轮轮距，从而形成偏置机组；而偏置机组又
可分为偏牵引、斜牵引和偏斜牵引三种情况。假设上拉杆延长线通过瞬心π2（π2 称为虚
牵引点），按不同偏置情况，机组对直线行驶性能情况也不相同，分述如下：
（1）牵引线与机组前进方向平行，但与拖拉机动力中心 O 偏一距离 e 时，称为偏牵引。在
这种情况下，Rx 对拖拉机产生一偏转力矩 M=Rxe,该力矩使拖拉机前、后轮分别受到土壤侧
向反力及轮胎与土壤的摩擦力的合力 S’和 S’’，方向相反。当 Rxe≤S’l,机组可直线行驶；当 Rxe>
S’l，拖拉机将会出现向一侧偏头的现象，导致操作困难。
（2）当牵引线通过动力中心 O 点，但与前进方向成一偏角时，称斜牵引。这种情况下，将
Rxy 在 O 点分解为沿机组前进方向的力 Rx 和垂直于机组前进方向的力 Ry。分力 Rx 的作用效
果与正牵引相同，Ry 将引起土壤对轮胎的侧向反力 S，由于 Ry 与 Rx 相比一般要小得多，而
且轮胎的接地面积较大，所以 Ry 易于得到平衡，机组可直线行驶，近于正牵引。
（3）当牵引线既不通过动力中心 O，又与机组前进方向有一偏角时，称偏斜牵引，仍可将
Rxy 分解为 Rx 和 Ry，其作用效果兼有偏牵引和斜牵引两种影响因素综合效果。
以上偏置机组的三种情况，就拖拉机而言，以斜牵引为好，拖拉机不承受偏转力矩，但因目
前多数机组为右偏置机组，牵引线前端偏向未耕地，使犁侧板与沟墙的摩擦力增加，牵引阻
力也随着增大，效率降低。对犁来说，采用偏牵引受力情况较好，犁侧板与沟墙的摩擦力较
小，但拖拉机承受偏转力矩。例如轮式拖拉机具有差速器，轮胎抵抗侧向滑移的能力不及履
带，易受偏转力矩的影响，这样可采用斜牵引配置方式；而履带拖拉机则可配置成偏斜引机
组。
3.确定水平面内悬挂参数的要点
（1）瞬心π2 配置在犁的前方，两下拉杆的夹角一般为 15~25°

4. （2）当悬挂犁偏置时，瞬心π2 位置的选择，应使牵引线尽量靠近拖拉机的动力中心。为
减少偏转力矩，进行犁的正位和耕宽调整，下悬挂点相对犁架在一定范围内能做横纵向调节。
（3）一般使上拉杆平行于机组前进方向或偏左。
悬挂犁的结挂与调整
1.挂结原则
我国南北方系列犁，在悬挂架上，上下悬挂点各有两个挂结孔位，通过更换孔位，可以得到
四个瞬心。使用时应根据土壤条件、耕作要求、机组类型及其技术状态分析选用。一般情况
下，用高度调节的机组，应首先满足入土性能，并兼顾重量转移，以下悬挂点靠下挂，上悬
挂点靠下或上挂为主；采用力调节方式的机组，只能去取决于入土能力的需要，以下悬挂点
靠上挂，上悬挂点靠上火下悬挂为主。
2.耕深调节
采用高度调节的悬挂犁，其耕深主要通过改变限深轮与犁体的相对位置来实现，提高限深轮
的高度，则增加耕深；反之减少耕深。当犁达到预定耕深时，要求限深轮有适当的土壤支反
力。根据经验，先使犁达到预定耕深，然后将限深轮升离地面，继续耕作，测定最后犁体的
耕深增量，如该值为 3cm~4cm，则认为是合适。否则需重新选取挂结孔位。这种耕深的调
节方法，工作部件对地表的仿形性好，容易保持耕深一致。
采用位调节的悬挂犁，其耕深由拖拉机液压系统来控制耕深。耕作时，拖拉机上的位调节手
柄向下方向移动的角度越大，耕深也越大；反之，耕深越小。采用这种方法，由于犁和拖拉
机相对位置基本固定不变，所以当地表不平时，拖拉机的起伏使耕深变化较大，上坡时，耕
深增加；下坡时，耕深变浅，因此仅适用于在平坦地块上耕作。
采用力调节的悬挂犁，其耕深阻力大小通过液压系统自动调节。即在耕地过程中，当阻力增
大时，上拉杆的压力会增加，耕深自动变浅；当阻力减小时，上拉杆的压力会减小，耕深自
动增加。当土壤比阻不变时，拖拉机上的力调节手柄向深的方向移动角度越大，耕深也越大。
这种方法，当地表不平时，基本上能保持耕深均匀。
除了单独使用以上某种耕深调节方法外，有时可以把高度调节和力调节和位调节综合起来使
用，成为综合调节。如丰收—35 型拖拉机在土质软硬不均的旱地上耕作时，基本上采用力
调节，用手柄调节耕深至正常位置，同时在犁上加装限深轮，使限深轮的高度稍大于耕深，
在一般情况下，限深轮不起作用，当遇到土质松软地段时，限深轮承载增大，可防止耕深过
大。
3.耕宽调整
多铧犁的耕宽调整，主要是改变第一铧犁的实际耕宽，使之符合规定要求。在犁耕中，因土
壤条件、犁的技术状态或结构调整不当等原因，造成第一铧耕宽偏大或偏小，就会 重耕或
漏耕、接垡不平、耕地质量降低等弊病，所以需对耕宽进行适当调整。悬挂犁的耕宽是通过
改变下悬挂点与犁架的相对位置，使犁侧板与机组前进方向成一夹角来实现的。两种调整方
法：
1）转动曲拐轴
在某一犁耕状态下，犁的曲拐轴垂直于机组前进方向，曲拐轴的两个轴销 c 和 d 位于同一铅
锤面内，犁侧板与机组前进方向平行。如果这时犁的耕宽偏大，出现漏耕（漏耕宽度为 e），
可转动曲拐轴，使右轴销 c 向前移，左轴销向 d 向后移，从而使右下拉杆 bc 增长，左下拉
杆 ad 缩短，犁的纵梁与犁侧板均偏转了一个α角。即铧尖指向已耕地，犁侧板末端偏向未
耕地。这时犁侧板末端 B 偏在铧尖 A 的左方。如果在这种状态下耕地，犁体必将 AB 线前方
的土壤压入未耕地。假设土壤压缩性很小，机组继续前进时，在沟墙反力的作用下，犁必绕

5. 着瞬心π2 向右摆动，犁侧板与前进方向的夹角α逐渐减小，漏耕量 e1 减少至 e2,最后达到
预定耕宽。这时犁侧板与机组前进方向平行，作用在犁上的土壤阻力，牵引力和沟墙反力在
新的条件下达到新的平衡。如果耕作中发现耕宽偏窄，应作相反方向的调整。由上述可知调
整的原则是：耕宽偏大，使犁头向右偏摆；耕宽偏小，使铧尖向左偏摆。带有耕宽调节器的
悬挂犁，当转动耕宽调节器丝杠的手柄时，左悬挂点可以前后伸缩，也能使犁侧板偏斜一α
角，从而达到调节耕宽目的。
2)横移悬挂轴
在南方系列犁上，当耕宽变小时，将犁悬轴由 dc 的位置相对犁架向已耕地平移，实际使犁
架相对悬挂架向未耕地平移，这样调整只增大了耕宽，其瞬心π2 的位置基本未改变（当犁
的受力失去平衡时，π2 点稍有改变）。带有耕宽调节器的悬挂犁，可通过左下悬挂点沿犁
架横梁左右横移，来调整耕宽。耕宽变化量相当于左下悬挂点横移量的一半。
4.偏牵引调整
凡机组存在着偏转力矩，并使拖拉机产生自动摆头的情况，都称为偏牵引现象。调整偏牵引
的原则是通过调节下悬挂点相对犁架的位置来改变瞬心的位置以消除或减少偏转力矩，并保
持耕宽不变。图为装有耕宽调节器的悬挂犁，在某一耕作状态，左下悬挂点在位置 d 时，通
过瞬心π2 牵引线位于动力中心 o 右侧，拖拉机有向右偏转的现象。调整时可先将下悬挂点
沿横梁从 d 平移至 d’，这样瞬心π2 移至π’2 点也相应地由π2 移至π’2,,牵引线通过动力传
动中心成为偏牵引状态，于是偏牵引现象消失。反之，当发现拖拉机左偏时，则向左平移悬
挂点。但当横移左下悬拉点后，则犁侧板相对沟墙产生倾角α，为使耕宽不变，则转动耕宽
调节器丝杠手柄以消除偏角α，使犁侧板平行于机组前进方向，达到仅改变瞬心位置的目的。
综上，可知横移悬挂轴（或左下悬挂点）不但是调整耕宽的一种方法，也是调整偏牵引的方
法。在试耕调整时，首先用转动曲拐轴的方法使使耕宽满足要求。如果耕宽调好后，发现偏
牵引现象严重，拖拉机操向困难，再通过横移下悬挂点来克服，同时进行相应的耕宽调整，
经反复调整以达耕宽合适又无偏牵引现象。
5.正位调整
犁的耕宽调节是以犁的纵梁平行于机组前进方向为前提，但由于土壤条件，犁侧板配置不当
或发生变形以及牵引线过于偏斜等原因，将使犁体在工作过程中偏斜前进方向（即犁纵梁与
前进方向偏斜一个角度）造成阻力增加，耕作质量恶化。为改变这种状态所进行的调整，称
为正位调整。如因牵引过于偏斜，使犁侧板压力过大，则应在不造成明显偏牵引现象的前提
下，适当调整牵引线的方向。如因土壤松软，犁侧板压入沟墙过深，则可在犁侧板与犁托之
间放置垫片，以增大犁侧板与机组前进方向的偏角，使犁走正。
6.纵向水平调整
多铧犁在耕作时，犁架纵向应保持水平，使前后犁体耕深一致。调节方法是通过改变上拉杆
长度来实现犁架纵向水平的目的。当前犁体耕浅、后犁体耕深时，应将上拉杆缩短；反之，
则伸长。
7.横向水平调整
犁耕时，犁架横向应保持水平，使多铧犁左右耕深一致。调整方法是改变悬挂机构上右提升
杆长度，如缩短右提升杆，使犁架右边抬高；反之，使犁架右边降低。