λ越大，绕扣越大，λ=1时，绕扣消失。
由于旋耕机工作时刀片是以全部刃口切削土壤的．为保证旋耕刀正常切土，刀刃上切土部分各点的运动轨迹都应是余摆线，即其圆周速度应大于旋耕机前进速度。
图4—7余摆线
二、耕作深度
设旋耕机耕深为H（图4—6），当旋耕刀端点开始切土时其纵坐标为y=R—H，由（4—1）式
则
代人（4—2）式，得
要使
即
或
（4—4）
旋耕机耕深H与速度比λ之间应当满足（4—4）式。
速度比λ对旋耕机的工作性能有重要影响，A的选择既要保证旋耕机正常工作及满足农业生产耕深要求，还要综合考虑旋耕机结构、功率消耗及生产率等其它因素。
例如，增大R、ω不仅使机器结构变大，而且会增大旋耕刀切土扭矩及旋耕机功率消耗，减小又会降低机器生产率。
目前常用的速度比为λ=4～10左右。
三、切土节距
沿旋耕机前进方向纵垂面内相邻两把旋耕刀切下的土块厚度，即在同一纵垂面内相邻两把刀相继切土的时间间隔内旋耕机前进的距离（图4—6），称为切土节距。
设在刀轴同一平面内均匀安装z把刀，则相邻两刀相继切土的时间间隔为
因此切土节距S为：
（4—5）
上式表明改变同一平面内旋耕刀的安装数，改变旋耕机前进速度或刀轴转速都可以改变切
土节距。
但同一平面内的刀片数不宜太多，否则刀片夹角过小，工作时易发生土壤堵塞。
切土节距对旋耕机的碎土程度有较大影响，在一般情况下，切土节距越大，切下的土块厚度越大，碎土程度越低。
通常在旱耕熟地时，由于土壤容易破碎，切土节距可以大一些，而耕粘重土壤和多草地时，土垡不易破碎，切土节距应小一些。
四、沟底凸起高度
图48沟底凸起高度
旋耕机耕作后耕作层底部不平，有凸起存在，凸起高度h。
等于相邻两余摆线的交点C到沟底的距离（图4—8），它与旋耕刀的运动轨迹和切土节距有关。
hc可用下述方法近似计算：
当％数值不大时，可近似认为
（4-6）
按上式计算的h，是理论值，由于耕作时土壤的破坏，不会形成纯几何图形的夹角，故实际凸起高度要小于理论值。
实际的凸起高度为hc’=hc/k，系数k的大小与土壤类型有关，一般情况下k=2～3，重壤土k=1。
沟底凸起高度应控制在农业技术要求允许的范围内，一般应小于耕深的20％。
图4-9反转旋耕刀运动轨迹
五、反转旋耕机
反转旋耕机刀轴的旋转方向与拖拉机前进时轮子的旋转方向相反，常用于埋压绿肥和旋耕播种，它和正转旋耕机有一些不同之处。
反转旋耕机刀片端点的运动轨迹如图4—9所示，反转时刀片的切土位置不象正转旋耕机那样在曲线的绕扣部位，而是在曲率比较小的弓形段内。
反转旋耕刀在切土阶段，刀片端点水平分速度Vx与旋耕机前进速度Vm的方向是一致的，因此无论是λ>1或λ<1，刀片均有切土功能，不像正转时那样，在λ<1时，会出现刀片推土而不能工作。
所以反转旋耕刀能以较低的旋转速度获得较高的切削速度，且随着刀片切入土中厚度的增大，切削速度逐渐减少，这使得刀轴切土扭矩变化波动较小，工作比较平稳。
反转时旋耕刀是自下而上往地表面切土，由于地表面是无约束面，被切土垡易于破碎，所以功率消耗较小。
与正转相比，在切土节距相同、切削量相等时，垡片厚度较小，因而刀片的扭矩峰值比较小，但切土行程较长。
正转时旋耕刀运动轨迹在耕层底部是曲率最大部位，而反转时则是曲率最小部位，故即使在切土节距较大时，反转旋耕机沟底凸起高度也比较小，其理论值近似计算公式为：
（4—7）
在其它参数相同时，此h。
值比正转时按（4—6）式计算的h。
值小。
反转旋耕机存在的最大问题是作业时刀片切下的土块容易随刀滚抛向前方，因而在设计时，应利用挡土罩将散土引导向后，使其落在刀滚后方，否则容易造成堵塞。
第三节旋耕刀
一、旋耕刀的类型
旋耕刀是旋耕机的主要工作部件，刀片的形状和参数对旋耕机的工作质量、功率消耗影响很大。
为适应不同土壤耕作的需要，人们对旋耕刀进行了大量的研究。
目前卧式旋耕机上使用的旋耕刀，按结构型式分，主要有凿形刀、直角刀和弯刀三种。
1．凿形刀凿形刀正面有凿形刃口（图4—10），有较好的入土性能。
工作时凿尖首先刺入土壤，然后在刀身作用下使土壤破碎，这种方式对土壤有较大的松碎作用，但容易缠草。
凿形刀刃口窄，只适合在较疏松的土壤里工作，通常用于杂草、茎秆不多的菜地、果园中。
凿形刀又分为刚性和弹性两种，后者可在多石砾的土壤里工作。
2．直角刀直角刀刃口由正切刃和侧切刃组成，两刃口相交成90°左右（图4—11）。
工作时先由正切刃从横向切开土壤，再由侧切刃逐渐切出土垡的侧面，这种切土方式和凿形刀一样，也容易缠草。
直角刀刀身宽，刚性好，适合于在土质较硬、杂草不多的旱地里丁作。
图4-lO凿形刀
图4—11直角刀
3．弯刀弯刀刃口由曲线构成，也有侧切刃和正切刃两部分（图4—12）。
弯刀切土过程与前两种刀不同，工作时先由侧切刃沿纵向切开土壤，并且通常是先由离回转轴心较近的刃口开始切土，然后由近及远，逐渐转向离回转轴心较远的部分，最后由正切刃从横向切开土垡。
这种切土方法可把草茎压向未耕地，由较坚硬的未耕地支承切割，使草茎较易切断。
即使不能切断，也可以利用刃口曲线的形状，使草茎滑向刀片端部而脱开，不致缠绕到弯刀上。
因此这种刀适合于在多草茎的田地里工作，是一种水、旱通用的旋耕刀，在我国、日本及东南亚国家得到了广泛应用，下面我们主要讨论弯刀。
根据旋耕机弯刀国家标准（GB5669—85），我国弯刀已形成系列产品，弯刀的型式分为I型和Ⅱ型两种，I型刀主要用于一般水、旱田耕作，刀滚回转半径有225、245、260mm三种；Ⅱ型刀主要用于水田绿肥、稻茬、麦茬较多的田块耕作，刀滚回转半径有195、210、225、245、260mm五种。
每一种型式的弯刀又分为S、T两个系列，S系列中没有刀滚回转半径为260mm的刀，所以弯刀共有14个品种，s系列的6个品种用于手扶拖拉机及15kW（20马力）以下小型轮式拖拉机的配套旋耕机，T系列的8个品种用于大中型轮式及履带式拖拉机的配套旋耕机。
图4-12弯刀
图4—13滑切作用分析
二、侧切刃滑切角
由于弯刀适合于在多草茎的田地里工作，所以其刃口曲线应满足不缠草的要求，使草茎
在被切割时能够沿着刃口滑动，被压向未耕地，以便于切断或从刀端滑脱。
以侧切刃为例来分析这种运动，设弯刀侧切刃刃口曲线上任意点m处有一草茎（图4一13），以a为m点的运动轨迹曲线，过m点作运动轨迹曲线的切线A（—）A和刃口曲线的切线t（—）t（—）。
取草茎为脱离体，假定弯刀作用于草茎上的力为N，将N沿t（—）t（—）和A（—）A的方向分解为T和P两个分力，T有将草茎向外推出的趋势。
当T大于刀刃对草茎的摩擦力F时，草茎将沿刃口曲线滑移。
因为
F=
φ是草茎与刀刃之间的摩擦角，要使T>F，只需τ>φ即可。
由图4—13可知，实际上就是刃口曲线上某点的运动速度（绝对速度）ν与该点法线n（—）n（—）之间的夹角，这个角称为滑切角。
所以草茎能够沿着刀刃滑脱的条件是刃口曲线的滑切角大于草茎沿刀刃滑动的摩擦角。
弯刀工作时速度是不断变化的，滑切角的大小也是不断变化的。
刀刃上每一点的绝对速度v是该点的圆周线速度rω与旋耕机前进速度νm的矢量和，r是该点的回转半径。
旋耕刀的线速度rω较大而νm较小，为简单起见及便于分析，有时假定νm=0，即v=rω从而把滑切角定义为刀刃上某点的圆周速度与该点刃口法线之间的夹角，这个滑切角叫做静态
图4一14侧切刃滑切角
滑切角，用τs表示。
从图4—14可见，侧切刀静态滑切角在数值上又等于刃口曲线上某点的回转半径与该点切线之间的夹角θ。
弯刀工作时，静态滑切角的大小是不变的。
但静态滑切角只是一个假设的、近似的滑切角，为区别起见，把实际的滑切角叫做动态滑切角，用功表示。
当旋耕机前进速度为零时，动态滑切角与静态滑切角相同。
根据前述侧切刃静态滑切角的定义，可以推导出侧切刃静态滑切角计算公式。
设旋耕刀侧切刃刃口曲线方程为r=r（φ），刃口曲线上任意一点的矢径
为（图4—14）：
该点的切线
为
式中r--侧切刃上任意一点的回转半径，r=r（φ）；
Φ——该点的极角。
由图4-14可知，矢径
与切线
之间的夹角等于该点的静态滑切角τs，
则
即
（4—8）
其中
当
时（图4—14），（4—8）式取正号；若
则取负号。
由图4—14可见，由于旋耕机前进速度的影响，侧切刃动态滑切角比静态滑切角小，
的数值可根据图4—15所示的速度关系求出：
（4—9）
图4—15△τ的计算
三、侧切刃刃口曲线
（4—8）式称为侧切刃静态滑切角方程，亦称为刃口曲线微分方程，将不同的滑切角变化规律τs=f（r，φ）代入并解此方程，可得到具有不同滑切性能的刃口曲线。
许多曲线，只要选择适当的参数，都可以作为弯刀侧切刃的刃口曲线，但究竟选择哪一种曲线更合适，则需要根据不同的作业条件和设计制造要求来确定。
目前弯刀侧切刃常用的刃口曲线主要有：
1．阿基米德螺线其方程为：
（4—10）
滑切角为
（4-11）
式中r。
——侧切刃起始半径；
K——常数。
阿基米德螺线的特点是其静态滑切角在半径r较小的刀柄部分比较小，在刀端部分比较大，即τs随着r的增大逐渐增大。
此外，阿基米德螺线
为常数，即刀刃每转过
单位角度时，其径向切入土壤中的长度是相同的，这使得刃口切土负荷的变化比较均匀。
2．正弦指数曲线其方程为：
（4一12）
滑切角为
（4—13）
式中τs0——侧切刀起始半径r。
处的静态滑切角；
K——常数。
正弦指数曲纹静态滑切角τs与φ成线性关系变化，当K>O时，随着侧切刃半径r的增大,τs渐增大；当K3.偏心圆弧利用偏心圆上的一段圆弧也一可以作为侧切刃刃口曲线，偏心圆方程为（图4-16）：
因
故
（4-14）
式中ρo--偏心圆圆心到旋耕刀回转中心的距离；
R。
——偏心圆半径；
e——偏心系数，
因偏心圆具有对称性，考虑
部分，
图4-l6偏心圆
图4-17正切刃曲线
故
（4—15）
或
（4-16）
当
时，随着φ增大（r减少），τs逐渐减少；当
时，随着φ的增大（r减少），τs逐渐增大。
所以选用不同区段的偏心圆作为侧切刃口曲线，可以使滑切角从刀柄到刀端按不同规律变化。
偏心圆的特点是曲线形状简单，表达方便，容易加工制造，制造时也易于保证曲线的形状。
四、正切刃及正切面
正切刃的作用是从横向切开土壤，切出沟底，进一步切断从侧切刃滑移过来尚未切断的草茎，或使草茎沿刃口滑脱。
正切刃所在的这一部分刀身称为正切面，正切面具有将土壤破碎、翻转并向后抛出的作用。
因此正切刃及正切面设计的好坏也影响旋耕机的作业质量及能量消耗。
为使耕深一致，减小沟底横向不平度，弯刀正切刃应位于以刀滚回转中心为轴心，刀滚回转半径为半径形成的圆柱面上，即正切刃在侧切刃平面内的投影是以回转中心为圆心，以刀滚回转半径为半径所形成的圆弧上的一部分。
为使制造方便，其俯视图投影应是一根与侧切刃相交的斜直线（以正切面弯折线保持垂直为参考位置，图4—17），所以理想的正切刃应是一斜置平面与圆柱面相交的截交线的一部分。
但实际上正切刃不可能完全是这样，因为在生产制造时，通常是先得到正切刃在侧切刃平面内的展开线，然后再弯折成正切刃；并且在正切刃和侧切刃之间用弯折圆弧光滑过渡。
但不管怎样，弯折后形成的正切刃应尽量位于刀滚回转半径形成的圆柱面上，不能相差太大，以保证耕深比较一致，减小沟底不平度。
正切面的设计应满足如下要求：
正切面应具有一定的翻土和碎土能力；刀背不应推挤和搓擦未耕地，以减少正切面磨损及摩擦功耗；在保证作业质量的条件下，应尽量减少切土阻力。
旋耕刀切土时，刀刃轨迹曲线与正切面（即刀背）之间的夹角s称为刀片的隙角（图4-18），为减少切土阻力，隙角越小越好。
但正切面有一定的高度，若隙角过小，刀背会推挤未耕地，使正切面很快磨损并增加摩擦功耗，另外隙角过小，正切面的碎土能力变差。
所以应当在保证刀背不挤土的情况下，尽量减小隙角。
隙角的大小主要是由刀片运动参数及正切面高度所决定的，要改变隙角，则要改变正切面与刀刃半径之间的夹角妒（图4—17）。
图4-18刀片的隙角
第四节旋耕机功率消耗与总体配置
一、单刀工作阻力与扭矩
旋耕刀在工作过程中，随着刀片人土深度的不同，工作阻力变化很大。
为了考察阻力变化情况，常用试验方法测定一把旋耕刀在切土过程中扭矩的变化状况（图4～19）。
测定结果表明，单刀扭矩是连续变化的，正转旋耕刀从刀片入土开始切削到切至土垡中段部位（转角约为20°左右），扭矩迅速增加达到最大值，然后逐渐减小（图4—19a），到切削终了垡块被完全切开后（转角约为60°左右），因刀片还要继续碎土及向后抛土，故仍有一定的扭矩。
图4一19旋耕刀单刀扭矩变化曲线
（a）正转（b）反转
反转旋耕刀的扭矩变化与正转不同（图4—19b），反转时刀片开始切土后，扭矩是逐渐增大的，当刀片按近地表临近切土结束时，扭矩才达到最大值，然后迅速下降到零。
试验表明，在切削量与正转相同时，反转旋耕刀的扭矩峰值较小，总能耗亦较小。
这是因为反转时刀片是由下往上切土，向无约束的土壤表面进行作业，在这种状况下，土壤强度较低，易于破裂。
二、旋耕刀的排列
旋耕刀在刀轴上的排列是影响旋耕机作业质量及功率消耗的重要因素之一，为使旋耕机在工作时不产生漏耕和堵塞、刀轴受力均匀、耕后地表平整，刀片在刀轴上的排列一般应满足下列要求。
（1）旋耕刀应按刀轴每转过一个相同的角度顺序入土，以保证工作平稳，刀轴负荷均匀.
图4—20旋耕刀排列图
a）双头单向螺旋排列（b）不等间距排列。
（2）左弯刀和右弯刀应尽量交错入土，使刀轴所受的侧向力较为平衡。
（3）各旋耕刀的切土节距尽可能相等，使土块大小及刀片磨损比较均匀一致。
（4）相邻刀片的角度差及相继入土刀片的轴向距离应尽量大，以防止夹土和堵塞。
旋耕刀在刀轴上的排列，用刀片的位置和弯向来表示。
以刀轴左端第一把刀所在位置为坐标原点，横坐标平行于刀轴轴线，横坐标值表示旋耕刀的轴向位置，纵坐标的正向与旋耕机的前进方向相同，纵坐标值表示刀片在刀轴上的位置及刀片的入土顺序。
在此坐标系中画出每把刀的位置及弯向即为旋耕刀排列图（图4—20），排列图不仅表示了旋耕刀在刀轴上的排列位置和方向，还表示了旋耕刀的入土顺序及相继入土旋耕刀沿轴向的分布情况。
旋耕刀的排列型式很多，常用的是双头单向螺旋线排列（图4—20a），这种方式是从刀轴的一端向另一端按顺序排列，规律性强，参数单一，比较简单，但作业时侧向力较大。
近年来也有采用人字形排列、分区段排列、不等间距排列等其它型式（图4—20b）。
三、旋耕机功率消耗
旋耕机的功率消耗主要包括旋耕刀切削土壤消耗的功率、抛掷土垡消耕的功率、推动旋耕机前进消耗的功率、传动部分消耗的功率以及克服土壤沿水平方向作用于刀辊上的反力所消耗的功率，可用下式表示为：
式中N一一旋耕机总的功率消耗；
Nq——切土功耗；
Np一一抛土功耗；
Nt——旋耕机前进功耗；
Nf一一传动及摩擦功耗；
Nn——克服土壤水平反力的功耗。
在旋耕机总的功率消耗中，以前两项切土及抛土功率消耗为主，约占总功耗的70％～80％以上。
公式中最后一项Nn是克服土壤沿水平方向作用于刀辊上的反力所消耗的功率。
正转旋耕机此功率有推动旋耕机前进的作用，可部分或全部取代旋耕机前进所消耗的功率Nt。
，敌取负号。
反转旋耕机此功率阻碍旋耕机前进，故取正号。
正转时，若NnNt，则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，加重传动装置的负荷，造成多余的机械损失，这是应当避免的，为消除这种现象可在刀辊前安装松土铲。
反转时不会产生寄生功率，但如果Nn太大，会造成驱动轮打滑。
在实际中，常用旋耕比能耗来表示不同旋耕机功率消耗的大小。
设旋耕机作业时耕宽为B，耕深为H，前进速度为νm，所消耗的总功率为N，则旋耕比能耗即旋耕单位体积土壤所消耗的能量κr为：
旋耕比能耗从量纲上约去一级m也可看成是N／m2，其意义与犁耕比阻相似，即旋耕单位面积土壤时受到的土壤阻力，称为旋耕比阻，常用来表示不同土壤对旋耕作业的阻力。
四、旋耕机工作幅宽
旋耕机工作幅宽应根据配套拖拉机功率的大小，旋耕比能耗（旋耕比阻），耕深要求等来确定。
设拖拉机输出动力轴额定输出功率为Np，旋耕机传动
效率为η，则旋耕机工作幅宽B为：
工作幅宽也可以根据单位耕幅所消耗的功率ND（W／m）来确定：
如果旋耕机的工作幅宽大于拖拉机最小轮距，机组可以采用对称配置（图4—21a），如果工作幅宽小于拖拉机最小轮距，则应采用偏置方式（图4—21b），但偏置作业时会使机组产生偏转力矩。
偏置旋耕机多采用侧边传动，因偏置方式不适合于用中央传动，同时还可利用侧边传动箱与地面问产生的摩擦阻力，适当平衡机组的偏转力矩。
图4-21旋耕机的配置
（a）对称配置（b）偏置
第五节驱动耙
驱动耙是一种由拖拉机动力驱动的整地机械，作业时工作部件在拖拉机动力输出轴的驱动下进行碎土、搅土。
其特点是碎土灭茬性能好，工作质量高，作业后地表平整，土质松软，能满足农业技术要求。
驱动耙有多种，如滚筒型、旋转型、往复型等。
其中以滚筒型驱动耙应用较多，过去这种驱动耙主要用于水田整地，一次作业即可达到插秧前的整地要求，近年来在旱地上也有所应用。
滚筒型驱动耙主要由耙滚、罩壳及拖板、平土板、传动机构、耙架和悬挂架等组成（图4-22）。
耙滚是其主要工作部件，由耙滚轴、耙齿板、耙齿、支承盘等组成（图4—
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