西北农林科技大学 农业机械学教案 学院：机械与电子工程学院 专业：农业机械化及其自动化 教师：党革荣 2012年元月 第一章绪论 一、农业机械的作业特点 工程学科华的机機类是农是楼装者不课程.同时也是该专业的特色课程。农业机核是机核 1工橡复杂 核杂类新的失对容杂集粹餐酷物腰脑率清搜袋美什这成支染衣态卧有餐的避整情汉又相都风 2季节性强 农业生产具有很强的季节性，往往是在时间比较集中的高强度条件下进行作业，这就需要农业机械具有较高的 可靠性和生产率 3工作条在间、天地和底建行走软态下工作的，业机板多须有高的产品质量和管理水，。 二、农业机械在农业生产中的作用 ↓提高苏动实临与发展 3.争取时间，不违农时 4.改善劳动条件
西北农林科技大学 农业机械学教案 学院：机械与电子工程学院 专业：农业机械化及其自动化 教师：党革荣 2012年元月 第一章 绪 论 一、农业机械的作业特点 《农业机械学》是农业机械化及其自动化专业的主干课程，同时也是该专业的特色课程。农业机械是机械 工程学科中的一个大门类，但是他与其他通用机械有许多不同之处。 1.工作对象复杂 农业机械的工作对象为生物及与生物活动有关的环境条件——土壤、水、肥料、气候等，而这些情况又根据区 域、作物类别、种类、自然条件和栽培制度的不同变化较大，这就要求农业机械应具有较强的适应性。 2.季节性强 农业生产具有很强的季节性，往往是在时间比较集中的高强度条件下进行作业，这就需要农业机械具有较高的 可靠性和生产率。 3.工作环境条件差 许多农业机械是在田间、露天地和高速行走状态下工作的，农业机械必须有较高的产品质量和管理水平。 二、农业机械在农业生产中的作用 1.提高劳动生产率 2.促进增产措施的实施与发展 3.争取时间，不违农时 4.改善劳动条件
三、农业机械学的研究领域 农业机械有广义和狭义之分。广义的农业机械是指机具和动力，也就是我们经常所说的机组，而且，含盖 田间作业机械、场上作业机械、农刷产品加工机械、 机被、植襟机股、拌机械收铁机城等】 计、随机过程 及的内容主要是田间作业机械，而且侧重于水麦生产机减化所必须的典型设备的构造、原理、设计理论等。 四、国内外农业机械化发展现状与趋势 国内情况：中国是从解放后开始发展自己的农机化事业的，虽然经历了许多的风风雨雨，但还是取得了 中国农业机械化现状： 图1-1农用总动力情 图1-2全国拖拉机总保有 图1-3全国士地机耕率情况 图1一4全国土地机扬率情况 图1-5全 卫器地杂分布 一但花定足味7衣化，降代 实现了全方位机化 信林代。 起米的作物生产精细经营技宋 自动化的高度 体现，囊时也是对传统衣业生产经营方式的一种新挑战，最为关健的是他使人们对农业现代化在观念上发生了率一 一是以知识为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时当地所测定的作物作业实际需要确定对 五、精确农业的工作过程 这些数据输入到地理信息系统(GS 状专家系统及其他支 处理 的农业生产处方， 车载数据集系统 扫描仪、图象处 器春整。可在销面铁边果移动后自动生成地筑电子国。在国时等调颜行走后司我有同诗水蛋、配为分布、余深 图1-7精确农业工作流程图 图1-8基于G的智能植保机械系统 六、本课程的教学内容和学习方法 农业生条件复杂 作种 1.本课程的教学内容 植保机城、收制机械、脱粒机械、小麦联合收获机械、玉米联合收获机械 2学习方法及要求 以工作原理、基本计算、设计方法及理论分析为主：实验实习以基本类型、基本构造、工作过 程、使用意使实为 3)要 考试方式 闭卷。 ⑤)试题基本结构：基本概念和基本知识70%，综合运用30%
三、农业机械学的研究领域 农业机械有广义和狭义之分。广义的农业机械是指机具和动力，也就是我们经常所说的机组，而且，含盖 了大农业范围内的农、林、牧、副、渔等所有的作业设备——田间作业机械、场上作业机械、农副产品加工机械、 林业机械、渔业机械、牧草机械 、蓄禽饲养机械 、饲料加工机械 农田基本建设机械等。 狭义的农业机械主要是指田间作业机具，包括部分场上作业机械——耕整机械、播种施肥机械、田间管理 机械、植保机械、排灌机械、收获机械等。 农业机械学的研究领域 ： 农业机械学的研究领域主要是根据农业生产的实际需要、自然条件等，利用机械动力学、控制论及优化设 计、随机过程、可靠性设计、机械设计及理论等研究农业机械的理论、结构设计、试验和应用等问题。本课程所涉 及的内容主要是田间作业机械，而且侧重于小麦生产机械化所必须的典型设备的构造、原理、设计理论等。 四、国内外农业机械化发展现状与趋势 国内情况：中国是从解放后开始发展自己的农机化事业的，虽然经历了许多的风风雨雨，但还是取得了 较大的发展，由于中国地域辽阔，经济发展不平衡，农机化水平差别较大，农机总动力与发达国家几乎相当，但农 机具数量、质量、种类、性能等硬件指标与发达国家存在较大的差距，机械化程度系数平均为0．3左右，整体水平 相当于美国上世纪50年代后期水平，处于现代农业的初级阶段，农机化事业任重而道远。 中国农业机械化现状： 图1-1 农用总动力情况 图1-2 全国拖拉机总保有量 图1-3 全国土地机耕率情况 图1-4 全国土地机播率情况 图1-5 全国蹈麦机收率情况 图1-6 卫星遥测土地杂草分布图 未来中国的农机化发展趋势从宏观上看要与世界发展同步，但微观工作难度较大，基本机械化是我们的近 期目标，全方位农机化及局部领域内的以机械、电子、信息等为依托的与生物工程相结合的精确农业机械化则是中 国农机化发展的远期目标。 国外情况：以美国为代表的西方发达国家早在上个世纪60年代就已经基本上实现了农业机械化，70年代初 实现了全方位机械化，并逐步被自动化所取代。 80年代末期，基于现代电子信息技术、农业生产辅助决策支持技术和农业工程装备自动化技术等集成组装 起来的作物生产精细经营技术——精确农业在西方发达国家开始研究应用，精确农业是农业机械化、自动化的高度 体现，同时也是对传统农业生产经营方式的一种新挑战，最为关键的是他使人们对农业现代化在观念上发生了革命 性的变化。 精确农业——是以知识为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时当地所测定的作物作业实际需要确定对 作物的投入量或作业量。系统组成：GPS、GIS（计算机控制器、传感器及监测系统、专家决策支持系统、永久性地 理空间数据等）、RS、电子化执行设备（电子化拖拉机、可变量投入性农机具等）。 五、精确农业的工作过程 通过全球定位系统（GPS），确定农业作业者或农业机器在田间的瞬时位置，通过设置在田间、也可能 是农业机器上的传感器及监测系统随时随地的采集田间数据（质地、肥力、含水量、作物生长状况、病虫害、杂草 等），这些数据输入到地理信息系统（GIS），结合事先储存在GIS中的定期输入或持久性数据、专家系统及其他支 持决策系统，对信息进行加工处理，迅速做出适当的农业作业决策，即符合变量投入或变量作业的农业生产处方， 再通过作业者或农业机器携带的计算机控制器控制变量执行设备，实现对作物的变量投入或变量操作。 车载数据采集系统，该土壤信息自动采集车配置有DGPS接收器、GIS、数字田块生成器、电子扫描仪、图象处 理系统等。可在沿田块边界移动后自动生成地貌电子图，在田间等间隔行走后可获得田间持水量、肥力分布、杂草 等信息。 图 1-7精确农业工作流程图 图1-8基于GPS的智能植保机械系统 六、本课程的教学内容和学习方法 《农业机械学》是一门讲述常用农业机械基本构造、工作原理、理论分析及设计计算等内容的专业课程。通过 学习，使同学们能够掌握典型农业机械的基本知识，为今后从事农机化事业或其他农业工程工作打下坚实的理论基 础。 由于我国幅员辽阔，农业生产条件复杂，农作种类繁多，各地所使用的农业机械不近相同。本课程主要结合山 东省的农业生产实际和机械化现状，以大田型农业机械为主，讲述与农业生产有关的典型农业机械设备： 1.本课程的教学内容 耕地机械、整地机械、播种机械、植保机械、收割机械、脱粒机械、小麦联合收获机械、玉米联合收获机械 等。其中，课堂教学52学时，实验实习8学时。 2.学习方法及要求 ⑴课堂教学以工作原理、基本计算、设计方法及理论分析为主；实验实习以基本类型、基本构造、工作过 程、使用维护、性能实验等为主。 ⑵采用课堂教学、实验实习、课程设计相结合的教学模式，辅之以专题讲座或学术报告，提高教学质量。 ⑶要求注意听讲，遵守课堂纪律，记好笔记，认真完成作业和实验实习报告等。 ⑷考试方式：闭卷。 ⑸试题基本结构：基本概念和基本知识70%，综合运用30%
(6)试题基本题型：概念、填空、选择、判断、简答、计算、综合运用等。 第二章农机轮子 一、农机行走装置应满足的要求： 1.行走阻力小，滑移或滑转小，能充分发挥足够的士壤推力或工作力矩 2.下陷量小 不拥泥，通过性好 轮子的结构 从动轮在地面上运动时，可能发生滚动、滑动和滚动兼滑动等三种现象。 、轮子运动条件分析 1.行走轮 若某一瞬时轮子作等速直线运动，则可建立平衡方程： 由于土壤质地不匀、地面不平等因素的影响，使得Rx、h、K。、P的数值常有变化。当拉力P从零开始不断增大 时，Rx、h、Kc均随P的增大而增大至某一极限值。其中Rx的极限值为： 它具有一般摩擦力的性质， ，一滚动摩擦系数： K的极限值为增量： h的极限值为减量。 以个参的感限别与蒙建整来有轮的运动，可得出以下几种不同状态： 当 轮子将不会转动。此时若 P≤Rr,则轮子不滚不滑 (②)当Rmx粘>W桃c+M:时，轮子在牵引力P作用下会产生滚动，此时若： ①P>Rxmx,则轮子既滚动又滑动： ②P≤R ,但P·h>粼tM,则轮子将产生不滑动的滚动。 2传动轮：传动轮除了具有行走轮的作用外，还需带动工作部件工作，其分析类似于行走轮 传动轮的滑整农机 消惩懿大整免滑移，自农祝作业平士珠变形等原因，完全消除滑移是不可能 。款实道格用滑移系数来表示，半径为水的轮子特n后实际济走跑高为，论包走电之，移象 3.主动轮 主动轮受力分析 轮子在作匀速直线运动时的平衡方程为
⑹试题基本题型：概念、填空、选择、判断、简答、计算、综合运用等。 第二章 农机轮子 一、农机行走装置应满足的要求： 1.行走阻力小，滑移或滑转小，能充分发挥足够的土壤推力或工作力矩； 2.下陷量小，不拥泥，通过性好； 3.转向灵活方便，能适应不同路面和速度要求； 4.运输或工作位置，都应使机具具有良好的稳定性。 轮子的结构 从动轮在地面上运动时，可能发生滚动、滑动和滚动兼滑动等三种现象。 二、轮子运动条件分析 1.行走轮 若某一瞬时轮子作等速直线运动，则可建立平衡方程： 由于土壤质地不匀、地面不平等因素的影响，使得Rx、h 、Kc 、P的数值常有变化。当拉力P从零开始不断增大 时，Rx、h 、 Kc均随P的增大而增大至某一极限值。其中Rx的极限值为： 它具有一般摩擦力的性质， fr—滚动摩擦系数； Kc的极限值为增量； h的极限值为减量。 以上三个参数的极限值分别与轮子的结构、载荷及土壤性质有关。 将Ry =W代入③式并以Rxmax为极限条件建立不等式来分析从动轮的运动，可得出以下几种不同状态： ⑴ 当 Rxmax*h<W*KC+ Mf 时，轮子将不会转动。此时若： ① P≤ Rxmax，则轮子不滚不滑； ② P＞ Rxmax ，但P·h <W*KC+ Mf ，则轮子与地面将产生滑动。 ⑵当 Rxmax*h＞W*KC+Mf 时，轮子在牵引力P作用下会产生滚动，此时若： ① P＞ Rxmax ，则轮子既滚动又滑动； ② P≤ Rxmax ，但P·h ＞W*KC+ Mf ，则轮子将产生不滑动的滚动。 2.传动轮：传动轮除了具有行走轮的作用外，还需带动工作部件工作，其分析类似于行走轮 传动轮的滑移，不仅消耗较大功率，而且有时还严重影响作业质量。 在农机中，应竭力避免滑移，但农机作业中由于土壤变形等原因，完全消除滑移是不可能 的。 滑移程度通常用滑移系数来表示。半径为R的轮子转过n圈后实际所走距离为Ls，理论应走距离L=2πRn，则滑移系 数为： 3.主动轮 主动轮受力分析 轮子在作匀速直线运动时的平衡方程为：
主动轮的滑转：主动轮正常运转的条件是Pt<PF,否则，主动轮仅在原地转动，而不能前进，此现象称“滑 转”。 出现滑转，轮子即使正常运行，其实际行走距离Ls和理论行走距离L也不相等，常用滑转系数6表示。 三、轮子的滚动阻力 农机轮子所消耗的能量较大，这是因为土壤变形较大。由于土摆在轮子压时的力学性质和变形 过程较为复杂，目前对某些参数（如内摩擦力、流动性、应力应变等）的综合分析及相关关系的研 究还不完善，因此尚无理论公式可寻，只能在一定假设条件下进行分析推算或由实验方法直接测 德响滚动阻力的 东清滚动 理论公式可寻，但许多人作了大量的试验研究工作，对影响阻力的诸因素已基本 青：受填性质影响外，还与轮子直径D、轮辋究度B有关： 2。气胎轮的充压力是形响滚动阻力的重要因素之一，在松软的地面上气压，可使：但在坚硬的地面上 气压， 3将轮将来裕秋单被面士农机采用人尽寸的低是避行比较试 四、轮子的配置及其运动轨迹 具体要求！ 警活良好专共 4.负荷分配合理。 子都有 要使 必须使所有的轮 时回转中心，简称瞬心 第三章耕层与土壤的物理力学性质 华物吸著秋深烫管资醉陵有桥霜在秀显原未调姿分为 壤，把作物残茬、 使得到 时间恢复的低层 草 铧骨房变最技术最为成熟，作业范围最广，解式犁是通过犁体曲面对士壤的切削、碎 土和翻扣，实现耕地作业的 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。 又称深松犁。 五作部件为遗齿形深松铲，安装在机架后横梁上，凿形齿在士壤中利用 翻化 现代特征的新型型： 圆盘犁和凿形型在欧洲国家应 用较多，在中国虽有应用，但量较少 一、农业技术要求
主动轮的滑转：主动轮正常运转的条件是Pt＜Pf，否则，主动轮仅在原地转动，而不能前进，此现象称"滑 转"。 出现滑转，轮子即使正常运行，其实际行走距离Ls和理论行走距离L也不相等，常用滑转系数δ表示。 三、轮子的滚动阻力 农机轮子所消耗的能量较大，这是因为土壤变形较大。由于土壤在轮子碾压时的力学性质和变形 过程较为复杂，目前对某些参数（如内摩擦力、流动性、应力应变等）的综合分析及相关关系的研 究还不完善，因此尚无理论公式可寻，只能在一定假设条件下进行分析推算或由实验方法直接测 得。 影响滚动阻力的因素： 轮子滚动阻力虽无理论公式可寻，但许多人作了大量的试验研究工作，对影响阻力的诸因素已基本 弄清，其结论如下： 1.R除受土壤性质影响外，还与轮子直径D、轮辋宽度B有关； D ↑、B ↑→ R ↓ 2.气胎轮的充气压力是影响滚动阻力的重要因素之一，在松软的地面上气压 ↓，可使R↓；但在坚硬的地面上 气压 ↑ ，可使R ↓； 故在松软的地面上农机采用大尺寸的低压轮胎。 3.将轮辋不同（平的、凸面的、凹面的）的刚性轮进行比较试验表明，平轮辋的滚动阻力最小； 4.两个轮子前后串列在同一轮辙中，后轮的R↓，特别在载重量大而又是疏松的土地上尤为明显。 四、轮子的配置及其运动轨迹 具体要求： 1.工作或运输位置均有良好的稳定性； 2.转弯灵活，换向容易，并有尽可能小的转弯半径； 3.对不平地面或道路有良好的适应性和通过性； 4.负荷分配合理。 农机在转弯或校正方向时，完全由轮子支配，要使机器得到良好的转向运动，必须使所有的轮 子都有协调一致的运动，这就要求各轮 轴线在支持面的投影汇交于一点，此点即为机器转弯时的瞬 时回转中心，简称瞬心。 第三章 耕层与土壤的物理力学性质 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。 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。 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，深松犁底层，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。 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。 一、农业技术要求
1、耕地作业 耕深、覆盖、碎土。 2、整地作业 早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 504 代在联推手的东舞法我泰非地用； 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 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 作、 华式犁、圆盘犁 地 2、播后耕作 建桃培携业筑续梦补业水甲耕记机培克烫机、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。 插种、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）。 四、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： 1容重 2湿度（又称含水量） 五、耕层土壤的动力特性 1土壤与金属间的摩擦系数 擦力通常授件作表面上产生的士填与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引功率的一半。 F=fN 式中f一摩擦系数： 2士壤的坚实度（仅称贯入阻力） 当压缩非密实士壤时，使其压痕的容积为1厘米3时所需的力称为单位压实力0（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h时，作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实度： Po=40 ho (kg /cm2) 3.土壤的凝聚力和附着力 式中 一十对的系法向载荷。 附若系数 ,”二吸大水附作用而产生的法向载荷： 当摩擦力和附着力大于土摈凝聚力和内摩擦力时，农具的工作表面就会粘士。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。 4.土壤的抗剪强度 耕层士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 T=c +o tgp 式中 t一剪应力(k/c 0 的法向压应力（正应力）
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）。 四、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： 1.容重 2.湿度（又称含水量） 五、耕层土壤的动力特性 1.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。 2.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） 3.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。 4.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： τ= c +σtgρ 式中 τ—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；