機械設計在農業(yè)的應用
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摘要：隨著農民工大量進入城市工作，農村地區(qū)勞動力年齡及結構發(fā)生了顯著變化，家庭聯(lián)產承包責任制使農民小規(guī)模土地經營，與購買農業(yè)機械需求產生矛盾，為實現(xiàn)農業(yè)機械化、產業(yè)化發(fā)展，提升農業(yè)機械效率，機械設計科學合理化是我國農業(yè)發(fā)展的必經之路。本文探討我國農業(yè)機械設計現(xiàn)狀及發(fā)展方向。
關鍵詞：農業(yè)機械；設計；自動化；制造
1建國后農業(yè)機械發(fā)展歷程和發(fā)展方向
建國初期，由于工業(yè)基礎非常薄弱，舊式農具作為農業(yè)生產設備普遍存在，在隨后高度集中的計劃經濟時代，國家對農業(yè)機械化進行了大量投資、推廣，截止二十世紀八十年代，全國農業(yè)機械生產企業(yè)達到了1800余家，隨著設備增多，農機維修行業(yè)也得到了大量發(fā)展。在90年代中期到2003年，聯(lián)合收割機的使用量從6萬多臺增加到36萬余臺。隨著機械設計水平和制造的提升，目前農業(yè)機械發(fā)展有以下幾個方面的發(fā)展方向。隨著農業(yè)機械使用者對質量和效率的更高要求，自動化和智能化的農業(yè)機械設計及制造代表了目前國際農機發(fā)展的要求，能夠提高作業(yè)質量降低勞動時間和強度，是目前農機科技人員的主要任務。對于我國不同地區(qū)，農民有不同的種植習慣和方法，比如關于株距多少、行距多少等沒有統(tǒng)一的標準，因此某一種收獲機械不能完全適用于某種種植作物，從而限制了該機械的使用范圍。農業(yè)機械在制造前必須因地制宜，不能照搬外國產品，否則適合外國的農機產品或許在我國就無法正常工作。再者農業(yè)機械發(fā)展絕不僅僅是機械本身，肯定還包括了與機械有關的其他環(huán)節(jié)。自然農業(yè)機械的發(fā)展還與農藝、相關加工處理行業(yè)的共同進步有關，但我們知道農業(yè)機械化的發(fā)展進程是不可阻擋的，希望我國農業(yè)和農機設計制造能夠發(fā)展的越來越好。農機設計及發(fā)展將向環(huán)保和節(jié)能方向努力，當前我國倡導生態(tài)文明建設的同時，對農業(yè)機械排放標準進行了進一步要求，“金山銀山就是綠水青山”的發(fā)展理念就是我們建設節(jié)約型社會和綠色可持續(xù)發(fā)展的基本理念，如何在節(jié)能環(huán)保的前提下，提升農業(yè)機械的動力，在機械發(fā)動機的設計和制造工藝上，，要盡可能提升能量利用率，降低排放量。農機設計向大型寬幅復式方向發(fā)展，因寬幅和復試能夠提升作業(yè)效率，可以迅速使農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)轉化、規(guī)模經營，此類機械應是我國農業(yè)機械的主要發(fā)展方向。個性化專用化以及可靠便捷舒適安全等均是未來農業(yè)機械化發(fā)展的細致方向。例如我國缺少匹配高原或丘陵地區(qū)作業(yè)的機械，畜牧水產機械、農業(yè)采摘機器人等機械缺乏，使生產效率不高，因此，設計生產個性、專用、性能可靠的機械應是我國農業(yè)機械的重點發(fā)展方向。
2我國農業(yè)機械發(fā)展水平與發(fā)達國家的差異
建國之初，由于我國工業(yè)基礎薄弱，對于農業(yè)機械的設計和制造也大多局限于原有農機工具的范圍內，與同時期歐美等發(fā)達國家農業(yè)機械發(fā)展差距越來越大，且我國自實行生產聯(lián)包責任制以來，單位耕作面積更小了，使得農業(yè)機械的綜合利用率很低，不能明顯體現(xiàn)出更好的使用效果。而歐美等發(fā)達國家，在上世紀中葉經過不斷發(fā)展，尤其是在大面積的農場生產中，已經有一套成熟的生產設備使用體系，達到了全面機械化生產的目標。我國在最能體現(xiàn)一個國家農業(yè)機械設計和制造水平的典型產品拖拉機和收獲機方面比美國相差40年左右。且我國能夠制造的大多數農機很多知識仿造別人設計的農機產品，這就在農機的可靠性方面存在較多問題，平均故障間隔時間低于發(fā)達國家。在農業(yè)機械設計和制造中缺乏自主核心技術從整體工作效果方面就會較難突破。例如聯(lián)合收割機的使用工作效率，我國的畝平均能量消耗是美國的8倍以上，而設備基數大、工藝落后、使用率低、故障率高等情況使我國農業(yè)作業(yè)效果與歐美等發(fā)達國家差距極大，機械分散管理難度大，無法實現(xiàn)高使用率和高回報率。為使農業(yè)機械更好地發(fā)揮其應有的性能，提升農業(yè)機械的作業(yè)質量和工作效率是農機操作人員必須要思考的問題，只有保證農機最佳的工作狀態(tài)與效率，才能有效的減少農業(yè)生產中的能源損耗和時間浪費[1]。根據我國農機發(fā)展現(xiàn)狀起步晚，基礎科研數據不夠完善，研究層次不夠高，針對我國地域多樣性，在設備設計和制造中容易忽略作物生長環(huán)境的差異化、作物種類的多樣化、精細農業(yè)發(fā)展需要的精細化管理等發(fā)展需要。
3自動控制技術在農業(yè)機械設計中的重要作用
對于工業(yè)制造水平不斷提升的現(xiàn)在，在傳統(tǒng)農業(yè)機械生產過程中添加自動控制系統(tǒng)，不僅能夠保證相關設備在生產過程中順利開展，還能獲得良好使用效果。自動控制技術能夠使機械在工作過程中的穩(wěn)定性和確保機械工作的效率得以保證，進而具有操作上的簡便效果，在生產過程中可以實現(xiàn)智能控制的同時完成故障方面的診斷和警示?；谧詣庸芸丶夹g，操作員可以結合相應的故障警示，及時判斷故障位置把那個快速完成故障排查工作。在日常農業(yè)管理中起到重要作用的灌溉系統(tǒng)引入自動控制技術，不僅是灌溉發(fā)展的需要，也是現(xiàn)代化農業(yè)的標志。能夠更加科學的通過自動控制技術結合灌溉區(qū)域劃分，自動化管控指令設定，嚴格按照設定的灌溉時間和灌溉總量進行工作，既節(jié)約資源又達到灌溉目的，極大地解放生產力，提升灌溉效率。隨著農業(yè)管理進一步的精細化，無土栽培、恒溫生長等生產條件的不斷成熟，行業(yè)也通過自動控制技術的應用，提升精細化生產水平。
4機械創(chuàng)新設計在農業(yè)機械結構設計中的應用
材料的創(chuàng)新選用能夠將機械功能和工作效果得以增強和提升，例如新型材料石墨烯用于農業(yè)機械輪胎制造中，不僅能夠提升相應部件性能，增強工作穩(wěn)定性，同時使得材料特性得到優(yōu)化提升，更大的發(fā)揮作用。再者使用新型材料加工工藝不僅能夠提升部件的精確程度，而且在設備使用中增強能量利用率，延長使用壽命。可以充分利用變元法，將材料進行改變，選用最優(yōu)材料設計方案，以保障效果最佳[2]。根據實際農業(yè)生產需要運用創(chuàng)新設計理念對現(xiàn)有機械進行優(yōu)化，有針對性的創(chuàng)新改革，用最優(yōu)最少的零件有效的提升工作效率，合理減少成本消耗。改善制作流程和加工工藝能夠幫助所使用的機械原材料發(fā)揮其工藝優(yōu)勢，增強加工的最終效果。改善現(xiàn)有農業(yè)機械零件結構，提升機械性能。
結束語
時代在進步，規(guī)?；?、機械化大生產是我國未來農業(yè)發(fā)展方向，如何能夠提升“農業(yè)大戶”整體生產效率，增強農機實用效果，是機械設計人員必須考慮的。現(xiàn)有的農機產品仍在不斷突破自身局限，提升工作效率，添加最新研制的相關工業(yè)材料和先進設計理念、技術應用在實際生產中，使得機械化發(fā)展不斷進步，提升農業(yè)機械產業(yè)的市場地位。未來農機產品會愈發(fā)吸引社會投入，形成設計、生產、消費使用、提升農業(yè)生產效率的良性循環(huán)。另外，農機產品設計提升的同時，在使用說明和農業(yè)機械手的專業(yè)培訓方面需要進一步提升，在農業(yè)生產的過程中，操作人員的操作水平依然重要，農業(yè)機械中自動控制技術的應用不僅從農業(yè)生產的運行模式到設備的維護保養(yǎng)都發(fā)生了很大的改善，我國如何能在今后的農機產業(yè)發(fā)展中突破自身設計思路局限性，為農業(yè)大戶做大做強提供機械支持，解放人力，從而提升整體收入。同樣思考如何使小面積種植戶能夠便捷使用先進農機破除維護保養(yǎng)難題，盡可能從機械設計的源頭為后續(xù)使用打下良性基礎。我國目前已是工業(yè)制造大國，但在機械設計和制造方面依然與發(fā)達國家有明顯差距，目前很多口碑好的常用農業(yè)機械依然是日本、歐美品牌，因此，提升整體農業(yè)機械國產品牌影響力和口碑是一項長期的發(fā)展目標。而在設計和研究領域，能夠吸收歐美先進的設計制造理念的基礎上，結合我國現(xiàn)有的農業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，制造符合我國實際情況的生產設備，是我們未來一段時間需要著重思考和努力的方向。
參考文獻
[1]惠曉強.農業(yè)機械作業(yè)質量及工作效率的提升[J].農機使用與維修,2018(7):15.
[2]譚瀟.探討創(chuàng)新設計在機械結構設計的運用[J].山東工業(yè)技術,2019(6):48.-187-
作者：孫思晨 單位：鶴壁職業(yè)技術學院機電工程學院
