機械設(shè)計在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

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摘要：隨著農(nóng)民工大量進入城市工作，農(nóng)村地區(qū)勞動力年齡及結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制使農(nóng)民小規(guī)模土地經(jīng)營，與購買農(nóng)業(yè)機械需求產(chǎn)生矛盾，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提升農(nóng)業(yè)機械效率，機械設(shè)計科學(xué)合理化是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。本文探討我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)計現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械；設(shè)計；自動化；制造

1建國后農(nóng)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(chǔ)非常薄弱，舊式農(nóng)具作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備普遍存在，在隨后高度集中的計劃經(jīng)濟時代，國家對農(nóng)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(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)達到了1800余家，隨著設(shè)備增多，農(nóng)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(shè)計水平和制造的提升，目前農(nóng)業(yè)機械發(fā)展有以下幾個方面的發(fā)展方向。隨著農(nóng)業(yè)機械使用者對質(zhì)量和效率的更高要求，自動化和智能化的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計及制造代表了目前國際農(nóng)機發(fā)展的要求，能夠提高作業(yè)質(zhì)量降低勞動時間和強度，是目前農(nóng)機科技人員的主要任務(wù)。對于我國不同地區(qū)，農(nóng)民有不同的種植習(xí)慣和方法，比如關(guān)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(nóng)業(yè)機械在制造前必須因地制宜，不能照搬外國產(chǎn)品，否則適合外國的農(nóng)機產(chǎn)品或許在我國就無法正常工作。再者農(nóng)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(guān)的其他環(huán)節(jié)。自然農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展還與農(nóng)藝、相關(guān)加工處理行業(yè)的共同進步有關(guān)，但我們知道農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展進程是不可阻擋的，希望我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)機設(shè)計制造能夠發(fā)展的越來越好。農(nóng)機設(shè)計及發(fā)展將向環(huán)保和節(jié)能方向努力，當前我國倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的同時，對農(nóng)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(shè)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(nóng)業(yè)機械的動力，在機械發(fā)動機的設(shè)計和制造工藝上，，要盡可能提升能量利用率，降低排放量。農(nóng)機設(shè)計向大型寬幅復(fù)式方向發(fā)展，因?qū)挿蛷?fù)試能夠提升作業(yè)效率，可以迅速使農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化、規(guī)模經(jīng)營，此類機械應(yīng)是我國農(nóng)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(nóng)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(chǎn)機械、農(nóng)業(yè)采摘機器人等機械缺乏，使生產(chǎn)效率不高，因此，設(shè)計生產(chǎn)個性、專用、性能可靠的機械應(yīng)是我國農(nóng)業(yè)機械的重點發(fā)展方向。

2我國農(nóng)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(chǔ)薄弱，對于農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計和制造也大多局限于原有農(nóng)機工具的范圍內(nèi)，與同時期歐美等發(fā)達國家農(nóng)業(yè)機械發(fā)展差距越來越大，且我國自實行生產(chǎn)聯(lián)包責(zé)任制以來，單位耕作面積更小了，使得農(nóng)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(jīng)過不斷發(fā)展，尤其是在大面積的農(nóng)場生產(chǎn)中，已經(jīng)有一套成熟的生產(chǎn)設(shè)備使用體系，達到了全面機械化生產(chǎn)的目標。我國在最能體現(xiàn)一個國家農(nóng)業(yè)機械設(shè)計和制造水平的典型產(chǎn)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(shù)農(nóng)機很多知識仿造別人設(shè)計的農(nóng)機產(chǎn)品，這就在農(nóng)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(nóng)業(yè)機械設(shè)計和制造中缺乏自主核心技術(shù)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(shè)備基數(shù)大、工藝落后、使用率低、故障率高等情況使我國農(nóng)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(nóng)業(yè)機械更好地發(fā)揮其應(yīng)有的性能，提升農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)質(zhì)量和工作效率是農(nóng)機操作人員必須要思考的問題，只有保證農(nóng)機最佳的工作狀態(tài)與效率，才能有效的減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源損耗和時間浪費[1]。根據(jù)我國農(nóng)機發(fā)展現(xiàn)狀起步晚，基礎(chǔ)科研數(shù)據(jù)不夠完善，研究層次不夠高，針對我國地域多樣性，在設(shè)備設(shè)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(nóng)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(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)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(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)過程中添加自動控制系統(tǒng)，不僅能夠保證相關(guān)設(shè)備在生產(chǎn)過程中順利開展，還能獲得良好使用效果。自動控制技術(shù)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(chǎn)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。基于自動管控技術(shù)，操作員可以結(jié)合相應(yīng)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(nóng)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(shù)，不僅是灌溉發(fā)展的需要，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的標志。能夠更加科學(xué)的通過自動控制技術(shù)結(jié)合灌溉區(qū)域劃分，自動化管控指令設(shè)定，嚴格按照設(shè)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(chǎn)力，提升灌溉效率。隨著農(nóng)業(yè)管理進一步的精細化，無土栽培、恒溫生長等生產(chǎn)條件的不斷成熟，行業(yè)也通過自動控制技術(shù)的應(yīng)用，提升精細化生產(chǎn)水平。

4機械創(chuàng)新設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

材料的創(chuàng)新選用能夠?qū)C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(nóng)業(yè)機械輪胎制造中，不僅能夠提升相應(yīng)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(shè)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(shè)計方案，以保障效果最佳[2]。根據(jù)實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要運用創(chuàng)新設(shè)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(nóng)業(yè)機械零件結(jié)構(gòu)，提升機械性能。

結(jié)束語

時代在進步，規(guī)模化、機械化大生產(chǎn)是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，如何能夠提升“農(nóng)業(yè)大戶”整體生產(chǎn)效率，增強農(nóng)機實用效果，是機械設(shè)計人員必須考慮的?，F(xiàn)有的農(nóng)機產(chǎn)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(guān)工業(yè)材料和先進設(shè)計理念、技術(shù)應(yīng)用在實際生產(chǎn)中，使得機械化發(fā)展不斷進步，提升農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)的市場地位。未來農(nóng)機產(chǎn)品會愈發(fā)吸引社會投入，形成設(shè)計、生產(chǎn)、消費使用、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的良性循環(huán)。另外，農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計提升的同時，在使用說明和農(nóng)業(yè)機械手的專業(yè)培訓(xùn)方面需要進一步提升，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，操作人員的操作水平依然重要，農(nóng)業(yè)機械中自動控制技術(shù)的應(yīng)用不僅從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的運行模式到設(shè)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(nóng)機產(chǎn)業(yè)發(fā)展中突破自身設(shè)計思路局限性，為農(nóng)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(nóng)機破除維護保養(yǎng)難題，盡可能從機械設(shè)計的源頭為后續(xù)使用打下良性基礎(chǔ)。我國目前已是工業(yè)制造大國，但在機械設(shè)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(nóng)業(yè)機械依然是日本、歐美品牌，因此，提升整體農(nóng)業(yè)機械國產(chǎn)品牌影響力和口碑是一項長期的發(fā)展目標。而在設(shè)計和研究領(lǐng)域，能夠吸收歐美先進的設(shè)計制造理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，制造符合我國實際情況的生產(chǎn)設(shè)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(nóng)業(yè)機械作業(yè)質(zhì)量及工作效率的提升[J].農(nóng)機使用與維修,2018(7):15.

[2]譚瀟.探討創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的運用[J].山東工業(yè)技術(shù),2019(6):48.-187-

作者：孫思晨 單位：鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院