搜索
农业机械学讲课教师：杨望副教授2018.9.18绪论一、农业机械对农业生产的影响农业机械：从事农业生产所用的工具。农业机械的作用：（一）提高劳动生产率如水稻收割：人工收割：１亩/天，机械收割：４０~１００亩/天.台。（二）提高单位面积收获量如：播种：人工播种，播种均匀性差，产量低，而用播种机播种，播种均匀性好，播深一致，所以产量高。（三）促进农业生物技术的实施与发展如:水稻直播栽培是一项高产的农业生物技术，但是如果没有水稻直播机，使播下的种子均匀，深浅一致，就不可能获得高产，水稻直播栽培技术就不能推广实施。（四）争取时间，不违农时农业生产过程的各个环节，对“时令”要求很严。如：早造水稻插秧，一般要求清明前插好，否则影响产量，使用农机，效率高，能按时完成。（五）改善劳动条件如：采用水稻抛秧机、摆秧机、插秧机，抛摆秧、插秧，或采用水稻直播机进行水稻直播，农民不用从事“三弯腰”的繁重插秧劳动。二、农业生产工具的发展（一）中国古代的农业生产工具（二）当代中国农业机械化发展概况1949--1957年，全国机耕面积达二千多万亩，共生产大型农机2.7万多台，但质量不高。全国及各省农作物耕种收综合机械化水平情况（%）最近2,3年,农机化的发展更快.北方发展特别快,小麦从种到收基本上实现机械化(机种小麦:77.4%;机收小麦:82%),同时引进了很多现代农业设施,如大棚等。南方由于人多地少,地块小,不平等原因,发展速度相对慢,但也有很大发展.如水稻的生产过程,从种到收,也生产出了相应的机具.机种面积42.7%,机收面积77%,还出现了很多现代农业设施。但我国农机化水平和先进发达国家相比,还有一定差距。2.日本,韩国已实现了农业机械化,在日本插秧,收割已机械化,自动化作业也已进入了田间,如无人驾驶联合收割机作业等。3.落后的国家也不少.如非洲一些国家。(三)世界农业机械化的发展情况1.欧美,意大利等发达国家己实现了农业机械化和自动化,逐步实现精确农业。三、农业机械的范围及分类１、范围：包括农业生产的各个部门、各个环节中使用的各种机械。２、分类（按不同生产性质分）（１）种植机械；（２）畜牧机械；（3）果树园林机械;（４)农用排灌机械；（５）农产品加工机械；（６）渔业机械；（７）农业运输机械。对本课程来说，侧重田间作业机械。它包括：耕地、整地、播种、栽植、中耕、间苗、施肥、喷药、收获、脱粒、清选、干燥等各种作业用的机械。耕整地机械水田激光平地机播种机械水稻直播机水稻种植机械无人驾驶插秧机水稻插秧机植保机械水稻变量喷雾机遥控风送式喷雾机收获机械甘蔗收获机保护地机械（一）、按动力分１、人力机械：如:锄、镰等。２、畜力机械：以畜力为动力的机械。３、动力机械：以内燃机、电力、水力、风力及其它能源驱动的机械。农业作业机械按不同的方式分为若干类：（二）、按作业机与动力机的连接方式分１、牵引式机械;２、悬挂式机械;3、自走式机械;4、背负式机械.四、农业机械的特点和使用要求（一）农业机械的特点１、种类繁多；（与2万多种作物对应）２、作业复杂；（如甘蔗联合收获：扶倒-切断-剥叶等）３、环境条件差；（有旱地、水田，有雨天等）４、使用时间短；（如水稻收割机一年两季用4-5个月）５、机器品位低，但制造要求高（精密度不高，制造工艺要求高)。（二）、农业机械的使用要求除一般要求，如：工作可靠、耐用、重量轻、体积小、功效高、便于操作调整、易于维修、造价低等之外，根据农机的作业特点还应在设计时注意以下三点:1、应有较完备的安全防护装置。（如喷药机械，必须有保护人的安全装置）2、工作部件应有足够大的调节范围。（如水稻直播，播量调节要求在2-12斤/亩内，以满足不同水稻品种要求）3、应尽可能做到一机多用。五、农业机械的经济性（一）、劳动收益率的概念（用来反映农业生产收益水平）劳动收益率：Em＝N（R-P）/ＳN：单体总数；Ｒ：单体产量；Ｐ：单体消耗量；Ｓ：劳动消耗量“单体”－－比如耕作亩，……….比如:总共耕１００亩地（如种水稻）单体产量Ｒ：８００斤/亩；单体消耗量Ｐ：折成消耗粮食２００斤/亩(购买种子、肥料等)单体总数Ｎ:１００亩；劳动消耗量S:N*200斤/亩(请人费用或自已消耗粮食等)即Ｅm＝Ｎ（Ｒ－Ｐ）/Ｓ＝1００（８００－２００）/(2００*1００)＝３００％（二）、农业机器的作业生产率和效率作业生产率：机器完成作业量的速度。如:多少亩/小时。作业效率：机器的实际生产率与理论生产率之比。影响田间作业效率的主要因素：１、机器的可靠性可靠性：机器在规定的条件下，某一定时间内能令人满意地连续工作的统计概率，用％表示。比如：有一批装置，工作１０００小时的可靠性为９０％，是指这种装置中，平均有１０％的装置工作不到１０００小时就发生故障。如果一个组合体由若干个部分或若干台机器组成。设:每个部分或每台机器的可靠性系数为：Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、......Ｘn组合体的可靠性系数为：Ｒt＝Ｘ１Ｘ２Ｘ３..Ｘn组合体的可靠性系数为：Ｒt＝Ｘ１Ｘ２Ｘ３..Ｘn大家思考一下，一台机器由10个零件组成，另一台机械由100个零件组成，如果每个零件的可靠性系数都为99%，那么哪台机器可靠性高?说明设计机器时，在满足其作业要求条件下，越简单越好，不易出故障。可靠性高作业效率高。２、地头转弯时间转弯时间多，田间作业效率低。３、机器田间作业参数参数：机器的工作幅宽Ｂ；前进速度Ｖ。地大：Ｂ大和Ｖ大，作业效率高。地小:Ｂ大，由于转弯花去时间多，作业效率提不高，可能还会下降。总的说，Ｖ大，效率高。六、农业机械的技术发展农业机械的发展动向：１、发展联合作业、提高机器的使用率,减少作业成本。２、使用新材料、新工艺以提高寿命，降低成本。３、大量采用液压技术、电控技术，提高机械操作的自动化，向智能化方向发展。４、产品标准化，系列化，成套化（利于开拓市场）。５、提高舒适性和安全性。近年来新技术在农机上的应用主要有：１、电子技术和其他新技术的应用。如:电子监控技术（作业机），微机自动控制技术（拖拉机），激光技术（平地机），微波技术（用于杀死草籽和昆虫及干燥谷物），红外线、超声波技术（干燥、灭虫）。２、农机与农艺互相配合，工程技术与生物技术相结合。３、机器人的应用。（嫁接、摘果）４、电子计算机的应用。（编制方案、辅助设计、虚拟仿真）５、改变、调节自然环境工程技术的发展、应用。（自动控温、控湿等）６、高速摄影技术、视觉识别技术、遥测技术的应用。（农机试验、研究、开发）７、农用飞机和无人机的应用。（飞机播种、施肥、喷药）8、GPS定位系统的应用。(精确农业)七、农业机械的研究开发（一）、农业机械的研究和开发开发一种新农机--（１）避免盲目性和随意性；（２）按一定科学程序进行。原因：农机的开发除了涉及到机器本身之外，还涉及到农学、经济学、工程学等许多方面问题。开发一种新农机，通常经历的程序:１、可行性分析包括：（１）市场预测；（２）实施条件、技术难度、经济效益分析；（３）推广后，对农业生产的影响情况分析。２、确定具体的开发途径途径：（１）选型(在市面上选一种合用的；（２）改进(市面上有，但不太适用，这时要对其进行改进设计);（３）创新(市面上没有)。４、整机设计和仿真研究(优化参数)５、样机试制６、样机性能试验(检验是否满足设计要求)7、新产品的试制试验３、主要部件研究在设计整机之前，对主要的工作部件首先进行研究(仿真研究和物理试验研究等)。比如：排种器。第二章作业机挂结和牵引田间作业机械除少数自走式机械和专用机械之外，大部分把动力部分作成一台通用拖拉机，把作业部分做成另一个单独的机器。下田作业时，把拖拉机和作业机连接起来。目的是充分利用动力机，使一台拖拉机能和数十种作业机配套使用。作业机挂结和牵引作业机和拖拉机联接方式:悬挂式、牵引式。南方最常用的：悬挂式。悬挂式联接----用拖拉机上的悬挂机构将作业机与拖拉机联结在一起组成作业机组，机组在道路上行走或在地头转弯时，利用拖拉机的液压机构将作业机全部或局部提起。悬挂式:全悬挂和半悬挂全悬挂：运输时，拖拉机的悬挂机构将作业机整体提起，使之离开地面，悬挂在拖拉机上，工作时放下。悬挂式:全悬挂和半悬挂全悬挂：运输时，拖拉机的悬挂机构将作业机整体提起，使之离开地面，悬挂在拖拉机上，工作时放下。半悬挂式——运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后半部分由机具承担。牵引式机组：拖拉机上固定的挂接点与作业机单点联结，进行牵引作业和转向，无论在工作状态或运输状态，作业机的重量基本上由自己的轮子支承。悬挂式机组的优点：１、机动性高；２、结构简单、重量轻（不需行走轮、牵引装置及工作部件的提升机构）３、可以改善拖拉机的牵引性能。第一节悬挂机构一、悬挂机构的功能及原理:功能：１、升、降作业机，并满足作业机工作部件位置高低或入土深浅的要求。２、使作业机保持纵向水平和横向水平。３、方便挂上或卸下作业机。目前广泛使用的三点式标准悬挂机构如图所示上连杆下连杆作业机悬桂架（一）、悬挂升降机构升降原理：ＡＥＦＭ为升降机构１、当液压油缸活塞Ｋ↓,Ｎ↓、Ｆ↑、Ｅ↑、ＡＢ杆转动、Ｂ↑、作业机工作部件提升。２、Ｋ↑时，Ｎ↑、Ｆ↓、Ｅ↓、ＡＢ杆转动，Ｂ↓，工作部件下降。３、在升降过程中，利用油缸的行程开关，可以把Ｋ固定在任一位置，因此,提升臂ＭＦ也可以固定在任一位置，这样作业机可以相应停留在任一高度。（二）、纵向调节机构ＢlＢrＣ是作业机的悬挂架，固定在作业机的梁架上。当ＡＥＦM四杆机构固定时，伸长或缩短上连杆ＣＤ，作业机Ｑ绕ＢlＢr转动，使作业机在纵向处于相应的位置。（三）、横向调平机构提升机构ＡＥＦＭ是左、右两组对称设置的。如果作业机的梁架发生横向倾斜时，可以将吊杆ＥＦ伸长或缩短，从而进行矫正，使作业机保持水平。(四）、横向稳定机构横向稳定机构由ＡlＢl、ＡrＢr两条杆组成。工作时，这个机构相对拖拉机应能自由地作适量的左、右摆动。目的:１、在运输状态，当拖拉机在校正方向时，使作业机不致于过于敏感而频繁晃动。２、在工作状态，在拖拉机作曲线行驶时，还能保证较均匀的工作幅宽。3.如果ＡlＢl、ＡrＢr固定，使其不能自由活动，在工作状态，拖拉机操向反应不灵或因侧向力过大造成工作部件损坏。二、悬挂机构的运动分析对于作业机来说，在其升降的上下运动和在其工作的横向运动都必须符合作业要求，因此，作业机在纵垂面和水平面的瞬时回转中心都必须位于作业机的前方。下面我们以开沟犁和中耕机为例加以说明。ABC拖拉机三点悬挂装置上拉杆右下拉杆左下拉杆cba作业机上的三个悬挂点拖拉机悬挂装置与作业机各悬挂点之间的连接关系上悬挂点左下悬挂点（一）、悬挂机构在纵垂面内的运动１、要求：（１）犁在开始入土时，犁体底平面与地面应有一个隙角r（叫入土角，一般３-８度）；而当犁达到规定的耕深时，r角应为零，使犁不再继续入土，保持耕深稳定。（２）犁在运输状态时，犁的最低处离开地面的高度h不小于２５cm（叫运输间隙）。此外，还应有一个道路通过角α（不小于２０度）。为了在运输状态时，更于过田埂和小土堆，犁不致触及地面而损坏。２、为了充分满足上面２个要求，犁的瞬心必须在作业机的前方。原因:(1)有一定的入土角和运输间隙、道路通过角。（2)当犁达到规定的耕深a后，若将犁调整到水平状态（r＝０），那么，当犁在小于a时，r０，犁有入土趋势；当犁在大于a时，r０，耕深有变浅的趋势；这样犁的耕深比较稳定。（3）如果瞬心在作业机的后方，r０，不利于入土，运输时，a、h不够大，不能用。（4）平行四连杆机构，r＝０、不变，不利于入土，不能用。（二）、悬挂机构在水平面内的运动RxRxＡlＢl和ＡrＢr：左、右两下连杆的水平投影.１、如果左右两边的阻力不平衡，作业机产生侧向偏移,ＯＨ→ＯＨ′。Rx2、当左右两边阻力恢复平衡，在Ｒx.Ｃ力矩Ｍ的作用，作业机自动回复到图a的位置。保证作业机在水平面内有大的稳定性。3、ＯＨ在ＢeＢr后方：（看图c、d）如果左右两边的阻力不平衡（即Ｒx不在中间时），作业机产生侧向偏移。图c→图d，ＯＨ→ＯＨ′。RxRx如果当左右两边阻力恢复平衡，Ｒx