教學(xué)案例

摘要：本文結(jié)合一種可折疊的便攜式穴盤自動播種裝置，分析了穴盤播種機(jī)的研究具有很大的必要性，以此作為教學(xué)案例引入課堂教學(xué)中，增加了學(xué)生對機(jī)械設(shè)計的求知欲望，培養(yǎng)了學(xué)生對機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新意識，使得理論與實踐緊密結(jié)合在一起，為解決生產(chǎn)實際問題奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：播種機(jī)；現(xiàn)狀；案例引入；課堂銜接

1. 概述

近幾年隨著作物的種植方式發(fā)生改變，較多的作物用工廠化育苗然后進(jìn)行移栽，大大簡化了生產(chǎn)過程，降低了作業(yè)周期和生產(chǎn)成本，所以穴盤苗的播種成為了作物播種一種新的趨勢。

精量播種是指降低播種量，提高播種質(zhì)量，使單粒種子的空間三維坐標(biāo)符合要求，即使種子在穴盤里具有精確的播深、行距、株距的機(jī)械化種植技術(shù)。

研制的可折疊的便攜式穴盤自動播種裝置在提高通用性的前提下，可適合多種種子播種，將傳統(tǒng)手工播種方式，升級改造為機(jī)械自動播種，大大提升生產(chǎn)技術(shù)水平，加速生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程，提高蔬菜生產(chǎn)綜合能力，減輕農(nóng)民勞動強度，改善勞動者的工作環(huán)境，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效，農(nóng)民增收。

另外，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械教學(xué)中存在著較大的誤區(qū)，國家對農(nóng)業(yè)機(jī)械在教學(xué)中的投入還比較少，農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)在高等教學(xué)中重視程度不足，在普通高校中，機(jī)械專業(yè)很少開設(shè)農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)。要發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械，必須要加大農(nóng)業(yè)機(jī)械教育方面的投入，將農(nóng)業(yè)機(jī)械的開發(fā)引入課堂中，加大培養(yǎng)符合國家發(fā)展需要的能用的農(nóng)機(jī)人才。

本文結(jié)合我國播種技術(shù)的現(xiàn)狀，提出解決播種機(jī)械開發(fā)需要解決的問題，針對機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械開發(fā)引入課堂教學(xué)，使得學(xué)生學(xué)有所用，在解決實際農(nóng)機(jī)問題的同時，掌握機(jī)械設(shè)計的基本知識。

2. 播種機(jī)現(xiàn)狀分析

國外一些發(fā)達(dá)國家很早就開始了農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的研究，基本實現(xiàn)了農(nóng)機(jī)自動化。20世紀(jì)80年代，美國、澳大利亞、加拿大、法國等西方國家已經(jīng)開始著手研制精量穴盤播種機(jī)械裝置，目前國外精密播種機(jī)已達(dá)到一定的程度。且正在發(fā)展一些新的播種技術(shù)，如日本提出適合蔬菜的靜電播種，英國提出適合于蔬菜的液體播種、適合于牧草的超音速播種，還有目前廣泛應(yīng)用的種子帶播種等。例如液壓等新技術(shù)在國外播種機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。美國塞科爾5000型氣壓式播種機(jī)用液壓馬達(dá)驅(qū)動風(fēng)機(jī)。

隨著我國加入世貿(mào)組織，給農(nóng)業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇，也是我國農(nóng)業(yè)向國際化、機(jī)械化、自動化邁進(jìn)的極為關(guān)鍵的一步，同時也將給農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機(jī)械方面卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他發(fā)達(dá)國家，農(nóng)業(yè)作業(yè)大多依靠人工或者半機(jī)械化來完成，這就要求我們變革農(nóng)業(yè)作業(yè)模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用和升級。我國由于生產(chǎn)方式的特點，精量穴盤播種機(jī)械裝置的研制和推廣還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

3. 穴盤播種機(jī)需要解決的問題

研究以穴盤為載體的大棚栽培播種技術(shù)，通過實施精量播種，減少種子重播和勞動力耗能，以期達(dá)到節(jié)能、降耗、減排、作物增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的，為機(jī)械化精量播種技術(shù)的推廣提供了依據(jù)。

圖1為一種可折疊便攜穴盤自動化播種裝置。機(jī)架上固定有1送料機(jī)構(gòu)、2打孔機(jī)構(gòu)、3氣吸機(jī)構(gòu)、4存儲裝置。

播種機(jī)研究流程圖如圖2所示。在研究過程中需要解決以下幾個問題：

1）播種用種子的物理特性研究

研究不同類型種子的外形幾何結(jié)構(gòu)特征，建立力學(xué)模型，分析不同結(jié)構(gòu)種子對氣吸力學(xué)性能的影響，以便為氣吸機(jī)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)，解決機(jī)構(gòu)對不同種子不同株距適應(yīng)性的問題。

2）精密運動機(jī)構(gòu)研究

以大棚蔬菜穴盤種子為研究對象，設(shè)計并實現(xiàn)穴盤基質(zhì)自動輸送、穴盤基質(zhì)自動打孔、自動取種子、自動播種、自動覆土和自動澆水等動作，并保持動作協(xié)調(diào)?；赨G和Adams軟件設(shè)計、仿真和分析種子播種等運動機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；確定各機(jī)構(gòu)的傳動和驅(qū)動方式，進(jìn)行零部件選型，制作試驗臺架。

3）種子漏播、重播及漏播后補種的研究

研究利用光電傳感器實現(xiàn)播種機(jī)打孔、播種、施肥等動作的協(xié)調(diào)性；針對播種過程中種子漏播、重播不易觀察的特點，研究解決漏播和重播的現(xiàn)象，以及發(fā)現(xiàn)漏播后如何進(jìn)行補種的方法。

4）播種機(jī)性能研究

研究氣吸式播種裝置滾筒內(nèi)真空度，建立滾筒吸種時種子的受力分析力學(xué)模型，研究轉(zhuǎn)速、真空度、吸孔孔數(shù)及孔徑對播種性能的影響規(guī)律。對播種機(jī)進(jìn)行應(yīng)用技術(shù)研究，對播種機(jī)的播種性能、經(jīng)濟(jì)性能、適應(yīng)性等進(jìn)行綜合分析和評價。

5）研制穴盤播種裝置實型

基于研究結(jié)果，研制基于光電傳感技術(shù)的基質(zhì)打孔、播種、覆土和施肥同步協(xié)調(diào)動作的穴盤播種裝置實型。根據(jù)園藝栽培理論并結(jié)合播種育苗實際生產(chǎn)規(guī)程，以油菜和小麥為播種對象進(jìn)行實際生產(chǎn)適應(yīng)性試驗研究，通過試驗—改進(jìn)—再試驗的研究方法獲得優(yōu)異的播種效果。

4. 案例如何和課堂銜接

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課中的機(jī)構(gòu)部分內(nèi)容比較枯燥，特別對于高中后生源的學(xué)生，對這塊內(nèi)容產(chǎn)生興趣比較難，學(xué)生找不到興趣點，這樣給教學(xué)帶來的難度。在教學(xué)過程中，針對播種機(jī)需要解決的問題進(jìn)行分塊切割，讓大問題變成小問題，在開學(xué)初就將任務(wù)分配給每個小組，確定小組組長，在課堂中設(shè)置討論環(huán)節(jié)，使得每周有進(jìn)展，同時將學(xué)到的知識貫穿在整個設(shè)計過程中，在課堂中進(jìn)行講解，也可以讓已經(jīng)解決問題的學(xué)生在課堂中進(jìn)行分析演示，結(jié)合UG、AutoCAD和公差配合等其他課程，將學(xué)生學(xué)到的各種知識融入到課堂中，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力。

將設(shè)計過程中用到機(jī)械基礎(chǔ)每個章節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以用到什么學(xué)什么的方式，將知識模塊化，譬如，在打孔機(jī)構(gòu)和吸種子機(jī)構(gòu)中，引入機(jī)構(gòu)的概念，引導(dǎo)學(xué)生掌握四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計，四桿機(jī)構(gòu)的自由度概念等，擴(kuò)展講解凸輪、齒輪和其他類型的運動機(jī)構(gòu)。對于學(xué)生遇到?jīng)]有學(xué)到過的知識時，通過老師引導(dǎo)，推薦課外書籍，或者通過學(xué)生自己收集資料進(jìn)行完成。

由于穴盤播種機(jī)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械，在整個過程中能培養(yǎng)學(xué)生對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的興趣，同時培養(yǎng)學(xué)生對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新意識。只有學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生了興趣，才會有動機(jī)，這樣思維活動得以啟動運行，獲得信息，檢驗信息，使自己的知識水平由量變到質(zhì)變。因此，只有使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，才能在學(xué)習(xí)中逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

參考文獻(xiàn)

[1] 何光遠(yuǎn).中國農(nóng)業(yè)機(jī)械基本情況[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1985： 60-65.

[2] 陳志.90 年代國外農(nóng)機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)[M].北京： 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會，2000： 469-478.

[3] 許劍平，謝宇峰，徐濤. 國內(nèi)外播種機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機(jī)化研究.2011（2）.

作者簡介：

樓建忠，男，浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師。