機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用及影響

李美芳

摘 要：機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，有效的結(jié)合了社會(huì)發(fā)展所必需的主流科學(xué)技術(shù)，有利于促進(jìn)學(xué)科間的融合和科技的進(jìn)一步發(fā)展。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域能有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械向自動(dòng)化和智能化發(fā)展，并顯著提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率和可靠性，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以更科學(xué)的方式進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;農(nóng)業(yè)機(jī)械;應(yīng)用;影響

中圖分類號(hào)：S220文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.007

Abstract： Mechatronics technology is the product of modern industrial development， which effectively combines the mainstream science and technology necessary for social development， and is conducive to promoting the integration of disciplines and the further development of science and technology. The application of mechatronics technology in the field of agricultural machinery can effectively promote the development of agricultural machinery to automation and intellectualization， and significantly improve the operational efficiency and reliability of agricultural machinery， which is conducive to agricultural production in a more scientific way.

Keywords： mechatronics; agricultural machinery; application; impact

農(nóng)業(yè)作為我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性，農(nóng)業(yè)機(jī)械作為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必須力量，其技術(shù)實(shí)力直接決定了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的先進(jìn)性和合理化程度，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程不斷優(yōu)化的有力保證，機(jī)電一體化技術(shù)作為機(jī)械、電子以及計(jì)算機(jī)學(xué)科的有機(jī)結(jié)合體，能夠有力推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)業(yè)智能化的發(fā)展，同時(shí)由于機(jī)電技術(shù)的有機(jī)結(jié)合使機(jī)械的故障率顯著降低，相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電一體化技術(shù)得到了更全面的提升，使先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

1 機(jī)電一體化的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

機(jī)電一體化技術(shù)突破了傳統(tǒng)學(xué)科的限制，實(shí)現(xiàn)了將機(jī)械、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的有機(jī)融合，通過(guò)多學(xué)科交叉解決傳統(tǒng)研究難以突破的問(wèn)題，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械向著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，且能顯著提高設(shè)備的作業(yè)能力和可靠性。

多種技術(shù)的結(jié)合不僅為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供了更強(qiáng)大的功能，同時(shí)機(jī)電一體化技術(shù)也有利于多種農(nóng)機(jī)資源的合理化配置，按照不同功能進(jìn)行綜合布局，進(jìn)而保證農(nóng)機(jī)裝備高利用率、多功能、高品質(zhì)、高可靠性、低能耗等多種工作要求，并以現(xiàn)階段農(nóng)機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，為其功能的再次升級(jí)創(chuàng)造條件。當(dāng)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也作為機(jī)電技術(shù)的一部分融入農(nóng)業(yè)機(jī)械中時(shí)，電子技術(shù)及元器件大量的代替了原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，有效地簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)機(jī)械功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，并賦予了農(nóng)機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、故障診斷、信息處理、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制等功能，使其更符合于現(xiàn)代化作業(yè)的功能要求（如圖1）。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用方式

2.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)

為保證農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行的平穩(wěn)性，駕駛員在使用農(nóng)機(jī)設(shè)備時(shí)必須要密切注意機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以便于掌握和預(yù)判農(nóng)機(jī)的異常問(wèn)題，這需要工作人員的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械儀表配合完成。機(jī)電一體化技術(shù)的引入使農(nóng)業(yè)機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)變得多樣化，農(nóng)業(yè)機(jī)械配備的不僅僅是傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表，且更多地會(huì)使用液晶儀表進(jìn)行監(jiān)控，駕駛員通過(guò)查看液晶儀表的多種信息，能夠直觀地了解機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，通過(guò)相關(guān)參數(shù)的判斷對(duì)機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。如圖2所示為播種機(jī)狀態(tài)監(jiān)控儀表，具有播種量、播種面積、電源情況、報(bào)警功能等多種信息顯示，便于播種狀態(tài)的檢測(cè)。很多先進(jìn)的設(shè)備還能通過(guò)攝像頭及時(shí)反饋關(guān)鍵部位的工作情況，使操作人員及時(shí)了解農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)狀態(tài)。

2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛技術(shù)

現(xiàn)代化的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合了控制技術(shù)、信息技術(shù)和視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的精準(zhǔn)定位、周邊信息實(shí)時(shí)采集以及作業(yè)方案合理設(shè)計(jì)。通過(guò)在傳感器和視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的結(jié)合下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化駕駛，將高精度的導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于大面積耕地作業(yè)，有利于形成高效的分組作業(yè)模式或多種農(nóng)業(yè)機(jī)械的混合作業(yè)，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理工作，有利于生產(chǎn)效率的提升。

2.3 農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

農(nóng)業(yè)機(jī)械多具有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在功能設(shè)計(jì)和動(dòng)力傳遞方面往往需要大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，而最終的機(jī)械為實(shí)現(xiàn)功能也不得不采用繁瑣的結(jié)構(gòu)方式，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠通過(guò)大量的電控原件替代傳統(tǒng)的機(jī)械功能，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化和功能上的提升。同時(shí)，大量傳感器和檢測(cè)裝置配合計(jì)算機(jī)技術(shù)有利于機(jī)械故障的采集，設(shè)計(jì)人員能夠以此作為農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化方向，有針對(duì)性地提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能。

2.4 農(nóng)機(jī)維修過(guò)程的優(yōu)化

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障檢測(cè)與維修也變得更為便捷和合理，先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械大多可以通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示故障代碼，從而判斷故障問(wèn)題的位置與原因，這一點(diǎn)已逐漸向汽車維修方式靠近，這不僅提高了農(nóng)機(jī)維修的效率，更顯著提升了農(nóng)機(jī)維修質(zhì)量。同時(shí)，電子信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合能夠幫助修理人員利用專家網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行疑難問(wèn)題的處理，并形成農(nóng)機(jī)裝備的維修記錄，供后續(xù)修理工作參考。

3 機(jī)電一體化對(duì)農(nóng)機(jī)的影響

由于機(jī)電一體化技術(shù)是多學(xué)科相互滲透與結(jié)合的產(chǎn)物，能夠在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、控制功能的基礎(chǔ)上積極利用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以新的形勢(shì)替代傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的操作與功能，更廣泛的影響農(nóng)業(yè)機(jī)械未來(lái)的發(fā)展方向。

3.1 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械參與生產(chǎn)的能力

機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用與發(fā)展使傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)增加了信息采集處理和機(jī)械功能自動(dòng)控制的能力，顯著提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率、精細(xì)度、科學(xué)性，并促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)作業(yè)方案規(guī)劃，顯著提升農(nóng)業(yè)機(jī)械功能的利用率。由于精確控制能力的提升，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)很多傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)無(wú)法做到的精細(xì)動(dòng)作，且因沒(méi)有人工操作失誤的影響，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠穩(wěn)定保持最佳的作業(yè)方式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的全方位提升。

3.2 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的安全生產(chǎn)能力

機(jī)電技術(shù)的應(yīng)用在狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、故障診斷、安全保護(hù)等方面賦予了新技術(shù)農(nóng)機(jī)更全面的功能。在駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的過(guò)程中，能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)故障問(wèn)題的位置進(jìn)行預(yù)判，以幫助駕駛員提早發(fā)現(xiàn)安全隱患，在一定程度上避免農(nóng)機(jī)故障問(wèn)題的發(fā)生。且當(dāng)發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)能夠主動(dòng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，避免駕駛?cè)藛T人身和農(nóng)機(jī)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全得到有力保障。由于電子元器件的大量使用，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)中的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大量減少，使零件的磨損和失效顯著降低，且農(nóng)機(jī)裝備的靈敏度和可靠性顯著提升，有力保證了農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用壽命。

3.3 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作便捷程度

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作和駕駛由于機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)多，使用過(guò)程十分復(fù)雜，機(jī)電一體化技術(shù)有效地簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)機(jī)械操作的復(fù)雜程度，使機(jī)械設(shè)備與駕駛員的操作需求更吻合，不僅保證了農(nóng)機(jī)操作的便捷可靠，更顯著提升了農(nóng)機(jī)駕駛員的工作環(huán)境（如圖3）。使農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)過(guò)程能夠根據(jù)事先設(shè)定好的程序逐步由先進(jìn)農(nóng)機(jī)的自控系統(tǒng)完成，部分農(nóng)機(jī)還能通過(guò)預(yù)先存儲(chǔ)的作業(yè)對(duì)象相關(guān)的數(shù)學(xué)模型和作業(yè)環(huán)境參數(shù)變化綜合考慮作業(yè)方式，以保證農(nóng)業(yè)機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中始終保持最合理的工作狀態(tài)，顯著降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)論

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)機(jī)械的先進(jìn)程度獲得了前所未有的飛速進(jìn)步，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始向全程機(jī)械化和自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，且智能農(nóng)機(jī)裝備也已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)機(jī)械未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)方向。如何在提高農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化程度的同時(shí)，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和科學(xué)性的同步提升是現(xiàn)代農(nóng)機(jī)研究人員必須要面對(duì)的問(wèn)題。機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用正日漸增多，其技術(shù)的先進(jìn)程度也隨著綜合學(xué)科的研究而不斷進(jìn)步，結(jié)合農(nóng)機(jī)市場(chǎng)長(zhǎng)期發(fā)展和需求分析，以機(jī)電技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)機(jī)械新機(jī)型必將具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，也更有利于我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化向更高的水平發(fā)展。

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