機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用及其促進(jìn)作用

周拴柱

(牡丹江大為機(jī)電有限公司，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用，農(nóng)民通過合理使用農(nóng)業(yè)機(jī)械，使生產(chǎn)過程的效率和作業(yè)品質(zhì)都得到了明顯的提升，從事生產(chǎn)過程的人力勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，使農(nóng)民進(jìn)一步對農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)生認(rèn)可，也說明了農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)合理性與先進(jìn)性。從機(jī)械行業(yè)發(fā)展的角度來看，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品在機(jī)電一體化技術(shù)的支持下，自動(dòng)化程度得到了顯著的提升，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和開發(fā)的過程中也能通過與機(jī)電一體化技術(shù)的融合來提高其使用性能，使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的作業(yè)過程更加簡單合理，為農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)提供更多助力。

1 機(jī)電一體化技術(shù)特點(diǎn)

機(jī)電一體化技術(shù)是20世紀(jì)后期興起的一項(xiàng)多學(xué)科融合的技術(shù)體系，其重點(diǎn)在于將傳統(tǒng)的機(jī)械學(xué)科和電子學(xué)科相融合，并充分結(jié)合液壓、氣動(dòng)、微電子、信息、計(jì)算機(jī)、信息傳遞等技術(shù)，多學(xué)科的融合體現(xiàn)出了顯著的技術(shù)優(yōu)勢，對于適應(yīng)現(xiàn)代化的社會(huì)需求創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件。

總體上講，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用具備以下技術(shù)優(yōu)勢：一是有效豐富機(jī)械產(chǎn)品的功能，通過機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了電氣技術(shù)的控制功能，通過電路設(shè)計(jì)和電氣控制元件的加入，不僅簡化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，更使機(jī)械產(chǎn)品的功能得到大幅提升；二是機(jī)械工作的精確度顯著提高，機(jī)電一體化設(shè)備應(yīng)用了傳感器、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)控制技術(shù)，對于機(jī)械動(dòng)作的執(zhí)行能實(shí)現(xiàn)檢測狀態(tài)下的補(bǔ)償與校正，有效降低機(jī)械誤差造成的影響；三是機(jī)械產(chǎn)品工作的可靠性大幅提高，電子控制系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)得到了簡化，機(jī)械零件產(chǎn)生故障的概率隨之降低，同時(shí)利用電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)診斷、故障檢測、故障預(yù)警、自我保護(hù)等功能有效避免了嚴(yán)重機(jī)械故障的發(fā)生，機(jī)械工作過程的安全性也顯著提高；四是機(jī)械操作變得更加簡便，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)后，機(jī)械產(chǎn)品的很多操作通過預(yù)設(shè)程序來完成，操作人員可以通過人機(jī)交互界面和簡單的操作來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械產(chǎn)品的控制與調(diào)整，與傳統(tǒng)的人工作業(yè)相比較，操作的便捷度得到了顯著提升。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用組成是多方面的，其中的關(guān)鍵技術(shù)如圖1所示，通過中央處理器來分析各個(gè)功能模塊的信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行不同方式的決策，控制相關(guān)機(jī)械功能的執(zhí)行。

圖1 農(nóng)機(jī)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)組成

2.1 傳感器監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

傳感器是機(jī)電一體化技術(shù)常用的檢測元件，通過傳感器的應(yīng)用能夠有效獲得農(nóng)業(yè)機(jī)械和周邊環(huán)境的信息，從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品來看，其逐漸向著復(fù)雜化和大型化發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用較多的機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓裝置和電控組件，這些部位的工作狀態(tài)和相關(guān)的參數(shù)監(jiān)測需要不同功能的傳感器來實(shí)施，從而保證農(nóng)業(yè)機(jī)械工作的各項(xiàng)狀態(tài)能夠被實(shí)時(shí)獲取，并供控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。農(nóng)機(jī)產(chǎn)品中常用的傳感器包括溫度傳感器、速度傳感器、計(jì)量傳感器、重力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭力傳感器等，傳感器技術(shù)的應(yīng)用使駕駛員對農(nóng)機(jī)內(nèi)部工作狀態(tài)和外部環(huán)境狀態(tài)有了更直觀的了解，便于及時(shí)調(diào)整機(jī)具的作業(yè)方案，或通過機(jī)電自動(dòng)控制來預(yù)防故障問題的發(fā)生，顯著提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的可靠性。

2.2 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)是通過可控制元件實(shí)現(xiàn)對農(nóng)機(jī)重要結(jié)構(gòu)位置和運(yùn)轉(zhuǎn)部件的控制，圖2所示為具有自動(dòng)控制技術(shù)的拖拉機(jī)產(chǎn)品控制系統(tǒng)組成?？赏ㄟ^控制界面實(shí)現(xiàn)對噴藥泵轉(zhuǎn)速的控制，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中噴藥量的調(diào)整；通過控制液壓閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)不同位置結(jié)構(gòu)的自動(dòng)升降和調(diào)整，有效減少了人工調(diào)整和操作的負(fù)擔(dān)。在自動(dòng)控制技術(shù)中，農(nóng)業(yè)機(jī)械借助電控元件能夠?qū)r(nóng)機(jī)的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確控制，這也是在農(nóng)機(jī)自動(dòng)控制中使用最廣泛的技術(shù)形式，通過電子技術(shù)控制液壓系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的手柄控制來說，液壓系統(tǒng)工作的精細(xì)度顯著提升，液壓系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能也得到了擴(kuò)展，并減少了人為操作產(chǎn)生的失誤問題。

圖2 拖拉機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)及功能

2.3 智能導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

智能導(dǎo)航技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開機(jī)電一體化技術(shù)的支持，通過在農(nóng)業(yè)機(jī)械中布置GPS終端，能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)位置實(shí)時(shí)顯現(xiàn)，并通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。現(xiàn)階段，智能導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的功能應(yīng)用主要包括兩方面的內(nèi)容，一是利用導(dǎo)航監(jiān)測和指導(dǎo)農(nóng)機(jī)駕駛員的駕駛路線與駕駛方式，例如在機(jī)械化耕整地作業(yè)中，導(dǎo)航技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)行駛偏離路線或行駛速度異常等問題，使駕駛員及時(shí)調(diào)整行駛方案，避免耕整地質(zhì)量不佳或漏耕現(xiàn)象的出現(xiàn)；二是利用導(dǎo)航指導(dǎo)智能農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化行駛和作業(yè)，導(dǎo)航為自動(dòng)行駛提供精確的坐標(biāo)和位置信息，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的無人作業(yè)提供技術(shù)支持。

2.4 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)，其主要功能包括獲取田間圖像信息、輔助導(dǎo)航和作業(yè)狀態(tài)檢測等。視覺技術(shù)的信息獲取元件是高清攝像頭，獲取的圖像會(huì)根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)的算法和圖像提取技術(shù)進(jìn)行信息提取與圖像簡化，從而以視覺信息中分離出有效的信息，來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)施。視覺識(shí)別技術(shù)重點(diǎn)針對農(nóng)作物的生長狀態(tài)、病蟲害情況、產(chǎn)量預(yù)測等工作展開，也可對農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航進(jìn)行輔助，使作業(yè)的精確度得到顯著提升。

3 機(jī)電一體化技術(shù)對農(nóng)業(yè)機(jī)械的促進(jìn)作用

機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，對農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的實(shí)施具有積極的促進(jìn)作用。一方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)效率得到了顯著提高，機(jī)電一體化技術(shù)有效提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械各個(gè)部件之間的配合與反應(yīng)速度，并減少人工操作的步驟，且農(nóng)業(yè)機(jī)械執(zhí)行的工作任務(wù)更加精細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)過程具有了更加明顯的節(jié)能減排和低碳環(huán)保的特點(diǎn)；另一方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)過程中的故障發(fā)生率顯著降低，很多機(jī)械異常狀態(tài)在故障特征出現(xiàn)的第一時(shí)間就會(huì)被監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，并得到及時(shí)的處理，對于可能造成的重大故障，機(jī)具還會(huì)自主進(jìn)行干預(yù)，中斷危險(xiǎn)位置的動(dòng)力，使機(jī)具安全性得到加強(qiáng)，駕駛?cè)藛T的人身安全也得到進(jìn)一步保證。此外，利用電子控制技術(shù)，農(nóng)機(jī)使用的便捷性提升，對駕駛員的操作技能相應(yīng)降低，農(nóng)機(jī)作業(yè)中的合理性得到提升，駕駛農(nóng)機(jī)的失誤明顯減少，利用功能齊備的人機(jī)交互協(xié)同，農(nóng)業(yè)機(jī)械的管理與維護(hù)保養(yǎng)工作實(shí)施也變得更加規(guī)范。

4 結(jié)語

機(jī)電一體化技術(shù)近年來在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)也借助機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品性能的全面提升，且農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電一體化技術(shù)也逐漸由單純的機(jī)電一體化向著光機(jī)電液一體化技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品的功能集成性與結(jié)構(gòu)簡化特征也逐步顯現(xiàn)，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品不僅實(shí)現(xiàn)了成本、功能、操作性能方面的優(yōu)化，還將向著環(huán)保、低功耗、低成本、高收益方向繼續(xù)進(jìn)步。