農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性設(shè)計與環(huán)境適應(yīng)性的分析

潘濱 衛(wèi)武霄

1、山西省運城市農(nóng)機(jī)發(fā)展中心 2、山西省運城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，居民消費也不斷增長，為此需要采取有效措施不斷提升我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，從而更好滿足我國各個方面的發(fā)展需求。當(dāng)下我國農(nóng)業(yè)正處于現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)當(dāng)中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸朝著機(jī)械化方向發(fā)展，機(jī)械水平不斷提升，進(jìn)而在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計方面的要求也相繼擴(kuò)大。在近幾年，為了進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械適應(yīng)性，迎合不斷擴(kuò)展的農(nóng)機(jī)作業(yè)要求，需要進(jìn)行合理設(shè)計。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械制造和現(xiàn)代化制造技術(shù)分析

1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的基礎(chǔ)特點

在現(xiàn)代化背景下，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)擁有以下特征：第一是農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的聯(lián)系較為緊密，同時農(nóng)業(yè)制造和農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計兩項工作的終極目標(biāo)都是服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，由此能夠看出農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)之間具有緊密聯(lián)系。而在全新的農(nóng)業(yè)需求下相繼誕生出各種基礎(chǔ)設(shè)施，包括免割播種機(jī)和滴水灌溉裝置等，都是在融入農(nóng)業(yè)技術(shù)條件下進(jìn)行設(shè)計制造的，其中農(nóng)業(yè)機(jī)械在實際操作中，農(nóng)機(jī)通過性是影響生產(chǎn)效率的主要因素，為此需要聯(lián)系生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的實際需求和地質(zhì)特征，對農(nóng)機(jī)通過性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，保障農(nóng)機(jī)在田地中的順暢行走。第二是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造能夠體現(xiàn)出時代特點，隨著科技發(fā)展，為農(nóng)業(yè)提供了有利支持，進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，同時也促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械制造從原本的簡易器具進(jìn)一步朝著多元化和現(xiàn)代化的復(fù)雜設(shè)備方向發(fā)展，其具體功能不斷完善，能夠有效減少人工投入，突出農(nóng)業(yè)時代發(fā)展特征[1]。

1.2 現(xiàn)代化制造技術(shù)

現(xiàn)代制造技術(shù)能夠反映出某個國家的發(fā)展水平和發(fā)展實力。而當(dāng)下現(xiàn)代主流制造技術(shù)主要包括數(shù)控機(jī)床技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)。其中的數(shù)控機(jī)床技術(shù)主要是利用過程程序控制，屬于一種自動化裝置，能夠在數(shù)控裝置內(nèi)有效導(dǎo)入各種信息，同時對相關(guān)命令進(jìn)行邏輯性處理，對機(jī)械實際運行進(jìn)行合理控制，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的尺寸和形狀要求，對各個零部件進(jìn)行批量生產(chǎn)。數(shù)字化技術(shù)主要是利用數(shù)據(jù)運算和計算機(jī)相關(guān)集成系統(tǒng)，把制造業(yè)相關(guān)文字、圖片、音頻、視頻等信息直接轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制字符，隨后對相關(guān)字符實施壓縮和編碼，實現(xiàn)信息的存儲、加工和傳播[2]。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械制造特征

2.1 時代特征

因為我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)是整個社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，關(guān)系到人民的生活水平和生活狀態(tài)。我國地域遼闊，農(nóng)業(yè)基數(shù)相對較大，隨著科技實力提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平也不斷發(fā)展，基于該種背景下，國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)維持著良好的發(fā)展趨勢，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作從原本的人力主導(dǎo)下的生產(chǎn)作業(yè)逐漸朝著機(jī)械化生產(chǎn)方向發(fā)展，而農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展能夠幫助農(nóng)民減輕勞作負(fù)擔(dān)，在確保生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，解放勞動力。由此能夠看出，農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有效應(yīng)用不但能夠進(jìn)一步加速農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，同時還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境變化。農(nóng)業(yè)機(jī)械在實際應(yīng)用中也暴露出各種問題，其中最為突出的問題便是農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性影響，為此需要結(jié)合新時期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，針對農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)水平。

2.2 區(qū)域特征

我國屬于農(nóng)業(yè)大國，不同農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)的地形、土壤、地質(zhì)環(huán)境、地勢地貌和氣候等方面存在較大差異，在經(jīng)濟(jì)水平、文化差異方面也各不相同，因此不同地區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)廠家應(yīng)該聯(lián)系具體種植區(qū)域內(nèi)的實際發(fā)展?fàn)顩r，考慮到不同地區(qū)的空間差異，進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)化設(shè)計。盡管當(dāng)下國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械品種在我國不同地區(qū)資源影響下呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展，品種較多，但我國想要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化發(fā)展目標(biāo)還存在較大差距，為此需要不斷努力，改善農(nóng)機(jī)通過性，確保其滿足相應(yīng)的農(nóng)地耕種要求，提升農(nóng)機(jī)作業(yè)率，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。對于部分文化和經(jīng)濟(jì)水平較低的地區(qū)，還需提供充足的資金支持，組織農(nóng)戶學(xué)習(xí)各種農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作技術(shù)，使其認(rèn)識到農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性和環(huán)境之間的關(guān)系，親自動手，進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境調(diào)整，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的順暢操作奠定良好基礎(chǔ)[3]。

2.3 和農(nóng)業(yè)技術(shù)密切聯(lián)系

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械制造之間也具有密切聯(lián)系。其中農(nóng)業(yè)機(jī)械制造生產(chǎn)屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)和機(jī)械制造融合的產(chǎn)物，能夠針對傳統(tǒng)模式下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)有問題進(jìn)行合理調(diào)整與改善，二者之間屬于一種互相促進(jìn)和互相補(bǔ)充的關(guān)系，能夠進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展中可以將機(jī)械制造的價值全面激發(fā)出來。除了農(nóng)業(yè)技術(shù)之外，農(nóng)業(yè)環(huán)境同樣會影響農(nóng)業(yè)機(jī)械制造，而農(nóng)業(yè)機(jī)械在設(shè)計制造中需要聯(lián)系具體的種植區(qū)域特征，包括地形、土壤、農(nóng)作物生長規(guī)律以及操作目標(biāo)等因素進(jìn)行綜合考慮，確保相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各項要求，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性，使其能夠在目標(biāo)種植區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行，不會受到各種阻礙和限制，保障生產(chǎn)質(zhì)量。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 輪式機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)模式下的農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)行走機(jī)構(gòu)通常包括輪式機(jī)構(gòu)和履帶式機(jī)構(gòu)兩種形式。其中輪式機(jī)構(gòu)主要涵蓋電機(jī)驅(qū)動形式為主以及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的輪式機(jī)構(gòu)。輪式機(jī)構(gòu)相關(guān)操作技術(shù)較為成熟，整體運行靈活。而應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的輪式機(jī)構(gòu)因為發(fā)展時間較早，在農(nóng)業(yè)機(jī)械整個領(lǐng)域中獲得了廣泛的推廣和應(yīng)用。在當(dāng)下各種新型技術(shù)能源不斷發(fā)展背景下，不斷衍生出各種電機(jī)驅(qū)動模式的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)通過性會受到最小轉(zhuǎn)向半徑、縱向通過半徑、離去角、接近角、離地最小間隙等諸多參數(shù)的影響和限制，為此在實際設(shè)計過程中，需要結(jié)合不同因素影響進(jìn)行綜合考慮。

3.2 履帶式結(jié)構(gòu)

履帶式的農(nóng)業(yè)機(jī)械行走機(jī)構(gòu)在某些起伏較大的區(qū)域內(nèi)中具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械對于障礙的跨域能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械。但同時履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)行走機(jī)構(gòu)在實際操作中也存在某些缺陷，如在轉(zhuǎn)彎時過程中，因為行走機(jī)構(gòu)兩端履帶速度存在一定差異，進(jìn)而增加了農(nóng)業(yè)機(jī)械的滑動概率，同時也面臨較大的阻力，實際應(yīng)用中存在靈活性不足的問題[4]。

4 農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性設(shè)計和具體工作環(huán)境之間的關(guān)系

4.1 地理環(huán)境在動力方面的影響

針對農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)通過性能力開展設(shè)計活動中，應(yīng)該結(jié)合其所應(yīng)用的工作環(huán)境影響進(jìn)行系統(tǒng)分析，具體包括地理環(huán)境和地表特性兩種影響。其中地理環(huán)境會對農(nóng)業(yè)機(jī)械動力選擇產(chǎn)生一定影響。針對相對平整且覆蓋面積較大的農(nóng)田而言，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械操作中，因為整體條件良好，沒有太多的影響和限制，因此可以選擇污染程度較低的親環(huán)境汽油機(jī)充當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作驅(qū)動力。而在滿足相應(yīng)條件的情況下，相關(guān)地區(qū)可以針對農(nóng)業(yè)機(jī)械實施電機(jī)驅(qū)動專門設(shè)計，從而提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。針對農(nóng)田地面起伏較大、高低不平的區(qū)域，進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)設(shè)計中，可以選擇柴油機(jī)提供驅(qū)動力。

4.2 地表特性在行走機(jī)構(gòu)方面的影響

地表特性同樣會對農(nóng)業(yè)機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的選擇產(chǎn)生某種影響。因為農(nóng)業(yè)機(jī)械在實際操作中擁有和地表進(jìn)行直接接觸的特征，為此需要聯(lián)系行走機(jī)構(gòu)這一特點，對行走機(jī)構(gòu)類型進(jìn)行合理的確定與選擇。接觸地表類似于某種十分堅硬的土壤表層時，為需要考慮農(nóng)業(yè)機(jī)械整體行動過程中所受到的地表阻力影響以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的運行靈活度。如果農(nóng)業(yè)機(jī)械工作區(qū)域面對的是比較松軟的土壤，則需要聯(lián)系該種類型土壤的彈性、塑性以及黏性等因素進(jìn)行綜合考慮，準(zhǔn)確把握其對于農(nóng)業(yè)機(jī)械運行活動的影響。通過相關(guān)研究工作針對土壤創(chuàng)建八面單元體形式的模型，并通過相關(guān)模型分析彈塑性力學(xué)特征，獲得農(nóng)業(yè)機(jī)械所受到的土壤應(yīng)力的影響，最終確定到底該選擇何種行走機(jī)構(gòu)類型。

5 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境改造

農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)通過進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步改善農(nóng)業(yè)機(jī)械實際操作中的通過性，而具體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位還需要針對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行靈活調(diào)整，幫助農(nóng)業(yè)機(jī)械減輕工作阻礙，促進(jìn)農(nóng)機(jī)通過能力的有效提升。比如針對起伏較大的種植區(qū)可以采取減少坡度、平整地面等措施優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，而對于軟質(zhì)土壤種植區(qū)域，可以選擇改善土壤性能，因地制宜，采取針對性措施有效提升農(nóng)機(jī)通過性能。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境改造中除了自然環(huán)境方面的改造，治理水土之外，還需做好經(jīng)濟(jì)環(huán)境改造，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)地區(qū)的教育水平，確保相關(guān)種植人員熟悉和了解農(nóng)業(yè)機(jī)械具體操作，提高其環(huán)境改造能力，提升環(huán)境意識，認(rèn)識到環(huán)境對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

6 農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性優(yōu)化的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向

農(nóng)業(yè)是國家發(fā)展中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，同時也受到了全世界各國的高度重視，而國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域通過深入研究農(nóng)業(yè)機(jī)械自身通過性，提出了眾多價值較高的改善方案，其中部分方案甚至已經(jīng)開始正式投入運行中。為了進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械自身的通過性，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，應(yīng)該對傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用潛力進(jìn)行深入挖掘，同時針對傳統(tǒng)模式下的農(nóng)業(yè)機(jī)械行走機(jī)柜實施全面改造升級，例如如果選擇履帶和輪式兩者結(jié)合的復(fù)合型機(jī)構(gòu)，針對履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械在轉(zhuǎn)向方面的缺陷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，相關(guān)改良方案應(yīng)該在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，擴(kuò)大機(jī)械設(shè)備的推廣應(yīng)用范圍。行走腳技術(shù)通常是在機(jī)械人的設(shè)計制造中進(jìn)行合理應(yīng)用。而在農(nóng)業(yè)機(jī)械行走機(jī)構(gòu)當(dāng)中順利引入行走腳技術(shù)，能夠促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)器和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的全面融合，推動農(nóng)業(yè)機(jī)械實現(xiàn)智能化發(fā)展。

7 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化發(fā)展背景下，隨著農(nóng)機(jī)作業(yè)要求的不斷提升，需要采取有效措施對農(nóng)機(jī)應(yīng)用性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使其能夠在不同環(huán)境下發(fā)揮出應(yīng)有的效能。本文就此針對農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)通過性設(shè)計以及環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出了有效的改進(jìn)方向和科學(xué)的設(shè)計思路，幫助農(nóng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，改善農(nóng)機(jī)應(yīng)用性能。