農(nóng)業(yè)機械學(xué)講義

《農(nóng)業(yè)機械學(xué)》講義

張曉輝

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)

機械與電子工程學(xué)院

緒 論

一、農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)特點

《農(nóng)業(yè)機械學(xué)》是農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的主干課程，同時也是該專業(yè)的特色課程。農(nóng)業(yè)機械是機械工程學(xué)科中的一個大門類，但是他與其他通用機械有許多不同之處，例如：1，工作對象復(fù)雜：農(nóng)業(yè)機械的工作對象為生物及與生物活動有關(guān)的環(huán)境條件——土壤、水、肥料、氣候等，而這些情況有又根據(jù)區(qū)域、作物類別、種類、自然條件和栽培制度的不同變化較大，這就要求農(nóng)業(yè)機械應(yīng)具有較大的適應(yīng)性。2，季節(jié)性強：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強的季節(jié)性，往往是在時間比較集中的高強度條件下進行作業(yè)，這就需要農(nóng)業(yè)機械具有較高的可靠性和生產(chǎn)率。3，工作環(huán)境條件差：許多農(nóng)業(yè)機械是在田間、露天地和高速行走狀態(tài)下工作的，農(nóng)業(yè)機械必須有較高的產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平。

二、農(nóng)業(yè)機械學(xué)的研究領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)機械學(xué)有廣義和狹義之分。廣義的農(nóng)業(yè)機械是指機具和動力，也就是我們經(jīng)常所說的機組，而且，含蓋了大農(nóng)業(yè)范圍內(nèi)的農(nóng)、林、牧、副、漁等所有的作業(yè)設(shè)備——田間作業(yè)機械、場上作業(yè)機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械、林業(yè)機械、漁業(yè)機械、牧草機械、蓄禽飼養(yǎng)機械、飼料加工機械、農(nóng)田基本建設(shè)機械等；狹義的農(nóng)業(yè)機械主要是指田間作業(yè)機具。農(nóng)業(yè)機械學(xué)的研究領(lǐng)域主要是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需要、自然條件等，利用機械動力學(xué)、控制論及優(yōu)化設(shè)計、隨機過程、可靠性設(shè)計、機械設(shè)計及理論等研究農(nóng)業(yè)機械的理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計、試驗和

應(yīng)用等問題。本課程所涉及的內(nèi)容主要是田間作業(yè)機械，而且側(cè)重于小麥生產(chǎn)機械化所必須的典型設(shè)備的構(gòu)造、原理、設(shè)計理論等。

三、國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

國內(nèi)情況：中國是從解放后開始發(fā)展自己的農(nóng)機化事業(yè)的，雖然經(jīng)歷了許多的風(fēng)風(fēng)雨雨，但還是取得了較大的發(fā)展，由于中國地域遼闊，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，農(nóng)機化水平差別較大，農(nóng)機總動力與發(fā)達國家?guī)缀跸喈?dāng)，但農(nóng)機具數(shù)量、質(zhì)量、種類、性能等硬件指標(biāo)與發(fā)達國家存在較大的差距，機械化程度系數(shù)平均為0.3左右，處于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的初級階段，農(nóng)機化事業(yè)任重而道遠。關(guān)于中國農(nóng)機化發(fā)展歷程以及目前的狀況，我們已在《農(nóng)機化經(jīng)營管理學(xué)》中作過詳細的介紹，未來中國的農(nóng)機化發(fā)展趨勢從宏觀上看要與世界發(fā)展同步，但微觀工作難度較大，基本機械化是我們的近期目標(biāo)，全方位農(nóng)機化及局部領(lǐng)域內(nèi)的以機械、電子、信息等為依托的與生物工程相結(jié)合的精確農(nóng)業(yè)機械化則是中國農(nóng)機化發(fā)展的遠期目標(biāo)。

國外情況：以美國為代表的西方發(fā)達國家早在上個世紀60年代就已經(jīng)基本上實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化，70年代初實現(xiàn)了全方位機械化，并逐步被自動化所取代。80年代末期，基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輔助決策支持技術(shù)和農(nóng)業(yè)工程裝備自動化技術(shù)等集成組裝起來的作物生產(chǎn)精細經(jīng)營技術(shù)——精確農(nóng)業(yè)在西方發(fā)達國家開始研究應(yīng)用，精確農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)機械化、自動化的高度體現(xiàn)，同時也是對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式的一種新挑戰(zhàn)，最為關(guān)鍵的是他使人們對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化在觀念上發(fā)生了革命性的變化。精確農(nóng)業(yè)——是以知識為基礎(chǔ)的農(nóng)

業(yè)微觀管理系統(tǒng)，其核心是根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)厮鶞y定的作物作業(yè)實際需要確定對作物的投入量或作業(yè)量。系統(tǒng)組成：GPS、GIS（計算機控制器、傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)、專家決策支持系統(tǒng)、永久性地理空間數(shù)據(jù)等）、RS、電子化執(zhí)行設(shè)備（電子化拖拉機、可變量投入性農(nóng)機具等）。

1、 精確農(nóng)業(yè)的背景條件

⑴ 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的粗放式經(jīng)營管理模式日益受到現(xiàn)代社會發(fā)展的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的特征之一，均勻投入和均勻作業(yè)。事實上，在同一地塊，土壤的肥力、質(zhì)地、含水量、有機質(zhì)含量存在很大差異；雜草、病蟲害等發(fā)生發(fā)展也是不均勻的，如雜草往往呈斑塊狀，且多年在同一位置上，病蟲害初期也只在小范圍內(nèi)發(fā)生，如能及時管理可控制蔓延。施肥、施藥過量或不充分都可造成產(chǎn)量減少。這需要針對不同的需求進行變量投入或變量作業(yè)。⑵傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)過量地消耗能源。⑶傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞，

2、 精確農(nóng)業(yè)的工作過程

通過全球定位系統(tǒng)（GPS），確定農(nóng)業(yè)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機器在田間的瞬時位置，通過設(shè)置在田間、也可能是農(nóng)業(yè)機器上的傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)隨時隨地的采集田間數(shù)據(jù)（質(zhì)地、肥力、含誰量、作物生長狀況、病蟲害、雜草等），這些數(shù)據(jù)輸入到地理信息系統(tǒng)（GIS），結(jié)合事先儲存在GIS中的定期輸入或持久性數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)及其他支持決策系統(tǒng)，對信息進行加工處理，迅速做出適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)作業(yè)決策，即符合變量投入或變量作業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)處方，再通過作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機器攜帶的計算機控制器控制變量執(zhí)行設(shè)備，實現(xiàn)對作物的變量投入或變量操

作。工作流程圖如下：

圖 精確農(nóng)業(yè)工作流程圖

四、本課程的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法

農(nóng)業(yè)機械學(xué)是一門講述常用農(nóng)業(yè)機械基本構(gòu)造、工作原理、理論分析及設(shè)計計算等內(nèi)容的專業(yè)課程。通過學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠掌握典型農(nóng)業(yè)機械的基本知識，為今后從事農(nóng)機化事業(yè)或其他農(nóng)業(yè)工程工作打下堅實的理論基礎(chǔ)。我國幅員遼闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件復(fù)雜，農(nóng)作種類繁多，各地所使用的農(nóng)業(yè)機械不近相同。本課程主要結(jié)合山東省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際和機械化現(xiàn)狀，以大田型農(nóng)業(yè)機械為主，講述與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的典型農(nóng)業(yè)機械設(shè)備：耕地機械、整地機械、播種機械、植保機械、收割機械、脫粒機械、小麥聯(lián)合收獲機械、玉米聯(lián)合收獲機械等。同時，結(jié)合課堂講授內(nèi)容，增加一些國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機械最新研究動態(tài)，使學(xué)生除掌握教材主要內(nèi)容外，還可了解農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展趨勢。另外，農(nóng)業(yè)機械學(xué)是一門實踐性很強的專業(yè)課程，必要的教學(xué)實驗實習(xí)是使學(xué)生理解和掌握課堂授課內(nèi)容的重要手段，本課程安排有8—10次實

驗實習(xí)。主要參考書：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇理工大學(xué)等主編的《農(nóng)業(yè)機械學(xué)》。教學(xué)學(xué)時70，其中，實踐性教學(xué)學(xué)時20學(xué)時。

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