農業機械學講義

《農業機械學》講義

張曉輝

山東農業大學

機械與電子工程學院

緒 論

一、農業機械的作業特點

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

二、農業機械學的研究領域

農業機械學有廣義和狹義之分。廣義的農業機械是指機具和動力，也就是我們經常所說的機組，而且，含蓋了大農業范圍內的農、林、牧、副、漁等所有的作業設備——田間作業機械、場上作業機械、農副產品加工機械、林業機械、漁業機械、牧草機械、蓄禽飼養機械、飼料加工機械、農田基本建設機械等；狹義的農業機械主要是指田間作業機具。農業機械學的研究領域主要是根據農業生產的實際需要、自然條件等，利用機械動力學、控制論及優化設計、隨機過程、可靠性設計、機械設計及理論等研究農業機械的理論、結構設計、試驗和

應用等問題。本課程所涉及的內容主要是田間作業機械，而且側重于小麥生產機械化所必須的典型設備的構造、原理、設計理論等。

三、國內外農業機械化發展現狀與趨勢

國內情況：中國是從解放后開始發展自己的農機化事業的，雖然經歷了許多的風風雨雨，但還是取得了較大的發展，由于中國地域遼闊，經濟發展不平衡，農機化水平差別較大，農機總動力與發達國家幾乎相當，但農機具數量、質量、種類、性能等硬件指標與發達國家存在較大的差距，機械化程度系數平均為0.3左右，處于現代農業的初級階段，農機化事業任重而道遠。關于中國農機化發展歷程以及目前的狀況，我們已在《農機化經營管理學》中作過詳細的介紹，未來中國的農機化發展趨勢從宏觀上看要與世界發展同步，但微觀工作難度較大，基本機械化是我們的近期目標，全方位農機化及局部領域內的以機械、電子、信息等為依托的與生物工程相結合的精確農業機械化則是中國農機化發展的遠期目標。

國外情況：以美國為代表的西方發達國家早在上個世紀60年代就已經基本上實現了農業機械化，70年代初實現了全方位機械化，并逐步被自動化所取代。80年代末期，基于現代電子信息技術、農業生產輔助決策支持技術和農業工程裝備自動化技術等集成組裝起來的作物生產精細經營技術——精確農業在西方發達國家開始研究應用，精確農業是農業機械化、自動化的高度體現，同時也是對傳統農業生產經營方式的一種新挑戰，最為關鍵的是他使人們對農業現代化在觀念上發生了革命性的變化。精確農業——是以知識為基礎的農

業微觀管理系統，其核心是根據當時當地所測定的作物作業實際需要確定對作物的投入量或作業量。系統組成：GPS、GIS（計算機控制器、傳感器及監測系統、專家決策支持系統、永久性地理空間數據等）、RS、電子化執行設備（電子化拖拉機、可變量投入性農機具等）。

1、 精確農業的背景條件

⑴ 傳統農業的粗放式經營管理模式日益受到現代社會發展的挑戰。傳統農業的特征之一，均勻投入和均勻作業。事實上，在同一地塊，土壤的肥力、質地、含水量、有機質含量存在很大差異；雜草、病蟲害等發生發展也是不均勻的，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發生，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量減少。這需要針對不同的需求進行變量投入或變量作業。⑵傳統農業過量地消耗能源。⑶傳統農業對生態環境的嚴重破壞，

2、 精確農業的工作過程

通過全球定位系統（GPS），確定農業作業者或農業機器在田間的瞬時位置，通過設置在田間、也可能是農業機器上的傳感器及監測系統隨時隨地的采集田間數據（質地、肥力、含誰量、作物生長狀況、病蟲害、雜草等），這些數據輸入到地理信息系統（GIS），結合事先儲存在GIS中的定期輸入或持久性數據、專家系統及其他支持決策系統，對信息進行加工處理，迅速做出適當的農業作業決策，即符合變量投入或變量作業的農業生產處方，再通過作業者或農業機器攜帶的計算機控制器控制變量執行設備，實現對作物的變量投入或變量操

作。工作流程圖如下：

圖 精確農業工作流程圖

四、本課程的教學內容和學習方法

農業機械學是一門講述常用農業機械基本構造、工作原理、理論分析及設計計算等內容的專業課程。通過學習，使同學們能夠掌握典型農業機械的基本知識，為今后從事農機化事業或其他農業工程工作打下堅實的理論基礎。我國幅員遼闊，農業生產條件復雜，農作種類繁多，各地所使用的農業機械不近相同。本課程主要結合山東省的農業生產實際和機械化現狀，以大田型農業機械為主，講述與農業生產有關的典型農業機械設備：耕地機械、整地機械、播種機械、植保機械、收割機械、脫粒機械、小麥聯合收獲機械、玉米聯合收獲機械等。同時，結合課堂講授內容，增加一些國內外農業機械最新研究動態，使學生除掌握教材主要內容外，還可了解農業機械化發展趨勢。另外，農業機械學是一門實踐性很強的專業課程，必要的教學實驗實習是使學生理解和掌握課堂授課內容的重要手段，本課程安排有8—10次實

驗實習。主要參考書：中國農業大學、江蘇理工大學等主編的《農業機械學》。教學學時70，其中，實踐性教學學時20學時。

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