机械设计在农业的应用
摘要：随着农民工大量进入城市工作，农村地区劳动力年龄及结构发生了显著变化，家庭联产承包责任制使农民小规模土地经营，与购买农业机械需求产生矛盾，为实现农业机械化、产业化发展，提升农业机械效率，机械设计科学合理化是我国农业发展的必经之路。本文探讨我国农业机械设计现状及发展方向。
关键词：农业机械；设计；自动化；制造
1建国后农业机械发展历程和发展方向
建国初期，由于工业基础非常薄弱，旧式农具作为农业生产设备普遍存在，在随后高度集中的计划经济时代，国家对农业机械化进行了大量投资、推广，截止二十世纪八十年代，全国农业机械生产企业达到了1800余家，随着设备增多，农机维修行业也得到了大量发展。在90年代中期到2003年，联合收割机的使用量从6万多台增加到36万余台。随着机械设计水平和制造的提升，目前农业机械发展有以下几个方面的发展方向。随着农业机械使用者对质量和效率的更高要求，自动化和智能化的农业机械设计及制造代表了目前国际农机发展的要求，能够提高作业质量降低劳动时间和强度，是目前农机科技人员的主要任务。对于我国不同地区，农民有不同的种植习惯和方法，比如关于株距多少、行距多少等没有统一的标准，因此某一种收获机械不能完全适用于某种种植作物，从而限制了该机械的使用范围。农业机械在制造前必须因地制宜，不能照搬外国产品，否则适合外国的农机产品或许在我国就无法正常工作。再者农业机械发展绝不仅仅是机械本身，肯定还包括了与机械有关的其他环节。自然农业机械的发展还与农艺、相关加工处理行业的共同进步有关，但我们知道农业机械化的发展进程是不可阻挡的，希望我国农业和农机设计制造能够发展的越来越好。农机设计及发展将向环保和节能方向努力，当前我国倡导生态文明建设的同时，对农业机械排放标准进行了进一步要求，“金山银山就是绿水青山”的发展理念就是我们建设节约型社会和绿色可持续发展的基本理念，如何在节能环保的前提下，提升农业机械的动力，在机械发动机的设计和制造工艺上，，要尽可能提升能量利用率，降低排放量。农机设计向大型宽幅复式方向发展，因宽幅和复试能够提升作业效率，可以迅速使农业向现代农业转化、规模经营，此类机械应是我国农业机械的主要发展方向。个性化专用化以及可靠便捷舒适安全等均是未来农业机械化发展的细致方向。例如我国缺少匹配高原或丘陵地区作业的机械，畜牧水产机械、农业采摘机器人等机械缺乏，使生产效率不高，因此，设计生产个性、专用、性能可靠的机械应是我国农业机械的重点发展方向。
2我国农业机械发展水平与发达国家的差异
建国之初，由于我国工业基础薄弱，对于农业机械的设计和制造也大多局限于原有农机工具的范围内，与同时期欧美等发达国家农业机械发展差距越来越大，且我国自实行生产联包责任制以来，单位耕作面积更小了，使得农业机械的综合利用率很低，不能明显体现出更好的使用效果。而欧美等发达国家，在上世纪中叶经过不断发展，尤其是在大面积的农场生产中，已经有一套成熟的生产设备使用体系，达到了全面机械化生产的目标。我国在最能体现一个国家农业机械设计和制造水平的典型产品拖拉机和收获机方面比美国相差40年左右。且我国能够制造的大多数农机很多知识仿造别人设计的农机产品，这就在农机的可靠性方面存在较多问题，平均故障间隔时间低于发达国家。在农业机械设计和制造中缺乏自主核心技术从整体工作效果方面就会较难突破。例如联合收割机的使用工作效率，我国的亩平均能量消耗是美国的8倍以上，而设备基数大、工艺落后、使用率低、故障率高等情况使我国农业作业效果与欧美等发达国家差距极大，机械分散管理难度大，无法实现高使用率和高回报率。为使农业机械更好地发挥其应有的性能，提升农业机械的作业质量和工作效率是农机操作人员必须要思考的问题，只有保证农机最佳的工作状态与效率，才能有效的减少农业生产中的能源损耗和时间浪费[1]。根据我国农机发展现状起步晚，基础科研数据不够完善，研究层次不够高，针对我国地域多样性，在设备设计和制造中容易忽略作物生长环境的差异化、作物种类的多样化、精细农业发展需要的精细化管理等发展需要。
3自动控制技术在农业机械设计中的重要作用
对于工业制造水平不断提升的现在，在传统农业机械生产过程中添加自动控制系统，不仅能够保证相关设备在生产过程中顺利开展，还能获得良好使用效果。自动控制技术能够使机械在工作过程中的稳定性和确保机械工作的效率得以保证，进而具有操作上的简便效果，在生产过程中可以实现智能控制的同时完成故障方面的诊断和警示。基于自动管控技术，操作员可以结合相应的故障警示，及时判断故障位置把那个快速完成故障排查工作。在日常农业管理中起到重要作用的灌溉系统引入自动控制技术，不仅是灌溉发展的需要，也是现代化农业的标志。能够更加科学的通过自动控制技术结合灌溉区域划分，自动化管控指令设定，严格按照设定的灌溉时间和灌溉总量进行工作，既节约资源又达到灌溉目的，极大地解放生产力，提升灌溉效率。随着农业管理进一步的精细化，无土栽培、恒温生长等生产条件的不断成熟，行业也通过自动控制技术的应用，提升精细化生产水平。
4机械创新设计在农业机械结构设计中的应用
材料的创新选用能够将机械功能和工作效果得以增强和提升，例如新型材料石墨烯用于农业机械轮胎制造中，不仅能够提升相应部件性能，增强工作稳定性，同时使得材料特性得到优化提升，更大的发挥作用。再者使用新型材料加工工艺不仅能够提升部件的精确程度，而且在设备使用中增强能量利用率，延长使用寿命。可以充分利用变元法，将材料进行改变，选用最优材料设计方案，以保障效果最佳[2]。根据实际农业生产需要运用创新设计理念对现有机械进行优化，有针对性的创新改革，用最优最少的零件有效的提升工作效率，合理减少成本消耗。改善制作流程和加工工艺能够帮助所使用的机械原材料发挥其工艺优势，增强加工的最终效果。改善现有农业机械零件结构，提升机械性能。
结束语
时代在进步，规模化、机械化大生产是我国未来农业发展方向，如何能够提升“农业大户”整体生产效率，增强农机实用效果，是机械设计人员必须考虑的。现有的农机产品仍在不断突破自身局限，提升工作效率，添加最新研制的相关工业材料和先进设计理念、技术应用在实际生产中，使得机械化发展不断进步，提升农业机械产业的市场地位。未来农机产品会愈发吸引社会投入，形成设计、生产、消费使用、提升农业生产效率的良性循环。另外，农机产品设计提升的同时，在使用说明和农业机械手的专业培训方面需要进一步提升，在农业生产的过程中，操作人员的操作水平依然重要，农业机械中自动控制技术的应用不仅从农业生产的运行模式到设备的维护保养都发生了很大的改善，我国如何能在今后的农机产业发展中突破自身设计思路局限性，为农业大户做大做强提供机械支持，解放人力，从而提升整体收入。同样思考如何使小面积种植户能够便捷使用先进农机破除维护保养难题，尽可能从机械设计的源头为后续使用打下良性基础。我国目前已是工业制造大国，但在机械设计和制造方面依然与发达国家有明显差距，目前很多口碑好的常用农业机械依然是日本、欧美品牌，因此，提升整体农业机械国产品牌影响力和口碑是一项长期的发展目标。而在设计和研究领域，能够吸收欧美先进的设计制造理念的基础上，结合我国现有的农业发展现状，制造符合我国实际情况的生产设备，是我们未来一段时间需要着重思考和努力的方向。
参考文献
[1]惠晓强.农业机械作业质量及工作效率的提升[J].农机使用与维修,2018(7):15.
[2]谭潇.探讨创新设计在机械结构设计的运用[J].山东工业技术,2019(6):48.-187-
作者：孙思晨 单位：鹤壁职业技术学院机电工程学院
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