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農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)講義
《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》講義
張曉輝
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
機(jī)械與電子工程學(xué)院
緒 論
一、農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)
《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》是農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主干課程，同時(shí)也是該專(zhuān)業(yè)的特色課程。農(nóng)業(yè)機(jī)械是機(jī)械工程學(xué)科中的一個(gè)大門(mén)類(lèi)，但是他與其他通用機(jī)械有許多不同之處，例如：1，工作對(duì)象復(fù)雜：農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作對(duì)象為生物及與生物活動(dòng)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(lèi)別、種類(lèi)、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(jī)械應(yīng)具有較大的適應(yīng)性。2，季節(jié)性強(qiáng)：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的季節(jié)性，往往是在時(shí)間比較集中的高強(qiáng)度條件下進(jìn)行作業(yè)，這就需要農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)械必須有較高的產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平。
二、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)的研究領(lǐng)域
農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)有廣義和狹義之分。廣義的農(nóng)業(yè)機(jī)械是指機(jī)具和動(dòng)力，也就是我們經(jīng)常所說(shuō)的機(jī)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(jī)械、場(chǎng)上作業(yè)機(jī)械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械、林業(yè)機(jī)械、漁業(yè)機(jī)械、牧草機(jī)械、蓄禽飼養(yǎng)機(jī)械、飼料加工機(jī)械、農(nóng)田基本建設(shè)機(jī)械等；狹義的農(nóng)業(yè)機(jī)械主要是指田間作業(yè)機(jī)具。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)的研究領(lǐng)域主要是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要、自然條件等，利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)、控制論及優(yōu)化設(shè)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程、可靠性設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論等研究農(nóng)業(yè)機(jī)械的理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和
應(yīng)用等問(wèn)題。本課程所涉及的內(nèi)容主要是田間作業(yè)機(jī)械，而且側(cè)重于小麥生產(chǎn)機(jī)械化所必須的典型設(shè)備的構(gòu)造、原理、設(shè)計(jì)理論等。
三、國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)情況：中國(guó)是從解放后開(kāi)始發(fā)展自己的農(nóng)機(jī)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(guó)地域遼闊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，農(nóng)機(jī)化水平差別較大，農(nóng)機(jī)總動(dòng)力與發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跸喈?dāng)，但農(nóng)機(jī)具數(shù)量、質(zhì)量、種類(lèi)、性能等硬件指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距，機(jī)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(jí)階段，農(nóng)機(jī)化事業(yè)任重而道遠(yuǎn)。關(guān)于中國(guó)農(nóng)機(jī)化發(fā)展歷程以及目前的狀況，我們已在《農(nóng)機(jī)化經(jīng)營(yíng)管理學(xué)》中作過(guò)詳細(xì)的介紹，未來(lái)中國(guó)的農(nóng)機(jī)化發(fā)展趨勢(shì)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(jī)械化是我們的近期目標(biāo)，全方位農(nóng)機(jī)化及局部領(lǐng)域內(nèi)的以機(jī)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(jī)械化則是中國(guó)農(nóng)機(jī)化發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)。
國(guó)外情況：以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在上個(gè)世紀(jì)60年代就已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化，70年代初實(shí)現(xiàn)了全方位機(jī)械化，并逐步被自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)等集成組裝起來(lái)的作物生產(chǎn)精細(xì)經(jīng)營(yíng)技術(shù)——精確農(nóng)業(yè)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究應(yīng)用，精確農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的高度體現(xiàn)，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式的一種新挑戰(zhàn)，最為關(guān)鍵的是他使人們對(duì)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(shí)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(shí)當(dāng)?shù)厮鶞y(cè)定的作物作業(yè)實(shí)際需要確定對(duì)作物的投入量或作業(yè)量。系統(tǒng)組成：GPS、GIS（計(jì)算機(jī)控制器、傳感器及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、專(zhuān)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(jī)、可變量投入性農(nóng)機(jī)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(yíng)管理模式日益受到現(xiàn)代社會(huì)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(shí)上，在同一地塊，土壤的肥力、質(zhì)地、含水量、有機(jī)質(zhì)含量存在很大差異；雜草、病蟲(chóng)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(chóng)害初期也只在小范圍內(nèi)發(fā)生，如能及時(shí)管理可控制蔓延。施肥、施藥過(guò)量或不充分都可造成產(chǎn)量減少。這需要針對(duì)不同的需求進(jìn)行變量投入或變量作業(yè)。⑵傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)過(guò)量地消耗能源。⑶傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，
2、 精確農(nóng)業(yè)的工作過(guò)程
通過(guò)全球定位系統(tǒng)（GPS），確定農(nóng)業(yè)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機(jī)器在田間的瞬時(shí)位置，通過(guò)設(shè)置在田間、也可能是農(nóng)業(yè)機(jī)器上的傳感器及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨時(shí)隨地的采集田間數(shù)據(jù)（質(zhì)地、肥力、含誰(shuí)量、作物生長(zhǎng)狀況、病蟲(chóng)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(chǔ)存在GIS中的定期輸入或持久性數(shù)據(jù)、專(zhuān)家系統(tǒng)及其他支持決策系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)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(guò)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機(jī)器攜帶的計(jì)算機(jī)控制器控制變量執(zhí)行設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)械學(xué)是一門(mén)講述常用農(nóng)業(yè)機(jī)械基本構(gòu)造、工作原理、理論分析及設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容的專(zhuān)業(yè)課程。通過(guò)學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠掌握典型農(nóng)業(yè)機(jī)械的基本知識(shí)，為今后從事農(nóng)機(jī)化事業(yè)或其他農(nóng)業(yè)工程工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。我國(guó)幅員遼闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件復(fù)雜，農(nóng)作種類(lèi)繁多，各地所使用的農(nóng)業(yè)機(jī)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(shí)際和機(jī)械化現(xiàn)狀，以大田型農(nóng)業(yè)機(jī)械為主，講述與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的典型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備：耕地機(jī)械、整地機(jī)械、播種機(jī)械、植保機(jī)械、收割機(jī)械、脫粒機(jī)械、小麥聯(lián)合收獲機(jī)械、玉米聯(lián)合收獲機(jī)械等。同時(shí)，結(jié)合課堂講授內(nèi)容，增加一些國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械最新研究動(dòng)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(jī)械化發(fā)展趨勢(shì)。另外，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，必要的教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)
驗(yàn)實(shí)習(xí)。主要參考書(shū)：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇理工大學(xué)等主編的《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》。教學(xué)學(xué)時(shí)70，其中，實(shí)踐性教學(xué)學(xué)時(shí)20學(xué)時(shí)。
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