农业机械中机电一体化的应用研究

农业机械中机电一体化的应用研究

王立龙

身份证号码513426198008302412

摘要：近年来，我国农业生产模式发生了显著变化，农业机械成为农业生产实施的主要劳动力，在现代化生产过程中发挥了显著作用。在农机市场的激励下，农业机械产品的制造工艺、结构组成及功能都实现了显著优化，农业机械的生产可靠性相应提升。随着电子技术与各行各业深度融合，机电一体化学科得到了快速发展，其与农业机械的融合也越来越紧密，对传统的农机产品进行电子技术、控制技术的优化升级，能显著提高农机自动化程度，优化农机作业过程控制，降低农机故障率，有利于农业机械化生产的高质量实施。

关键词：农业机械、机电一体化、应用研究

一、机电一体化技术特征

机电一体化技术(Mechatronics)的起源约在20世纪60—70年代，随着电子技术的发展，机械工程师逐渐将机械产品设计过程融入电子技术，进而提高机械设备的性能。机电一体化技术的特征是将机械产品的功能、传动技术、控制技术与电子技术相结合，使电子技术与机械技术融合，实现机械产品性能的进一步提升。与传统的机械设备相比，机电一体化技术利用部分电控元件实现了机械功能的柔性控制，机械结构实现简化，机械功能和可控程度进一步增加；与单纯的电子技术相比，机电一体化技术以机械装备结构为主体，机械结构仍是主要实施者，进而利用电子技术进行功能控制与优化。要实现机电一体化技术与农业机械的融合，必须从机电一体化技术特征出发，利用微电子技术、控制技术、传感器技术、计算机技术实现农机产品结构简化、成本降低、可靠性提高，并且设备整体向高度智能化发展，不仅满足农业生产的多样化需求，而且进一步降低劳动力负担。机电一体化技术在农业机械的应用模式为利用动力源与能源驱动可控执行器，用以驱动农业机械各个功能部件运转或执行相应动作，再利用多种传感器监测机械动作的执行情况，通过电子控制ECU或人机交互分析处理传感器数据，辨别农机是否正常运转，并形成控制新决策反馈给可控执行器，实现农业机械的实时可控。

二、机电一体化在农机中的应用形式

（一）性能提升方面的应用

农业机械驾驶操作便捷性得到提升。通过机械电子控制技术实现对农机各个部件的精确控制，如提升收获机收割高度，可通过电控液压技术和传感器监测技术实现收获机收割高度的精确升降控制，使收获过程的留茬高度进一步符合农艺要求，此外，将机电一体化技术与卫星定位技术、雷达监测技术、视觉技术相结合，能有效获取田间作业信息，提高农机的智能驾驶和自主作业能力，能有效促进农机智能化发展。农业机械化生产实施过程更为合理。如在农业植保作业过程中，传统的生产方式常导致大量的肥料、药剂浪费，甚至造成环境污染和人身健康威胁，利用机电一体化技术能精准控制喷药量，使喷药量与机械行驶速度相匹配，实现精确、精量喷施。在农业机械化播种作业过程中，利用机电一体化设计理念整合电控、气体负压、传感器等技术设计的高速精量播种机，能精确控制播种量和播种速度，有效减少种子和肥料的浪费。如大疆T10植保无人机配备有RTK差分卫星定位技术，能实现厘米级定位，同时搭载了双通道电磁流量计，实现精准施药，搭载球形雷达系统和前后两个FPV摄像头，实现了全环境、全天候、全向感知障碍物及周围环境，有效提高作业安全性。

（二）可靠性提升方面的应用

机电一体化技术的应用使农机作业可靠性显著提升，首先，通过大量传感器的应用，能有效实现对农机工作情况的监测，当可能存在故障或工况异常时，即通过信息传输控制声、光警报，并在驾驶室显示故障图表，警示驾驶员工况异常。例如，现代化的新型拖拉机大部分配套了与汽车近似的检测系统，能实时检测发动机工作转速和工作温度、机油余量、轮胎气压等信息，有效避免拖拉机在故障下长时间作业。其次，通过机电一体化技术的应用，传统大型农机难以查看的内部工作区域可便捷通过摄像头或传感器、称重器等进行查看，提高驾驶员对作业质量的了解。例如，在科乐收TUCANO580-550联合收获机驾驶室内配备有彩色感应触摸屏和CEBIS终端，能在概览图中显示整个机器运行状态，还能通过驾驶员触控相应选项直接调整机器性能，显著提高作业可靠性与作业质量。此外，在农业机械中应用辅助控制系统，能实时帮助驾驶员合理操作农业机械，避免出现操作不当或超速、超负荷等问题，降低驾驶操作过程对农机造成的不必要损伤。

（三）故障维修过程的应用

随着机电一体化技术与农业机械深入融合，农业机械逐渐配备了与汽车近似的故障检测技术，即通过传感器技术获取设备异常信息后通过ECU进行判断分析，形成故障代码在驾驶室控制界面显示并存储于系统存储器。农业机械维修工作人员可通过专业的故障码读取设备获取故障信息，进而快速定位故障的位置，并有针对性地进行故障检修。机电一体化技术促进了农机维护保养的规范性，智能系统的应用能通过农机的发动机输出功率情况、使用时间等信息自主提醒驾驶员实施维护保养，保证了保养工作及时有效，降低故障发生概率。

（四）结构功能设计方面的应用

随着农业机械的现代化发展，很多农业机械在功能上进行整合，形成了功能集成化的先进设备，例如，联合收获机具有摘穗、剥皮、脱粒等多种功能；联合整地机具有土壤翻耕、深松、整平、压实的多种功能，这一发展趋势使农业机械的结构更为复杂，传动与控制过程难度增加。机电一体化技术的应用有效改善了传统农机设计中的难点，设计人员通过机械结构与电子控制功能的联合设计，通过电控线路和元件布置替代传统的复杂机械结构，不仅降低了机械设计的复杂性，而且优化了农业机械的空间布局，使整机结构更为合理，生产制造成本相应降低，有效缩短农机产品的研究开发周期。

三、应用趋势与展望

（一）与农业机械体系深度融合

现阶段，机电一体化技术在农业机械中的应用主要集中在小麦、水稻、玉米、马铃薯等主要农作物设备上，未来将会进一步与畜牧业、渔业、林果业、设施农业等产业的农机技术相融合，实现农业生产机械设备的全面升级，使特色农产业和经济作物的配套农业机械更适用于我国农业生产，农机技术的整体实力和先进性全面提升，为农业机械化向全程机械化、全面机械化发展提供更大助力。

（二）促进农机绿色化、智能化发展

机电一体化技术的应用将进一步促进农业机械功能的合理性，提高作业过程的精确性，使农业机械在动力高效利用的前提下，更好实现精量播种、精准施药、高效施肥、节水灌溉、残膜回收、秸秆还田离田等工作。与此同时，农机适应生产环境的能力进一步提高，农业机械进一步与物联网、大数据、北斗导航、移动互联网、智能控制、手机APP终端等信息化技术相融合，驾驶员的驾驶操作工作进一步减少，甚至实现农业机械的无人化自主作业、智能决策。

（三）农机相关人才结构实现优化

未来从事农业机械产品研发、生产制造、维修维护的工作人员将逐渐由机械专业或农机专业人才向机电一体化复合型人才转变，农业机械技术体系将与各个学科深度融合，农业机械相关行业人才队伍组成进一步合理化，为农机行业的优化升级和农机化生产的高效实施提供助力。

四、结语

综上所述，机电一体化技术与农业机械的深度融合能显著提升农业机械化水平，实现我国农机产品的应用能力与适用性升级。现有农机产品应进一步与电子控制技术、传感器技术、环境感知技术、远程监测技术相结合，为农业机械的发展提供强大助力。与此同时，农机行业也应当积极引进机电一体化人才，促进人才的合理化建设，为农机产品升级和行业发展奠定坚实基础。

参考文献:

［1］刘芳琴．关于农业机械化科技创新的思考［J］．发展，2021(9):85－86．

［2］周拴柱．机电一体化技术在农业机械上的应用及其促进作用［J］．农机使用与维修，2021(5):33－34．

［3］卢建勤．机电一体化技术在农业机械中的应用探析［J］．广西农学报，2020，35(4):49－52+71．