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现代技术在农业机械工程中应用

摘要:指出了近年来现代科学技术的发展及其在农业机械研发、设计、制造中的应用促进了农业机械化水平大幅提升,阐述了仿真技术、数字传感技术、3D打印等现代科学技术的应用。

关键词:农业机械;仿真技术;数字传感器;3D打印

我国是农业大国,农业是我国的立国之本。近年来,随着现代科学技术的发展及其在农业机械研发、设计、制造中的应用,农业机械化发展水平得以大幅提升,可以应用于农业机械设计制造中的技术手段和自动化控制技术也得到了延伸,其中仿真技术、数字传感技术、3D打印等现代科学技术的应用有效推动了农业的发展。在我国农业现代化和自动化的发展过程中,农业机械对智能化、自动化、集约化的要求愈发严格。

1仿真技术

为了解决时间、质量、成本、服务、环境等问题,企业必须调整产品开发模式。在农业机械研发方面,缩短开发周期、降低生产成本是决定产品开发和推广的关键因素。目前,传统的农业机械产品开发模式已经不能满足农业机械市场的需求,而仿真技术的出现为这些问题提供了有效的解决办法。仿真技术是虚拟样机技术的一种,在产品的优化设计、性能预测、制造、运行维护等整个产品生命周期的许多技术活动中发挥着重要的作用。目前,仿真技术在我国农业机械设计中已得到广泛应用,但仍处于初始阶段。随着计算机技术的飞速发展,仿真技术已经成为现代高科技的代表之一。仿真技术的应用可以避免决策失误,从而为传统产品开发过程面临的问题提供有效的解决方案。专家预测,仿真技术的发展将对21世纪的经济、社会产生巨大影响。仿真技术作为多学科的交叉技术融合,能够模拟真实条件下的各种产品特性和响应,降低产品开发成本,缩短开发周期,提高设计水平,避免设计缺陷。在玉米收获机、栽培设备、农产品加工机械等领域,我们探索了仿真技术的应用,目前正在用Matlab软件开发农业机械仿真软件平台,该平台采用了交互技术,界面友好,目前已经取得了一些初步的成果。我们应加强仿真技术在农业机械设计中的应用,以提高农业机械的开发能力和产品性能,促进新型农业机械化。

2数字传感器技术

农业发展的基本趋势是在农业生产中通过农业机械设备实现自动化,精确地执行操作指令,同时提高生产效率,降低功耗,减少环境污染。传感器的出现及其在农业机械设计制造中的推广和应用,顺应农业发展的趋势,促进了农业现代化、机械化、自动化的进程。农业机械设备中的传感器主要包括温度传感器、压力传感器等,这些传感器在农业机械上的使用可以准确地对作业目标的光学、形态学、力学等指标进行检测。传感器可以通过非接触测量获取被测量的信息,且反应速度快、分辨能力强,可以应用于作业环境相对较差的农业生产中。随着电子信息技术的发展以及单片机的普及和推广,数字传感器相较于传统传感器来说准确性、精度和稳定性更高。机电一体化是农业机械发展的必然趋势,数字传感技术的出现及其在农业机械工程中的应用促进了机电一体化的发展进程。在农业机械系统中,传感器技术水平的高低影响和决定了系统的整体功能和自动化程度。传感器广泛应用于农业机械的控制系统中,协调控制车身、底盘、发动机等的功能和应用,提升了系统的整体性能。传感器的使用提升了农业机械设备在较为恶劣作业环境中的稳定性,同时可以有效降低油耗、减少废气排放,符合绿色农业的发展要求。农业机械系统中的传感器还可以及时准确反映工作过程中遇到的各种故障,延长机械的使用寿命。此外由数字传感器衍生出的自动导航技术,通过检测机械在运作过程中获取的图像对农作物进行识别,同时还可以通过卫星定位和导航技术,实现农业机械的管控和自动化导航。因此可以有效用于播种、耕作、施肥、收割等不同的农业作业环节中。近年来有学者提出将激光扫描仪应用于农业机械中,通过扫描仪获取农作物高度、植被覆盖面积、生物量等重要参数,基于这些参数,可以评估预期的作物产量,并优化特定地点作物管理的化肥和农药用量。此外,在收割过程中,联合收割机上的工艺参数(锉刀刀头的转速、机械地面行进速度等)可以根据作物条件进行调整,从而提高收割效率和质量。传感器技术推进了农业机械现代化和智能化进程,由于我国国土面积大,农业环境多样复杂,某一传感器很难满足农业机械工作过程中遇到的各种问题。因此,未来农业机械的发展需要将多种传感技术或与其他高新技术进行融合,提高农业机械的自动化程度和工作效率。

33D打印技术

近年来,3D打印技术在汽车制造、航空航天、医疗器械、精密仪器等领域得到广泛的研究和应用。随着3D技术的日趋完善,该技术在农业机械研发、设计、制造以及农机零件定制与维修等领域也逐渐得到关注。受限于传统加工技术的一些形状复杂、特异的物品都可以通过3D打印技术来生产。随着我国农业规模化、现代化发展进程的深入,农业机械的研发越来越重要。但是农业机械研发周期长、难度大、成本高,此外一些关键零件的制作工艺特殊复杂且费用昂贵,这在一定程度上限制了中国农业机械化的发展。3D打印技术可以突破传统农机制造的限制,可以应用于一些关键零件的定制与维修。3D打印技术可以应用于零件性能的田间试验,为农业机械上一些零件技术细节上的快速更改提供了技术支持。因此,可以根据农业机械制造者的不同需求和差异化的市场需求,精确制造农业机械零件,提高农业生产效率。

4结束语

我国农业机械在现代化、智能化、自动化的发展过程中不断面临着新的机遇和挑战。仿真技术、数字传感技术、3D打印等现代科学技术的应用可以减少农业机械研发成本,提高农业机械的工作效率,提高农民的收入,进而促进农业的现代化、机械化和智能化的发展。

作者:杜颖 单位:山西省农业机械发展中心研发部

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