《农业机械学》

绪 论一、 农业机械的作业特点《农业机械学》是农业机械化及其自动化专业的主干课程，同时也是该专业的特色课程。

农业机械是机械工程学科中的一个大门类，但是他与其他通用机械有许多不同之处，例如：1，工作对象复杂：农业机械的工作对象为生物及与生物活动有关的环境条件——土壤、水、肥料、气候等，而这些情况有又根据区域、作物类别、种类、自然条件和栽培制度的不同变化较大，这就要求农业机械应具有较大的适应性。

2，季节性强：农业生产具有很强的季节性，往往是在时间比较集中的高强度条件下进行作业，这就需要农业机械具有较高的可靠性和生产率。

3，工作环境条件差：许多农业机械是在田间、露天地和高速行走状态下工作的，农业机械必须有较高的产品质量和管理水平。

二、农业机械学的研究领域农业机械学有广义和狭义之分。

广义的农业机械是指机具和动力，也就是我们经常所说的机组，而且，含盖了大农业范围内的农、林、牧、副、渔等所有的作业设备——田间作业机械、场上作业机械、农副产品加工机械、林业机械、渔业机械、牧草机械、蓄禽饲养机械、饲料加工机械、农田基本建设机械等；狭义的农业机械主要是指田间作业机具。

农业机械学的研究领域主要是根据农业生产的实际需要、自然条件等，利用机械动力学、控制论及优化设计、随机过程、可靠性设计、机械设计及理论等研究农业机械的理论、结构设计、试验和应用等问题。

本课程所涉及的内容主要是田间作业机械，而且侧重于小麦生产机械化所必须的典型设备的构造、原理、设计理论等。

三、国内外农业机械化发展现状与趋势国内情况：中国是从解放后开始发展自己的农机化事业的，虽然经历了许多的风风雨雨，但还是取得了较大的发展，由于中国地域辽阔，经济发展不平衡，农机化水平差别较大，农机总动力与发达国家几乎相当，但农机具数量、质量、种类、性能等硬件指标与发达国家存在较大的差距，机械化程度系数平均为0．3左右，处于现代农业的初级阶段，农机化事业任重而道远。

关于中国农机化发展历程以及目前的状况，我们已在《农机化经营管理学》中作过详细的介绍，未来中国的农机化发展趋势从宏观上看要与世界发展同步，但微观工作难度较大，基本机械化是我们的近期目标，全方位农机化及局部领域内的以机械、电子、信息等为依托的与生物工程相结合的精确农业机械化则是中国农机化发展的远期目标。

国外情况：以美国为代表的西方发达国家早在上个世纪60年代就已经基本上实现了农业机械化，70年代初实现了全方位机械化，并逐步被自动化所取代。

80年代末期，基于现代电子信息技术、农业生产辅助决策支持技术和农业工程装备自动化技术等集成组装起来的作物生产精细经营技术——精确农业在西方发达国家开始研究应用，精确农业是农业机械化、自动化的高度体现，同时也是对传统农业生产经营方式的一种新挑战，最为关键的是他使人们对农业现代化在观念上发生了革命性的变化。

精确农业——是以知识为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时当地所测定的作物作业实际需要确定对作物的投入量或作业量。

系统组成：GPS、GIS（计算机控制器、传感器及监测系统、专家决策支持系统、永久性地理空间数据等）、RS、电子化执行设备（电子化拖拉机、可变量投入性农机具等）。

1、精确农业的背景条件⑴ 传统农业的粗放式经营管理模式日益受到现代社会发展的挑战。

传统农业的特征之一，均匀投入和均匀作业。

事实上，在同一地块，土壤的肥力、质地、含水量、有机质含量存在很大差异；杂草、病虫害等发生发展也是不均匀的，如杂草往往呈斑块状，且多年在同一位置上，病虫害初期也只在小范围内发生，如能及时管理可控制蔓延。

施肥、施药过量或不充分都可造成产量减少。

这需要针对不同的需求进行变量投入或变量作业。

⑵传统农业过量地消耗能源。

⑶传统农业对生态环境的严重破坏，2、精确农业的工作过程通过全球定位系统（GPS），确定农业作业者或农业机器在田间的瞬时位置，通过设置在田间、也可能是农业机器上的传感器及监测系统随时随地的采集田间数据（质地、肥力、含谁量、作物生长状况、病虫害、杂草等），这些数据输入到地理信息系统（GIS），结合事先储存在GIS中的定期输入或持久性数据、专家系统及其他支持决策系统，对信息进行加工处理，迅速做出适当的农业作业决策，即符合变量投入或变量作业的农业生产处方，再通过作业者或农业机器携带的计算机控制器控制变量执行设备，实现对作物的变量投入或变量操作。

工作流程图如下：四、本课程的教学内容和学习方法农业机械学是一门讲述常用农业机械基本构造、工作原理、理论分析及设计计算等内容的专业课程。

通过学习，使同学们能够掌握典型农业机械的基本知识，为今后从事农机化事业或其他农业工程工作打下坚实的理论基础。

我国幅员辽阔，农业生产条件复杂，农作种类繁多，各地所使用的农业机械不近相同。

本课程主要结合山东省的农业生产实际和机械化现状，以大田型农业机械为主，讲述与农业生产有关的典型农业机械设备：耕地机械、整地机械、播种机械、植保机械、收割机械、脱粒机械、小麦联合收获机械、玉米联合收获机械等。

同时，结合课堂讲授内容，增加一些国内外农业机械最新研究动态，使学生除掌握教材主要内容外，还可了解农业机械化发展趋势。

另外，农业机械学是一门实践性很强的专业课程，必要的教学实验实习是使学生理解和掌握课堂授课内容的重要手段，本课程安排有8—10次实验实习。

主要参考书：中国农业大学、江苏理工大学等主编的《农业机械学》。

教学学时70，其中，实践性教学学时20学时。

第一章 耕地机械耕地是大田农业生产中最基本也是最重要的工作环节之一。

其目的就是在传统的农业耕作栽培制度中通过深耕和翻扣土壤，把作物残茬、病虫害以及遭到破坏的表土层深翻，而使得到长时间恢复的低层土壤翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境。

就目前所使用的耕地机械，由于其作业的工作原理不同类型主要分为三大类：铧式犁、圆盘犁和凿形犁。

其中，铧式犁应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，并根据农业生产的不同要求、自然条件变化、动力配备情况等，铧式犁在形式上又派生出一些具有现代特征的新型犁：双向犁、栅条犁、调幅犁、滚子犁、高速犁等。

圆盘犁和凿形犁在欧洲国家应用较多，在中国虽有应用，但量较少，本章重点介绍铧式犁的基本结构、工作原理、设计方法和理论分析等。

本章除课堂教学外，尚有二个实验实习——类型和结构；悬挂犁的调整。

一个课程设计——犁体曲面测绘。

第一节铧式犁的基本构造和类型一、组成：犁架、主犁体、耕深调节装置、支承行走装置、牵引悬挂装置等。

其中，主犁体为铧式犁的核心工作部件，本章所涉及到的内容主要是针对他的。

二、类型：牵引式——运输状态下，机具的重量全部由机具本身来承担。

悬挂式——运输状态下，机具的重量全部由拖拉机来承担。

半悬挂式——运输状态下，机具的重量前部分由拖拉机承担，后部由机具来承担。

此处可用机构简图形式简要介绍他们各自的工作特点。

三、表达方式：1、部颁农机序列标准：1—耕整机械2—种植施肥机械3—田间管理和植保机械4—收获机械5—种子加工机械6—农副产品加工机械7—装卸运输机械8—排灌机械9—畜牧机械举例说明： L—320机具类别名称 分类号 组别号耕整机械 1 L-犁,B-耙，G-悬耕机，K-开沟机，Z-筑埂机，P-平地机 种植施肥机械 2 B-播种机，Z-栽植机，F-施肥机田间管理和植保机械 3 Z-中耕机，W-喷雾机，F-喷粉机，M-弥雾机，Y-喷烟机收获机械 4 G-收割机，S-割晒机，L-谷物联合收获机，Y-玉米收获机，M-棉花收获机，H-花生收获机目前，国内耕作机械中铧式犁一般单犁体耕宽b=20-30cm，a=18-25cm，最大耕宽为40cm，最大耕深为50cm。

四、主犁体的结构及用途犁铧——切开土垡、引导土垡上升至犁壁犁壁——破碎和翻扣土垡犁侧板——平衡侧向力犁柱——联结犁架与犁体曲面犁托——联结犁体曲面与犁柱犁踵——耐磨件，防止犁侧板尾部磨损，可更换。

第二节犁体曲面的工作原理一、曲面类型前面我们已经介绍过，犁铧与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，曲面可分为：翻土型、碎土型和通用型（教材称：螺旋型、熟地型、半螺旋型）。

翻土型——犁铧起土角较小，犁胸部平缓，易于引导土垡上升，但翼部扭曲较为明显，目的在于将上升至曲面顶部的土垡实现翻扣。

这种形式的曲面，土垡的运动轨迹为一条螺旋线，故又称螺旋犁。

他主要用于开荒、深翻、消灭杂草和病虫害。

碎土型——犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压下挤，从而使土垡破碎。

一般用于土壤状况较好、杂草较少且以松土为主的耕地作业，故又称熟地型犁。

通用型——形状和性能基本界于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多。

二、犁体曲面的工作原理犁体曲面由铧刃线、胫刃线、接缝线、顶边线和翼边线组成。

铧刃线在水平面开出沟底，胫刃线在沿前进方向上铅垂面内开出沟墙，形成一耕宽为b，耕深为a的矩形断面土垡条。

很显然，犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土。

图为理想土垡的翻转过程：因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研究的方便，我们作了如下假设：1、土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；2、始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无滑动，我们称为理想土垡的翻转。

实现土垡的稳定铺放既彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲面工作和设计时的关键所在。

是否回垡主要取决于曲面的形状，或者说是曲面的设计参数。

我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为a，宽度为b2，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。

当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象。

很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响。

通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状。

我们以临界状态为研究对象，确定土垡翻转过程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据。

∵△ABC∽△ADE故有对应边成比例，并设b/a=k，则导出：AB/AC=AE/DE，AC=b，AE=b，ED=a ，k4-k2-1=0，k≈1、27，我们称b/a=k为理想土垡的宽深比。

实际上土壤是不均质的，土垡在翻转过程中是要变形的，有的变形很严重，含水率高的粘重土壤变形较小，k≥1、27，对沙质土，土壤很难成形，犁体通过后立刻堆积，k≤1、27，一般k=1。

第三节犁体曲面的形成原理及设计方法一、曲面的形成原理犁体曲面的形状对加工土壤的质量有至关重要的影响，目前曲面的形状是经过长时间积累、不断修改、不断完善的，是一个空间任意曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近似的方法，用做图原理来形成犁体曲面，可近似的认为：犁体曲面的形成原理是由动线在空间按照一定的规律运动而成。