农业机械创新设计论文

农业装备与技术的创新

刘仁强222011322220225

摘要：近年来,在农机具购置补贴政策的拉动下,农机市场迅速膨胀,涌现出大量短期渔利性的拼装类企业。企业数量多、规模小、集中度低带来了资源配置效率低、低水平重复建设和无序恶性竞争等一系列问题,严重制约了我国农机工业的健康发展。做强做大骨干龙头企业,跻身世界前列的国际化公司,成为振兴我国农机行业的紧迫任务。目前,条块分割、各自为政的体制难以建立有效的大型科研仪器设备的共享机制。研究重视不够,储备不足,大型攻关项目所需要的智力、跨学科知识、大型设备和信息等资源缺乏有效整合,科技人员和科技团队无法充分共享资源、展开合作。

1）引言

我国是一个农业大国,农业是国民经济的基础,农业现代化的主要标志是农业机械化装备程度和机械化水平的高低。为此,通过对国外农业装备发展趋势和我国农业装备现状的分析,指出目前我国农业装备水平与国外的差距,提出应发展适合我国农业生产特点的农业装备,不断提高农业装备中的科技含量,紧跟国际新技术的发展步伐。

1国内外现状

欧美发达国家在上个世纪已经全面实现了农业机械化。目前,发达国家农业装备朝着大型化、多功能、高效率和复式联合作业方向发展,注重节约资源、保护环境、控制智能化和操作自动化,并广泛采用数字化设计、信息化管理和柔性制造等先进技术,实现了从粮食生产机械化向全面生产机械化的过渡,并正在快速进入以信息技术应用和可持续发展为特征的高级阶段。建国以来,我国农机装备和农业机械化得到了巨大发展,农机工业体系基本形成,并成为世界农机制造大国。当前,我国农业装备研究的重点是:研究高性能农业机械与装备、农机农艺相融合技术,利用机、电、液一体化技术实现农业机械作业的高效率和低成本,开发环境友好型的农业机械与装备,研究水土资源高效利用技术和节能减排技术。与发达国家相比,我国刚刚进入农机化发展的中级阶段,发展水平落后了20~30年。主要表现为:1)农业机械化刚刚进入中期发展阶段,全国主要农作物综合机械化水平仅为50%左右,远低于发达国家,支撑和引领农业现代化的任务仍十分艰巨。2)品种结构不能满足农业发展需要,粮食生产尚未实现全面机械化,经济作物机械化水平仍然很低,多数经济作物的机械化作业仍处于起步或空白。3)农机装备技术水平低,性能差,产品结构简单,总体技术相对落后,国际市场竞争力弱,被国外技术和国际大公司挤压,面临严峻挑战。4)原始创新匮乏,共性技术供给缺失,农业机械装备领域的现代设计方法和室内模拟实验条件及方法还不够成熟,现代设计方法与试验条件滞后,产品开发生产周期是国际水平的2~3倍。5)农机组织化程度较低,农机与农艺不相适应的问题日益突出,农业经营规模偏小与农业机械大型化、农业机械作业规模化的发展趋势不相适应。6)国内农机行业中小甚至微型企业还占有相当大的比例,缺乏创新性强的大型企业,高新技术对外依存度高,一些高性能、高技术含量和高效率的产品还长期依赖进口;具有国际竞争力和品牌影响力的大型企业集团严重缺乏。7)农产品加工技术与装备水平低、基础弱,农产品原料品质难以保证,每年农产品收获后损失达数百亿元,加工增值潜力巨大;农产品和食

品的安全问题较严重。8)农业装备与技术行业领军人物及创新人才严重不足,缺乏可持续创新的能力。

2发展方向

近十几年来,围绕主要粮油作物重要环节生产机械关键技术方面已经取得了较大进步,小麦基本实现机械化生产。但是,在水稻和玉米机械化生产装备技术、大马力拖拉机及其配套机具方面,还不能满足当前农业生产实际的迫切需要。

2.1拖拉机方面

目前,我国拖拉机功率分布不合理,中小功率产品占绝大多数,大功率产品比例偏低,缺乏特大功率产品,使得农业机械化作业的优势没有得以充分发挥。大马力拖拉机的关键零部件技术与国外存在明显差距,主要体现在:与广泛采用电喷发动机的国外产品相比,国内发动机在增压器和中冷器的可靠性上尚未完全过关,而电控技术的缺失使拖拉机整机控制缺少了一个重要环节;国内传动系在功能上仅仅是由滑动齿轮过渡到啮合套,这与国外同步器、动力换档、无级变速以及静液压传动的配置存在着明显的反差;在液压系统方面,国内主要是开式半分置式液压系统,甚至目前无力位调节的分置式液压系统还呈上升趋势,这与国外的闭式负荷传感液压系统以及电子反馈的悬挂系统也呈鲜明的对比;在操纵与控制系统上则存在更大的差距,与国际上已经普遍采用的电子和液压操纵控制相比,目前国内拖拉机主要还是以机械杆件控制为主的操控系统,少数的电子控制也是孤立和简单的开关控制。

2.2种植机械方面

1)在三大粮食作物生产中,水稻生产机械化水平最低,至2010年综合机械化水平为58%,其中种植机械化水平为20%。现在亟需解决的关键技术是培育适应超级稻精密插秧的优质秧苗和研制适应超级稻精密插秧的机具。目前,我国超过30%的水稻种植面积采用直播,且大都采用人工撒播,亟需攻克的关键技术是通过机械直播改无序为有序,要求播种均匀并可满足常规稻、杂交稻和超级稻等不同品种对播种的农艺要求,可适应不同地区的气候、土壤等条件。2)国内玉米播种机械主要以小型机械式为主。机械式排种器对种子的适应性差,漏播率、重播率、破损率较高,而且不适宜高速作业。目前,国内生产的播种机多以机械式排种器为主、气吸式为辅,产品总体水平相当于国外发达国家20世纪70年代水平,播种质量难以达到农业技术需求。3)在油菜、棉花等旱田移栽机方面,国内已经研制开发出钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、吊杯式和导苗管式等各型移栽机,但这些移栽机大多停留在半机械作业水平,还需要配备相当人力进行人工取苗和投苗等操作。由于栽植频率受限于工人的喂苗能力,一般栽植频率不能超过35株/min,导致移栽机作业效率低,虽然省力但不省工。因此,需要研究能自动取苗、栽植作业的全自动移栽机,实现移栽作业机械化已成为我国迫切需要解决的问题。

2.3大型保护性耕作与田间管理机械方面

1)保护性耕作是对传统农业耕作制度的一次重大变革,我国尚缺乏大型智能化保护性耕作装备。2)与国外先进的喷雾施药机具相比,我国生产、使用的喷雾机械作业效率、雾滴附着率、农药有效利用率等技术指标低下。手动药械占93%,中小型机动植保机械占6%,配套拖拉机喷雾机占1%。3)我国作为农业大国,农业灌溉用水量占全国总用水量的90%,高效精确灌溉节水技术设备短缺。

2.4收获机械方面

国内谷物联合收割机主要以喂入量2~4kg/s的横轴流滚筒机型为主,产品平均技术水平落后发达国家近30年,喂入量8kg/s以上的大型智能化谷物联合收割机仍是空白。存在的主要不足:一是结构简单,单位收获量能耗高,作业效率受到限制;二是设计主要靠经验和模仿,缺乏系统的基础试验数据和设计理论;三是整机主要采用机械传动和简单液压控制技术,结构、运动参数调整困难,作业性能无法监控,驾驶操控自动化程度低;四是整机和发动机、液压件、电器元件等配套系统的制造装备水平低,产品振动大且噪音高,无故障工作时间低于60h。

3科技创新面临的主要机制体制问题

农业装备与技术科研总投入虽不断增加,但占整个国家财政总支出的比例仍偏低,农业科研人员人均科研经费与美国等发达国家相比相差甚远。私人企业投资农业科研占农业科