农业机械学讲义

《农业机械学》讲义

张晓辉

山东农业大学

机械与电子工程学院

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：

图 精确农业工作流程图

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。