機電液一體化技術在農業機械上的應用研究

作者簡介：郝良軍（1985-）男，漢族，新疆烏魯木齊，新疆機械研究院股份有限公司，本科，汽車電器、農機電器方向。

[摘 要] 本文從現代化農業機械今后的發展方向，闡述機電液一體化技術對農業機械的自動化發展的作用及影響，通過對傳感器與監測技術、信號處理與接口技術、故障與診斷技術等概念解析，分析機電液一體化技術的實現可能，并通過對傳統農業機械設備與應用了機電液一體化的農業機械設備進行對比，闡述其中的優劣，并結合國外農機自動化技術發展領域和國內相關領域的技術差距，探討我國農業機械的未來的發展方向并提出應對措施。

[關鍵詞] 農業機械化，傳感器，信號處理，IO接口，ECU

前言：我國是一個農業大國，農業的發展牽動著中國經濟的發展，尤其在中國農業十二五規劃下，農業需要更加快速的發展，農業機械自動化必然是推動農業快速發展的必要且有效手段，目前人們對農業機械的要求還處在比較低的水平，隨著信息技術的發展，人們的科技素質的提高，必將會對現代農業機械提出更多更高的要求，如更高效，更低能耗、更安全舒適、更可靠耐用等。

隨著電子技術的高速發展，尤其是微電子技術、信息技術、物聯網技術的發展，使信息傳感器技術和傳統的機械技術的融合成為可能，使農業機械由傳統的以液壓傳動技術為主逐漸轉變為以機電液一體化技術為主，從而解決傳統農業機械存在的諸如傳動比不穩，液壓油泄漏污染、受溫度影響明顯等缺陷，使農業機械向智能化、網絡化、自動化方向邁進。

一、農業機械的機電一體化液壓系統

機電液一體化技術就是將機械技術、微電子技術、信息技術、控制技術、液壓控制技術在系統工程的基礎上有機地的加以綜合，實現整個機械系統最佳化的一門交叉學科技術。其本質的特征是將電子技術和軟件技術結合后融入機構的主功能、動力功能后形成的一種特殊的機械系統，其最終目的是實現可控的運動行為。

自走式農業機械是以內燃機作動力源，在戶外進行自走式作業的機械設備，它一般有動力裝置、傳動裝置、行走裝置、工作裝置和操作裝置組成，機電液一體化利用各類傳感器檢測不同的信號，反饋給決策系統，由決策系統根據預先定義的程序做出相應的執行指令，從而對農業機械的各個組成部分進行控制。機電液一體化系統的實現主要涉及以下幾個方面的技術：

1.傳感器與監測技術

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動監測和自動控制的首要環節。傳感器技術是現代信息技術的主要內容。由于農業機械的特殊的工作條件，使得農業機械用的傳感器較其他室內機械要求具有較高的靈敏度、抗干擾性、高穩定性、氣候適應性、高可靠性。

2.信號處理和IO接口技術。

傳感器檢測出的各種信息通過以微處理器為中心的單片機系統存儲、運算、邏輯分析和判斷后向執行機構發出控制指令，同時輔助于各種反饋信息和自診斷功能實現產品的智能化。IO（Input and output 簡寫）接口技術的應用能夠實現各類由傳感器監測到的信息和由控制中心發送的控制信息等能在系統中可靠準確的傳輸，并通過多媒體信息、按鈕、觸摸屏（或者鍵盤）等實現人機交互功能。

3.故障診斷技術

采用機電液一體化技術的新型農業機械具諸多優點，但是由于電控系統的內在邏輯性使機器發生的故障難以查明，給維修工作帶來很大的困難，對維修技術人員的要求更高，另外要求電子控制系統的安全容錯處理必須要保證機器最基本功能的正常，針對這種情況，在農業機械上必須要增加故障自診斷模塊，使維修人員利用自診斷模塊快速的對故障進行定位和修復。

二、機電液一體化技術的應用對農業機械的性能提升

機電液一體化技術用于農業機械后，可使其性能得到明顯的提高，實現原來機械難以完成的微調操作。如德國馬拉爾生產的新一代青貯收獲機，利用各類電液控制，實現全割臺自助潤滑油加注系統，通過IO接口可以隨時調整收割的飼料的切斷的長度，機體冷卻系統通過定期的冷卻風扇反轉來清除進風口的堵塞，還有割臺的升降系統等等，從而使機器能在連續長時間不間斷作業的情況下保持良好的狀況，工作效率和效益具有了質的突變。

三、操作人員的人身安全得到保障，機械故障率降低

應用了機電液一體化技術的農業機械設備通常具有電子監控、電子報警、機械故障自動診斷、出現意外時自動防護等功能。在操作過程中，若機器運行參數超過規定的安全界限，就會啟動報警系統，在故障發生前使操作人員獲得必要的信息，及時對機器進行維修，防止故障擴大化。當出現設備重大故障時和危及人生安全時立即報警和自動停機，使操作人員人身安全得到有力保障，機械使用壽命得以延長，機械故障率得以降低。如新一代的德國馬拉爾生產的青貯收獲機利用傳感器技術監測進料口的異物（如非農作物的金屬，石塊等）實現機器自動停機功能防止刀輪損壞等機械故障。最大限度的保護操作人員和機械部分的安全。

四、節約能源、提高效率

應用了機電液一體化技術的農業機械設備基本上都具有電子信息自動采集處理、系統自動控制等功能。如通過對液壓系統的自動負荷控制充分有效的利用發動機的輸出功率，合理分配液壓油的流量以適應外載荷和操作的需要；通過控制發動機的冷卻風扇轉速隨機體溫度的變化自動調節，實現充分節能。通過機械本身的自控系統，可精準指揮機械的工作部分完成預定的作業動作，這也使操作人員的主觀因素影響降到最低，實現最佳作業操作，繼而獲得最高工作效率。

五、操作性能得以改善

應用了機電液一體化技術的農業機械設備由于采用了數字技術和程控技術，其操作部件得以減化，更符合人體學設計要求，作業操作變得更加便捷。其作業過程依據使用前預定的程序逐步由機械自身的自控系統指揮實現，可重復所有預設作業動作。如德國產的青貯機的割臺操作部分只需要操作人員在有空調的駕駛室內通過一個類似于一個游戲手柄的機構來完成。

六、設備功能多樣且適應性強

與傳統機電產品技術、功能單一不同，應用了機電一體化技術的農業機械設備功能強大，技術多樣，基本都具有系統自動控制、作業自動補償、電子信息自動校檢、設備自動調節、系統和操作員自動防護和控制終端人工智能化等多重功能，適應各種作業場合和工作領域，可按用戶需求隨時隨地進行調整。

七、設備便于安裝調試和維護

應用了機電一體化技術的農業機械設備在安裝調試時可根據不同用戶的需求及作業現場參數的變化，通過改變系統控制程序來實現作業方式的轉變。這些參數由于可以用多種方式手動輸入到設備控制系統中，從而不必改變原設備的任何作業零部件。而具備信息存儲功能的設備，由于預先存儲了多種可供參考的預定作業程序，只需根據作業對象的不同而輸入不同的信息代碼，便可使設備按預設作業程序操作執行，完成作業。設備的電子信息自動校檢和電子監控功能可對作業過程中出現的故障采取自動糾錯措施，從而使作業正常進行。

八、當代農業工程技術發展趨勢及應對措施

當今世界已經進入了電子信息時代，電子信息技術和微型計算機技術的迅猛發展使得農業機械生產逐步向機械自動化方向前進。由于計算機智能化技術的逐步完善，農業機械人工智能化將成為未來農業工程技術發展的重中之重。在不久的將來，農業機械化控制技術發展的過程中將陸續涌現出各種農業機器人和相應的智能化控制系統， 針對未來的人們對農業機械的需求，廣大工程技術人員應該及時更新知識結構，緊跟現代信息科學技術發展趨勢，在農業機械設計生產過程中，正確處理好質量與成本、市場需求和技術可能性、長期發展和短期利益之間的矛盾關系，在滿足市場需要的前提下，使產品既具有足夠的競爭力，又符合當前實際情況和技術可實現性，以保證產品獲得最大的技術經濟效益和社會效益。

結束語：

技術決定生產力，農業自動化技術決定農業發展的高度，機電液一體化技術必將成為未來農機的主流，必將成為推動中國和世界農業的發展的中堅力量，是人們解放繁重的體力勞動的手段，使人們能足不出戶類似于在淘寶買東西一樣輕松完成農業作業任務成為可能。

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