機電一體化技術在農業機械上的應用及其促進作用

周拴柱

(牡丹江大為機電有限公司，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

現代化農業機械的應用在我國的農業生產中發揮了巨大的作用，農民通過合理使用農業機械，使生產過程的效率和作業品質都得到了明顯的提升，從事生產過程的人力勞動強度顯著降低，使農民進一步對農業機械產生認可，也說明了農業機械化生產合理性與先進性。從機械行業發展的角度來看，傳統的機械產品在機電一體化技術的支持下，自動化程度得到了顯著的提升，農機產品在設計和開發的過程中也能通過與機電一體化技術的融合來提高其使用性能，使農機產品的作業過程更加簡單合理，為農業機械化生產提供更多助力。

1 機電一體化技術特點

機電一體化技術是20世紀后期興起的一項多學科融合的技術體系，其重點在于將傳統的機械學科和電子學科相融合，并充分結合液壓、氣動、微電子、信息、計算機、信息傳遞等技術，多學科的融合體現出了顯著的技術優勢，對于適應現代化的社會需求創造了良好的技術條件。

總體上講，機電一體化技術的應用具備以下技術優勢：一是有效豐富機械產品的功能，通過機電一體化技術的應用，傳統的機械產品實現了電氣技術的控制功能，通過電路設計和電氣控制元件的加入，不僅簡化了復雜的機械結構，更使機械產品的功能得到大幅提升；二是機械工作的精確度顯著提高，機電一體化設備應用了傳感器、數據分析和自動控制技術，對于機械動作的執行能實現檢測狀態下的補償與校正，有效降低機械誤差造成的影響；三是機械產品工作的可靠性大幅提高，電子控制系統替代了傳統的機械控制結構，使機械結構得到了簡化，機械零件產生故障的概率隨之降低，同時利用電子控制技術實現的自動診斷、故障檢測、故障預警、自我保護等功能有效避免了嚴重機械故障的發生，機械工作過程的安全性也顯著提高；四是機械操作變得更加簡便，應用機電一體化技術后，機械產品的很多操作通過預設程序來完成，操作人員可以通過人機交互界面和簡單的操作來實現對機械產品的控制與調整，與傳統的人工作業相比較，操作的便捷度得到了顯著提升。

2 機電一體化技術在農業機械上的應用

機電一體化技術在農業機械上的應用組成是多方面的，其中的關鍵技術如圖1所示，通過中央處理器來分析各個功能模塊的信息數據，并進行不同方式的決策，控制相關機械功能的執行。

圖1 農機機電一體化的關鍵技術組成

2.1 傳感器監測技術的應用

傳感器是機電一體化技術常用的檢測元件，通過傳感器的應用能夠有效獲得農業機械和周邊環境的信息，從現階段的農業機械產品來看，其逐漸向著復雜化和大型化發展，機械產品中應用較多的機械結構、液壓裝置和電控組件，這些部位的工作狀態和相關的參數監測需要不同功能的傳感器來實施，從而保證農業機械工作的各項狀態能夠被實時獲取，并供控制系統進行分析。農機產品中常用的傳感器包括溫度傳感器、速度傳感器、計量傳感器、重力傳感器、轉速傳感器、扭力傳感器等，傳感器技術的應用使駕駛員對農機內部工作狀態和外部環境狀態有了更直觀的了解，便于及時調整機具的作業方案，或通過機電自動控制來預防故障問題的發生，顯著提高農機作業的可靠性。

2.2 自動控制技術的應用

自動控制技術是通過可控制元件實現對農機重要結構位置和運轉部件的控制，圖2所示為具有自動控制技術的拖拉機產品控制系統組成。可通過控制界面實現對噴藥泵轉速的控制，從而實現生產過程中噴藥量的調整；通過控制液壓閥的開關，實現農機不同位置結構的自動升降和調整，有效減少了人工調整和操作的負擔。在自動控制技術中，農業機械借助電控元件能夠對農機的液壓系統實現精確控制，這也是在農機自動控制中使用最廣泛的技術形式，通過電子技術控制液壓系統相對于傳統的手柄控制來說，液壓系統工作的精細度顯著提升，液壓系統所能實現的功能也得到了擴展，并減少了人為操作產生的失誤問題。

圖2 拖拉機的自動控制系統及功能

2.3 智能導航技術的應用

智能導航技術的實現離不開機電一體化技術的支持，通過在農業機械中布置GPS終端，能夠將農業機械的作業位置實時顯現，并通過衛星導航系統指導農業機械進行作業。現階段，智能導航技術在農業機械上的功能應用主要包括兩方面的內容，一是利用導航監測和指導農機駕駛員的駕駛路線與駕駛方式，例如在機械化耕整地作業中，導航技術可以及時發現農機行駛偏離路線或行駛速度異常等問題，使駕駛員及時調整行駛方案，避免耕整地質量不佳或漏耕現象的出現；二是利用導航指導智能農機實現自動化行駛和作業，導航為自動行駛提供精確的坐標和位置信息，為農業機械的無人作業提供技術支持。

2.4 計算機視覺技術的應用

計算機視覺技術也是現代化農業生產中應用的一項重要技術，其主要功能包括獲取田間圖像信息、輔助導航和作業狀態檢測等。視覺技術的信息獲取元件是高清攝像頭，獲取的圖像會根據計算機預設的算法和圖像提取技術進行信息提取與圖像簡化，從而以視覺信息中分離出有效的信息，來指導農業生產的實施。視覺識別技術重點針對農作物的生長狀態、病蟲害情況、產量預測等工作展開，也可對農機智能導航進行輔助，使作業的精確度得到顯著提升。

3 機電一體化技術對農業機械的促進作用

機電一體化技術在農業機械領域的應用，對農機化生產的實施具有積極的促進作用。一方面，農業機械的生產效率得到了顯著提高，機電一體化技術有效提升了農業機械各個部件之間的配合與反應速度，并減少人工操作的步驟，且農業機械執行的工作任務更加精細標準，農業機械作業過程具有了更加明顯的節能減排和低碳環保的特點；另一方面，農業機械作業過程中的故障發生率顯著降低，很多機械異常狀態在故障特征出現的第一時間就會被監測系統發現，并得到及時的處理，對于可能造成的重大故障，機具還會自主進行干預，中斷危險位置的動力，使機具安全性得到加強，駕駛人員的人身安全也得到進一步保證。此外，利用電子控制技術，農機使用的便捷性提升，對駕駛員的操作技能相應降低，農機作業中的合理性得到提升，駕駛農機的失誤明顯減少，利用功能齊備的人機交互協同，農業機械的管理與維護保養工作實施也變得更加規范。

4 結語

機電一體化技術近年來在農業機械領域得到了廣泛的應用，農機產業也借助機電一體化技術實現了產品性能的全面提升，且農業機械的機電一體化技術也逐漸由單純的機電一體化向著光機電液一體化技術發展，產品的功能集成性與結構簡化特征也逐步顯現，農機產品不僅實現了成本、功能、操作性能方面的優化，還將向著環保、低功耗、低成本、高收益方向繼續進步。