機(jī)電液一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用研究

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

[摘 要] 本文從現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械今后的發(fā)展方向，闡述機(jī)電液一體化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化發(fā)展的作用及影響，通過對(duì)傳感器與監(jiān)測(cè)技術(shù)、信號(hào)處理與接口技術(shù)、故障與診斷技術(shù)等概念解析，分析機(jī)電液一體化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可能，并通過對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與應(yīng)用了機(jī)電液一體化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，闡述其中的優(yōu)劣，并結(jié)合國外農(nóng)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域和國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)差距，探討我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的未來的發(fā)展方向并提出應(yīng)對(duì)措施。

[關(guān)鍵詞] 農(nóng)業(yè)機(jī)械化，傳感器，信號(hào)處理，IO接口，ECU

前言：我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展?fàn)縿?dòng)著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其在中國農(nóng)業(yè)十二五規(guī)劃下，農(nóng)業(yè)需要更加快速的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化必然是推動(dòng)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的必要且有效手段，目前人們對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的要求還處在比較低的水平，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們的科技素質(zhì)的提高，必將會(huì)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)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(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使信息傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)的融合成為可能，使農(nóng)業(yè)機(jī)械由傳統(tǒng)的以液壓傳動(dòng)技術(shù)為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詸C(jī)電液一體化技術(shù)為主，從而解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械存在的諸如傳動(dòng)比不穩(wěn)，液壓油泄漏污染、受溫度影響明顯等缺陷，使農(nóng)業(yè)機(jī)械向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化方向邁進(jìn)。

一、農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)

機(jī)電液一體化技術(shù)就是將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、液壓控制技術(shù)在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地的加以綜合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)最佳化的一門交叉學(xué)科技術(shù)。其本質(zhì)的特征是將電子技術(shù)和軟件技術(shù)結(jié)合后融入機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能后形成的一種特殊的機(jī)械系統(tǒng)，其最終目的是實(shí)現(xiàn)可控的運(yùn)動(dòng)行為。

自走式農(nóng)業(yè)機(jī)械是以內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力源，在戶外進(jìn)行自走式作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它一般有動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、行走裝置、工作裝置和操作裝置組成，機(jī)電液一體化利用各類傳感器檢測(cè)不同的信號(hào)，反饋給決策系統(tǒng)，由決策系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先定義的程序做出相應(yīng)的執(zhí)行指令，從而對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的各個(gè)組成部分進(jìn)行控制。機(jī)電液一體化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要涉及以下幾個(gè)方面的技術(shù)：

1.傳感器與監(jiān)測(cè)技術(shù)

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械的特殊的工作條件，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械用的傳感器較其他室內(nèi)機(jī)械要求具有較高的靈敏度、抗干擾性、高穩(wěn)定性、氣候適應(yīng)性、高可靠性。

2.信號(hào)處理和IO接口技術(shù)。

傳感器檢測(cè)出的各種信息通過以微處理器為中心的單片機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯分析和判斷后向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令，同時(shí)輔助于各種反饋信息和自診斷功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。IO（Input and output 簡寫）接口技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)各類由傳感器監(jiān)測(cè)到的信息和由控制中心發(fā)送的控制信息等能在系統(tǒng)中可靠準(zhǔn)確的傳輸，并通過多媒體信息、按鈕、觸摸屏（或者鍵盤）等實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。

3.故障診斷技術(shù)

采用機(jī)電液一體化技術(shù)的新型農(nóng)業(yè)機(jī)械具諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于電控系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯性使機(jī)器發(fā)生的故障難以查明，給維修工作帶來很大的困難，對(duì)維修技術(shù)人員的要求更高，另外要求電子控制系統(tǒng)的安全容錯(cuò)處理必須要保證機(jī)器最基本功能的正常，針對(duì)這種情況，在農(nóng)業(yè)機(jī)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(duì)故障進(jìn)行定位和修復(fù)。

二、機(jī)電液一體化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能提升

機(jī)電液一體化技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械后，可使其性能得到明顯的提高，實(shí)現(xiàn)原來機(jī)械難以完成的微調(diào)操作。如德國馬拉爾生產(chǎn)的新一代青貯收獲機(jī)，利用各類電液控制，實(shí)現(xiàn)全割臺(tái)自助潤滑油加注系統(tǒng)，通過IO接口可以隨時(shí)調(diào)整收割的飼料的切斷的長度，機(jī)體冷卻系統(tǒng)通過定期的冷卻風(fēng)扇反轉(zhuǎn)來清除進(jìn)風(fēng)口的堵塞，還有割臺(tái)的升降系統(tǒng)等等，從而使機(jī)器能在連續(xù)長時(shí)間不間斷作業(yè)的情況下保持良好的狀況，工作效率和效益具有了質(zhì)的突變。

三、操作人員的人身安全得到保障，機(jī)械故障率降低

應(yīng)用了機(jī)電液一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備通常具有電子監(jiān)控、電子報(bào)警、機(jī)械故障自動(dòng)診斷、出現(xiàn)意外時(shí)自動(dòng)防護(hù)等功能。在操作過程中，若機(jī)器運(yùn)行參數(shù)超過規(guī)定的安全界限，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在故障發(fā)生前使操作人員獲得必要的信息，及時(shí)對(duì)機(jī)器進(jìn)行維修，防止故障擴(kuò)大化。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備重大故障時(shí)和危及人生安全時(shí)立即報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)，使操作人員人身安全得到有力保障，機(jī)械使用壽命得以延長，機(jī)械故障率得以降低。如新一代的德國馬拉爾生產(chǎn)的青貯收獲機(jī)利用傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)進(jìn)料口的異物（如非農(nóng)作物的金屬，石塊等）實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)停機(jī)功能防止刀輪損壞等機(jī)械故障。最大限度的保護(hù)操作人員和機(jī)械部分的安全。

四、節(jié)約能源、提高效率

應(yīng)用了機(jī)電液一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備基本上都具有電子信息自動(dòng)采集處理、系統(tǒng)自動(dòng)控制等功能。如通過對(duì)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)負(fù)荷控制充分有效的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，合理分配液壓油的流量以適應(yīng)外載荷和操作的需要；通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨機(jī)體溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能。通過機(jī)械本身的自控系統(tǒng)，可精準(zhǔn)指揮機(jī)械的工作部分完成預(yù)定的作業(yè)動(dòng)作，這也使操作人員的主觀因素影響降到最低，實(shí)現(xiàn)最佳作業(yè)操作，繼而獲得最高工作效率。

五、操作性能得以改善

應(yīng)用了機(jī)電液一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備由于采用了數(shù)字技術(shù)和程控技術(shù)，其操作部件得以減化，更符合人體學(xué)設(shè)計(jì)要求，作業(yè)操作變得更加便捷。其作業(yè)過程依據(jù)使用前預(yù)定的程序逐步由機(jī)械自身的自控系統(tǒng)指揮實(shí)現(xiàn)，可重復(fù)所有預(yù)設(shè)作業(yè)動(dòng)作。如德國產(chǎn)的青貯機(jī)的割臺(tái)操作部分只需要操作人員在有空調(diào)的駕駛室內(nèi)通過一個(gè)類似于一個(gè)游戲手柄的機(jī)構(gòu)來完成。

六、設(shè)備功能多樣且適應(yīng)性強(qiáng)

與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)、功能單一不同，應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備功能強(qiáng)大，技術(shù)多樣，基本都具有系統(tǒng)自動(dòng)控制、作業(yè)自動(dòng)補(bǔ)償、電子信息自動(dòng)校檢、設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)、系統(tǒng)和操作員自動(dòng)防護(hù)和控制終端人工智能化等多重功能，適應(yīng)各種作業(yè)場合和工作領(lǐng)域，可按用戶需求隨時(shí)隨地進(jìn)行調(diào)整。

七、設(shè)備便于安裝調(diào)試和維護(hù)

應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在安裝調(diào)試時(shí)可根據(jù)不同用戶的需求及作業(yè)現(xiàn)場參數(shù)的變化，通過改變系統(tǒng)控制程序來實(shí)現(xiàn)作業(yè)方式的轉(zhuǎn)變。這些參數(shù)由于可以用多種方式手動(dòng)輸入到設(shè)備控制系統(tǒng)中，從而不必改變?cè)O(shè)備的任何作業(yè)零部件。而具備信息存儲(chǔ)功能的設(shè)備，由于預(yù)先存儲(chǔ)了多種可供參考的預(yù)定作業(yè)程序，只需根據(jù)作業(yè)對(duì)象的不同而輸入不同的信息代碼，便可使設(shè)備按預(yù)設(shè)作業(yè)程序操作執(zhí)行，完成作業(yè)。設(shè)備的電子信息自動(dòng)校檢和電子監(jiān)控功能可對(duì)作業(yè)過程中出現(xiàn)的故障采取自動(dòng)糾錯(cuò)措施，從而使作業(yè)正常進(jìn)行。

八、當(dāng)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入了電子信息時(shí)代，電子信息技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)逐步向機(jī)械自動(dòng)化方向前進(jìn)。由于計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)的逐步完善，農(nóng)業(yè)機(jī)械人工智能化將成為未來農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展的重中之重。在不久的將來，農(nóng)業(yè)機(jī)械化控制技術(shù)發(fā)展的過程中將陸續(xù)涌現(xiàn)出各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人和相應(yīng)的智能化控制系統(tǒng)， 針對(duì)未來的人們對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求，廣大工程技術(shù)人員應(yīng)該及時(shí)更新知識(shí)結(jié)構(gòu)，緊跟現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，正確處理好質(zhì)量與成本、市場需求和技術(shù)可能性、長期發(fā)展和短期利益之間的矛盾關(guān)系，在滿足市場需要的前提下，使產(chǎn)品既具有足夠的競爭力，又符合當(dāng)前實(shí)際情況和技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性，以保證產(chǎn)品獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

結(jié)束語：

技術(shù)決定生產(chǎn)力，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)決定農(nóng)業(yè)發(fā)展的高度，機(jī)電液一體化技術(shù)必將成為未來農(nóng)機(jī)的主流，必將成為推動(dòng)中國和世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展的中堅(jiān)力量，是人們解放繁重的體力勞動(dòng)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(nóng)業(yè)作業(yè)任務(wù)成為可能。

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