机电一体化技术在农业机械上的应用及其促进作用

周拴柱

(牡丹江大为机电有限公司，黑龙江 牡丹江 157041)

0 引言

现代化农业机械的应用在我国的农业生产中发挥了巨大的作用，农民通过合理使用农业机械，使生产过程的效率和作业品质都得到了明显的提升，从事生产过程的人力劳动强度显著降低，使农民进一步对农业机械产生认可，也说明了农业机械化生产合理性与先进性。从机械行业发展的角度来看，传统的机械产品在机电一体化技术的支持下，自动化程度得到了显著的提升，农机产品在设计和开发的过程中也能通过与机电一体化技术的融合来提高其使用性能，使农机产品的作业过程更加简单合理，为农业机械化生产提供更多助力。

1 机电一体化技术特点

机电一体化技术是20世纪后期兴起的一项多学科融合的技术体系，其重点在于将传统的机械学科和电子学科相融合，并充分结合液压、气动、微电子、信息、计算机、信息传递等技术，多学科的融合体现出了显著的技术优势，对于适应现代化的社会需求创造了良好的技术条件。

总体上讲，机电一体化技术的应用具备以下技术优势：一是有效丰富机械产品的功能，通过机电一体化技术的应用，传统的机械产品实现了电气技术的控制功能，通过电路设计和电气控制元件的加入，不仅简化了复杂的机械结构，更使机械产品的功能得到大幅提升；二是机械工作的精确度显著提高，机电一体化设备应用了传感器、数据分析和自动控制技术，对于机械动作的执行能实现检测状态下的补偿与校正，有效降低机械误差造成的影响；三是机械产品工作的可靠性大幅提高，电子控制系统替代了传统的机械控制结构，使机械结构得到了简化，机械零件产生故障的概率随之降低，同时利用电子控制技术实现的自动诊断、故障检测、故障预警、自我保护等功能有效避免了严重机械故障的发生，机械工作过程的安全性也显著提高；四是机械操作变得更加简便，应用机电一体化技术后，机械产品的很多操作通过预设程序来完成，操作人员可以通过人机交互界面和简单的操作来实现对机械产品的控制与调整，与传统的人工作业相比较，操作的便捷度得到了显著提升。

2 机电一体化技术在农业机械上的应用

机电一体化技术在农业机械上的应用组成是多方面的，其中的关键技术如图1所示，通过中央处理器来分析各个功能模块的信息数据，并进行不同方式的决策，控制相关机械功能的执行。

图1 农机机电一体化的关键技术组成

2.1 传感器监测技术的应用

传感器是机电一体化技术常用的检测元件，通过传感器的应用能够有效获得农业机械和周边环境的信息，从现阶段的农业机械产品来看，其逐渐向着复杂化和大型化发展，机械产品中应用较多的机械结构、液压装置和电控组件，这些部位的工作状态和相关的参数监测需要不同功能的传感器来实施，从而保证农业机械工作的各项状态能够被实时获取，并供控制系统进行分析。农机产品中常用的传感器包括温度传感器、速度传感器、计量传感器、重力传感器、转速传感器、扭力传感器等，传感器技术的应用使驾驶员对农机内部工作状态和外部环境状态有了更直观的了解，便于及时调整机具的作业方案，或通过机电自动控制来预防故障问题的发生，显著提高农机作业的可靠性。

2.2 自动控制技术的应用

自动控制技术是通过可控制元件实现对农机重要结构位置和运转部件的控制，图2所示为具有自动控制技术的拖拉机产品控制系统组成。可通过控制界面实现对喷药泵转速的控制，从而实现生产过程中喷药量的调整；通过控制液压阀的开关，实现农机不同位置结构的自动升降和调整，有效减少了人工调整和操作的负担。在自动控制技术中，农业机械借助电控元件能够对农机的液压系统实现精确控制，这也是在农机自动控制中使用最广泛的技术形式，通过电子技术控制液压系统相对于传统的手柄控制来说，液压系统工作的精细度显著提升，液压系统所能实现的功能也得到了扩展，并减少了人为操作产生的失误问题。

图2 拖拉机的自动控制系统及功能

2.3 智能导航技术的应用

智能导航技术的实现离不开机电一体化技术的支持，通过在农业机械中布置GPS终端，能够将农业机械的作业位置实时显现，并通过卫星导航系统指导农业机械进行作业。现阶段，智能导航技术在农业机械上的功能应用主要包括两方面的内容，一是利用导航监测和指导农机驾驶员的驾驶路线与驾驶方式，例如在机械化耕整地作业中，导航技术可以及时发现农机行驶偏离路线或行驶速度异常等问题，使驾驶员及时调整行驶方案，避免耕整地质量不佳或漏耕现象的出现；二是利用导航指导智能农机实现自动化行驶和作业，导航为自动行驶提供精确的坐标和位置信息，为农业机械的无人作业提供技术支持。

2.4 计算机视觉技术的应用

计算机视觉技术也是现代化农业生产中应用的一项重要技术，其主要功能包括获取田间图像信息、辅助导航和作业状态检测等。视觉技术的信息获取元件是高清摄像头，获取的图像会根据计算机预设的算法和图像提取技术进行信息提取与图像简化，从而以视觉信息中分离出有效的信息，来指导农业生产的实施。视觉识别技术重点针对农作物的生长状态、病虫害情况、产量预测等工作展开，也可对农机智能导航进行辅助，使作业的精确度得到显著提升。

3 机电一体化技术对农业机械的促进作用

机电一体化技术在农业机械领域的应用，对农机化生产的实施具有积极的促进作用。一方面，农业机械的生产效率得到了显著提高，机电一体化技术有效提升了农业机械各个部件之间的配合与反应速度，并减少人工操作的步骤，且农业机械执行的工作任务更加精细标准，农业机械作业过程具有了更加明显的节能减排和低碳环保的特点；另一方面，农业机械作业过程中的故障发生率显著降低，很多机械异常状态在故障特征出现的第一时间就会被监测系统发现，并得到及时的处理，对于可能造成的重大故障，机具还会自主进行干预，中断危险位置的动力，使机具安全性得到加强，驾驶人员的人身安全也得到进一步保证。此外，利用电子控制技术，农机使用的便捷性提升，对驾驶员的操作技能相应降低，农机作业中的合理性得到提升，驾驶农机的失误明显减少，利用功能齐备的人机交互协同，农业机械的管理与维护保养工作实施也变得更加规范。

4 结语

机电一体化技术近年来在农业机械领域得到了广泛的应用，农机产业也借助机电一体化技术实现了产品性能的全面提升，且农业机械的机电一体化技术也逐渐由单纯的机电一体化向着光机电液一体化技术发展，产品的功能集成性与结构简化特征也逐步显现，农机产品不仅实现了成本、功能、操作性能方面的优化，还将向着环保、低功耗、低成本、高收益方向继续进步。