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农业机械轻量化研究

2020-08-22 09:20 来源:农业机械论文 人参与在线咨询

1轻量化是地质环境的要求

贵州以高原山地为主,素有“八山一水一分田”之说。全省地貌可概括分为高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型,其中92.5%的面积为山地和丘陵。境内山脉众多,重峦叠嶂,绵延纵横,山高谷深,梯田纵横,这样的地理环境给贵州旅游业带来如此蓬勃发展的同时,也给贵州的农业现代化进程造成了较大的阻碍,使得贵州的农业现代化落后于全国其他发达地区[1]。当前的贵州公路网虽然很发达,实现县县通高速的同时,乡村公路也建成了以村村通为交流通道的互联互通式的道路环境。但是要想在农民的田间地头实现机械化畅通道路非常难,一是修筑耗资太高,二是耕地的平坦面积相对不均,大型、自动化、智能化农耕机械作业也不能有效施展。因此就需要因地制宜将设备轻型化,重量最好控制在50kg以内,方便农民在使用的时候能轻松搬运。

2轻量化的实现途径

农机在制造上要求性能有保障,在农户使用的过程中各部件不至于发生疲劳断裂或者塑性变形,因此在设计加工前需要充分做好载荷、刚度、强度、疲劳等多项分析校核及优化设计。农业机械的轻量化设计属于农业机械优化设计的范畴,优化设计涉及自变量、优化目标、二者间的函数关系以及约束条件等要素[2]。这项工作常用于其他重要的设备设计,但是在农机设计的时候一般都做得不够全面,往往都是根据设计人员的设计经验或者参照相关的设备做选择,这样就容易出现几个问题。1)设备重量超重,因为每个人的设计经验不同,对同一个部件的设计经验往往存在差异,就会出现设计零件尺寸偏大,重量偏重的情况。2)富余动力过剩,造成大马拉小车的现象,从而导致浪费能源和资源。在材料选择上也应该考虑满足性能使用的情况下选用密度较小、重量较轻的如碳纤维、铝合金等材料制作零部件。在设计时,从材料选取、框架结构、联接设计等方面着手,使得设备在满足低成本、轻量化的前提下实现了较高的结构强度[3],且尽量减少零部件的数量,并多花一点时间对材料零部件进行强度校核,选取合适的材料后,参考下列安全系数公式进行校核。

3轻量化的目的

3.1减少人力输出

因为贵州的田地多属于梯田和山地,在没有乡村道路的田地里作业,对于农机的使用受很大限制,如果设备质量很笨重,那农户就无法采用机械化作业。轻量小型化后,其重量在合理化范围内能得到有效控制,农户在崎岖田间地头使用起来会很轻便,最好一个人就能完成搬运和掌舵,可以采用随身悬挂式和手扶牵引式。

3.2降低驱动能耗

设备的重量和结构直接决定着整机动力配置,农用机械的轻量化,就是在保证设备的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低设备的整备质量,从而降低设备的动力输出,减少燃料消耗或者能源消耗,降低排气污染。以汽油机为例,实验证明,整机重量降低1%,油耗可降低0.7%。

3.3提高安全性

农机设备一般都具有旋转运动、冲击或直线运动,农户在操作使用过程中对自身安全存在一定的风险。这样的风险与设备的重量存在正比关系,随着设备质量的加大,人的操控能力就会被相应削弱,就会使自身的伤害风险加大。因此,对农机设备轻量化设计是很有必要的,在一定程度上是为了农户的安全着想,是降低操作风险的有利途径。

参考文献:

[1]蔡明勇.贵州山区农业机械化发展现状及对策[J].农家科技,2017(5):165.

[2]董钢,李耀明.农业机械轻量化设计方法的初探[J].农机化研究,2006(1):125-126+131.

[3]李碧政.大型五轴仿真转台的总体机械结构设计与分析[J].内燃机与配件,2018(9):1-5.

[4]潘群林,廖敏,陶金京,等.丘陵山地拖拉机整机轻量化技术研究[J].农机化研究,2020,42(3):254-258.

作者:付江 单位:贵州城市职业学院

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