2021-4-9 | 农业机械论文
本文作者：张铁民 闫国琦 温利利 廖懿华 单位：华南农业大学工程学院
农业机械化是现代农业的基本特征，是解决我国“三农”问题的重要途径。自改革开放以来，我国农业机械化有了长足进展，并且仍有很大潜力。新能源发展战略是包括发达国家在内的全球性重点研究课题，而电动力则是新能源的集中体现形式。目前，电动力汽车技术成为世界范围内主要工业发达国家的重点优先研究方向。可以预测，电动力农业机械是农业机械化进一步发展的重要途径。我国除在研究领域对农业机械和新能源大力支持外，在产业化上也积极扶植。《2010年农业机械购置补贴实施指导意见》将补贴范围扩大到12大类180个品目，一些经济发达或农业发达地区配套补贴接近或高于国家补贴，农民甚至可以买到“3～4折”的农业机械。
随着“新能源发电补贴”和“新能源汽车补贴”的试点运行，我国对新能源产业支持力度不断加大。可见，未来新能源动力的农业机械将得到更大力度的政策扶植，具有巨大的产业化发展优势。我国人多地少，能源短缺，山区与丘陵耕地面积多，地块分散，尤其适合小型电动农业机械。随着油价的上涨，农机使用成本不断增加，大力发展电动力农业机械符合我国国情和未来的需要。广义上讲，电动农业机械包括利用电力作为驱动力的农业机械，在农业排灌和农产品加工机械中应用较早，技术较为成熟，如电动碾米机、脱壳机、榨油机、潜水泵和鼓风机等。此类以电动机提供驱动力的农业机械以固定式为主，方便获得电网能量。而移动式农业机械特别是大中功率的农业机械，电动力驱动形式应用范围较小，目前处于探索阶段。
1电动力技术优势
燃油动力农业机械体积大，质量大，不利于小空间环境作业;而电动力农业机械结构紧凑，体积小，质量轻，呈现“小、灵、巧”特点，工作回转半径小，尤其适用于南方丘陵与山地等小面积地块作业和温室大棚环境工作。中小功率传统动力农业机械燃油发动机效率低，机械变速传动机构复杂，特别是燃油发动机工作在大余量恒功率输出状态，不利于低碳节能。电动力农业机械具有良好的调速和灵活的功率控制能力，可使系统保持在高效状态，特别是分散式多电机控制的实现代替了传动机构，进一步简化了农机结构，减小了农机的质量和体积。随着世界一次能源进一步枯竭，近年来国际油价的涨幅明显高于电价，而电能也可以从可再生能源中获得。目前，无论从能耗的成本上看，还是从未来的能源取向来看，以电能作为最终利用形式的新能源取代一次能源是未来发展趋势。电动机结构简单，使用与维护成本低于燃油发动机，传动链短，易于控制。在整体机械结构上，电动力农业机械也较为简单可靠。初步估算，使用电动农业机械的成本相当于燃油发动机动力的1/3～1/5。燃油动力农业机械具有较严重的废气污染和油污染，对空气和土壤有不良影响，特别在温室大棚环境中，燃油动力农业机械的噪音污染也不得不考虑。以上因素对人体和环境影响较大［1］，特别是小功率的二冲程汽油机，尾气排放和噪音污染更为严重。而电动力农业机械均不存在以上问题或影响较小，是真正节能、环保与绿色的农业机械。
2我国电动力农业机械发展现状
2．1有线电动力农业机械
随着电动机技术的应用和发展，该技术被较早地引入到固定式有线电动力农业机械领域，此类机械主要包括农产品加工机械、农业排灌机械和部分畜牧机械。交流感应电机具有结构紧凑、控制方便、功率转速特性较好、成本低廉和便于维护等特点，在利用电网电源农业机械中应用最多，技术较为成熟。近年来，自动化温室大棚技术发展较快，该技术的应用为有线电动农机提供了作业环境。文献［4］所描述的一种单相交流电机为动力的多用途温室机械，具有一定的代表性。该机械采用电缆供电，电机功率为2．2kW，额定转速2850r/min，配以变速箱和执行机构，总质量为45kg，可以实现自行走、翻地、卷帘和播种施肥等功能。该电动机械体积和质量较小，适合棚室作业，而且没有尾气和噪音污染，具有较高的应用价值。综上所述，自改革开放以来，我国农村电气化水平得到迅速发展，特别是近年来中央对农村的重视和农村电网的改造，为我国农村电动力农业机械的发展提供了巨大的动力。
2．2移动式电源电动力农业机械
农产品加工和设施农业可以方便地获得电网电源，其加工机械及作业机械宜优先采用电动力;而移动式电动农业机械多选用蓄电池电源或小型发电机组，由于容量和输出功率等技术现状，该类农业机械的应用集中在中小功率范围。
2．2．1园林植保电动力机械
小型喷雾机械输出功率较小，多采用人力肩背式，对于整体质量和体积提出小型化的要求，适合电动力的引入。特别是随着超低量喷雾技术和静电喷雾技术的发展，电控方式成为必然选择。1972年，我国引进英国技术仿制了一系列手持式电动喷雾机械［5］。我国最早研发生产电动喷雾剂的一批科研单位或企业主要有唐山地区农科所、上海明光仪表厂、上海崇明县红星农场、石家庄红旗五金塑料厂、天津农机所和北京怀柔农机厂等［6］。当时，此类产品采用干电池或蓄电池为动力源，整机质量为2～4kg，生产效率在4～6．67hm2/d。目前，电动喷雾器技术已很成熟，国内生产企业在300家以上，产品已大量走进农村农户。20世纪80年代，我国从美国和日本等国家批量进口电动割草机;2002年，日本本田技研工业株式会社在我国申请了发明专利，采用充电电池组动力驱动割草机［7］;2005年，我国推出了“家用和类似用途电器的安全－步行控制的电动割草机的特殊要求”(GB4706．78－2005)，进一步规范了电动割草机的生产［8］。直到目前，国内涉及电动割草机的各种专利44项，生产厂家主要集中在广东、江苏、北京和上海等地区。1998年，牡丹江林业科学研究所、黑龙江省森林工业总局和大海林林业局机械厂等单位联合研制了一款便携式电动园林整枝机，并申请了国家专利［9］。该机械采用汽油发电机组提供电源，480W异步交流电机作为动力输出，最大输出转速达10000r/min，整机直径达到100mm。由于电机驱动减少了变速传动机构，工作头质量只有3kg。四川省农科院蚕业研究所与江苏省电气机械设计院合作开发了电动桑剪［10］，采用24V蓄电池供电，连续工作4－5h，整体质量小于6kg。1994年，肖家彪农艺师研发了一款电动采粉授粉器，与人工相比效率提高30倍［11］;2009年，中棉种业科技股份有限公司研发了的一款电动棉花电动采粉器，解决了过滤装置由于花粉常常堵塞滤网而增加了电能消耗等问题，并申请了实用新型专利［12］。