鄭 侃，劉國(guó)陽，夏俊芳，劉 博，徐 磊，程 健，李 棟

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北武漢 430070）

耕作、播種、收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，耕種收機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量決定著作物產(chǎn)量[1]。振動(dòng)技術(shù)是通過控制振動(dòng)信號(hào)對(duì)受振對(duì)象的作用，達(dá)到物體狀態(tài)改變的目的。將振動(dòng)技術(shù)運(yùn)用在耕種收機(jī)械中可提高作業(yè)效率、作業(yè)穩(wěn)定性、降低作業(yè)成本以及增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出[2]。

目前，振動(dòng)技術(shù)在耕種收機(jī)械中的應(yīng)用主要以機(jī)具振動(dòng)部件和減振裝置設(shè)計(jì)試驗(yàn)為主，如減少工作阻力的振動(dòng)深松鏟、提升排種性能的振動(dòng)排種盤、降低籽粒損失的減振割臺(tái)，以及提高收獲質(zhì)量的薯土振動(dòng)分離裝置等[3-6]。隨著理論分析、數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與手段的發(fā)展，如何進(jìn)一步將施加振動(dòng)、消除振動(dòng)與耕種收機(jī)械有機(jī)地結(jié)合，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際問題，將成為未來農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的重要方向。

為此，本文在介紹振動(dòng)技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外耕種收機(jī)械引入振動(dòng)技術(shù)解決的具體問題、技術(shù)特點(diǎn)與典型機(jī)具。并結(jié)合我國(guó)耕種收機(jī)械現(xiàn)狀展望振動(dòng)技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的不斷改進(jìn)與升級(jí)，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

1 振動(dòng)基本理論

振動(dòng)通常是指機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)是一種特殊形式的運(yùn)動(dòng)，物體沿著平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其強(qiáng)弱可用物體位移、速度、加速度等衡量。在實(shí)際研究中，為簡(jiǎn)化分析，常把振動(dòng)物體簡(jiǎn)化成一個(gè)沒有彈性只有一定質(zhì)量的剛性體，并將它與一個(gè)忽略質(zhì)量且只具有彈性彈簧連接在一起，組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)；振動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)自由度分類可分為單自由度系統(tǒng)、多自由度系統(tǒng)[7]。典型的振動(dòng)模型如下圖1 所示。

圖1 振動(dòng)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the vibration system

單自由度系統(tǒng)是一種最簡(jiǎn)單的振動(dòng)模型（圖1a），是多自由度系統(tǒng)基礎(chǔ)，許多工程實(shí)際結(jié)構(gòu)都可以簡(jiǎn)化為一個(gè)單自由度系統(tǒng)。單自由度系統(tǒng)在外力f（t）作用下運(yùn)動(dòng)方程為[7]：

其幅頻特性H（w）、相頻特性A（w）和響應(yīng)函數(shù)ψ（w）為[7]：

其中c-粘性阻尼系數(shù)；k-彈簧剛度；f（t）-激振力；z-振動(dòng)位移；wn-固有頻率；ξ-阻尼比。

二自由度無阻尼振動(dòng)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)（圖1b），二自由度無阻尼振動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成。由于兩個(gè)分振動(dòng)頻率比值的復(fù)雜性，所以合成振動(dòng)一般是一種非周期復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)振動(dòng)微分方程以及響應(yīng)特性與振動(dòng)系統(tǒng)模型相關(guān)，如二自由無阻尼振動(dòng)系統(tǒng)在激振力作用下受迫振動(dòng)隨固有頻率改變，在一定條件下則會(huì)產(chǎn)生共振。對(duì)于一些簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)可簡(jiǎn)化成單自由度或二自由度振動(dòng)問題，但大多數(shù)工程振動(dòng)問題因質(zhì)量或剛度具有分布特性，在理論上是無限自由度系統(tǒng)問題。為便于研究，常將無限自由度問題簡(jiǎn)化成有限多個(gè)簡(jiǎn)單自由度問題，分析機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以及求解。合理改善和利用機(jī)械振動(dòng)，對(duì)實(shí)際工程中機(jī)器設(shè)備的研究具有參考價(jià)值[7-8]。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展重心，同樣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)提出了更高要求[9-10]。振動(dòng)技術(shù)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械節(jié)能增效、提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)效益和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，并以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在耕作機(jī)械、播種機(jī)械、收獲機(jī)械等方面取得了較好的實(shí)用效果。

2 振動(dòng)在耕種收機(jī)械中的應(yīng)用

2.1 耕作機(jī)械

耕作機(jī)械在田間作業(yè)過程中，觸土部件與土壤相互作用，使土壤產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)、破碎或移動(dòng)。機(jī)具作業(yè)時(shí)普遍存在作業(yè)阻力大、能耗高、土壤粘附和磨損嚴(yán)重等問題。耕作機(jī)械作業(yè)環(huán)境惡劣，振動(dòng)現(xiàn)象無可避免，由此產(chǎn)生噪聲和震顫、加劇零部件的疲勞破壞、降低可靠性和壽命[11]。減阻降耗、減粘脫附及減振降噪問題始終是耕作機(jī)械解決的技術(shù)難題[12-13]。

相較無振動(dòng)部件的耕作機(jī)械，運(yùn)用振動(dòng)技術(shù)的耕作機(jī)械工作阻力小、功耗低、減粘效果明顯、作業(yè)質(zhì)量高?；谠摷夹g(shù)特點(diǎn)不斷對(duì)耕作部件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)式作業(yè)，達(dá)到高效低能效果。近年來，研究者以耕作部件減阻降耗、減粘脫附為目的，開展振動(dòng)耕作機(jī)械與土壤間的相互關(guān)系研究。如振動(dòng)式深松機(jī)試驗(yàn)表明工作阻力相較無振動(dòng)狀態(tài)下降低了30%[14]；Wang 等[15]認(rèn)為正弦振動(dòng)能夠減少土壤在觸土部件表面粘附；Shahgoli 等[16]研究得出振動(dòng)頻率為3.3 Hz 左右是土壤振動(dòng)切削最佳條件。周華等[17]設(shè)計(jì)了一種振動(dòng)深松裝置用于解決黏重土壤深松作業(yè)阻力大的問題，相對(duì)于傳統(tǒng)弧形深松鏟減阻15.45%～20.05%。王文明等[18]設(shè)計(jì)了一種用于旋轉(zhuǎn)中耕機(jī)的振動(dòng)單體，降低了32%的作業(yè)功耗。蔣建東等[19-20]利用ANSYS/LS-DYNA 分析振動(dòng)旋耕機(jī)作業(yè)過程，結(jié)果表明頻率40 Hz 的正弦波為最佳振動(dòng)減阻參數(shù)組合。

隨著振動(dòng)耕作機(jī)具的研究，研究者從利用振動(dòng)逐漸過渡到振動(dòng)特性分析及實(shí)現(xiàn)機(jī)具減振降噪。如基于多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，建立微耕機(jī)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型，深入分析微耕機(jī)振動(dòng)特性[21]；利用ADAMS 對(duì)旋耕機(jī)振動(dòng)特性進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)相應(yīng)減振裝置[22]；通過建立耕作虛擬樣機(jī)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，設(shè)計(jì)低振動(dòng)量的手扶拖拉機(jī)阻尼減振把手[23]；應(yīng)用振動(dòng)深松試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)，減輕振動(dòng)對(duì)機(jī)手的不良影響[24]；研發(fā)耕作機(jī)械新型減振材料，如增強(qiáng)型玻璃纖維塑料，減振降噪效果明顯[25]。綜合上述進(jìn)展，研究了不同振動(dòng)方式和振動(dòng)特性對(duì)工作阻力、土壤粘附的影響，設(shè)計(jì)、優(yōu)化與分析了振動(dòng)式耕作機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得耕作機(jī)械在減阻降耗、減粘脫附、減振降噪方面取得顯著效果。國(guó)內(nèi)外典型運(yùn)用振動(dòng)技術(shù)耕作機(jī)械如表1 所示。

表1 具有振動(dòng)功能的典型耕作機(jī)械Tab.1 Typical tillage machine with vibration function

結(jié)合表1對(duì)上述耕作機(jī)械進(jìn)行分析，國(guó)外“Agrestis Vario”翻轉(zhuǎn)犁[26]使用壓縮彈簧產(chǎn)生自激振動(dòng)，工作時(shí)在土壤中不斷振動(dòng)使翻耕后土垡方向一致、碎土均勻。Kverneland AB 85 鏵式犁[27]設(shè)有鋼板彈簧的自動(dòng)復(fù)位橫梁，帶動(dòng)犁體振動(dòng)使粘附土壤脫落。King Kutter Field 中耕機(jī)[28]配置13 個(gè)彈性材質(zhì)的犁尖和1個(gè)牽引栓，中耕機(jī)在工作時(shí)犁尖遇到障礙物會(huì)自動(dòng)彈起，越過障礙物后迅速恢復(fù)原狀，起到保護(hù)犁尖作用，提高使用壽命。TLK833 型深松機(jī)[29]配置1 把深松鏟并利用振動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)翼鏟實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，不斷擾動(dòng)土壤使其粉碎、膨脹和松散。國(guó)內(nèi)典型機(jī)具如1SZL-570 振動(dòng)深松機(jī)[30]適合與大功率拖拉機(jī)（輪式、履帶均可）配套使用，深松深度可達(dá)240～400 mm，該機(jī)器入土阻力小，部件堅(jiān)固耐磨，可顯著提高耕層土壤破碎率。

2.2 播種機(jī)械

播種機(jī)械是以作物種子、肥料為作業(yè)對(duì)象的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其作業(yè)質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率、種植成本以及農(nóng)作物產(chǎn)量密切相關(guān)[31-32]。目前，播種機(jī)械在播種精度、播種可靠性、防堵塞等方面仍存在問題[33]。播種機(jī)具引入振動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)種子有序排列、種子精密吸附、吸種管與播種管防堵塞等目的。播種機(jī)工作中產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)對(duì)播種位置準(zhǔn)確性、種距分布的均勻性會(huì)產(chǎn)生不利影響，探究播種機(jī)振動(dòng)對(duì)播種質(zhì)量的作用機(jī)制、消除播種機(jī)隨機(jī)振動(dòng)，對(duì)播種機(jī)的深化研究具有重要價(jià)值[34]。圖2為國(guó)內(nèi)外振動(dòng)式排種器的主要類型[33]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于播種機(jī)播種精度低、播種可靠性差、播種堵塞等問題，開展了播種機(jī)具振動(dòng)特性與種群間響應(yīng)機(jī)制和作用機(jī)理等方面研究。如Min等[35]研究發(fā)現(xiàn)種子斗振頻為43.6～43.8 Hz，振幅為0.61～0.62 mm 時(shí)，真空吸嘴播種機(jī)播種狀態(tài)最佳。陳晨等[36]運(yùn)用EDEM 軟件模擬排種室內(nèi)大豆種群運(yùn)動(dòng)，結(jié)果表明種群速度與排種器振幅呈正比，種群所受壓力隨振幅增加呈先減小后增加趨勢(shì)。董春旺等[37]設(shè)計(jì)了一種由彈簧、電磁鐵、種盤構(gòu)成的種盤拋振系統(tǒng)，播種時(shí)空穴率低于2%，單粒率大于96%，吸附率大于98%。同時(shí)，振動(dòng)技術(shù)提高了水稻精量播種性能，如李耀明等[38-40]對(duì)氣吸振動(dòng)式精密播種機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，采用吸盤式排種器，播種時(shí)振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)使種群“沸騰”，通過單軌道絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)和吸種部件轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)移種、吸種及落種。在上述研究基礎(chǔ)上，李志偉等[41]研發(fā)了一種2BZ-300 型電磁振動(dòng)式水稻育秧播種流水線；馬旭等[42]采用螺旋勺輪供種原理設(shè)計(jì)V-T型氣動(dòng)振盤排種，研制了2SJB-500型水稻秧盤育秧精密播種流水線。

圖2 振動(dòng)式排種器的主要類型Fig.2 Main types of vibratory seed meter

振動(dòng)播種機(jī)構(gòu)增設(shè)振動(dòng)裝置及地表平整度的影響，易導(dǎo)致播種機(jī)工作部件疲勞破壞、播種質(zhì)量差。為此，研究者在播種機(jī)振動(dòng)數(shù)學(xué)模型分析、減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面開展了一系列研究，如分析免耕精量播種機(jī)振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，提出降低前進(jìn)速度和地表不平度、優(yōu)化機(jī)具結(jié)構(gòu)等減振措施[43]；利用ANSYS Workbench軟件分析播種機(jī)機(jī)架振動(dòng)特性及產(chǎn)生變形響應(yīng)原因，改變播種機(jī)前進(jìn)速度避開機(jī)架共振[44]；對(duì)手扶插秧機(jī)手柄和機(jī)手手臂進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)和振動(dòng)傳遞特性分析，得到操作手扶插秧機(jī)時(shí)應(yīng)避免振頻100 Hz左右振動(dòng)的結(jié)論[45]；氣吸式排種裝置通過試驗(yàn)研究得出了影響合格指數(shù)和漏播指數(shù)的振動(dòng)頻率、排種盤轉(zhuǎn)速、真空度等因素的最優(yōu)參數(shù)[46]。國(guó)內(nèi)外典型運(yùn)用振動(dòng)技術(shù)播種機(jī)械如表2所示。

表2 具有振動(dòng)功能的典型播種機(jī)械Tab.2 Typical seeding machine with vibration function

結(jié)合表2 分析上述播種機(jī)振動(dòng)部件原理，12 行免耕播種機(jī)[47]可一次性完成開溝、施肥、播種、覆土、施藥、鎮(zhèn)壓等多道工序，并配置有平衡彈簧及拉力彈簧吸收振動(dòng)沖擊，使該機(jī)在較硬田塊里也能保證很好的播種質(zhì)量。2CM-2A 馬鈴薯種植機(jī)[48]集種植、施肥、起壟功能于一體，配置振動(dòng)裝置提高播種精度，采用外跨式承載輪減少因田間雜草過多引起的堵塞。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)利用機(jī)械式供種與氣動(dòng)振動(dòng)勻種裝置相結(jié)合設(shè)計(jì)2SJB-500 型水稻秧盤育秧精密播種流水線[49]，可滿足雜交稻低播量下的精密播種要求。2CMX-2 兩行馬鈴薯種植機(jī)[50]采用精量種植單元與種植深度精確控制技術(shù)，提高播種精度。2CM-2/1 雙壟雙行馬鈴薯播種機(jī)[51]設(shè)置電子振動(dòng)清種裝置清理掉種勺內(nèi)多余種薯，實(shí)現(xiàn)定量精播。

2.3 收獲機(jī)械

收獲機(jī)械是采用切割、采摘、挖掘、拔起和振落等方式收取成熟作物的農(nóng)業(yè)機(jī)械。因各種作物收取部位、形狀、機(jī)械物理性質(zhì)和技術(shù)要求不同，相應(yīng)收獲機(jī)械也不同?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)收獲機(jī)械要求已不局限于單純完成作業(yè)環(huán)節(jié)，還需滿足作業(yè)過程高效低能、匹配農(nóng)藝等要求[52]。振動(dòng)技術(shù)在收獲機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用主要包括振動(dòng)分離、振動(dòng)采摘、振動(dòng)篩分及改善人體舒適性等方面，并可滿足多種作物收獲需求。如根莖類收獲機(jī)械（馬鈴薯、荸薺、花生等），利用高頻振動(dòng)分離原理，通過激振器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拾取部分和泥土分離；如果實(shí)收獲機(jī)械（紅棗、杏果、藍(lán)莓等），利用共振破壞作用，使果實(shí)脫離果枝。另外，合理設(shè)置收獲機(jī)械振動(dòng)篩振動(dòng)特性參數(shù)有助于提高清選效果、篩分效率；探究地面對(duì)收獲機(jī)械振動(dòng)特性以及收獲機(jī)械與作物、果樹接觸部件的振動(dòng)機(jī)理，可降低收獲籽粒損失、果實(shí)破損，提高人體舒適性[53-58]。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)收獲部件振動(dòng)與作物相互作用關(guān)系進(jìn)行了建模分析。如為分析果實(shí)振動(dòng)脫落特性，建立雙擺線動(dòng)力學(xué)模型[53]；對(duì)不同慣性式振動(dòng)激勵(lì)下的果樹響應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)建模[54]；以果實(shí)采摘效率、青果脫落率、果樹損傷率為指標(biāo)，建立藍(lán)莓果樹振動(dòng)系統(tǒng)模型[55]。部分研究采用試驗(yàn)手段得到適用于收獲機(jī)械振動(dòng)部件的振頻、振幅、振動(dòng)角度等特性參數(shù)。如Aristizábal 等[56]研究圓形和多向振動(dòng)對(duì)咖啡果實(shí)脫落的影響，確定振動(dòng)篩振動(dòng)最佳條件（頻率、振幅、施加時(shí)間和樹干夾緊點(diǎn)）；Polat等[57]利用慣性式懸臂振動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)獲得巴旦木最佳振動(dòng)頻率和振幅參數(shù)；程超等[58]使用振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)得出了高低濕度水稻脫出物脫附的最優(yōu)振動(dòng)參數(shù)組合（振幅、振頻、振動(dòng)角度）。

收獲機(jī)械作業(yè)時(shí)因機(jī)器結(jié)構(gòu)及外部環(huán)境的激勵(lì)，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生震顫，對(duì)收獲機(jī)帶來不利影響。近年來，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)收獲機(jī)械減振降噪、提高駕駛室舒適性等方面的研究逐漸增多。如對(duì)油菜聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)特性測(cè)試，探究整機(jī)振動(dòng)的激振源和各激振力的振動(dòng)特性，為聯(lián)合收獲機(jī)優(yōu)化提供參考[59]；搭建收獲機(jī)人-機(jī)-路面系統(tǒng)剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)，分析收獲機(jī)在不同田塊作業(yè)的振動(dòng)舒適性，得出路面硬度、行駛速度、收割刀是影響收獲機(jī)振動(dòng)舒適性主要因素[60]；創(chuàng)建收獲機(jī)車身框架有限元柔性體模型并進(jìn)行模態(tài)分析，繼而優(yōu)化車身框架柔性體模型結(jié)構(gòu)，有效避免共振產(chǎn)生[61]；設(shè)計(jì)具有減振效果的水稻收獲機(jī)割臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，降低收獲機(jī)振動(dòng)量和收獲損失[62]。綜合上述研究進(jìn)展，振動(dòng)式收獲機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮作物種類、振動(dòng)特性、作業(yè)環(huán)境、人體舒適性等因素。國(guó)內(nèi)外典型的運(yùn)用振動(dòng)技術(shù)收獲機(jī)械，如表3所示。

表3 具有振動(dòng)功能的典型收獲機(jī)械Tab.3 Typical harvesting machine with vibration function

振動(dòng)篩式馬鈴薯收獲機(jī)[63]前部采用格柵篩式薯土分離輸送鏈條，后部設(shè)有振動(dòng)篩式分離裝置，實(shí)現(xiàn)低損傷、高效率的收獲效果，工作效率0.33 hm2/h以上。復(fù)合式花生收獲機(jī)[64]挖掘鏟以一定角度入土，花生秧與土壤同時(shí)被推送至輸送鏈上，輸送鏈下方的振動(dòng)軸振動(dòng)使得花生秧攜帶的土壤脫落，實(shí)現(xiàn)果秧分離。W230 谷物聯(lián)合收割機(jī)[65]可用于小麥、大豆、油菜、高粱、稻谷等作物，雙層振動(dòng)篩清選面積大，清選效果好。5XFJ-7.5C振動(dòng)篩分級(jí)機(jī)[66]調(diào)節(jié)振動(dòng)分離器用于振動(dòng)篩篩選不同物料，篩分效率高。振動(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)[67]通過圓盤犁刀、振動(dòng)篩分別切斷植株和去土，機(jī)器工作平穩(wěn)，馬鈴薯損傷率低。

3 展 望

隨著農(nóng)機(jī)具種類和數(shù)量需求日益增多，振動(dòng)技術(shù)運(yùn)用于耕種收機(jī)械中仍需進(jìn)一步加強(qiáng)，相關(guān)配套機(jī)具的工作穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性仍有不足，還未達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)要求。在系統(tǒng)總結(jié)了振動(dòng)技術(shù)在耕種收機(jī)械應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，從振動(dòng)基礎(chǔ)理論、振動(dòng)部件、人機(jī)交互融合、振動(dòng)測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)化和智能化等方面，提出未來振動(dòng)技術(shù)研究方向，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的現(xiàn)代化。

3.1 加強(qiáng)耕種收農(nóng)機(jī)振動(dòng)基礎(chǔ)理論研究與振動(dòng)部件優(yōu)化

國(guó)內(nèi)外針對(duì)耕種收機(jī)械特點(diǎn)在振動(dòng)技術(shù)、振動(dòng)裝置等方面開展了相關(guān)研究，但基礎(chǔ)理論仍需深入，包括振動(dòng)對(duì)機(jī)具作業(yè)過程、土壤力學(xué)與運(yùn)動(dòng)特性、種子及果實(shí)損傷等影響機(jī)制。以耕作機(jī)械振動(dòng)為例，仍需探討振動(dòng)場(chǎng)-觸土部件-土壤相互作用機(jī)理、復(fù)雜工況下土壤運(yùn)動(dòng)規(guī)律與本構(gòu)特征、振動(dòng)耕作過程中的碎土、脫土機(jī)理以及仿真動(dòng)力學(xué)模型的建立與求解。目前，耕種收機(jī)械振動(dòng)部件相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性、適應(yīng)性、通用性等相對(duì)較低。因此，需針對(duì)國(guó)內(nèi)不同區(qū)域土壤特性、種植模式、作物種類、農(nóng)藝技術(shù)需求的差異，在完善振動(dòng)耕作、振動(dòng)播種、振動(dòng)收獲相關(guān)理論基礎(chǔ)上，優(yōu)化改進(jìn)農(nóng)機(jī)關(guān)鍵部件與結(jié)構(gòu)，并集成虛擬仿真技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)，加快振動(dòng)式農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造進(jìn)程，逐步研制與復(fù)雜工況、作物多樣性相適應(yīng)的的耕種收機(jī)械振動(dòng)部件與配套機(jī)具。

3.2 促進(jìn)振動(dòng)技術(shù)與人機(jī)工程學(xué)的交互融合

振動(dòng)對(duì)耕種收機(jī)械作業(yè)有利有弊，在農(nóng)業(yè)機(jī)械上配置振動(dòng)裝置提高了工作質(zhì)量、效率、減小了能耗，同時(shí)振動(dòng)會(huì)對(duì)機(jī)具產(chǎn)生額外的動(dòng)載荷，增加了機(jī)體承受的應(yīng)力，降低零部件壽命；也會(huì)對(duì)駕駛員造成不同程度的影響。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械上增設(shè)振動(dòng)部件或裝置時(shí)，應(yīng)綜合考慮振動(dòng)對(duì)農(nóng)機(jī)、機(jī)手各方面影響，合理地設(shè)計(jì)布置振動(dòng)部件或?qū)Σ恍枰駝?dòng)的部件配設(shè)減振裝置；推進(jìn)振動(dòng)技術(shù)與人機(jī)工程學(xué)理論組裝配套，最大限度發(fā)揮振動(dòng)技術(shù)節(jié)能高效和人體舒適性等多重效益，促進(jìn)高水平復(fù)合性農(nóng)機(jī)振動(dòng)技術(shù)體系的形成。

3.3 加大耕種收農(nóng)機(jī)工況下振動(dòng)測(cè)量?jī)x器研發(fā)

振動(dòng)測(cè)量相關(guān)儀器是振動(dòng)理論及技術(shù)研究應(yīng)用的關(guān)鍵，能使振動(dòng)對(duì)農(nóng)機(jī)具的影響從定性分析轉(zhuǎn)變成定量分析，并將振動(dòng)規(guī)律提升到揭示機(jī)理的高度。由于耕種收機(jī)械具有工況復(fù)雜、被測(cè)參數(shù)多、測(cè)試因素和測(cè)試條件難以控制的特點(diǎn)，對(duì)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器提出了更高要求。因此，應(yīng)充分利用振動(dòng)動(dòng)力學(xué)及數(shù)學(xué)建模等相關(guān)學(xué)科知識(shí)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，加快研究振動(dòng)測(cè)試儀器的感知機(jī)理，提高傳感器的精度和可靠性，并將振動(dòng)特性參數(shù)可視化，便于分析數(shù)據(jù)得出規(guī)律。進(jìn)而設(shè)計(jì)出適用于農(nóng)機(jī)作業(yè)的高精度、響應(yīng)性強(qiáng)的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器。

3.4 提高振動(dòng)農(nóng)機(jī)具自動(dòng)化和智能化水平

為了提高和控制農(nóng)機(jī)具振動(dòng)作業(yè)質(zhì)量和精度，自動(dòng)化和智能化必不可少。例如，利用機(jī)電液控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)模擬仿真等技術(shù)，對(duì)播種質(zhì)量、秸稈粉碎拋灑、耕整地平整度、機(jī)器狀況等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警和快速調(diào)節(jié)，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的可控性、準(zhǔn)確性、精確性；應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航、機(jī)器視覺、圖像處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別、定向采摘、無人駕駛等，保證農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的質(zhì)量、精度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境。此外，在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)農(nóng)機(jī)具智能測(cè)控、提高信息化管理等方面，多種技術(shù)相互結(jié)合將會(huì)更普遍。