1、浅谈机械技术在农业上的发展重庆大学 蒲治华、方怡焕、张超 作摘要：本文主要从过去、现在和未来三个方面阐述了机械技术在农业上的发展。首先，讲述了机械设计在农业上的发展历史；其次，介绍了一些中国现代化农业机械；最后，根据农业机械发展状况对未来机械技术在农业上的发展趋势做出了推断。关键词：机械技术、农业、发展一、机械技术在农业上的发展历史机械始于工具，工具是简单的机械。人类最初制造的工具是石刀、石斧和石锤。现代各种复杂精密的机械，都是从古代简单的工具逐步发展而来的。古代由于交通不便，文化交流很少，世界上几个基本独立的文化区域，如东亚和南亚、西亚和欧洲的机械发展情况各不相同。如中国古代机械起源早，发展
2、较快，在 13、14 世纪曾居世界前列，是独立发展的，与其他地区联系不多。 公元前三千年以前(史前期)，人类已广泛使用石制和骨制的工具。搬运重物的工具有滚子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔时就已使用这类工具。公元前 3500 年后不久，古巴比伦的苏美尔已有了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成。史前期的重要工具有弓形钻和制陶器用的转台。弓形钻由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。往复拉动弓便可使钻杆转动，用来钻孔、扩孔和取火。弓形钻后来又发展成为弓形车床，成为更有效的工具。 埃及第三至第六王朝(约公元前 2686前 2181)的早期，开始将牛拉的原始木犁和金属镰刀用于农业。铜制工具的制造多用锻打
3、法。约公元前 2500 年，欧亚之间地区就曾使用两轮和四轮的木质马车。叙利亚在公元前 120 0 年制造了磨谷子用的手磨。 木 犁（图）在建筑和装运物料过程中，已使用了杠杆、绳索滚棒和水平槽等简单工具。桔槔根据杠杆原理制成的古代汲水或灌溉用的简单机械 滑轮最早出现于公元前日世纪，亚述人用作城堡上的放箭机构。绞盘最初用在矿井中提取矿砂和从水井中提水。这时，埃及的水钟、虹吸管、鼓风箱和活塞式唧筒等流体机械也得到初步的发展和应用。西方人称为滑轮的东西，古代中国人称为滑车 ，滑车的含义，除了主要部件滑轮外，还包括安装滑轮的构架、绳索或皮带。在使用上，应用一个定滑轮，可以改变力的方向；应用适当配合的一组
4、滑轮，则可以省却气力。中国最迟从战国时代开始，滑车已经在作战机械、井中提水等实际作业中被广泛使用，墨翟在其 墨经中将其称为绳制 ，并讨论了它的力学原理。天工开物中滑轮的应用（图）公元前六百年至公元四百年的古希腊和古罗马被称为古典文化时期。这一时期在古希腊诞生了一些著名的哲学家和科学家，他们对古代机械的发展作出了杰出的贡献。 如学者希罗关于五种简单机械(杠杆、尖劈、滑轮、轮与轴、螺纹)推动重物的理论，至今仍有意义。这一时期木工工具有了很大改进，除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿外，还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。广泛使用的还有长轴车床和脚踏车床，用来制造家具和车
5、轮辐条。脚踏车床一直延用到中世纪，为近代车床的发展奠定了基础。 公元前 400 年，中国的公输班发明石磨。约在公元前一世纪，古希腊人在手磨的基础上制成了石轮磨。这是机械和机器方面的进步。约在同时，古罗马也发展了驴拉磨和类似的石轮磨。 石 轮 磨（图）齿轮系在欧洲最早的应用是装在战车用来记录行车里程的里程计上。杠杆原理在机械上的应用此时已较普遍，如用在建筑上起吊重物的滑车和复式滑车。这时期在流体机械和动力机械方面的发展是，首先扩大了桔槔式提水工具和吊桶式水车的使用范围；创造了涡形轮和诺斯水磨等新的流体机械，前者靠转动螺纹形杆，将水由低处提到高处，主要用于罗马城市的供水，后者用来磨谷物，靠水流推动
6、方叶轮而转动，其功率不到半马力。功率较大的有维特鲁维亚水磨，水轮靠下冲的水流推动，通过适当选择大小齿轮的齿数，就可调整水磨的转速，其功率约三马力，后来提高到五十马力，成为当时功率最大的原动机。 武备志中绘图所示的齿轮与弹簧利用活塞和气缸制成的压力泵和吸水泵，在此时期也有发展。最早出现的是用来灭火的菲罗压力泵，后来又有了从井中提水的吸水泵和压力泵，以及罗马人用于灭火的双筒柱塞泵。 热力机械这时主要是作为希腊学者和哲学家们的玩物而出现的。在公元一世纪，希罗的汽转球(又叫风神轮) 就是一例。汽转球下部的蒸锅盛水，其上用支管连接着一只空心球。球上有两支方向相反的切向喷口。当锅下烧火、球内的水沸腾变成蒸
7、汽喷出时，如产生的喷气反作用推力足够大，便会推动球体不断转动。汽转球作为第一个把蒸汽压力转化为机械动力的装置而闻名于世，它也许是最早应用喷气反作用原理的装置。 公元 4001500 年时期属于中世纪，1000 年以前为中世纪的前期，10001500 年为后期，以后的 250 年为临近工业革命时期。 中世纪的前期，在农业方面创造出装有曲凹面犁板的犁头，以取代罗马时代的尖劈犁头。 国 产 尖 劈 犁（图）这个时期还出现了手摇钻，其构造表明，曲柄连杆机构的原理已用于机械。加工机械方面出现了大轮盘的车床。在转换运动形式的机件中，曲柄起着相当重要的作用。曲柄俗称拐 。辘轳上装曲柄，便于人们转动它。砻或磨
8、上的连杆与曲柄，使手推连杆的往复运动轻易地转变成磨的回转运动。曲柄、连杆与偏心轮相结合，形成复杂的曲柄机构，可以将回转运动转换成直线式往复运动，也可以将往复运动转换成回转运动。此机械在蒙元（13 世纪）时传入文艺复兴时的欧洲。 砻中所示的连杆与曲柄（图）在流体机械方面，出现了下冲或上冲式水轮机(水磨)，以及风磨和风轮机。水 磨（图）武经总要中的风扇车 （图）水平下冲式水轮机是由早期水磨改进而成的，这一时期西欧在水力利用方面有很大进展，水轮机作坊迅速增加。 公元 15001700 年，机械技术发展极为迅速。材料方面的进展主要表现在用钢铁、特别是用生铁代替木材制造机器、仪器和工具。二、现代农业机械
9、农业机械是现代农业生产力发展水平的重要标志，是全面实现现代化农业的基础。到2007 年，我国农业机械化的发展已经成功跨越了初级阶段，达到了农业机械化中级阶段，并已经进入了中级阶段向高级阶段发展的通道。农业机械化应用技术的发展和农业装备水平的提高是农业机械化作业水平提升的直接决定性因素，但前二者的发展，都是受制于农业机械化制度安排的水平及农业机械化促进政策的制定和实施效果。 耕整地机械 种植施肥机械 田间管理机械由于结构简单，操作方便，价格低廉，适应性强，配套犁、耙、蒲滚等农具可进行全过程的耕整地作业，因为受到水田地区农村的普遍欢迎，成为我国南方水田地区耕整地作业的主要机具。 收割机械 收割后处
10、理机械 农产品初加工机械 农用搬运机械 排灌机械主要有割杆装置、传输装置、液压升降器等组成。作业时，机器沿玉米垄方向前进，割刀将玉米秸秆割掉，秸秆通过上 中 下三条传输送达右侧方向输出，并自然拜访，成功收割。动力的分离使驾驶员操作拖拉机的液压升降系统，把主机往上提升到所需要停留的位置后，两根 B 型三角带就会停止转动，切断柴油机的动力输入，实现动力的分离。割刀和输送带就会停止传动。 畜牧水产养殖机械 动力机械 农村可再生能源利用设备其主要由风叶、电机、外框、护网、支撑架和百叶窗等部件组成，是天阳公司技术人员依据空气动力学原理研发而成，有效减少了风阻系数，优化了设备整体性能，当开机转动时。动力经
11、电机由三角带传递给扇叶，产生强大气流将活动百叶窗推开，能在短时间内迅速将污浊气体传出室外，停机时百叶窗自动关闭，以防室外倒风，飞尘及异物等得进入。气吸式播种器工作时高速风机产生负压，传给排种单体的真空室。排种盘回转时，在真空室负压作用下吸附种子，并随排种盘一起转动。当种子转出真空室后，不再承受负压，就依靠自重或在刮种器作用下落在沟内。气吸式播种器主要影响因素有真空度，细孔形状，种子尺寸和刮种器大的构造和调整。 农药喷洒机械农用飞机是指为了农业目的而制造或改造的飞机，他们通常执行空中喷洒农业，空中施肥的任务。在一些发达的国家，农用航空已经发展成为一个很成熟的产业，有着巨大的产值和就业人数。而我国
12、的通用飞机制造还处于起步阶段，具有广阔的市场发展前景。因此，了解国外农用飞机的历史和现状，并对其未来走向做出展望，对于我国农用航空事业的发展来说有着十分重要的意义。 农产品加工器械农产品加工业是以农业物料-人工种养或野生动植物资源为原料进行工业生产活动的总和。广义的农产品加工业，是指以农林牧渔产品及其加工品为原料所进行的工业生产活动。狭义的农产品加工业是指以人工生产的农业物料和野生动植物资源及其加工品为原料所进行的工业生产活动。通过这些在现代中国农业中发展起来的不同类别的机械，我们可以直观的感受到机械设计技术在农业中所覆盖和运用的面是非常广泛的，可以说机械设计技术已经完全渗透和深入到了农业生产
13、的各 个环节。我们可以完全有理由相信，中华名族不仅在古代对农业发展中充分利用了机械方面的科学知识，同时当代中国无论是政府还是社会对农业机械化的重视程度都是史无前例的，同样我们有理由相信未来这种良好的石头必将继续保持下去。三、未来农业机械发展方向随着时代的发展，科学技术的进步，人们的生活水平越来越高，对工作环境和工作效率的要求也是越来越高，那么不可避免的，在农业上，对机械技术的要求亦是越来越高。而这个要求主要表现在：要求操作更简便；要求功能更强大；要求精度更精确；要求成本更低廉等。那么可以预见，未来的农业机械主要就将朝着不断满足这四个要求的方向发展。接下来，我们就以这四个要求为中心，来谈谈未来机
14、械技术在农业上的应用与发展。1、操作更简便对于农业机械来说，它是用来帮助人类进行农业生产的工具，使用它的目的就是为了让人们轻松快速的进行农业生产。既然一切都是为了简单方便，那么对于这些机械的操作的要求就是越简单越方便越好。比如有如下两台农业机械，左边一台操作复杂，右边一台操作简单，而两台机器功能都差不多，那么我想大家都更愿意使用操作更为简单的右图所示机器。如此看来，在未来，农业机械的操作简便化趋势是十分明显的。也许，在不久的将来，简单的几个按钮就能管理好所有的良田、完成所有的农业工作，或许，在休闲娱乐中就能干完所有的农活，在谈笑风生中就能实现“风调雨顺” ，在意料之中就能遇上“五谷丰登” 。农
15、业机械操作的简便化或许会使机械机构本身变的越来越复杂，然而， “万事开头难” ，就目前来看，复杂机械结构早已问世，以后的农业机械发展，将从这些已经问世的机械结构中提取元素，进行不断深化和更新升级，以实现农业机械的不断升级，从而不断满足机械操作简便化的要求。总之，我们认为，操作简便化是农业机械的一个主要发展趋势。2、功能更强大对农业机械来说，毫无疑问，最令人重视的自然是其功能了。一台多功能的机器往往更能让人们喜欢。比如说，一台农业机器，它不仅能够收割、犁地，与此同时还能播种、施肥、浇水，那么毫无疑问，它肯定要比单独的收割机、犁地机、播种机、施肥机、浇水机更加受欢迎。相信农民们都会喜欢功能更多更强
16、的机器设备，因为它们不仅使用方便（不用做完一项工作就要换一个机器） ，还能大大提高生产效率，甚至能够节省能源、钱财资源消耗。是我，也喜欢多功能机械设备啊。在未来，也许只需要一个人开一个机器，就能把所有的农活全都做完。也许有人要质疑了，说既要操作简便，又要功能强大，哪有这么好的事？其实，还真有这么好的事，仅仅从各种生活电器设备就可以看出来了，现在的家用电器哪个不是操作简便功能强大？虽然目前在农业机械这一块还做不到，但是随着机械技术的发展，也许在不久的将来，我们就能见到大量的这种机械。至少，现在的模块化理论和自动化理论就为这个问题的解决提供了方向和理论基础。我们坚信，未来的农业机械功能将越来越强大
17、，功能强大化的趋势亦是十分明显的。3、精度更精确在现代工业中，对各种仪器在精度上都有一定的要求，农业机械也不例外。随着机械技术的发展，在未来农业机械在精度上的要求自然也是越来越高。精密的机械设备，在农业生产中，可以使工作完成的更加完美，可以使环境更加适合农作物的生长。特别是在未来，很多都是通过远程控制在大棚里进行生态种植时，农业机械愈精确就愈能将工作做得更好，就愈容易实现合适的生活环境，从而有利于农作物的生长。而在高空作业的时候，精密的机械能很大程度的节约资源，同时也有利于更加完美的完成各种农活。总之，农业机械的精密性是未来农业机械的一个大的发展方向。而对于测控技术与仪器专业来说，精密机械仪器
18、的设计在这方面亦有很大的发展前景，未来农业机械在精度上必然要求更高，对于我们来说，这既是机遇，也是挑战。4、成本更廉价在物欲横流的现代社会， “金钱不是万能的，没有金钱是万万不能的”这句话已然深入人们心底。生产商家希望用更加廉价的材料、更加低的成本来做出产品，而买家亦是想用尽量少得代价来购得物品。如此，未来的农业机械生产成本的降低化是不可避免的。于是未来农业机械的发展方向之一就是降低成本，而这个降低成本大概要从这几个方面：原材料类别、原材料数量、机械结构复杂程度、机械制造难度等。如此，未来的农业机械，其原材料可能更加廉价、原材料可能用料更少、机械结构可能更加简单（相对来说） 、机械本身制造难度
19、可能大大降低。当然，这也是能源消耗、可持续发展的必然要求。所以，未来，我们可能只需要花很少的金钱就能买到功能很强大的农业机器，当然，生产商亦可能只需要花很少的成本就能生产一批功能强大的农业机械了。如此，农业机械成本廉价化的发展趋势可能不可避免了。总结通过这三个板块的介绍，我们对机械技术在农业上得发展充满了信心，同时，结合我们现在所学的专业，我想，在未来，我们的就业前景将更加开阔。不仅仅在农业，在社会各个领域都缺少不了机械技术，尤其是随着社会的发展，科学技术的日益进步，对机械技术的要求亦经越来越高，我们不仅仅要对未来充满信心，也要肩负起发展的使命，对未来机械技术的发展贡献自己的一份力量。参考文献/资料出处：中国农业机械发展史-新浪爱问共享资料机械发展史-爱工网中国机械工业技术发展史-百度文库机械制造发展史-土豆网美国农业技术发展史-农业科技推广中国古代机械网百度图片农业开发与装备-中国知网未来 15 年北方农业机械化技术发展趋势-中国设备网
