农业工程概论.doc

《农业工程概论》电子教案
教材：《农业工程概论》，张 伟主编，中国农业出版社，1997年，第一版。
   主要参考书：
    1、《农业物料学》，周祖锷主编，农业出版社，1994年；
      2、《农业生物环境工程》，崔引安主编，农业出版社，1994年；
    3、《农产品加工机械与贮藏》，沈再春主编，农业出版社，1995年；
4、《农业系统工程》，朱永达主编，农业出版社，1993年。                           
绪论                                              
第一章 农业物料的工程性质              
第二章 农业机械化                
第三章 农业电气化及农业应用电子技术 
第四章 农业建筑与农业生物环境工程
第五章 农业水土控制
第六章  农产品加工工程
第七章  农业环境保护与农村能源
第八章  农业系统工程
《农业工程概论》电子教案
第一章 农业物料的工程性质
§1研究的意义
农业物料——一般指：动植物产品、加工成品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、肥料、农药等。（即：产品和作业对象）
意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量的评估。
§2 农业物料的形态特征
一、尺寸和形状  尺寸和形状
（一）圆形和球形
圆度  式中：圆度表示与理想圆的接近程度；r指各棱角的曲率半径；R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1）
对于类球体：球度=    式中：di指类球体的最大投影面积图形的最大内切圆直径 dc指类球体的最大投影面积图形的最小外接圆直径
对于椭球：球度====
（二）尺寸的表示
（1）粒径（非类球物料）
测定计算平均粒径的简易方法：
Δ粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的分拣） 

按表1-2的算法 会存在d3<d2<d1<d7<d4<d5<d6的不同结果
Δ粉状物的平均粒径 （取为50~100g试样）   （调和平均粒径）
或用算术平均粒径                    
相邻筛子之间物粒的名义直径   （）Xi为d’i下方，d’i+1上方的物料占总质量的百分数。（权重）
应根据测定的目的选用，如

（2）单项尺寸的测定，用
（三）尺寸分布

可代表一批物料粒径的平均尺寸
二、密度
（一）真实密度（true density）： （成分、水含量等）
测量方法主要有
（二）容积密度（bulk density）与孔隙率（度）：（物料总质量与视在体积或称虚表容积之比）
孔隙度（率）
孔隙所占体积与整个物料所占体积之比（孔隙比——孔隙体积与物料固体物质体积之比）
三、农业物料形态特征在农业工程中的应用
（一）品质评定：
1．谷物成熟程度（与尺寸有关）、杂质含量、均匀度等与有关；土壤紧实程度
2．牛奶放置时间长，变大。
（二）确定物料清选和分级工艺
根据①球度的大小影响滚动性②尺寸形状的差异影响选择分选方法的设备
由尺寸的分布规律，确定分选的可能性及筛孔的大小等
（1）             分选可能性（分离程度）和孔型 （图1-4 不同的物料的尺寸—频率分布曲线）
（2）             筛孔（窝眼）大小的选择：根据分选的目的和要求确定（图1-5）
（三）设计计量装置或容器——根据容积密度
§3．农业物料的机械特性
一、应力、应变与破坏
有助于选择加工方法
（一）       应力与应变：
△农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及载荷作用的时效。
※ 变形——弹性变形；流动：
流变特性用应力、应变和时间三个参数表示。
※         应力松弛——指物料突然地变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。（与蠕变对应）
东农303马铃薯的应力松弛模量方程（P11.图1-7）弹性模量：

※         农业物料的应力——应变关系，因农业物料通常具有  等特点，而变得非常复杂（P12.图1-8）。
（二）   农业物料的破坏
（1）             破坏的原因
①         机械力：挤压、切断、碰撞、颠簸等。
※         谷粒的损伤与受力大小和水分高低密切相关（P12.图1-9）
②         其他应力（物理化学的作用）：热应力（烘干与冷却过程）；乙醇促使苹果边熟腐烂；湿应力（西瓜番茄水分过大的裂口）。
③         物料自身的生化作用——呼吸代谢作用——在温度湿度较高条件下（受伤后速度变快），导致生命缩短而坏死（呼吸加快，营养消耗加快）。甘薯受伤后呼吸量加大（P13.图1-10）
（2）             破坏的类型：切断（正切、斜切、歪切、滑切）
                 粉碎（击磨——玉米；压磨——小麦、大蒜）
                 去壳（克剥——核桃；热胀应力——松籽、板栗；撞击——葵花籽）
                 碎土（弯曲——犁地）
（3）             有害性破坏的防止
二、流体动力学特性（※ 流体——以空气、水（形变介质）为载运体）
与物料的输送、装卸、分离等作业有关系
（一）       流体对农业物料的作用力
（1）           阻力与阻力系数
根据因次（量纲）分析，流体的总阻力
C为阻力系数（一般由试验确定）
A为物体垂直于平面内的投影面积 ㎡
ρ为流体密度 g/cm3
V为流体和物体的相对速度 m/s
阻力系数

※     动力粘度的定义（P21）——单位面积、单位速度梯度时所受到的剪力。
 ※     1Pa·S（帕·秒）=10P（泊：达因·S/cm2；克/cm·S）=1000CP(厘泊；毫帕·秒)
C=f(Re)的关系复杂，一般为3~4个区域
（2）           物料在流体（形变介质）中的临界速度（即重力—浮力=阻力时的相对速度V0））
①         球状物体  重力—浮力：时

球体的体积和投影面积分别为πd3/6和πd2/4，一般情况下，C≈0.44
则
②         非球状物体  ※实验证明：当Re<50,一般不规则形状的物体的阻力系数C与球体的阻力系数C相差很小（见P14.图1-12）。
∵当达到临界速度时，不规则物体和当量球体所受的重力和浮力相等，故二者的阻力也相等。
∴工程中，先求当量球体（质量和密度相同的球体）的临界速度，然后加以修正——求不规则物体的临界速度。即：
（当量球体）

Kψ——球形折合系数（形状修正系数），P15.表1-3 给出了一般谷粒的Kψ值。
③       有限空间对临界速度的影响
例如：物料在管道中，使流体的通过面积减小、周边流速增高、产生局部阻力（静压差变大），导致临界速度减小。
据乌斯吕斯基试验（钢球）得出经验公式：
D为管道直径，ds为物体直径，V0为无限空间时的临界速度。
④       群体物料（浓度）对临界速度的影响
相互摩擦和碰撞，激起紊流，改变了混合（液）体的密度等，将导致临界速度减小（是一个很复杂的问题），钱宁对均匀沙粒所做实验表明：
V0为单粒的临界速度，m0为沙粒的体积浓度（实验值为5~25%），β值见P15表1-4。
※         此公式适用于非粘性粗粒泥沙
（二）       物料流体动力学特性在农业工程中的应用
（1）             清选分离中的应用
气流分选 P16，图1-14、15、16、17
（2）             物料输送中的应用
三、流变特性
（一）       流变特性的某些特点：用应力、应变、时间三个参数描述；具有应力松弛或蠕动（的表现）
（二）       流变模型
  1、基本元件
①弹性元件（弹簧）
  或    （卷簧的剪切公式）
②塑性元件（滑杆）
 只要有变形，就有：P≥F  (即拉力大于等于最大摩擦力)
③粘性元件（牛顿液体阻尼器）
 （即应力等于动力粘度乘以应变速率）
  2、粘弹性物料的流变模型
①麦克斯韦尔模型（Maxwell 实质是流体模型）
※应力相等，应变相加。（P19.图1-21）
    ②开尔文模型（Kelvin 实质是固体模型，如纺织、塑料绳等）
※ 应变相等，应力相加。弹簧的运动是非线性的（延迟弹性变形）。（P19.图1-22、23）

（P19.图1-21）              （P19.图1-22、23）
③其他模型
a广义麦克斯韦尔模型：多个麦克斯韦尔单体并联，主要描述复杂的应力松弛现象
b广义开尔文模型：多个开尔文单体串联，主要描述具有一个以上松弛（或延迟）时间的物料。
   c伯格斯模型（Burgers）：在外力作用下，同时呈现出瞬时弹性变形、延迟弹性变形和粘性流动的性质。是用来预测物料蠕变特性最著名的流变模型之一。
d宾汉模型：由粘性和塑性元件并联，有时共同串联一个弹性元件。
※     用表描述外力超过屈服应力时，物料才开始流动的现象。如：粘泥、果酱、油漆等。

伯格斯模型宾汉模型
（三）       流变特性的应用
（1）             调节和利用物料的表观粘度（指非牛顿液体在不同剪切速率或剪切应力下动力粘度）
※         倚时性非牛顿液体具有触稠性（如肉丸）和触稀性的特点。
在某一剪切应力τi作用下，非牛顿液体的粘度为：

（2）             物料品质检验：纯蜂蜜和假蜂蜜的粘度不同；牛奶的粘度与脂肪含量成正比。
（3）             利用粘弹性物体拉伸后回缩的特性进行模口设计（P20.图1-24）

（P20.图1-24）
四、              摩擦特性
（一）       固体物料的摩擦：库仑定律：摩擦力
（1）             正压力的影响：影响凹凸不平的平面上凸峰的变形——→F的变化。
（2）             速度的影响：①物料变形；②磨掉芒毛→F↑↓；③产生静电等。
（3）             水分的影响：含水物料与钢板（一般为不易吸水材料）等接触时，会产生粘附力μ，则.
（4）             其他影响：滑动摩擦角、物料的方向性、尘埃等影响。
（二）       流动物料的摩擦：指流体与非流体以及各流体层之间的剪切应力。
※     某些流体的粘度值见表1-6
（三）       散粒物料的摩擦                                  
    休止角 ， 越大，散落性就越小，内摩擦角就越大。                  

（※ 内摩擦角——反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度的参数）
（四）       摩擦特性的应用
（1）       改变物料的运动状态，刹车片、千斤顶、地轮（减少打滑）、禾秆夹持等。
（2）       合理设计料仓。
（3）       评定物料质量：休止角
§4农业物料的热特性
一、            热量的传输过程
二、            农业物料的具体热特性
（一）比热：单位质量的物质温度每升高或降低1度（K）所吸收或放出的热量。
依据加热过程有
∵含水量的波动及影响，计算方法：
果蔬的比热计算：
※         随温度的升高，C略有增大。
（二）导热系数（导热率，λ）：单位面积、单位时间、单位温度梯度传导的热量（W/m·K），
表示导热的能力。
※ 物料的密度对导热系数有影响，固体>液体>气体；水的导热系数为0.06 W/m·K。
果蔬的导热系数：
肉类：λ=0.0798+0.00517M（※ 当温度为0～60℃，含水率60～80%时）
（三）       导温系数（热扩散系数，α）：反映导热过程中物料导热能力和储热能力间的关系，是衡量物料受热后温度传导能力的重要参数。
（单位：m2/s）
三、            农业物料热特性的应用
（一）       设计烘干和冷却工艺参数和规范
供热和升温与比热有关
物料层的厚度和加热均匀度与导热系数有关
热特性跟温度和水分的关系等
（二）       品质检验：如牛奶比热C=0.93若偏离过大即为掺假或变质。
§5 农业物料的电磁辐射特性
不同的物料对不同波有不同的反射、折射、绕射（衍射）、散射和吸收作用，能引起内部组织和结构的变化。
一、农业物料的可见光特性（约为0.4～0.77μm）
（一）   反射特性：
光反射率    I0和IR分别表示射向物料总辐射强度和反射回的辐射强度（即单位面积上的光通量，W/m2）。
※     不同物料或同物料的不同发育阶段其R不相同。（P27.图1-31）
※     为了消除物料外形、光源的强弱所产生的误差，通常采用两种波长的光测其反射率差
△R或反射率比R1/R2作为判断标准。
（二）光透射特性
                透射率：T=IT/I0×100%
※     实际应用中，常采用吸光度 ，能够同时反映物料的外表特征和内部密度等。
（三）延迟发光特性
物料经过照射，使叶绿素分子离子化，产生自由电子，使最低能级的叶绿素放出延迟光，然后逐渐衰减（P27.图1-32）。
二、农业物料的其它光辐射特性（红外光：0.77～1000µm；紫外光：0.04～0.39µm）
l         红外线辐射有显著的热效应和较强的穿透力。
l         红外辐射特性（R、T、A等）与物料的厚度、结构、密度、水分以及照射条件有关。
  用近红外光谱分析法，可以快速、准确测定物料的品质和成分；
  远红外探测器，可探测森林火灾、作物长势和预报病虫害等。
l         紫外线辐射（0.04～0.39μm），有激发光现象（不同物质发出不同颜色的荧光），用于分拣、鉴定纯度等。
※     生物受适当强度的紫外光照射，可促进维生素D的转化，有利于健康；过强的紫外线能消毒杀菌，但有害于健康。
三、农业物料的其它电磁辐射特性
（一）微波（0.1～0.01µm）
l         辐射特性(R、T、A等)比短波显著。
1、原理：※ 通过极性水分子振荡，导致细胞膜破裂和细胞间的氢键松弛破坏而难以存活；但有时可能激活细胞，增加种子发芽率等。
2、用途
（二）X射线和放射性辐射波
1、原理：穿透力强，使水和其它物质电离，从而影响新陈代谢——
2、用途：①推迟果菜完熟期；②推迟蘑菇破膜开伞；③诱变育种；④杀菌保鲜（大蒜）。
四、电磁辐射的应用——（见P29.表1-10）
§6 农业物料的电特性和磁特性
一、生物电
l         受精蛋两端电位差
l         植株受伤部分和完整部分间存在电位差，且伤势严重，则电位升高。
二、介电特性
※ 介电常数：ε=D/E (D——电通量密度；E——电场强度)
相对介电常数 =ε/ε0=C/C0  (ε0和C0为真空介电常数和电容。表示提高电容量的能力)
介质损耗角正切：tgδ==IR/Ic (表示物料在交流电场中吸收电能转化为热能的能力)
l        

用途  （见P31.图1-34）

                 （见P31.图1-34）
※ 充满理想电解质的电容器没有能量消耗，其电流Ic超前电压V为900。由于有了损耗，使电流I与电压V的相位角减小，损耗角δ增加。（通常）在任何给定频率下，电介质可用理想电容和电阻R组成的并联电路表示（见上图）。总电流I与外加电压V之间的角度θ称为相位角，cosθ称为功率系数，在δ很小时，tgδ≈cosθ。
三、电阻率（Ω·m）
已知        实验得出，吸湿性物料有：（水分传感器原理）
※     a、b为物料特性常数=f(品种、密度、温度等)
※      西瓜电阻率与含糖量的关系，P31.图1-35
四、磁特性
※     用磁化水灌溉，可以增强根系的吸水性、有利于叶茎的生长。
磁化的主要表现（作用）：
①作物增产。例如，在播前6～12天，将小麦种子在30～60mT（毫特斯拉）磁感应强度下进行处理数秒，能够提高净光合速率。
②减少耕翻作业的能耗。在犁铧处安装强磁性源，可以使阻力↓11.3%；阻力波动小（波动系数由6.95%↓到1.99%）。
③增强土粒凝聚性。
※     土壤磁化率与有机质的关系：X=28.6+14.6Om(%) ，相关系数r=0.902；
※     磁化率=磁化强度/磁感应强度， 磁感应强度——磁性物质中单位体积的磁矩。
五、农业物料电特性在农业工程中的应用
（一）含水率测定  利用电特性（电导率、电阻率等）与含水量的关系。
（二）物料干燥  利用介电损耗原理。
※        采用高频（1～150MHz）或超高频(微波)（915～2450MHz）加热更加优越，如：含水量17%的蘑菇经微波处理5分钟，水分便可降到5%一下，而在一般烘房内则需6～8小时。
（三）质量评定
测：
※     主频——用敲击激励苹果的方法，获得响应频率幅值最大的频率，称为响应主频率。用来检测果品坚实度、判断贮藏时间等。
（四）种子处理
用于：
§7 农业土壤的工程性质
※ 《周礼》中指出：“万物自生焉则曰土，以人所耕而树艺焉则曰壤”。古书《说文解字》对土的定义：“土者，地之吐生物者也”。并进一步解释：“‘二’象地之上，地之中”。即土壤位于岩石之上，地面以下的大地表层；“∣”是“物出之形”，表示土壤能够生长植物。两者合起来就是“土”。
本节主要内容：土/壤的形成；土壤的组成；土壤的性质；土壤盐碱化及其危害。
一、自然土与农业土壤的形成
（一）自然土的形成：岩石——母质——微生物——植物
l         五大自然成土因素：母质、气候、生物、地形、时间。
l         自然土（5层）
（二）农业土壤的形成
l         土壤（4层）
二、土壤孔隙度、土壤水和空气
土壤为三相体（见下图）

（一）土壤孔隙度
l         土壤孔隙
※ 土壤要求：总孔隙度为30-60%，非毛管孔隙>10%；毛管孔隙（含非活性孔隙）∶非毛管孔隙=2～4∶1。
土壤孔隙度= 
土壤孔隙比：

（二）土壤水：
①     气态水——孔隙中的水汽；
②     吸湿水——土壤颗粒表面由空气中吸取的水分子（约20个水分子厚，密度为1.2～2.4，冰点为－78℃）
③     薄膜水——包容在吸湿水外面的水膜，最大含量为吸湿水的2～4倍。外层膜状水可以被作物利用，但移动缓慢。
④     毛管水——
⑤     重力水——
（三）土壤空气：
相对湿度大，氧气少，CO2多（是空气中的5～120倍）。
※     土壤空气增多，微生物活动旺盛（尤其温度较高时），有利于有机质分解。
三、土壤含水率和土壤状态
见P34.表1-12；P35.图1-38。
l           含水量：由小——→大
  状态：  固体——→塑体——→流体
  力学特性：小——→大——→小
四、土壤的强度与破坏
△土壤强度——不引起屈服应变和破坏的最大应力。
外力——拉、压、剪、穿透等
破坏——断裂、压缩、塑流等
※ 土壤强度是变化的，不是定值。∵①质地、含水量的不同；②由于孔隙的存在，难以准确地衡量有效截面积。
（一）抗剪强度（S）
据摩尔——库伦经验公式：S=C+σtgψ  (类似于物料摩擦力公式：F=μ+fP)
式中：C——粘结力；σ——正应力；ψ——内摩擦角；μ——粘附力。
※ P35.图1-40，描述剪切应力（S）与剪切应变的关系
（二）承压强度（支承能力）
基本公式：P=K（）  式中：P——载荷压强；Z——下陷深度；n——与土壤性质有关的常数；K——考虑到K与承载面积有关，故分为两部分：，其中，Kc——内聚变形模量，与面积有关；Kψ——摩擦变形模量，与面积无关；b——矩形支承面的短边或圆形半径。
△※ 土壤下塑限——开始表现可塑性时的含水量。（犁地的含水量应在下塑限以下）
土壤上塑限——失去可塑性，开始流动时的含水量。
  ※ 两者之间的含水量范围称为可塑性范围，两者之差称为塑性值。
塑性值大的土壤，可塑性强。
五、土壤结持度——在不同水分下，土粒在外力作用下的难移动度。
土壤结持度与含水量有关，∵水分影响土粒的粘结力和粘附力（P37.图1-43）。
  ※ 土壤的状态从 干燥——泥浆；其结持性依次为：坚固、酥软、可塑、粘韧、浓浆、薄浆。
  ※ 通常为了减小机具的摩擦阻力（摩擦阻力约占总阻力的50%，而当作业速度达到14.5km/h时，只占8%），常采取以下措施：
①     增加刃口的锐度；
②     涂聚四氟乙烯和尿素树脂等；
③     电渗法：施以直流电场，使阴阳离子向不同方向迁移；
④     在酥软结持状态下作业。（另外，还有磁化犁、仿生犁等）
六、土壤压实
基本公式：  式中：A——压缩系数；P——压力；C——P0=1时的孔隙比，即单位压力下的e0。  P37.图1-44，表示干、湿土的P-e变化趋势。
△ 图1-45，表示含水量对压实程度的影响，在压力一定的情况下，一般当含水量为饱和含水量的80～85%时，最易压实。
△ 压实的后果：①透水、透气性↓，蒸发↑；
②有机质分解慢，对作物供氮不足；
③耕作阻力↑，质量↓；
④影响产量。
△ 减少压实的措施：
①复式作业；
②免耕、少耕；
③降低接地压力；
④定期深松；
⑤施有机肥；……
七、土壤的热特性
C、λ、α各参数的物理意义与§1.4是一致的。但由于土壤中水分和空气比一般物料多，∴热特性波动很大。
l         水分对土壤热容量的影响见P38.表1-13，
  当水分低时：C：砂土>壤土>粘土>泥炭；
  当水分高是：C：泥炭>粘土>壤土 >砂土。 ※ ∵水置换了空气，而水的热容量大约是固相的3～5倍，是空气的3000倍。
l         水分对导热系数和导温系数的影响见P39.图1-46，λ、α：砂土>壤土>粘土>泥炭。
※ ∵水导热系数是空气的26倍，是固相的1/3～1/4，通常土壤导热系数主要受含水量和松紧程度的影响，其影响程度大于容积密度。
  ※ 公式和是一致的，∵C乘以ρ即为单位容积的比热。
  ※ 关系式 的作用是：通过测定α（简单），可以研究导热方面的变化。
  ※ 实践证明，常见作物种子发芽的最佳土温平均>25℃。较高的土温有利于丰产。
昼夜温差大，有利于根系发育、作物成长以及土壤与大气中的气水交换。因此，耕作（施肥、中耕）使土壤疏松，可以使——Cv↓、λ↓、日照后升温快。
八、土壤的盐化和碱化
（一）盐碱土分类
①     盐化土——表层的中性盐含量>0.2%，对作物有危害；
②     盐土——表层的氯化盐>0.6%或硫酸盐>2%，危害极大；
③     碱化土——表层含有碱性盐，PH≥8.5，碱化度（在水中的含量）>5%；
④     碱土——表层含有碱性盐，PH≥8.5，碱化度>20%
（二）盐碱土成因
1、自然因素——①含盐高的母质，由于水的蒸发，在随雨流到低洼处；
               ②耐盐力强的植物吸水时吸收了盐分，干枯时留在地表。
2、人为因素——灌溉不当、高位水库（使地下水位抬高）、水旱间隔种植等，造成次生盐渍化。
※ 地下水位临界高度，一般认为：毛管深度+根系主要部分的分布深度。
（三）盐碱土对农业生产的危害
 △   ①生理干旱——含盐水的浓度大，植物吸水难甚至“反渗”而凋萎；
②盐分毒性——腐蚀幼芽或使叶子干枯；
③营养失调——影响植物对某些营养元素的吸收或生成难溶解的化合物；
④恶化土壤理化性质——破坏团粒结构，干时板结，湿时粘重，透气性差。造成植物出芽难、微生物活动困难。
本章重点、难点：1、农业物料的机械特性；
                2、农业物料特性在农业工程中的应用。
思考题：1、农业物料的基本特性；
        2、含水量对农业物料特性的影响。
第二章 农业机械化
　§1 农业机械化在发展农业生产和推动社会进步中的作用
    △农业机械化——用机器逐步代替人畜力进行农业的技术改造和经济发展的过程。
※ 农业机械化在发展农业生产中的作用——替代、强化。
劳动强度的评价：
能量代谢率（Energy Metobolic Rate）：EMR=×100%
式中：Ew——劳动时消耗的能量（kJ/min）；ES——准备工作时消耗的能量（kJ/min）；
      Eb——基本代谢量。
P41.表2-1，给出体力劳动的分级
※ 人的工作能力约为0.75kw。
§2 实现农业机械化的条件
一、有较发达的工业基础；
二、              有一定的资金；
三、              有劳动力转移的出路；
四、              有所需的能源；
五、              有适用的农机化技术；
六、              有较好的道路、水利等基础设施（条件）；
七、              有一定的生产规模。
§3 机械化作业项目及机具的基本类型
作业类型
机组类型
一、农用动力机械
拖拉机，固定式内燃机，电动机，农用汽车，农用飞机，风力机等。
二、作业机械
（一）种植机械
   1、土壤耕作机械
铧式犁，圆盘犁，旋耕机（垂直式，水平式），圆盘耙，钉齿耙，镇压器
中耕机械：双翼（单翼）铲，培土铲，施耕锄，凿式铲等。
   2、播种及栽植机械
      铲式、靴式、圆盘式开沟器；（配有型孔轮排种器、外槽轮排种器、水平圆盘/拨种轮式排种器）
联合播种施肥机；免耕播种机；飞机撒播；工厂化（育苗）移栽机（水稻、玉米）
   3、植保机械
喷雾器；喷粉机；弥雾机；飞机喷药等。
作业条件（晴雨、风向、风速），防污染、防中毒，防腐蚀（机具）。
   4、收获机械
小麦，玉米，马铃薯，花生等。
   5、灌溉机械
漫灌，沟灌，畦灌；喷灌，滴灌，渗灌。
（二）养殖机械
   1、饲养管理机械
      喂饲、饮水、粪便清除、通风、采暖、畜产品采集机械等。
   2、饲料加工机械
清选机、粉碎机、洗涤机、铡草机、打浆机、蒸煮机、混合机、颗粒饲料压制机、膨化机等
   3、草场机械（※ 我国有3.5亿hm2草原）
封育设施（网围栏、围栏等）、防鼠害设施（笼、夹、施毒饵机械、地箭等）、水利机械（打井机、挖沟机、泵）、植树机、燕尾犁，以及草场建设机械——推土机、土壤耕作机械、植保、灌溉机械等
牧草收获机械——割草机、搂草机、垛草机、捡拾压捆机、压扁机等
   4、水产养殖机械
挖塘、清淤、增氧、饲养加工、投饵机械、捕捞机械等
（三）运输机械
汽车、拖斗、传送带、升运机等
运输作业生产率： (t-km/h)  ※ α——载重系数；τ——运输时间利用系数；W——载重量（t）；V——平均速度（km/h）。
其中     
※     L——运距（km）；
L0——空行距离（km）；
t1——装卸时间（h）。
如果 L=L0，
则 ，(t-km/h)。
※ 当α、W、V、t1确定时，Q=f(L)为双曲线（P56.图2-27）：

           P56. 图2-27
（四）农田建设机械
挖掘机、铲运机、平地机、推土机、挖沟机等
§4 农业机器配备
一、农机具、机组及机器系统
机组——由发动机、传动机构和作业机具（部件）三部分组成的、进行机械化农业生产的基本作业单位。
机群——由各种类型的动力机械、作业机具、自走机器以及辅助设备（汽车、运油车、维修车等）组成的群体。
机器系统——是指成套的机械，它们在动力机械与配套农具之间、各种动力机械之间以及各种农具之间都有一定的协调关系。
机器系统是实现某种作物全过程机械化的物质基础。
※ 由各种作物的机器系统形成各地区的机器系统（乃至国家的机器型谱系列）。
二、机组生产率及动力机械功率匹配
（一）田间移动作业机组的生产率：（单位时间内按一定质量标准完成的作业量）
1、理论W理：W理=1.5BVL  (亩/h) = 0.1 BVL （hm2/h）※ B——结构幅宽（m）；VL——理论速度（km/h）。
2、技术WP：WP=0.1BPVPτ= 0.1BVPE （hm2/h）※ BP——作业幅宽（m）；VP——作业速度（km/h）；τ——时间利用系数；E——田间效率（E=β×τ）。
（二）△需要的拖拉机功率：∵ （N）※ K——比阻（N/m）；

∴ (①W=1.5BVpE=1.5PTVpE/K=1.5NT×3600×E/K=5400NenξNηTE/K
②AT=KL/(1000N-m×3600s)β=K×666.7m/(1000N-m×3600s)=K/5400β(kw-h/亩))
式中：※ 分别表示传动效率、滚动效率和打滑效率。
三、机组作业成本

四、农业机器配备
（一）按作业量配备机器
   第j项作业需配备的机组数：
   （台）
※ Dj——j项作业适时期的日历天数；
αj——可下地概率；hj——每天的作业小时数。

（二）机器功率和幅宽的选择
对于某种机型，根据“适时期”损失和固定成本的变化曲线，尽可能地选择最佳的Ne和B。
本章重点、难点：1、实现农业机械化的条件；
                2、农业机器配备。
思考题：1、农业机械化的地位与作用；
        2、实现农业机械化的条件；
        3、农业机械化发展战略。
第三章 农业电气化及农业应用电子技术
　§1 农村电气化
一、农村电气化在农业经济发展中的作用
电能的三个优点：
1、便于转换——光、热、风、核能等机械能、热、光等；
2、便于输送；
3、便于控制。
二、农村供电
供电电源的几种形式
（一）大电网供电——城市、农村联网，2～3级变压，采用三相、单相混合供电方式；跨步电压。
（二）小水电供电——四极发电机 （电机转速n=60f/p p——磁极数；f——频率）
   1、发出的功率：  ※ A——系数；H——净水头（m）；Q——流量（m3/s）。
   2、主要设备：拦河坝、水轮机、发电机、变压器，
另外：调节水轮机进水量——稳定转速；自动调节励磁电流。
   3、潮汐能水电站
（三）小火电供电——500～几千kW小火电，一般以煤为燃料
                    <500kW 多采用柴油机组
   1、小型火力发电厂主要设备：锅炉、汽轮机、发电机等；
   2、柴油发电机组：①普通型——人工操作；
                    ②应急自动型——断电时，10秒之内自动启动供电；来电时，2分钟内自动退出；
                    ③全自动化型——各参数实行监控，自动报警，采用微机控制。
（四）风能和太阳能发电
   1、风力发电机：小型 <9kW；中型 10～99kW；大型 ≥100kW。
①     小型风力发电机：50～100W，牧区家庭用。如：风轮直径2m，2个叶片，起动风速<3m/s，额定风速7m/s，Nen=100W，与6FC-120铅蓄电池配套，全部重量100kg。
②     中型风力发电机：风轮直径10～21m，3个叶片，起动风速<4m/s，额定风速10～11m/s，Nen=10～55kW。
③     大型风力发电机：单位kW的造价高，调速、调向及控制技术复杂，目前仍处于研制、试验阶段。
   2、太阳能发电——光电池：※ 硅光电池，转换效率10%左右；还有砷化镓光电池等。
用于航标灯等，（开发材料，减低成本是关键）
三、农村用电
（一）农业排灌及供水
   1、农业排灌
l         大型轴流式水泵——采用三相绕线型异步电动机——提高起动扭矩；
l         常年运行的排灌设备——采用过激运行的三相同步电动机，以改善电网功率因数；
l         小功率排灌设备——采用三相鼠笼型异步电动机。
※     及时切断空载或调整轻载运行的排灌用变压器，以减少能耗。
   2、农村供水
①     有塔式供水——水塔的水池要安装高水位和低水位2个继电器；
②     无塔式供水——水泵、密闭压力罐、压力表、机电器、管网等；
  ※定期打开罐底的“放空阀门”和“进气阀门”，充进新鲜空气。
（二）农业电力拖动：国产丫系列电动机，相电压380V
l  连接：①“丫”（星形）接法：

           （功率<3kW的电机）
        ②“△”接法：
（功率>4kW的电机）
l  转向：任意二相电源线倒接；
l  起动：>10kW的电机，由于起动电流较大（是满载电流的4～7倍）通常需要减压起动：①“丫”—“△”换接起动法，（绕组电压由380V降为220V）；
②变压器降压起动法——经三相纸耦变压器降压。
l  短路和过载保护——一般<5.5kW的三相异步电动机，多采用过载保护自动空气开关，进行控制和保护。
农业电力拖动
   1、固定作业机械——主要指场上机械：脱粒机、扬场机等；
   2、移动作业机械——1）电动拖拉机：日本——移动变电站、电缆小车；意大利——蓄电池电动拖拉机，苗圃作业。
2）电动绳索牵引机：组成——移行器、绞盘、电气控制、钢丝绳、农具等；
                   缺点：①地块转移困难；②田间供电网投资大；③钢丝绳寿命短等。
   3、农副产品加工机械
砻谷机——稻谷脱壳；碾米机——将稻米（糙米）加工成白米；
磨粉机——加工小麦、玉米等；
弹花机——加工皮棉；
榨油机、铡草机、锤式粉碎机
（三）农村电气照明
   1、一般生活照明（包括家电）
   2、工厂企业照明
   3、田间作业照明
   4、饲养、种植业中的补充照明——取暖、杀菌、补光等
   5、诱捕害虫——
（四）电热——（略）
（五）农村安全用电   ※每年农村触电人数达数千人，占工业和城市居民触电死亡人数的85%左右。
1、农村触电事故的特点：
1）有季节性——6～9月份，①夏秋忙季，临时接电、带电迁移；②闷热多雨，设备受潮、绝缘性差；③人出汗、人体电阻低，增加触电的危险性。
2）多发生在低压设备上——接触机会多，有麻痹思想；
3）青少年多——主劳动力，活泼好动；
4）触电隐患多——环境条件、技术水平差，缺乏安全常识。
  2、电流对人体的危害       ※P71.表3-3
触电后能自动摆脱的电流
交流电流：>50mA，心脏会停跳，昏迷，致命的电灼伤；>100mA，会导致死亡。
伤害程度的相关因素——持续时间、电压、频率、通过人体的途径、健康状况；
  3、触电急救
立即开断或脱离电源；
请医生就地抢救——平卧地上，人工呼吸；
  4、防触电措施——加强宣传、严格操作规程、采取安全措施
①     不要带电作业；
②     电气绝缘、屏蔽；
③     在易触电的场所工作，采用36V以下的安全电压；
④     使用安全保工具：绝缘手套、鞋、高压绝缘棒等；
⑤     易漏电的设备，应安全接地（接零）；
⑥     安装低压漏电保护器——场院、建筑工地