振动技术在耕种收机械中的应用研究进展与展望

崔普杰

（池州学院，安徽 池州 247000）

我国作为农业大国，在经济发展过程中，农业产业始终发挥着重要作用，而耕种、播种、收获则是农业生产当中的重要环节，对于农作物产量和质量有着直接影响。在农业生产过程中，受到环境等方面的影响，存在振动情况，通过对振动技术的科学应用，能够有效改变物体运动状态，达到提高作业效率、保障作业稳定性、降低作业成本的效果，对于增加农业产出、提高经济收益有着积极作用。因此，加强对振动技术在耕种收机械中的应用研究和探讨是十分有必要的。

1 振动技术原理

广义上的振动指的是某个物理量发生周期性变化，狭义上指的是物体在一定位置附近发生的往返运动，即机械运动，属于特殊运动形式，在此过程中，物体会沿着平衡位置做往复运动，振动情况的强弱可通过物体位移、速度等指标进行衡量和表述[1]。可按照激振源不同，将振动划分为电磁振动和机械振动。在实际展开振动研究的过程中，为简化研究过程，通常会将振动物体视为没有弹性的物体，然后将其与一个具有弹性的弹簧连接在一起，在此过程中，需要忽略弹簧的质量，由此形成振动系统，用以分析振动过程。根据振动系统的自由度，可将其划分为单自由度系统、多自由度系统。

2 振动技术在耕种收机械中的应用研究情况

2.1 农业耕作

耕作是农业生产过程中的关键环节，随着技术以及产业的发展，农业耕作逐渐由传统人工作业转变为了机械作业，极大地提升了耕作效率和水平。但在机械作业的过程中，触土部件会与土壤之间发生接触，并相互作用，达到翻转、破碎或者移动土壤的效果[2]。同时，由于实际耕作环境相对较为恶劣，无法避免耕作过程中出现振动情况，不仅会影响耕作质量和效率，还会产生噪声和震颤，提高零部件的疲劳程度，加速损坏，影响机械设备的使用寿命。因此，减少振动影响，降低设备消耗，就成为振动技术在农业耕作机械当中的主要应用和研究方向。振动技术在耕作机械当中的应用，能够有效降低实际机械设备运行过程中的工作阻力，而且还会减少设备功耗，具有明显的减振效果，实际作业质量也相对更高。

近年来，针对振动技术在耕种机械当中的应用研究，多集中在部件减阻降耗、减振脱附等方面。例如振动式深松机试验，该试验表明，振动技术的运用，有效降低了实际工作阻力，相较于无振动技术应用下的机械设备，工作阻力降低了约30%[3]。此外，还有部分学者通过研究振动方式、振动频率等，有效提高了机械设备运行效率和作业效果，如正弦振动能够有效减少土壤在触土部件的附着情况，当设备振动频率在3.3 Hz 左右时，能够有效实现对于土壤的振动切削，保障作业质量[4-5]。此外，很多学者结合振动技术，创新研发了耕作机械，有效解决了实际耕种过程中松土阻力较大等方面的问题，如周华等设计的振动深松装置，在此方面有着良好的作业效果，与传统弧形深松铲相比，该设备的运用减阻率高达15.45%~20.05%，不仅提高了作业效率，而且降低了能耗。

随着对振动技术的深入研究和运用，相关研究者对于振动的研究和分析，逐渐从利用振动转变为针对振动特性的分析，有效实现了机械设备的减振降噪。例如，运用多体动力学系统，建立耕种设备动力学模型，实现对于设备振动特性的有效分析，有针对性地优化机械设备，降低振动和噪声影响。还有学者通过对旋耕机振动情况、性能以及特点的分析，设计相应减振装置，有效降低了设备运行过程中的振动和噪声。此外，还有研究通过对虚拟样机的参数进行优化调整，以此设计振动手扶拖拉机阻尼减振把手，达到减振效果。或者开发应用减振材料，例如增强型玻璃纤维塑料等，将其运用到机械设备当中，也具有良好的减振效果。

2.2 农业播种

机械播种是提高播种效率和精度、降低种植成本的有效措施，能够有效保障播种的可靠性。将振动技术应用在机械播种当中，能够实现种子的有序排列与精密吸附，而且还能够有效避免堵塞等方面的问题。在实际播种过程中，由于现场环境条件有限，设备运行过程中难以避免出现振动情况，导致物料之间的摩擦较小，整体流动性偏大，物料之间容易出现互相堆积的情况，容易使得料斗堵塞，而利用振动技术，将物料均匀散开，能够有效避免此类问题。

振动式播种机主要分为单一式和组合式两种类型，其中单一式还分为电磁振动机械和气力振动机械两种，而组合式则包括机械－振动以及气力－振动两种。目前，振动播种机械研究的主要方向是提高播种精度、解决播种堵塞等方面的问题。例如，部分学者针对种子斗振动频率情况展开研究，意在促使播种机达到最佳播种状态，当种子斗振动频率控制在43.6 Hz~43.8 Hz 之间，振幅在0.61 mm~0.62 mm 之间时，真空吸嘴播种机能够处于最佳状态，播种精度和效率都相对较高[6]。针对于播种精度方面的问题，在利用振动技术时，可借助电磁振动控制外槽轮转速，以此实现定量供种，保障播种效果。此外，部分学者针对水稻种植需求，为提高播种精度，利用了电磁振动技术，通过该技术进行排种，有效提高了水稻种子的输送速度以及种植精度。还有学者将外槽轮定量排种与电磁振动技术进行有机结合，开发了组合式毯状秧苗精密排种器，实现了精密播种，经过对该机械设备的试验研究，发现该设备的排种合格率、稳定性都相对较高，有效保障了播种效率和精度。

2.3 果实收获

振动技术在果实收获机械当中的运用，有助于减少果实之间的摩擦，实现对于果实的快速分离和收获，减少损伤，以此保障农作物的产量和质量。当前国内外已经有大部分设备都应用了振动技术展开果实的采摘作业，常见的有葡萄、花椒、芒果以及红枣等产品。当前振动式收获机械设备主要包括以下两种类型：一为振动摇推式，该类机械设备主要是由偏心振动电机、夹持器以及曲柄滑块构成，在实际采收的过程中，需要将夹持器固定在树干上，然后在偏心振动电机的驱动之下，带动夹持器产生振动，达到摇动果树的效果，实现采收。二为振动撞击式，该类采收设备通过振动激励的方式撞击果实，使得果柄断裂，以此进行采收。根据国外相关学者的研究分析可知，应用振动技术进行采收的过程中，设备的振动频率对于收获效率有着明显影响，此外，还有学者专门分析和研究了不同振动频率以及振动幅度对于采收效果的影响[7]。相关研究发现，振动强度越大，实际采收效果相对越差，由于高强度振动情况下果实的损伤相对较为严重，因此实际收集难度较高，产量反而会更低。

对于马铃薯、花生等农作物，也能够利用振动技术实现机械收获，此类根茎植物可利用高频振动分离原理，通过激振器将需要收获的果实与泥土分离开来。此外，还可以利用振动技术，通过机械振动和筛动方式，实现对作物的清选和筛分，有助于提高收获效率，降低损失，提高经济收益。

此外，值得注意的是，机械作业过程中，受到外部环境以及设备内部结构的影响，机械设备会产生震颤情况，影响实际收获作业效果，缩短设备寿命。对此，相关学者逐渐加强了对于收获机械设备减振降噪方面的研究和分析。例如，通过对联合收割机展开振动特性的测试和分析，了解其激振源以及振动特点，以此为联合收割机的优化调整提供参考，保障设备运用的有效性，降低振动影响，实现噪声以及能耗的有效控制[8]。还可以设计具有减振效果的水稻收割机，通过优化设备模型，减少共振情况，减少能量消耗以及噪声问题，保障收获质量和效率。

2.4 物料排序

在实际进行农业生产的过程中，产品种类繁多，实际工作量较大，对此，可结合实际需求设计定向机构，实现对于物料的定向排序，以此提高农业生产质量与效率。例如，部分学者结合电磁振动理论，根据松子的外观结构和特征，开发了松子破壳机单粒定向喂入装置，实现了松子果实的自动化定位和破壳处理。此外，还有学者开发了超级稻种的定向排序装置。除农业耕种、播种、收获以及物料排序等方面，振动技术还可应用到农业生产机械设备的其他方面，实现自动化作业，提高作业精度和效率，为农业生产提供良好支持，降低实际生产投入成本，提高生产质量与效率，为农业产业创造更多经济效益。

3 振动技术的应用展望

随着近年来自动化技术、信息技术的不断发展，农业机具设备的种类、数量逐渐增多，生产效率得到了极大提升，生产质量十分可观。但与此同时，振动技术在农业耕种收机械设备方面的应用研究仍然需要加强，应重视机械设备工作稳定性、可靠性以及适应性等方面的研究和探索，以此保障设备运用稳定、安全，能够适应多样化的农业生产环境和条件，更好地支持大规模农业生产作业。对此，在实际展开振动技术研究、推动应用发展的过程中，应从以下几个方面入手。

1）深化振动理论技术研究，优化机械设备振动部件。理论研究是实现机械设备开发的重要基础，通过相关理论研究，明确振动对于机械作业的影响，了解土壤力学与运动特性等，能够为振动技术在机械设备当中的应用奠定良好基础，推动农业机械领域发展。例如，在耕作机械方面，需要加强振动场、触土部件以及土壤之间相互作用的机理，明确复杂环境下土壤运动的规律以及设备振动情况，以此明确振动部件优化方向，提高设备适应性。对此，应结合不同区域土壤特点、种植模式、农艺技术要求，加强对振动耕种收相关理论的研究，并有针对性地实现对机械设备以及振动部件的优化和调整，构建先进的配套机具。

2）实现振动技术与人机工程学的融合研究。振动技术在农业耕种收机械设备当中的应用，极大地提升了作业质量和效率，但同时也会增加设备荷载，可能会降低部件寿命，还会对驾驶员造成一定影响，需要机械具备较强的承受能力。因此，在实际展开机械设计的过程中，还应融入人机工程学相关理论，综合考量振动对于设备以及操作人员的影响，合理配置振动部件设备，在保障机械设备作业质量与效率的同时，提升人体舒适性，最大程度发挥技术应用效果[9]。

3）加强振动农业机械设备自动化、智能化研究。农业机械设备的智能化、自动化发展是当前农业产业发展的关键，为进一步提高振动农机的作业精度、质量以及安全性，还应将振动技术与智能化、自动化技术有机地融合在一起，开发振动测量仪器，实现对于播种、作业质量以及机械设备运行情况的监测，并以此进行参数信息的快速调节，提高设备的可控性以及运行效率，减少能耗，保障作业质量，同时改善劳动环境，促进农业产业高质量发展[10]。

4 结语

综上所述，振动技术在耕种收机械中的应用主要体现在改善作业质量、提高作业效率和精度方面，应用振动技术能有效减轻土壤深松过程中的阻力，降低能耗，提高作业效率，还可以实现精准播种，解决播种堵塞等方面的问题。此外，也可以通过振动技术收获作物，减少收获损失；或者利用振动技术进行物料排序，为农业生产提供良好支持。相信随着对振动技术的深入研究和探索，农业产业将会得到更好的发展。