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1輕量化是地質(zhì)環(huán)境的要求

貴州以高原山地為主，素有“八山一水一分田”之說。全省地貌可概括分為高原、山地、丘陵和盆地四種基本類型，其中92.5%的面積為山地和丘陵。境內(nèi)山脈眾多，重巒疊嶂，綿延縱橫，山高谷深，梯田縱橫，這樣的地理環(huán)境給貴州旅游業(yè)帶來(lái)如此蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也給貴州的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程造成了較大的阻礙，使得貴州的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化落后于全國(guó)其他發(fā)達(dá)地區(qū)[1]。當(dāng)前的貴州公路網(wǎng)雖然很發(fā)達(dá)，實(shí)現(xiàn)縣縣通高速的同時(shí)，鄉(xiāng)村公路也建成了以村村通為交流通道的互聯(lián)互通式的道路環(huán)境。但是要想在農(nóng)民的田間地頭實(shí)現(xiàn)機(jī)械化暢通道路非常難，一是修筑耗資太高，二是耕地的平坦面積相對(duì)不均，大型、自動(dòng)化、智能化農(nóng)耕機(jī)械作業(yè)也不能有效施展。因此就需要因地制宜將設(shè)備輕型化，重量最好控制在50kg以內(nèi)，方便農(nóng)民在使用的時(shí)候能輕松搬運(yùn)。

2輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑

農(nóng)機(jī)在制造上要求性能有保障，在農(nóng)戶使用的過程中各部件不至于發(fā)生疲勞斷裂或者塑性變形，因此在設(shè)計(jì)加工前需要充分做好載荷、剛度、強(qiáng)度、疲勞等多項(xiàng)分析校核及優(yōu)化設(shè)計(jì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械的輕量化設(shè)計(jì)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的范疇，優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及自變量、優(yōu)化目標(biāo)、二者間的函數(shù)關(guān)系以及約束條件等要素[2]。這項(xiàng)工作常用于其他重要的設(shè)備設(shè)計(jì)，但是在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候一般都做得不夠全面，往往都是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或者參照相關(guān)的設(shè)備做選擇，這樣就容易出現(xiàn)幾個(gè)問題。1）設(shè)備重量超重，因?yàn)槊總€(gè)人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不同，對(duì)同一個(gè)部件的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)往往存在差異，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)零件尺寸偏大，重量偏重的情況。2）富余動(dòng)力過剩，造成大馬拉小車的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致浪費(fèi)能源和資源。在材料選擇上也應(yīng)該考慮滿足性能使用的情況下選用密度較小、重量較輕的如碳纖維、鋁合金等材料制作零部件。在設(shè)計(jì)時(shí)，從材料選取、框架結(jié)構(gòu)、聯(lián)接設(shè)計(jì)等方面著手，使得設(shè)備在滿足低成本、輕量化的前提下實(shí)現(xiàn)了較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[3]，且盡量減少零部件的數(shù)量，并多花一點(diǎn)時(shí)間對(duì)材料零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，選取合適的材料后，參考下列安全系數(shù)公式進(jìn)行校核。

3輕量化的目的

3.1減少人力輸出

因?yàn)橘F州的田地多屬于梯田和山地，在沒有鄉(xiāng)村道路的田地里作業(yè)，對(duì)于農(nóng)機(jī)的使用受很大限制，如果設(shè)備質(zhì)量很笨重，那農(nóng)戶就無(wú)法采用機(jī)械化作業(yè)。輕量小型化后，其重量在合理化范圍內(nèi)能得到有效控制，農(nóng)戶在崎嶇田間地頭使用起來(lái)會(huì)很輕便，最好一個(gè)人就能完成搬運(yùn)和掌舵，可以采用隨身懸掛式和手扶牽引式。

3.2降低驅(qū)動(dòng)能耗

設(shè)備的重量和結(jié)構(gòu)直接決定著整機(jī)動(dòng)力配置，農(nóng)用機(jī)械的輕量化，就是在保證設(shè)備的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低設(shè)備的整備質(zhì)量，從而降低設(shè)備的動(dòng)力輸出，減少燃料消耗或者能源消耗，降低排氣污染。以汽油機(jī)為例，實(shí)驗(yàn)證明，整機(jī)重量降低1%，油耗可降低0.7%。

3.3提高安全性

農(nóng)機(jī)設(shè)備一般都具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、沖擊或直線運(yùn)動(dòng)，農(nóng)戶在操作使用過程中對(duì)自身安全存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。這樣的風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)備的重量存在正比關(guān)系，隨著設(shè)備質(zhì)量的加大，人的操控能力就會(huì)被相應(yīng)削弱，就會(huì)使自身的傷害風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備輕量化設(shè)計(jì)是很有必要的，在一定程度上是為了農(nóng)戶的安全著想，是降低操作風(fēng)險(xiǎn)的有利途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡明勇.貴州山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].農(nóng)家科技,2017(5):165.

[2]董鋼,李耀明.農(nóng)業(yè)機(jī)械輕量化設(shè)計(jì)方法的初探[J].農(nóng)機(jī)化研究,2006(1):125-126+131.

[3]李碧政.大型五軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(9):1-5.

[4]潘群林,廖敏,陶金京,等.丘陵山地拖拉機(jī)整機(jī)輕量化技術(shù)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(3):254-258.

作者:付江 單位:貴州城市職業(yè)學(xué)院