基本介紹
- 中文名：農用動力機械
- 定義：農業套用的原動力的機械。
- 主要種類：內燃機 電動機 水輪機 風力機
- 作用：提高效率減輕勞動強度
歷史背景,產品種類介紹,
歷史背景
概況 中國早在3世紀,就有了原始的水輪機，利用水力提水或礱穀。1830年前後，法國製成了水輪機。風力機最早見於9世紀時阿拉伯人的著作,11世紀在中東地區得到廣泛套用，13世紀傳入歐洲。中國於12世紀的宋代開始使用風力機。19世紀50年代，北美開始用蒸汽機驅動固定式農業作業機械,如飼料粉碎機、軋花機等,以後演變成自走式蒸汽機，可在各農場之間流動使用，主要用以驅動固定式穀物脫粒機，用於牽引田間作業機械則並不成功，只在20世紀初的很短時間內，曾在北美部分地區用以牽引10～18鏵的大型犁，在英國和中歐把蒸汽機作為繩索牽引犁的動力。20世紀初，出現了裝備內燃機的拖拉機，並於20年代起大量推廣使用，成為主要的農用動力機械。
20世紀20～40年代，中國曾引進和小批量生產小型內燃機，供農田排灌和碾米、磨麵、軋花等農產品加工工業使用。50年代起逐步建立了內燃機、拖拉機和電機工業，農用動力機械得到迅速發展。還曾一度發展由小型蒸汽機和鍋爐組成的鍋駝機和煤氣機，由於機體笨重、熱效率低、使用維修不方便等原因，60年代後已不再生產。
到1986年底，中國農用動力機械總功率為209100兆瓦，其中包括15千瓦及以上農用大、中型拖拉機87.1萬台,農用小型及手扶拖拉機45345萬台，農用排灌動力機械總功率57550兆瓦。
產品種類介紹
農用內燃機 主要有柴油機、汽油機、煤氣機等。全系使用液體或氣體燃料的往復活塞式內燃機，由機體、氣缸蓋、氣缸套、活塞、連桿曲軸、配氣機構、燃料供給系、冷卻系、飛輪、起動裝置等組成。燃料在氣缸內燃燒，放出熱能，推動活塞作往復運動，使熱能轉變為機械功。內燃機的工作循環包括進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣等過程。活塞在兩次轉換運動方向之間的行程為一個衝程，按每一工作循環的衝程數分四衝程和二衝程兩類；按點火方式分點燃式和壓燃式兩種。最常用的農用內燃機為四衝程柴油機,其次為四衝程汽油機。2.2 千瓦以下的多用二衝程汽油機，因其單位功率的重量較輕，便於背負或攜帶。有些小型農機具採用二衝程汽油機為動力。
柴油機 農用柴油機多為四衝程柴油機（圖 1）。其曲軸每兩轉完成一個工作循環，活塞在氣缸內往復四個衝程。在進氣衝程，活塞從上止點向下止點移動，進氣門開啟，排氣門關閉，新鮮空氣吸入氣缸內。在壓縮衝程，活塞從下止點向上止點移動，進氣門、排氣門都關閉，在壓縮衝程終了時，噴油器將柴油噴入氣缸。柴油在氣缸內燃燒後，實現膨脹衝程，氣體壓力急劇增加，推動活塞從上止點向下止點移動。膨脹衝程終了時，排氣門開啟，旋轉中的曲軸繼續推動活塞由下止點向上止點運動，實現排氣衝程，廢氣排出氣缸。 柴油機屬壓燃式，利用壓縮後的高溫空氣點燃柴油，具有熱效率高，經濟性好，工作可靠，使用安全等優點。在農業生產中廣泛用作田間和固定作業以及農業運輸等的動力。
汽油機 四衝程汽油機的四個衝程與四衝程柴油機相同，但在進氣衝程進入氣缸的是霧化後的汽油同空氣的混合氣。壓縮衝程終了時，火花塞發出電火花，點燃混合氣。二衝程汽油機(圖 2)的氣缸上設有進氣口、排氣口和換氣口，曲軸每轉一轉完成一個工作循環，活塞往復共兩個衝程。在第一衝程，活塞從下止點向上止點移動，先將進氣口關閉，再將換氣口和排氣口關閉，然後壓縮混合氣。活塞到上止點附近時進氣口開啟，混合氣進入曲軸箱，隨後火花塞發出火花，點燃後的混合氣產生高壓，推動活塞向下止點移動，開始第二個衝程。這時進氣口關閉，曲軸箱內混合氣被壓縮，隨後打開排氣口，排除廢氣後，又打開換氣口，讓曲軸箱內被壓縮的混合氣沖入氣缸，開始下一個循環。 汽油機屬點燃式，是由蓄電池或直流發電機通過點火線圈使火花塞產生電火花點火，其結構輕巧，工作平穩，製造較易，起動容易，在農業生產中多用作田間作業的小型動力。
?>煤氣機 是使用天然氣、石油伴生氣、液化石油氣和發生爐煤氣等氣體燃料的內燃機。農用煤氣機多使用發生爐煤氣，它是由固體燃料在煤氣發生爐中製成，經濾清、冷卻並與空氣混合後進入氣缸。煤氣機屬於點燃式內燃機，其工作過程與汽油機相似。汽油機和柴油機經過改裝均可燃用煤氣。
農用內燃機經常在塵土飛揚、雨淋日曬、泥水沖濺的環境條件下工作，且用於某些作業(如收割、脫粒等)時負荷變化大，有時短期超載,農業生產的季節性強,在抗旱排澇或農忙季節內燃機往往連續工作8小時以上,甚至數日，且遠離城鎮，維修和配件供應等條件較差。因此，農用內燃機應具有如下性能：①可靠性好，使用壽命長,選擇配套功率應以12小時持續功率為準,並能適應短期超載；②採用廉價燃料或農村易於獲取的燃料（如煤氣、沼氣等）；③機械結構簡單，維修簡易；④低溫起動性能好；⑤空氣、燃油和機油濾清器的淨化能力強；⑥能一機多用,在不同農事季節能配帶不同的農機具,還能兼作船用或陸用運輸動力。
電動機將電能轉變為機械能的動力機械。根據電源不同分為直流電動機和交流電動機兩大類，交流電動機又分同步和異步兩類。同步電動機的轉子轉速與定子繞組通入電流時產生旋轉磁場的轉速相同；異步電動機又稱感應電動機，有三相和單相兩種，其轉子轉速小於旋轉磁場的轉速。根據其轉子的結構，又分為籠式和繞線式兩種。三相籠式異步電動機由於其結構簡單、工作可靠、易於維修，在農業中得到廣泛套用。籠式電動機按防護方式有防護式、封閉式和密封式 3種。防護式能防水滴或其他雜物從上面落入電動機內，通風較好，但不能防潮和防塵，一般用於清潔、乾燥的場所。封閉式能防止灰塵、鐵屑或其他雜物的侵入，也能防潮，可用於露天、潮濕、灰塵較多的場合，如與農產品加工機械和水泵配套。密封式可浸在水裡工作，如潛水電機。
中國生產的農用的三相異步電動機有 Y系列（一般用籠型轉子）和YQ系列（高起動轉矩雙籠型轉子）。選用電動機時，首要考慮的是功率大小適合，還要考慮轉速、允許過載能力與起動性能等因素。中國規定的電動機額定溫升是指所用絕緣材料的最高允許溫度與40℃之差。電動機發生故障的主要原因有：電源電壓過低或過高、繞組接地（接殼）、繞組短路、單相運行；轉子斷條等。因此，對運行中的電動機要注意監視，及時發現問題並採取相應措施排除故障，以保障安全生產。
風力機 將風能轉變為機械能的動力機械。現代風力機由風輪、塔架、變速器、調速器、調向迴轉裝置和制動器等組成（圖3）。風力推動風輪旋轉，通過傳動裝置帶動各種作業機械或帶動發電機發電。 按照風輪的結構型式，風力機有垂直軸式和水平軸式兩類。目前在農業中常用的為水平軸式，其風輪類型有布篷式、飛機螺旋槳式和多葉片葉輪式（18～24個葉片）等。塔架是風力機的支承體，其結構有木桁架、金屬桁架、鋼筋混凝土桁架等類型。塔架高度大致與風速的1/7次冪成正比,過高則製造成本高，太低則風力不足。變速器（或齒輪升速箱）將每分鐘幾十轉的風輪轉速升高到作業機械或發電機的額定轉速。當用風力機帶動往復式水泵時，常將曲柄機構直接裝在風輪軸上；在小功率發電裝置中，發電機軸與風輪軸直接聯接。這兩種情況都可不用變速器。調速器的作用是在風速驟增時防止葉片損壞，並保持發電機恆頻穩壓。調速的方式有調整葉片的轉動阻力與改變風輪的迎風面積兩種。前者採用離心調速器，多用於小型風力機；當風力增強，風輪超過一定轉速時，制動翼在離心力的作用下被甩出，迫使風輪降速。在大型風力機上，採用調速彈簧使風輪偏側以減少風輪迎風面積的方法使風輪降速。在布篷式風力機上，則通過張篷落篷來改變風輪迎風面積。風輪獲得的功率(P)可用下式計算：
式中ρ為空氣密度(千克/米)；D為風輪直徑（米）；V1為通過風輪前的風速（米/秒）；C為功率係數。理論最大值C=0.593。
目前最大風力發電機的額定功率已達2000千瓦。在中國,一般認為100千瓦以上的風力機為大型,10～100千瓦為中型，10千瓦以下為小型。由於風速經常變化，風能大小不穩定,需要有貯能裝置以調劑能量的供應，3千瓦以下的風力發電機一般用蓄電池貯能。
水輪機 將水流的動能和勢能轉換成機械能的動力機械。若配以發電機輸出電流則稱水電站；若同水泵結合則成為水輪泵。水輪機按其工作原理有反擊型和衝擊型兩類。反擊型能同時利用水流的動能和勢能，可分為混流式、斜流式、軸流式和貫流式等類型；衝擊型是利用水流的動能，可分為切擊式、斜擊式和雙擊式等。以上各類中，以混流式、軸流式和切擊式套用較多。混流式水輪機（圖4）的水流是由引水管徑向進入渦殼，帶動轉輪旋轉，並由轉輪軸向流出到尾水管。軸流式水輪機的水流是從軸向進入轉輪，從另端軸向流出。 發展趨勢 各類農用動力機械的發展和構成比例受能源供應、科學技術水平、工藝材料、農村使用條件、環境保護及經濟效益的影響。隨著農業電氣化的發展，在固定作業中將優先發展電動機；在風力資源豐富的地區,風速在3～4米/秒以上的牧區、沿海及邊遠地區,宜有計畫地發展風力機；在水力資源豐富而落差較大的地區,可發展中、小型水電站。柴油機將繼續有所發展,但在農用動力機械中所占比例將受到柴油與汽油生產的制約。為節約能源，提高功率，將有更多的柴油機採用增壓裝置。利用各種再生能源(如沼氣、煤氣、酒精等)和固體燃料的發動機，將得到不同程度的重新使用和發展。既能用石油燃料，又能以氣體燃料為主而用石油燃料引燃的雙燃料發動機，如煤氣-柴油機、沼氣-柴油機、天然氣－柴油機等的研究與使用將受到重視。
