《农业工程概论》电子教案

《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。

第一章农业物料的工程性质

§1研究的意义

农业物料-----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

:能够描述物料实体的形态

-、尺寸和形状尺寸和形状［能够反映相互之间的差异

(-)圆形和球形

m

_/=1

圆度一式中：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1T)

对于类球体：球度式中：&指类球体的最大投影面积图形的最大内

切圆直径由指类球体的最大投影面积图形的最小外接圆直径

(k、1/3

—abc

1/3___

(椭球体积］.a3(abc)—几何平均直径

a

对于椭球：球度=1外接球体积1=16J=a=最大直径

（二）尺寸的表示

‘单一粒径的计算,（如表1-1P7）

〈群体平均直径的计算，需先测定单一粒,

然后计算平均值,（如表1一2匕）

（1）粒径（非类球物料）

测定计算平均粒径的简易方法:

△粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的分拣）

“为总质量，.为密度

n为颗粒个数，一般>200

按表1-2的算法会存在d'dKdKdKdKdsg的不同结果

sv

£mAi

△粉状物的平均粒径（取为50~100g试样）（调和平均粒径）

4=Z（x,.⑷

或用算术平均粒径<■=>

相邻筛子之间物粒的名义直径4=M4+I（吟>d'M）Xj为d'i下方,

d'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

.尺寸比较时，用心--算术平均径

，气力输送时，用d6--质量平均径

评定分级装置时，用dso--中径（粒径总积分布达50%所对应的粒径）

"卡尺、轮廓放大仪等量具，然后分级统计，图1-2

«或

（2）单项尺寸的测定，用।利用不同的孔径的套筛’按过筛情况分组

（三）尺寸分布

题粒胫侈数径）粒径

可代表一批物料粒径的平均尺寸

二、密度

质量r

（一）真实密度（truedensity）：头际体积Vs（成分、水

含量等）

'称重法（大物体）

•浮力法（小物体）

测量方法主要有।比重瓶法（粉末物料）

（二）容积密度（bulkdensity）与孔隙率（度）：心=机」匕（物料总质量与

视在体积或称虚表容积之比）

=（1-巫）x100%=匕x100%

孔隙度（率）8匕

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

%]

匕，匕，匕孔隙度A八

乙一匕匕2kPtLPa.Pa

质体积之比）匕P'P'

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、均匀度等与旦有关；土壤紧

实程度

2.牛奶放置时间长，°，变大。

（-）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不同的物料的尺寸一频

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（图卜5）

（三）设计计量装置或容器——根据容积密度4

§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。

J粘性流动

X变形——弹性变形；流动：I塑性流动

流变特性用应力、应变种时间三个参数表示。

X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：

纥“=1.78+1.69e4°3”+0.178/”

'多相性

■非均质性

X农业物料的应力——应变关系，因农业物料通常具有1水分等特

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。

X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；旋应力（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1T0）

(2)破坏的类型：切断（正切、斜切、歪切、滑切）

粉碎（击磨一玉米；压磨一小麦、大蒜）

去壳（克剥—核桃；热胀应力一松籽、板栗；撞击一

一葵花籽）

碎土（弯的——犁地）

‘改善运输装置和包装——防振动撞击

⑶有害性破坏的防止i降温降湿充氮——提高贮藏质量

二、流体动力学特性（X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

'升力（浮力）

，阻力［形面阻力（压差阻力）

（-）流体对农业物料的作用力〔I摩擦阻力

（1）阻力与阻力系数

1,

P^-CApV2

根据因次（量纲）分析，流体的总阻力2

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m2

P为流体密度g/cm3

V为流体和物体的相对速度m/s

aa,k为系数

C=•为雷诺数

阻力系数

2-物体的特征尺寸

丫-流体和物体的相对速度

Vdp-流体密度

4=4[〃-流体的粘度（动粘滞系数）

派动力粘度的定义（P21）——单位面积、单位速度梯度时所受到的剪力。

F

〃=

%

XdhIPa・S（帕•秒）=10P（泊：达因6/加；克/cm・S）=1000CP（厘

泊；毫帕•秒）

a层流区小域，形面阻力

-匕形面阻力和摩擦阻力均不可忽略

C=f（Rj的关系复杂，一般为3~4个区域「紊流压’摩擦阻力"°

（2）物料在流体（形变介质）中的临界速度（即重力一浮力邛且力时的相对

速度V。））

—加P=寸

①球状物体重力一浮力:

%匕（2-0应

VCAp

球体的体积和投影面积分别为"d76和md2/4,一般情况下，C^O.44

则…"

②非球状物体※实验证明：当R..<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1T2）。

•••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：

1,1,

4=2。，4夕厅=214卢%;

（当量球体）

K,——球形折合系数（形状修正系数），P15.表1-3给出了一般谷粒的L

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：v°L1°〉-

D为管道直径，&为物体直径，V。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：，。单粒

V。为单粒的临界速度，为沙粒的体积浓度（实验值为5~25%）,6值见上

表l-4o

X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

‘垂直输送

＜水平输送

⑵物料输送中的应用〔倾斜输送

三、流变特性

（-）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）

b=E£或"Gy（卷簧的剪切公式）

②塑性元件（滑杆）

只要有变形，就有：P2F（即拉力大于等于最大摩擦力）

③粘性元件（牛顿液体阻尼器）

0=心'（即应力等于动力相友乘以应至遨率）

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）

X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。

X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）

X倚时性车牛顿板体具有触稠性（如肉丸）那触稀性的特点。

在某一剪切应力T,作用下，非牛顿液体的粘度为：

T.

7=广=%4

Yi

（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：摩擦力尸=〃

（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磨掉芒毛一FtI；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,

会产生粘附力口，则尸=〃+".

（4）其他影响：滑动摩擦角、物料的方向性、尘埃等影响。

（-）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。

X某些流体的粘度值见表1-6

（三）散粒物料的摩擦

休止角2$内摩擦角，巴越大，散落性就越小，内摩擦角就越

大。

（派内摩擦角——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

彳专导一物料的接触，分子之间

■对流一携带热能的物质运动过程中吸收/释放的过程

一、热量的传输过程I辐射—因温度差而产生电磁波的辐射

二、农业物料的具体热特性

（-）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

C=-^—

'定压比热（农业物料中常用）

依据加热过程有1定容比热

•••含水量的波动及影响,计算方法:C=（Cw-Cd）M+Cd=Cd^~M）+CKM

果蔬的比热计算：C=3.13+(W_7O)XO.O375

X随温度的升高，C略有增大。

（二）导热系数（导热率，X）：单位面积、单位时间、单位温度梯度传导的热

量（W/m・K）,

kJ_W

2dTmK

ms——

表示导热的能力。dx

X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•Ko

果蔬的导热系数：几="儿

肉类：入=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，a）：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。

aJ=dQ3

CndTQKm，,

3dA-Cpa=-^-x-------=〃//s

dx（单位：m7s）msKQ

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0.4〜0.77iim）

（-）反射特性：

R=N100%

光反射率/。I。和L分别表示射向物料总辐射强度和反射回的

2

辐射强度（即单位面积上的光通量，W/m）0

派不同物料或同物料的不同发育阶段其R不相同。（P27.图1-31）

X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R/R2作为判断标准。

（二）光透射特性

透射率：T=IT/IOX1OO%

A=log（—）

X实际应用中，常采用吸光度T,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：0.77〜1000即1；紫外光：0.04~0.39即0

•红外线辐射有显著的热效应和较强的穿透力。

•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。

•紫外线辐射（0.04〜0.39Pm）,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。

X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

（―）微波（0.l-0.OlMm）

•辐射特性（R、T、A等）比短波显著。

1、原理：X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。

:加热：单位物料消耗功率P=2力ZigAE?

[杀死有害微生物

2、用途

（-）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1T0）

§6农业物料的电特性和磁特性

一、生物电

'雄性：15-20mV

•受精蛋两端电位差i雌性—7"V

•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

派介电常数：e=D/E（D——电通量密度；E——电场强度）

相对介电常数J=e/e°=C/C。（£。和C。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：tg6=£；/£；=L,/L（表示物料在交流电场中吸收电能转化为热

能的能力）

‘加热物料

用途b则含水率（见P31.图1-34）

Ic

V

（见P31.图1-34）

派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90°。由于

有了损耗，使电流I与电压V的相位角减小，损耗角6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。称为相位角，cos。称为功率系数，在6很小时,

tg5〜cos0。

三、电阻率（。•m）

已知4实验得出，吸湿性物料有：l°g-4卬+'（水分传感

器原理）

派a、b为物料特性常数=£（品种、密度、温度等）

X西瓜电阻率与含糖量的关系，P31.图1-35

四、磁特性

X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。在犁锌处安装强磁性源，可以使阻力111.3%阻

力波动小（波动系数由6.95%（到1.99%）。

③增强土粒凝聚性。

X土壤磁化率与有机质的关系：X=28.6+14.60,,,（%）,相关系数r=0.902；

X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

1

（7——

（-）含水率测定利用电特性（电导率。、电阻率小£等）与含水量的

关系。

（二）物料干燥利用介电损耗原理。

派采用高频（1-150MHz）或超高频（微波）（915〜2450MHz）加热更加优

越，如：含水量1796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

电位差----碰伤

〈电导率---含水量

测：I主频——

X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

提高发芽率----微波

种子清选——紫外线

用于:

§7农业土壤的工程性质

X《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；“I”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

（-）自然土的形成：岩石——母质——微生物——植物

•五大自然成土因素：母质、气候、生物、地形、时间。

枯枝败叶层

带酸型的淋溶层

沉积层

母质层

岩石层

自然土（5层）

（二）农业土壤的形成

耕作层(15-20cm)

犁底层（5-10cm）

心土层（保持自然土的状态）

底土层（自然风化的碎屑或母质）

土壤（4层）

二、土壤孔隙度、土壤水和空气

孑L隙占30—60%（今中非水即气）

’容积密度器疏巷解

土壤为三相体（见下图）

（一）土壤孔隙度

‘非活性孔隙。＜1〃加

■毛管孔隙。=1-100〃加

,土壤孔隙•非毛管孔隙10°""

X土壤要求：总孔隙度为30-60除非毛管孔隙＞10%毛管孔隙（含非活性孔隙）：

非毛管孔隙=2〜4：lo

Vp

工=（1-4）x100%

土壤孔隙度=匕°，

土壤孔隙比：

2k

e-匕，_。_匕_孔隙度_P,_P,1）

匕,一「匕b""Pa

匕P,P,

（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，CO?多（是空气中的5〜120倍）。

X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1-380

•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

X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+Otgw（类似于物料摩擦力公式：F=口+fP）

式中：C——粘结力；。——正应力；V——内摩擦角；口——粘附力。

XP35.图1-40,描述剪切应力（S）与剪切应变的关系

（-）承压强度（支承能力）

基本公式：P=K（Z"）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：

K="+3

b"，其中，Kc——内聚变形模量,与面积有关；K,——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。

△X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。

X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）o

X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。

X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

e———=C—A1gP

基本公式：匕式中：A——压缩系数；P——压力；C-

Po=l时的孔隙比，即单位压力下的e0oP37.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I,蒸发t;

②有机质分解慢，对作物供氮不足；

③耕作阻力t,质量I;

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、入、a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。

•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。X•.♦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。

•水分对导热系数和导温系数的影响见P39.图1-46,入、a：砂土〉壤土〉粘

土〉泥炭。

派•••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。

AA

ex,——a=------

※公式a和是一致的，•.＜乘以P即为单位容积的比热。

派关系式，=axC,的作用是：通过测定a（简单），可以研究导热方面的

变化。

X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

/^Z：。

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——c」、XI、日照后升温快。

八、土壤的盐化和碱化

（一）盐碱土分类

①盐化上——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临危害极大；

③碱化土——表层含有碱性盐，PH28.5,碱化度（在水中的含量）＞5%；

④碱土——表层含有碱性盐，PH28.5,碱化度＞20%

（-）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。

X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。

区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(EnergyMetobolicRate)：EMR="X100%

式中：E«——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2T,给出体力劳动的分级

X人的工作能力约为0.75kwo

§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

:移动式作业

作业类型［固定式作业

’牵引式机组

悬挂式机组

自走式机组

机组类型.固定作业机组

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

锌式犁，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。

（-）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、侧草机、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（X我国有3.5亿hn?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

atWV

运输作业生产率：Q=^（t-km/h）Xa——载重系数；T——运输时间

利用系数；W——载重量（t）；V——平均速度（km/h）o

工一L

其中L+L（）+Vt]

XL----运距（km）；

U——空行距离（km）；

t,——装卸时间（h）。

如果L=Lo,

T—___L___0八—_a_W__V_L_

则

2L+Vtt52L+W,（t.km/h）o

※当a、W、V、3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。

派由各种作物的机器系统一^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=1.5BV,.(亩/h)=0.1BVL(hm7h)XB——结构幅宽(m)；

VL——理论速度(km/h)o

2、技术即：WP=0.IBPVPT=0.IBVpE(hm7h)XBP——作业幅宽(m)；VP

——作业速度(km/h)；T——时间利用系数;E——田间效率(E=BXT),

(~)△需要的拖拉机功率：(N)派K——比阻(N/m)；

PT-Vp=KBVp(N-hn/h)-36&)s=(N-km/s)=NJkW)

N,“=”

...3600-^T]T(①归i.5BV„E=1.5PTV„E/K=1.5NTX3600XE/K=5400Nc„，Nn

rE/K

②AT=KL/(1000N-mX3600s)P=KX666.7m/(1000N-mX3600s)=K/5400P(kw-h/

亩))

M——拖拉机发动机有效功率(kW)

<短——发动机标定功率利用系数，

式中：S拖拉机牵引效率(%=%”•私)去—分别

表示传动效率、滚动效率和打滑效率。

三、机组作业成本

c机组=,利息+c折旧+c大修提成+,管理费+0工资+c热油+0润滑油+0日维

四、农业机器配备

(-)按作业量配备机器

第j项作业需配备的机组数:

n：>---------4----------

'%•马•%•%（台）

派Dj——j项作业适时期的日历天数;

a」——可下地概率；hi——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Bo

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/pp——磁极数；f——频

率）

1、发出的功率：P=派A——系数；H——净水头（m）；Q一

流量（m7s）o

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^lOOkWo

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6FCT20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〜llm/s,Nen=10~55kWo

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：X硅光电池，转换效率10%左右；还有碎化钱

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

（--）农业排灌及供水

1、农业排灌

•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；

•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；

•小功率排灌设备——采用三相鼠笼型异步电动机。

X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

•连接：①“丫”（星形）接法：

（功率＜3kW的电机）

②“△”接法:

（功率＞4kW的电机）

•转向：任意二相电源线倒接；

•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”一“△”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。

•短路和过载保护----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

碧谷机——稻谷脱壳；碾米机——将稻米（糙米）加工成白米；

磨粉机一一加工小麦、玉米等；

弹花机一加工皮棉；

榨油机、锄草机、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XP71.表3-3

…J男性：16，”A

＜［女性：10.5〃滔

触电后能自动摆脱的电流〔直流：50〃丛

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、建筑工地等（配电盘内）。

§2农业应用电子技术

一、电子技术在农业测量和控制中的应用

（-）电子技术的发展——1948年，产生晶体管；50年代末产生集成电路；1967

年，发展到中（型）规模的集成电路；1977年，产生超大规模集成电路（在Ion?

的硅片上，大约有10万个晶体管）；80年代末，可集成到儿百万个。

1971年，产生第一个微处理器——弹片机。

（二）电子测量和检测系统

检测内容：速度、功率、喂入量、田间含水量、部件工况

自动检测系统的组成——传感器、电子变化电路、显示记录装置、电源等

传感器：①经典型——自身结构的几何量变化；

②固态型---性能参数起变化。

另外，还分——有源的；无源的

（三）电子技术在农业自动控制中的应用

P74.图3-7、3-8,开环、闭环系统;

（四）微机化测量仪器与自动控制系统（自学）

二、养殖业中的环境控制与饲养管理

（-）环境控制

1、防寒取暖

2、防热降温

3、通风换气

（二）饲料的加工和配制——自动混合、自动送料、自动监视等

（三）电子称

组成——压力应变片传感器、A/D转换、数字显示等

（四）奶牛自动识别器——牛脖子上的电子钥匙

（五）奶牛定量配料微机管理系统——根据近期的日均产奶量，确定日饲料定额

三、种植业中电子技术的应用

（-）农作物生长的环境一一①播种、施肥、灌溉、收获等的监控装置；②温室

中的环境控制。

X（二）、（三）是以上两条的解释（可以结合到一块讲）

四、农产品的处理、贮存及质量检测

•谷物烘干设备和粮库温湿度控制

•果蔬分级——根据尺寸和颜色

•农产品质量检测——称重、水分（※可以根据微波的衰减量）等

五、计算机在农业管理上的应用

（-）数据库管理信息系统——如：作物品种资源信息管理系统，地理信息系统

等

（