仿生设计在农业机械设计中的应用

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摘 要：自古以来，我国就是一个农业大国，农业在我国的地位也是非常的重要，进入现代化以来，农业的生产主要依靠各种大型的机械来进行作业，大大的解放了人们的双手，随着当今科学技术的不断发展，农业机械的设计也越来越合理，其中，应用仿生学来进行对于农业机械的设计成为了一项人们乐于研究的事情，应用动物的各种各样的天然力学形态来进行设计，能够使机械的利用率增加，并且还能够将机械设计的更加的合理，因此在农业中有着很大的应用。
关键词：仿生设计；农业机械；效果
中图分类号：S23 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171232021
1 将仿生设计应用在农业机械中的意义
我国是一个农业大国，农业生产在我国有着一个非常重要的地位，因此对于农业生产来讲，人们有着极为高度的重视，不断的应用更加高效的设计或者各种提高生产效果的技术来使农业的生产能够更加的有效。通常以来，人们对于仿生学的认识都停留在一些较为高科技化的产品上，在一般的农业机械中，是不会想到去应用仿生学来对其进行设计的。应用仿生学设计的东西仿生学有着良好的操控效果，并且对于能源的利用率也是较高，由于具有这些的特性，人们开始想到将仿生学应用到作业较为困难的农业机械上，以期能够增加机械的作业效果。仿生学的应用让农业机械的外观有着一个较为明显的变化，在其操控性或者舒适性等方面有一个很大的提高，这样我国人数众多的农民得到非常有利的应用，让农业机械的利用效果有着一个很大的提升，促进了农业现代化的发展，并且在一定的方面还提高了农业作物的产量，让农业生产更加的快捷方便，符合人们对于农业发展的需求。
2 仿生设计在农业机械设计中的应用
2.1 对于形态的仿生
仿生设计中有一种极为简便的仿生方法就是对于其形态进行仿生，这种仿生可以不用去非常了解其具体的作用，只要在进行仿生应用后有着较为良好的效果就可以，具体来讲，形态仿生可以分成具象形态、抽象形态和意象3种，具象仿生就是通过人眼对其进行观察，发现其有利的生理现象，然后根据这样的形态，对其进行仿生作用。具象仿生能够对一个较为具体的形象进行概括式的总结，然后 在经过人为的处理后，让其可以呈现出一种非常具有吸引力的事物，在农业机械的设计中，采用这样的仿生设计会让农业机械更加的有亲切性。抽象形态仿生就是针对自然界存在的某一个形态，然后对其进行抽象化的处理，抽象化的处理可以让人们忽略掉其具有的一些外形，只是将其最为独特有用的地方进行展示出来，将其进行提取，然后应用到对人们有用的设计中来，在仿生设计中，这种抽象的设计方法通常用来设计现代化的产品。意象形态仿生是一种较为高级的仿生，其主要就是通过事物的形态来发现其应用的本质和应用的具体原理，将其存在的一些属性提炼出来，通过自己的感悟然后来设计出具有这种仿生设计灵感的事情，让设计看起来可以更加的完美，农业机械的设计中，应用这种设计可以让其看起来更加的完美。
2.2 功能仿生
随着人们对于动物的研究越来越深入，人们发现动物中存在着各种非常合理的功能性设计，这些功能的加入让动物具有更加灵活或者更加符合力学的规律，因此人们就针对动物的这种特性来对其进行仿生。在进行功能性仿生时，不仅是动物，植物和微生物同样也可以为仿生设计提供一些知识，在人们对弈功能进行深入的了解后，然后在可以应用到的产品上进行功能性的仿生设计，这样来提高产品的一些功能，在进行农业设计时，可以将农田中存在的一些动物的有利功能进行仿生，从而让农业机械能够更好的在农田中进行工作，提高其工作的效率。例如，通过对蚯蚓、马陆等典型土壤动物进行分析可以发现，这些动物的体壁具有非常好的弹性和柔性，并且在遇到外力的时候会产生一定的弹性变形。之所以典型土壤动物具有一定的减粘脱土功能，主要是因为其体壁具有非常大的的弹性。通常情况下，动物与土壤构成的粘附系统存在非常小的粘附功，其是土壤动物降低粘阻的主要原因之一。因此，可以根据上述功能来进行铲斗斗底的仿生设计，以更好的达到减粘脱土的目的。一般可以将铲斗斗底借助铰接组建将若干个链板有效的连接在一起，从而组成挠性斗底，然后借助弹簧来实现对斗底挠动的有效控制，这样一来就形成了具有一定弹性的仿生挠性铲斗，其可以有效提高铲斗的工作效率。
2.3 机械操控性能上的仿生
随着当今人们生活水平的提升，对于各方面的要求也在不断地增加，在农业机械中，人们希望能够有着操控性更加良好的机械设备来对原先老旧的设备进行更新，应用仿生的原理，就可以实现让农业机械的操控性能够有着很大的提升，在进行设计时，可以应用仿生学来讲机械设计成为较为智能化的设备，在进行操控时，可以有着一定的辅助措施来针对农田中较为恶略的作业环境，让人们可以进行更少的操控甚至只进行一些较为简单的操作就可以，让农业的设备向着现代化的方向不断地发展，让农业机械的设计更加的人性化。
2.4 结构仿生
随着仿生设计在农业机械设计中的广泛应用，人们不仅从功能上、外形上对其进行仿生，如今也开始慢慢的从生物奇特的结构上对其进行仿生，并取得了比较理想的仿生效果。实际上，结构仿生设计需要对其力学结构进行详细的研究，并遵循物质微观和宏观的组织原则，通过对生物的部分或整体结构组织方式进行研究，可以发现产品的潜在相似性，然后对其进行有效的模仿，从而创造出新的形象，更好地解决农业机械生产过程中所遇到的问题。结构仿生在农业机械设计领域中，最初是从模拟生物外形开始，如模仿鸟类的飞行器设计、模仿鱼外形的潜艇设计等。
邵耀坚是华南农业大学工程技术学院的一名教授，其借助仿生学原理来进行水稻工厂化育秧拨苗机械的仿生设计，从而有效的解决了抛植、拔秧的有序栽植问题。同时，吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室研制所研制出的仿生非光滑犁铧的铧式犁（图1），在农业机械生产中得到了广泛的应用。与普通犁铧的铧式犁（图2）进行对比可以发现，在犁耕作业中仿生非光滑犁铧的铧式犁的耗油量、技术生产率、犁体成本和劳动消耗等指标均优于普通犁铧的铧式犁，这主要是仿生非光滑犁铧的铧式犁可以有效的降低犁耕作业比阻。同时，仿生非光滑犁铧的铧式犁，还可以有效改善了作业质量，改善碎土及覆盖效果，并间接降低了平地、整地的难度以及对动力的消耗，从而在一定程度上提高了农业生产的效率和经济效益。通过对仿生非光滑犁铧的铧式犁和普通犁铧的铧式犁的经济效益进行对比可以发现，仿生非光滑犁铧的铧式犁所能够达到的综合经济效益是普通犁铧的铧式犁的1.62倍。
3 总结
农业机械的现代化已经成为社会发展的一个必然的趋势，在进行对于农业机械的设计中，应用仿生学的原理，可以让机械的性能有着一个很大的提升，仿生设计也让农业机械向着更加多样化的方向发展，在不断改善农业机械的性能，让农业的生產更加的高效快捷。
参考文献
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