新型多功能“三轮汽车”研发的可行性分析

甘肃机电职业技术学院 赵彦军

1 我国农机应用现状

1.1 国内外农机技术仍处于机械化阶段

国外农业机械化的发展速度快、水平高，目前由从粮食种植到收割的全过程机械化向高智能的精准农业种植发展[1]。

当前，我国农业机械装备技术发展速度慢，个别地区还处于人畜耕作和农机种植的混合模式。部分发达地区正处于机械化种植阶段，专家学者正在致力于将智控技术及北斗导航技术引入未来农机的设计中，使其向着以信息技术为核心的智能化农机领域发展。与发达国家相比，我国农机装备制造领域还存在着基础共性技术薄弱、农机制造企业的设计水平低下、产品知名品牌不多、核心竞争力不强等问题[2]。据统计，2019 年我国农业综合机械化率69%，机耕率、机播率、机收率84%、56%和61%，农业机械化在逐渐普及。农业生产已从主要依靠人力畜力转向主要依靠机械动力，进入了以机械化为主导的新阶段[3]。

1.2 农民购置农机意愿不强烈

现阶段，我国部分农产品在具体的生产作业过程中所配备的农机装备有着很大的差异，从整体上来看，农业机械化程度和质量都不够高，机械化水平与农作物生产需求不够吻合，不能有效满足具体要求，导致农民购置农机意愿不强烈[4]。

农机设备更新速度缓慢，设备柔性化功能欠缺，不能较好地满足不同地域、面积、作物及农耕阶段的需求，通用性较差，尤其在全自动化、智能作业化程度上有明显的短板，导致农业机械与自动化技术的融合程度还比较低，农民不愿购买[5]。

购置一辆小型农机所需费用约1 万元以上，加上燃油价格持续上涨，农用车使用成本大幅增加，致使农民购买力不足，农机销售不畅，农业机械化程度推广缓慢。

据调查显示[6]，农民购买农机时最先考虑的因素是农机功能实用性、农机价格、农机品质。其中农机的实用性，也就是农机能否减轻农民劳动力，解决生产需求，有无很好的利用率和性价比是农民最关心、最能吸引农民购买欲望的主要因素。当前，部分农机功能单一、利用率低且价格昂贵，这也制约了农民购买农机的意愿。

传统的人畜耕作效率低下、劳动强度高（图1）。由于养殖牲畜所需成本较低、利用率高，所以这种耕作方式多年来一直受农户青睐，沿用至今。（图2）所示的农机耕作，虽能减轻体力劳动，但其购置成本高功能单一，长期处于闲置状态，并未普及。

图1 传统的人畜耕作

图2 小型农机耕作

1.3 科研成果稀缺

当前，在我国的农业生产过程中，越来越需要农业机械设备，而很多机械设备有着特别长的研发周期，满足需求的农机投产缓慢[7]。另外，农业方面科研投入相对薄弱，科研成果较少，故而满足农户需求的新型农机稀缺。

2 多功能农机研发可行性分析

《中华人民共和国道路交通安全法》于2004 年5 月1 日开始明确定义了农用机动车的称谓问题，结合其功能且综合考虑使用安全的基础上，将农用三轮车命名为“三轮汽车”，纳入交通安全管理。

本文中多功能农机的研发，是在以农民广泛应用的三轮汽车为主机的基础上，在不改变三轮汽车时速及结构的基础前提下，研制具有耕地、播种、喷雾、除草等相应功能的辅机。日常应用中，只需在从事某项农业种植工作时，在主机三轮汽车上安装配套的辅机即可。如此，原来功能单一的农具用动力源、运输及传动装置都将依托三轮汽车动力源、运输及传动装置来完成，这便在极大程度上减少了因制造动力源、运输及传动装置产生的材料消耗及农民重复购置它们的成本，同时主机的利用率将大幅提高。随着三轮汽车功能的增强及其性价比的提高，农民购置农机的需求将随之提高，农业机械化程度也将呈现生机勃勃的发展态势，故本文研究多功能农机的设想是可行的。

2.1 技术可行性分析

关于农用三轮车上使用配套农具的动力输出问题和给农用三轮车增添撒肥机功能的改造已有学者进行了研究，并成功申请了相关专利[8，9]。目前，相关企业已生产出了多功能生活用三轮汽车。所以，研制多功能新型农用三轮汽车是完全可行的。

2.2 研究路线

为确保成功研制出多功能农用三轮汽车，特制定如图3 所示研究路线，以促使研究过程有序、合理开展。本研究路线中，只要最终样机能满足安全、易操控、利用率高、性价比高的特点，农机研发即为成功，否则重复进行多功能三轮汽车的研制及辅机优化，直至满足要求即可。

2.3 研究方法及内容

①研究初期先调查农业种植工作现状及农民对所需农机设备的要求。②在学习相关工具书并查阅对应文献资料的基础上，学习国内外农机设计资料，借鉴并掌握农机的研发技术及发展趋势。③结合现有生产制造技术，对常见农业种植农机装置进行比较、分析，选择最佳材料来研制最优结构的辅机。④分别采用CAE 类数字化软件，对多功能农具辅机装置及其配件进行结构设计、性能核算、数字化优化分析，在确保使用性能的前提下，完成结构优化设计。⑤对结构优化设计的辅机采用相关技术，购置相应配件及材料完成样机的生产、安装，随后将它们分别与主机连接，完成样机的生产。⑥将样机投入农业生产使用，通过实验验证法，以验证其性价比、操控性、生产效率是否满足农民需求，能否达到研发效果。

图3 多功能农机研制路线

2.4 研究成果推广

样机试验通过后，可先依托相关部门完成多功能农机批量生产，接着利用农机市场的销售路径将其推广给更多的农民，进而推动农业种植的机械化发展。

当然，新产品的使用不是一成不变的，随着农业种植面积、机械制造技术等影响因素的不断发展变化，农机又将进行新一轮的升级换代或新产品的更替，新型农机必将出现，其更新过程如图4 所示。

图4 农机循环更新模式

2.5 研究成果展望

本研究成果将研发出果树喷雾、追肥、除草功能于一身的农用三轮汽车，本研究成果将极大地降低农民采购农机的成本提高农民的工作效率和应用农机的积极性。本成果的推广应用，将对农业种植产生以下作用和影响。

提高农民对农机技术应用的重视。增强农民购置农机的欲望，推进甘肃省农业种植机械化规模的发展。

吸引更多的科研人员进行农机的创新设计和改进研发，在推动新型农机持续生产更新的前提下带动农业产量和发展水平快速发展。

促进土地面貌平整化、连片化工作的深入推进，以便大中型农机的作业应用。

多功能农机的研发将原来的多台农机功能集成于一台农机上，减少部分零部件的重复使用，将有效节约资源。

多功能农机的使用将有效减轻劳动力、提高种植效率，吸引更多的农民投身于农业生产中，减少土地荒芜，提高植被绿化率和农业产量，改善农业种植生态环境。

农业实用技术和农业机械有机融合推广使用，将会出现大批农业产业园。

结构及性能优化后的“耕地、播种、喷雾、施肥、收割”等辅机的使用稳定性和寿命会大幅度提升，既能达到“节能环保”的设计理念又能促进“循环农业”的发展。

3 多功能农机研发意义

在扩大三轮汽车功能且提高其性价比的同时，为农机数字化研发指引方向，吸引更多学者及相关企业投身于市场前景巨大的农机行业。

多功能农机满足了农民对农机“实用性”的需求，由此将引发相关连锁效应：农民购机欲望增强、农民体力劳动减轻、农业机械化普及、农耕效率提高、土地荒芜现象减少、粮食产量逐步提升等现象。

随着数字化技术在农机领域的应用，农机运行的稳定性、使用安全性、操控简便性及免维护和高寿命现象有望实现，随着以上技术的日趋成熟，智能农机也将诞生。

4 多功能农机研发效益展望

本研究成果将研发出集果树喷雾、追肥、除草功能于一身的农用三轮车，将产生以下社会效益。

推进农业种植模式机械化的发展。

吸引更多的科研人员投身于农机研发。

多功能农机的使用，将有效节约原材料。

多功能农机的使用能减轻果农劳动力提高种植效率。更多的果农将投身于农业生产中，减少土地荒芜，提高农业产量，促进土地面貌平整化、连片的推进。随着农业种植生态环境的改善，出现大批农业产业园。

结构及性能优化后的多功能农机辅具的使用稳定性和寿命会大幅度提升，在降低原材料损耗的同时实现了节能环保的设计理念且由于其使用寿命的延长又能促进循环农业的发展。

5 结语

多功能农机的研制在技术上是可行的，在使用中既能满足农民使用需求，又能提高农机的综合功能、性价比及材料损耗，此研究成果可推进农机技术的数字化、柔性化制造，为智能农机的发展奠定基础。