全液压智能大型高地喷药机的研制与人才培养
摘 要：全液压智能大型高地喷药机，技术先进、设计合理、造价低廉、操作简单、安全高效，喷药机的研制成功对实时控制农作物虫害，提高我国高杆作物的产量，彻底解决了高杆作物的虫害问题。在项目的实施过程中，抓好人才培养也是至关重要的环节。人才培养是高等院校的特长和优势，也是开展科技推广项目的技术保障。
关键词：全液压；高地；喷药机；人才培养；创新人才
2012年，借助学校特色应用型本科院校的建设的契机，课题组成员与生产企业联合申请并获批了哈尔滨市科技局科技攻关项目《全液压智能大型高地喷药机》。该项目结合我国目前农业喷药技术滞后，机械作业仅局限于农民手工利用小型喷雾机喷洒农药的阶段的现状，研制出“全液压智能大型高地喷药机”，彻底解决了高杆作物的虫害问题。在项目的实施过程中，抓好人才培养也是至关重要的环节。人才培养是高等院校的特长和优势，也是开展科技推广项目的技术保障。因此，科技项目确定后，要将项目实施、技术推广和人才培养紧密结合起来。
1 市场需求
中国的农业历史悠久，但我国的农业喷药技术相当落后，仅局限在农民手工利用小型喷雾机喷洒农药的阶段，喷药变成了一项既费时又费力的艰苦工作，尤其是高杆高地农作物的虫害，比如高粱、玉米等的蚜虫（俗称腻虫）是繁殖最快的昆虫，一年能繁殖10-30个世代，也是多数植物的重要害虫，是农作物减产的主要原因之一，高杆作物的发病期多发生在颗粒趋于成熟期阶段，这时的秸秆高度已经达到2米以上，简单的手工喷药技术，由于效率低不能大面积作业，而且操作人员暴露在药物当中，很容易产生药物中毒，已经无法实现消灭虫害，农民朋友只能望虫兴叹，无计可施，只能停留在靠天吃饭的状态。
目前，国内外的农药喷洒多集中在大面积地域采用飞机喷洒，由于飞机本身受到起飞跑道、飞行高度、障碍物干扰等一系列客观条件的限制，还无法得到广泛利用。也有国家采用遥控直升机喷洒技术，比如日本，但造价昂贵，存在不确定的安全隐患，也无法推广和实施。美国、加拿大、意大利等发达国家已经生产出适合高地作物农药喷洒的自行走喷药机，而国内还是空白，还局限在小型喷雾机、拖拉机牵引挂车等的简单技术，无法适应高杆作物的虫害防治与消灭，建三江农场、新疆生产建设兵团等大型国企进口了数量不多的几台国外机器，使用效果良好，但也存在造价昂贵，维修困难等诸多问题，不适应中国国情。所以“全液压智能大型高地喷药机”产品由于技术先进、造价低廉、操作简单、安全高效、适宜推广，已经是目前国内农业病虫害防治的发展趋势和最佳选择。2012年仅黑龙江省的玉米种植面积就达到8400余万亩，按照我国实行的惠农农补政策，农业合作机制，实现农业机械化，提高粮食产量是必由之路，也会给个人和集体带来广泛的经济效益，所以“全液压智能大型高地喷药机”有庞大的市场需求。
2 研究内容及关键技术
借鉴美国、加拿大、意大利、芬兰等发达国家的现有产品优势，吸取精华，改造不足，降低成本，适应国情是该项目的研究捷径。“全液压智能大型高地喷药机”巧妙地采用M型车身，使发动机、油箱、水箱等部件固定在M型车身的三个支撑点线上，降低了车辆重心，避免了侧倾倾向，安全可靠，有效地增大了自身的水箱容积，最高容量可达4立方米，使作业时间得到延长，提高了劳动生产率；由于采用了多层过滤技术，使喷药机作业时只需携带高浓度农药，随时随地能在田间、地头寻找到可利用的残留污水等水源；采用传感器测量病虫密度的方法，有效地控制喷药剂量，减少药物残留，控制环境污染；采用高速马达驱动，使喷药机自身行走速度提高到35公里/小时，生产效率得到提高。
喷药机中的液压动力系统对设计和加工精度均提出了较高的要求，核心技术一直为少量外国公司所垄断。在“全液压智能大型高地喷药机”项目中，我们将采用AMESim进行液压系统建模与仿真研究，同时对液压负荷传感系统进行仿真研究及节能分析。由于农田土质松软，所以在四轮驱动和转向过程中，喷药机存在大幅度侧滑，因此“全液压智能大型高地喷药机”的电液中央控制系统必须具备良好的控制性能，对于侧滑可以迅速进行校正，实现精确定位。在研究中我们将采用模糊滑模控制方法和高频PWM技术对的电液比例伺服控制系统进行控制。
3 人才培养
利用科研项目进行人才培养，是当前高校人才培养创新的重要载体，是深化教学改革、全面提高教学质量的重要内容。“全液压智能大型高地喷药机”项目涉及机械、液压、自动控制、智能识别等多学科领域，是机电一体化与智能信息化处理技术交叉、结合的产品。在该项目中我们主要要求实现液压、自动控制和智能识别技术三个方面人才培养的目标，并利用项目中衍生的交叉学科培养复合型人才。突破以往仅针对一门课程的理论教学，而是扩展到了课程内容的综合、几门课程之间的结合与综合，加强了各专业、各学科之间的交叉渗透和知识的综合。教学模式从单纯的课程拓展到参与科研项目、学科竞赛、生产实践等实践。通过实践训练，使年轻教师及学生从知识层面、思维层面、方法层面以及创新精神层面得到系统培养。
伴随两年间项目的实施，一批基础好及有优势学科支撑的教师和优秀学生已初露锋芒，在教学及各类学科竞赛中取得的较好的成绩。科研项目的带动促进了与学科、专业的一体化建设，带动了全校实验教学改革，教学基础设施条件在企业的帮助下得到整体优化；开辟了引导高水平教授带领实验教学建设与改革的渠道，对提升全校人才培养、科技创新和社会服务水平起到了促进作用。
通过项目的实施，目前已培养出2名液压设计人才，并在液压系统的高频PWM控制技术及模糊滑膜控制领域和病虫智能检测等方面培养人才梯队5-6人。
4 结束语
全液压智能大型高地喷药机，技术先进、设计合理、造价低廉、操作简单、安全高效，喷药机的研制成功对实时控制农作物虫害，提高我国高杆作物的产量，提高劳动生产率，加速实现农业现代化有着深远的意义。创新人才培养的模式需要我们进行不断的探索，通过科研项目的牵引是是培养学生实践与创新能力的重要途径之一。
参考文献
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作者简介：王志伟（1961-），女，哈尔滨人，教授，硕导，主要从事土木工程及机械工程专业的教学和科研工作。
孙路（1979-），女，哈尔滨人，讲师，硕士，从事土木工程专业工程力学方面的教学和研究工作。