能源与动力技术1

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1、能源與動力技術1 ? ? 台大生機系 馮丁樹教授 第八章 農業動力之演變 8 . 1 ? 農業動力包括人力畜力風力水力電力及熱力。風力 水力之利用屬於地域性動力使用受限制電力則可能由風力 水力或熱力轉換而來屬固定型作業之動力。就田間移動式動力 而言人力畜力及熱力是農業之主要動力源。人力是一種複雜 度高的力源可操作控制亦可直接工作但持久性及力道均有 限制其動力僅及 0.06 馬力左右。 畜力伴隨農業耕作數千年除牽引外可以作負載及踏行的 工作。以牛馬而言其動力約為 2/3 馬力。其拉力約為其重量之 十分之一牽引速度方面馬每秒約一公尺牛則按步就班僅 0.6 公尺。 牛畜可以作為農夫的寵物但作為農業動

2、力實際上並不經 濟。在台灣地區而言一年中僅能耕作 45-65 天卻需養飼 365 天 實在不划算 當個寵物倒是真的。但在沒有其他選擇的時候 牛畜對農業的永續有其不可磨滅的貢獻而若因其過去的貢獻 而不食今日之牛肉則是有點矯枉過正矣。 8 . 2 ? 典型的農業動力為耕耘機與曳引機前者為模仿耕牛拖帶犁2生物產業機械學 具兩輪行走人步行於後的操作方式動力約在 6-15 馬力之 間後者為四輪行進 可拖帶各種農具及作業機械 人坐在上面 操作較為舒適其動力自 20 至 200 馬力不等。 耕耘機係於民國 44 年自美國引進快樂農夫號 但使用之 初農夫並不快樂一則價格貴二來性能與牛相若雖然不吃 草，但仍要吃

3、較為昂貴的汽油，無法顯現其特點。後來國內有三 家農機廠商中國農機新台灣及大地菱從事改良與製造並引 進日本的技術一方面加大馬力一方面將迴轉式耕耘刀搭配一 起犁田整地一次完成耕耘機因而變成一項牛與犁的綜合的代 名詞當時稱為鐵牛即是紀念其功德。許多牛隻開始失業了 有些被帶到牛墟中被賤價轉賣但有很大的部份最終被賣到師大 路的牛肉攤上了。 耕耘機在民國 75 年以後達到最高峰曾達十二萬台以上。 為適合本省的地質及農民使用習慣所研發的機種耕耘機自日本 引進後在台灣有相當大的改變在結構上也特別堅固原先為 汽油引擎後改為柴油引擎馬力大耗油少在品質及耐用程 度上也超越進口機種是十足代表本省的產物。但曾幾何時耕

4、耘機也沒落了。它雖取代了牛隻不久它也被另一批更強而有力 的曳引機所取代僅差沒有被送到牛肉攤上而已為此當時的 中國農機也倒了新台灣最後淪為為日本人的農機代理商大地 菱則開始生產其他作業機械。在海峽的彼岸耕耘機反而大行其 道不但在彼岸生根而且銷售到海外市場。至八十四年底止 台灣的耕耘機約僅剩七萬二千餘台。 8 . 3 ? 曳引機(Tractor)是一獨立之原動機，不依任何軌道而行走， 具有動力輸出，並且具有適合於牽引之構造與性能，復可認為一 種特殊作業用汽車之型態。對一般汽車而言，必須具備速度、裝 載力與牽引力等三種性能。曳引機則是取其牽引性能加以強化之 動力車，亦是因循畜力機械化之方向應用於田間

5、作業之動力機械能源與動力技術3 (圖 8.1)。 圖 8.1 曳引機可以做各種不同的田間工作 農用曳引機從前稱為火犁。初期台灣能夠使用大型曳引 機者僅台糖公司。台糖當時有廣大面積的甘蔗園，必須利用這 種大型曳引機進行整地的工作。由於台糖所屬土地廣大且以礫 土為多故其引進之曳引機均以搭配碟犁為主發明碟犁的人大 概是一位廚師 因為碟犁之外觀很像炒菜用的鍋子 可一面前進 一面翻土故老百姓均以火犁稱呼之主要是看到碟犁及曳引機 一面作業一面吐煙的樣子大陸則稱為拖拉機似乎更為傳 神，因為它可以拖也可以拉。一般曳引機有四個輪子人乘座在 上面駕駛會有威風的感覺說不定有一天有人會將它開上馬 路當做新娘的禮車還可

6、記上金氏紀錄。無論如何當時沒人 會想到有一天這種俗稱火犁的曳引機會成為台灣農業的主力 它帶動了台灣農業的永續也把原來很看好的耕耘機給逼退了 實在是一件不可思議的事情。 台灣地小人稠 每戶農民平均約一公頃的土地。一台曳引機 在田間轉個彎最小也要十來公尺小小一公頃的方寸土地僅 能供其轉三四個彎兒。再怎樣也不需要曳引機來工作。當初就 有人估計台灣所需的曳引機最大馬力四十匹應是綽綽有餘。但 這種估計維持不了多久就被打破八十馬力變成主力。目前八十 馬力已不是代耕農民的寵兒因為它們認為一百八十馬力才算真 正夠力於是大馬力的曳引機開始由歐洲引進來日本也製造不4生物產業機械學 了那麼大的馬力。於是乎馬力自 2

7、0 馬力開始至 200 馬力為止 數百種廠牌的曳引機彙集在這一個小小的台灣島上真可謂天 下奇觀金氏紀錄似也可以記上一筆。 台灣農民有很多特點勤奮是其一他們追求速度追求門 面但不一定講求效率。這點可以從曳引機的發展看出來也有 點類似現代年青人沒事在路上飆車的心態一樣。曳引機本來是農 業動力之源可以提供行走驅動拖行等動作所需之動力因 此可以鏈接任何需要在田間作業之農事機械諸如犁耙抽水 機噴藥機播種機施肥機割草機切碎機收穫機牧草 打包機等等。但在台灣使用曳引機最主要目的在於取代耕耘機的 功能。因此大部份曳引機均配裝有迴轉犁成為標準配件。這 種迴轉犁以 300rpm 以上的轉速將土壤細切成小塊只要走過

8、 一趟萬事 OK免除以往需先行犁翻土壤再行碎土的重覆步 驟一貫化多麼寫意。但這種迴轉刀碎土的方式耗費相當大 的動力深度愈深所需動力愈多。這也是造成台灣地區需要大 馬力曳引機之主要原因。 8 . 4 ? 事實上以約一甲地的農戶根本無能力購置價格一百多萬 元的曳引機即使購置了也只能放在客廳裡炫耀的時間多無 法充分利用。這也是代耕中心興起的原因。代耕中心由農民自行 設立當時政府也補助了些經費。開始時本身也有些農田可以 自行耕種有餘力才幫他人行代耕工作。後來有些農民乾脆全心 全力為代人作代耕的工作賺取血汗錢。 這種代耕中心全省有八百餘處每處至少購置有四十馬力以 上之曳引機一台及其他作業機械。一下子代耕

9、中心變成另一種新 興的行業有些手腕較為靈活的則擴大其工作範圍其所獲利 潤不菲在鄉裏中儼然是新興的大戶工作時雖赤足下田胼手 胼足農閒時西裝革履出入常以昂貴驕車代步。為爭取更多的 顧客及工作時效其所購置的曳引機馬力也愈來愈大其型式也能源與動力技術5 愈來愈豪華。曳引機上有隔音舒適的駕駛艙艙內冷氣音響 控制面板電視等樣樣俱全。 8 . 5 ? 圖 8.2 傳統的曳引機以蒸汽引擎為動力 早年的曳引機係以蒸汽機為動力(圖 8.2) 當時還必須用牛馬 拖帶至田間旁邊尚須十幾個人力來發動一旦發動後又必須 繼續作業 因為停下來的程式也相當複雜。1900 年美國加州使用 的一台這種蒸汽曳引機重達 41 噸木製車

10、輪直徑 9 英尺寬度 15 英尺相當笨重。內燃機問世後亦開始試圖將之配置於曳引 機上作為動力。1908-1912 年間在加拿大溫尼柏地方每年還舉 辦蒸汽曳引機與內燃機曳引機的作業比賽看那一型耕作得輕鬆 愉快。結果兩者雖不是很滿意但還是後者逐漸佔優勢。蒸汽車 頭僅能在鐵軌上作為火車頭也沿用相當久的時間。 1919 年美國內州通過曳引機試驗法 其中規定所有在該州販6生物產業機械學 售的曳引機必先通過測定檢驗形成一個性能測試的準則。這種 測試過程後來變成一個公認的性能測試報告。由於報告公正客 觀，後來之購買者均要求廠商提供這類報告書故全世界的曳引 機製造商依慣例均會先將產品送到內州進行檢驗然後再上市

11、銷 售。1925 年動力分導裝置(PTO)開始廣泛使用數年後 ASAE 並 以 540rpm 設定為標準轉速所有迴轉的作業機具必須依此轉速 設計其規格與作業性能。近年來 由於高速作業機具之需求日殷 又另訂一個以 1000rpm 為標準之 PTO 軸或為動力第二軸，以 傳遞高速之迴轉動力。 由於曳引機拖拉農具時需要甚大的牽引力故其機體要重 才能安步當車否則空有一身武功也使不出勁兒來僅會在地 上打滑。因此製造時其車輪必須大而寬才能在地面上產生抓 地力。在蒸汽機時代車輪均以鐵輪為主為增加抓地力鐵輪 面上裝設有凸緣或刺釘就像賽跑時穿釘鞋一樣才能跑得快 我們在雪地行車時在車輪外面加上鐵鍊也有相同的道理。

12、但 行走用鐵輪實在太苯重走在馬路上好像在現代的壓路機在 創造新馬路一樣。1930 年代橡膠輪胎問世曳引機開始採用橡 膠輪胎體質因此大為減輕行動亦較為便捷然而為使輪胎有 鞋釘的效果輪胎外圍製有凸出的花紋俗稱為輪耳。 利用履帶實際上也是增加抓地力的方法它的原理是在地 面上先行鋪一條堅固的履帶軌道給輪子走輪子走過後履帶 又收回來重復使用。故即使極不好的路面輪子也能履險如夷。 履帶式曳引機的問世實際與軍事有關聯均是用來在不特定地 面行走的機械 而上面裝上大砲 即為戰車上面裝上收穫裝置 即為收穫機。歐洲很多製造農業機械的公司 都與製造軍火有關 其原因也在此。因為重型農機與大砲結構上都要很堅固所用 的原理

13、幾乎一樣差只在於一個目的在殺人，一個目的在處理農 作物而已。 能源與動力技術7 8 . 6 ? 曳引機可依使用的產業、使用目的、結構、形態等加以分類。 若依用途則有農業用、林業用、工業用及軍事用等四種。工業用 曳引機多作為道路搬運、工場內搬運用、建築工程用及機場運輸 等。在這些不同的應用中仍然以農用曳引機為最多。 若依原動機之型式分類，則有蒸汽曳引機、內燃引擎曳引機 及電氣曳引機等。蒸汽曳引機多為大馬力者，體積龐大且笨重， 早期曾為大面積之作業，目前已逐漸減少。電氣曳引機則是裝配 配動機為動力，其電源為電池或另行架線，使用上不甚方便。目 前使用者仍以內燃引擎曳引機為最多。依其燃料除電力外復可分

14、 為汽油、瓦斯、柴油及重油等型式。 在構造上，則可依其行走裝置而分為輪式、履帶式及半履帶 式曳引機等。而輪式則又可依輪數之多寡分為單輪、二輪、三輪 及四輪、八輪等型式。單輪與二輪者多為步行式，或稱為中耕機 或耕耘機，操作人員必須隨機器在甚後面步行操縱。三輪以上則 以乘坐型為主。 履帶型曳引機則係將車輪以兩條無限軌道型之履帶取代。以 乘用型為主，多用於土木工程之產業機械如挖斗、堆土機等；亦 有用於軍事用途者，如戰車及野地搬運車等。園藝用者亦有使用 單軌履帶型，但均屬小型機種。半履帶式曳引機則是以履帶取代 後部份車輪，前面之車輪仍維持作為轉向， 履帶則可增加抓地力。 就輪式與履帶式曳引機之優劣點比

15、較，輪式者具有下列優 點： 1. 運轉及保養較為容易。 2. 價格較低，具普遍性。 3. 重量較輕，可以高速駕駛。 4. 輪距可以變更，可以適應不同行距之農事作業。 履帶式曳引機之優點則有： 8生物產業機械學 1. 打滑少，牽引力大。 2. 接地面積寬大，容易通過高低不平或鬆軌之地面。 3. 重心低，適合於坡地作業。 4. 轉向半徑小，操作容易。 農業曳引機之種類因使用場合及對象作物之不同大體分為 標準型、通用型、園圃型及果園型等四種(圖 8.3-8.5)。標準型以 犁耕作業為主，以履帶型或四輪型為多，其馬力亦甚大，需 40HP 以上。通用型則除一般犁耕作業外，亦廣用於中耕除草、收穫等 工作。其行駛速度之範圍較大，且必須配合作物之高度，故地面 距較高(45-55cm)，且需具有輪距調節之構造。此類曳引機操作甚 為靈活，座位之視野也相當廣，可以看到作業情形。 由於農用曳引機之種類大小甚為分散，有時以噸數或馬力進 行分級 。大體而言 ，小型者為 10-20 馬力， 重約 1 噸；中型者 20-50 馬力，重約 2-4 噸；大型者 50 馬力以上，重約 5 噸以上。 特殊用途之曳引機則如前述之耕耘機，馬力約在 10