113 高普考高考二級 農業機械 農業機械學與農業動力學研究 考古題詳解

核心觀念

本題考查設施栽培的環境感測、資料傳輸、判讀與自動控制。設施能阻隔部分風雨與外界氣候變化，但內部仍會受到日照、作物蒸散及設備運轉影響，因此須持續監測環境微氣候與根域狀態，再調整通風、降溫、灌溉等設備。

作答時可按「空氣環境、光環境、根域與水肥、設備與外部環境」分類，並配對感測器及控制技術。

解題方法

先列出會直接影響作物生長與設施操作的監控項目，再說明如何取得、傳送資料，以及如何依設定值或判斷結果控制設備。完整系統可概括為：

感測器量測 → 資料擷取與傳輸 → 控制器判讀 → 致動設備調節 → 紀錄與遠端監看

主要環境監控項目與技術

核心觀念

本題考查稻穀循環式乾燥機的乾燥原理、主要構造與作業優點。作答時應交代稻穀如何在機內反覆經過乾燥與緩和階段，以及熱風如何移除穀粒水分。

稻穀乾燥是利用熱能使穀粒中的水分蒸發，再由氣流帶走水蒸氣。乾燥速度若過快，穀粒內外水分梯度過大，容易造成裂紋、爆腰等品質損傷。因此，循環式乾燥機採取分段乾燥、循環混合與緩和調質，使穀粒逐步降水。

解題方法

依「原理 → 構造 → 優點」作答。原理說明穀物流動與熱風乾燥的循環關係；構造指出各部件在輸送、供熱、通風及控制上的功能；優點則由循環與分段乾燥的效果推導。

一、乾燥原理

濕稻穀由進料口進入乾燥機，先儲存在穀物室內，再由底部排穀裝置及提升輸送機送回機頂，形成連續循環。穀粒在循環途中通過乾燥段時，熱風穿過穀層，供給蒸發水分所需的熱量；含水蒸氣的排氣則由排氣通道排出。

穀粒離開乾燥段後，會經過緩和或調質階段，使穀粒內部水分向外部重新分布，降低表裡水分差異。穀粒再度進入乾燥段，反覆進行乾燥與緩和，直到含水率降至設定值，再由出料口排出。

二、主要構造

1. 穀物儲存室（穀桶）：容納待乾燥稻穀，提供穀物循環所需的料量。
2. 提升輸送機：將底部排出的稻穀送至機頂，使穀粒反覆通過乾燥與緩和區。
3. 乾燥段：由熱風通過穀層，使穀粒水分蒸發；依機型配置進風與排氣通道。
4. 緩和段：讓穀粒暫時離開強制乾燥區，使內部水分重新分布，減少乾燥應力。

核心觀念

本題考查汽油引擎與柴油引擎的基本工作原理及其性能差異。最關鍵的區別是點火方式：汽油引擎屬於火花點火引擎（spark-ignition engine, SI），柴油引擎屬於壓縮點火引擎（compression-ignition engine, CI）。

壓縮比的定義為氣缸內最大容積與最小容積之比：

其中 $V_s$ 為活塞行程容積，$V_c$ 為燃燒室餘隙容積。柴油引擎靠壓縮空氣升溫使燃油自燃，因此通常採用較高壓縮比；汽油引擎則由火星塞點燃混合氣，壓縮比受到爆震限制。

解題方法

以「燃料與混合氣形成 → 點火方式 → 負載控制 → 結構與性能」為比較順序，從工作原理推導各項差異。作答時宜先寫出核心點火差異，再補充壓縮比、燃油供給、效率、轉速與用途，避免只列引擎優缺點而未說明原因。

柴油引擎與汽油引擎比較

核心觀念

本題考查國內農業機械由燃油動力轉向電動化的發展階段、政策推動方式與實務挑戰。作答時要把技術演進和推廣條件連在一起：電動化有助於減少田間廢氣、噪音與燃油使用，但是否適用仍取決於電池續航、作業負載、充電條件及整體成本。

電動農機是以電動馬達作為主要動力，通常由電池供電，並由電力電子及控制系統調節動力輸出。相較於燃油農機，電動機具少了燃燒過程，可降低作業現場的廢氣與噪音；其減碳效益則須視發電來源、電池製造與回收等因素綜合評估。

解題方法

依時間順序說明發展，再分別整理現況與挑戰。發展過程可用「小型機具先行、補助政策導入、研發由單機走向整機與系統整合」作為主軸；挑戰則從「電池、能源設施、作業性能、成本與產業配套」切入。

國內電動農機的演進

1. 小型、低負載機具先行 早期電動化以割草機、鏈鋸、搬運車、噴霧機等小型機具為主。這些機具相較於大型曳引機所需的連續高功率較低，電動化後可減少操作人員在田間直接接觸廢氣與噪音。國內業者與研究單位逐步投入產品開發、性能測定及推廣。

2. 農業試驗與研發範圍擴大 隨著電池、馬達及控制技術進展，農業試驗改良機構與學研單位開始將電動化應用於設施栽培、露天蔬果及花卉作業，例如電動升降作業機、噴霧機與施肥機等。研發方向由單一機具，逐步擴及底盤、傳動、液壓與控制系統的整合。

3. 政策補助帶動汰換與採用 農業部門因應農業淨零減碳與省工需求，透過農機補助措施鼓勵農民採用電動農機，並推動汰舊燃油農機換購電動農機。民國 113 年「省工高效及碳匯農機補助實施計畫」已納入汰舊換新電動農機，顯示電動化由研發與示範逐步進入政策推廣階段。

4. 由小型機具邁向動力機械整機研發 國內研發重心逐漸從小型手持或自走機具，擴展至電動曳引機等較高功率設備，並著重電池、馬達、電控、底盤與作業機具的整合。考生作答時應以民國 113 年前的成果與推動狀況為界，不宜將命題年度以後的研發成果寫成當時已完成的發展事實。

主要挑戰

核心觀念

本題考查插秧機的插植機構如何把連續旋轉輸入，轉換成秧爪取秧、入土、放秧與回程的週期運動，並比較四連桿與行星輪齒輪兩種機構的運動生成方式。

設計插植機構時，秧爪尖端的軌跡須配合秧苗移送與田面位置：從秧苗處取秧後向下插入泥土，放秧後再向上回到取秧位置。兩種機構都以秧爪尖端的軌跡及姿態完成這些動作，主要差異在於形成軌跡的機械方式。

一、四連桿型插秧機構

運轉原理

四連桿機構由機架、曲柄、連接桿及搖桿組成。機架固定於插秧機，曲柄受動力帶動作連續旋轉；連接桿與搖桿隨之運動。秧爪通常裝在連接桿的延伸部，故秧爪尖端沿著連接桿上的點所描繪的封閉曲線運動。

 P ●── 秧爪
 \
 A ●────────● B
 曲柄 連接桿
 / \
機架 O₁ ●─────────────● O₂
 搖桿

 曲柄連續轉動 → 連接桿與搖桿運動
 P 點循封閉曲線運動

曲柄轉動一周，連接桿與搖桿完成一個運動週期。機構尺寸經適當設計後，秧爪會在取秧段接近秧苗，在插植段向下進入土中，放秧後再沿回程路徑離開已插秧苗並返回。

四連桿的運動受桿長與樞軸位置控制。連接桿上取作秧爪安裝點的 $P$ 點，其軌跡稱為連桿曲線；改變桿長比例與安裝位置，即可調整軌跡形狀及秧爪姿態。

主要特點

• 構造簡單、零件數少，製造、調整與維修相對容易。
• 曲柄可作連續旋轉輸入，機構能以單一輸入完成週期插植。
• 秧爪的軌跡與姿態受桿長、樞軸位置及安裝角度影響，設計不當會造成取秧、入土或回程干涉。
• 運轉速度提高時，連桿與秧爪的慣性力、振動及負荷會增加；其插植軌跡及速度分布也較受連桿幾何條件限制。

二、行星輪齒輪型插秧機構

運轉原理

行星輪齒輪機構以中心齒輪、行星齒輪、行星架及插植臂組成。動力使行星架繞中心軸轉動；行星齒輪在與中心齒輪嚙合時，除隨行星架繞中心軸公轉外，也相對行星架自轉。插植臂裝在行星齒輪軸上，因此其運動是公轉與自轉的合成。

 插植臂／秧爪
 \
 ● 行星齒輪
 .-' \
 .-' \ 隨行星架公轉
 / \
 | ◎ | 中心齒輪
 \ /
 '─. .─'
 \ /
 行星架繞中心軸轉動

 行星齒輪：隨行星架公轉＋相對行星架自轉
 插植臂：合成運動形成插植軌跡