丘陵山地履带式果园运输机的研究进展.pdf

第4期机电技术机电技术丘陵山地履带式果园运输机的研究进展丘陵山地履带式果园运输机的研究进展*薛天茂（福建省机械科学研究院，福建 福州 350005）摘要文章概述了国内丘陵山地果园运输机的情况，对履带式田园搬运机、单履带运输机、多功能履带式运输机等研究情况进行分析。在此基础上，提出了对履带式果园运输机的防侧翻保护装置、底盘优化设计及智能化发展的研究建议，以期提高整机的运行稳定性、安全性、运输效率。关键词丘陵山地；履带；果园运输机中图分类号：S229.1文献标识码：A文章编号：1672-4801（2023）04-041-04DOI：10.19508/ki.1672-4801.2023.04.013*福建省科技计划项目（2023N0022）作者简介：薛天茂（1977），男，高级工程师，主要从事机械设计与制造工作。我国是世界第一大水果生产国，据国家统计局数据，2021年全国果园种植面积共计19212万亩，丘 陵 山 地 种 植 面 积 占 62%，水 果 产 量 为29970.2万吨，其中福建省果园种植面积为 552.6万亩，水果产量为810.3万吨1。特色优质果园多数分布于广东、广西、四川、贵州、云南、福建等丘陵山地为主的地区，受地理条件限制与传统种植模式的影响，果园运输机械化水平较低，果农们仍主要采用人工肩挎、肩挑、手提、畜力拉等最原始的方式运输水果、肥料、农药等物资，不但需要大量人工，还耗时费力，生产效率低，作业环境艰苦。人工搬运直接导致水果的采收期加长，有时候会由于采收搬运效率低直接错过最好的采摘时机，亟须加快丘陵山地果园运输机械化研究进程。1丘陵山地果园运输机的研究概况丘陵山地果园地势崎岖不平、地块零碎，果园到主干道的道路坡度陡、起伏大、弯道多，道路建设不完善。果农的生产规模普遍不大，以单户分散经营为主，果园面积小，果树分散在各个山头，水果采摘后搬运至主干道需要大量的劳动力，常规运输难度非常大，急需能够灵活穿梭于果园间的运输机械。为解决丘陵山地果园运输的问题，国内研究机构对果园运输机械进行了系列研究，主要果园运输机械有轮式农用运输机、轨道式运输机（包括单轨运输机和双轨运输机）、索道式运输机、履带式运输机等。轮式农用运输机是一种介于汽车和拖拉机之间的运输机械2，如：农用三轮车、农用四轮车等，适用于路况相对平坦的道路运输，轮式农用运输机运行灵活，但越障和爬坡能力相对不足，对复杂地形适应性差，不适合在陡峭的果园运输。轨道式运输机由轨道、动力系统、制动系统、车厢等组成，主要有自走式运输机、牵引式运输机；轨道式运输机根据地势铺设轨道，装备投入成本较高，机动性较差，运输线路单一固定，维护成本也较高，适合规模化种植的果园3。索道式运输机由拱架、轨道和滑车等组成，根据果园的地形特点铺设索道可以实现货物的上下运送，在海南、广东等地的香蕉种植场所都有铺设索道运输，适用于集中种植水果的运输，设备投入成本高，一般种植户难以承担4。履带式运输机由动力系统、控制系统、传动结构、履带行走底盘、车厢等构成，按行走形式可分为手扶式与自走式，按履带结构可分为单履带、双履带、三角履带式5等，所采用的动力有柴油机、汽油机、蓄电池等，种类多样，非常适合丘陵山地果园运输。2履带式运输机的研究概况为进一步满足丘陵山地果园生产运送各种农业生产物资和农产品的需求，国内研究机构开展了履带式田园搬运机、单履带运输机、电动履带式运输机、多功能履带式运输机等研究。下文将对履带式田园搬运机、单履带运输机、电动履带式运输机、多功能履带式运输机的研究情况进行分析。2.1履带式田园搬运机履带式田园搬运机主要用于园林、果园、大412023年8月机电技术机电技术棚、农田等场地的蔬菜、肥料、农作物、秧苗及果实等的搬运作业，机器小巧灵活。根据农业农村部农业机械推广鉴定大纲DG/T 2702021 履带式田园搬运机 规定，履带式田园搬运机的额定载质量不超过800 kg，发动机额定功率不大于22.06 kW，最高行驶速度不大于 20 km/h，该产品的技术成熟，已列入农机购机补贴目录，也是在福建省推广应用最多的履带式运输机械。如图1所示，福建省现有推广应用的履带式田园搬运机配套48.83kW的汽油或柴油发动机，爬坡角度15，载质量为300800 kg，行走速度9 km/h；整机爬坡能力较强、通过性好、操作简便，具有一定载重能力，适用于福建丘陵山地。图1履带式田园搬运机2.2单履带运输机单履带运输机的结构紧凑，重量轻，价格低，适合丘陵山地或田园短距离运输。如图2所示，华中农业大学陈猛等6-7研究的小型单履带运输车，在两侧安装防翻轮，起到辅助支撑作用，防止车辆翻车，该运输车采用汽油动力，能够通过较窄的通道，具备较好的爬坡能力，适应丘陵运输作业。如图3所示，重庆嘉木机械有限公司生产的GMC150型单履带运输车，采用450 mm宽橡胶履带加辅助支撑轮，适合丘陵山地或田间运输。东北林业大学徐圣伦等8研究的单履带间伐材运输车，能够在林区复杂的道路环境行驶。从表1可以看出，单履带运输机具有一定运载能力、爬坡能力，可在修路困难的地方使用，但也存在操作不方便的缺点。图2小型单履带运输车图3GMC150型单履带运输车表1单履带运输机主要参数对比型号名称小型单履带运输车6-7GMC150型单履带运输车单履带间伐材运输车8整机尺寸（长宽高）/mm1540600850190068069015007201000功率/kW1.2/5.5最大爬坡角度/（）102030最大载荷/kg75100100行走速度/（km/h）5.76/102.3电动履带式运输机根据农业绿色发展要求，推动传统农机装备向绿色、高效、智能方向升级，电动履带式运输机具有零排放、无污染、低噪声等优势，成为研究热点。图4为一种电动履带底盘9，主要由车架、供电电池、驱动电机、驱动轮、履带、调节支撑架、从动张紧轮等构成，该底盘行驶时，由左右两侧的驱动电机带动驱动轮运动；转向时，通过控制系统改变左右两侧驱动轮的转动速度实现差速转向、单边转向和原地转向。现有电动履带式运输机的底盘基本采用图4的结构，增加控制系统、车厢等部件就形成电动履带式运输机。如图5所示，华南农业大学郑鹏淋等10-11研究的手扶式蓄电池微型履带运输机，采用双轮毂电机驱动行驶机构，整机尺寸（长宽高）为2150 mm1040 mm1100 mm，最大爬坡角度为20，最大载42第4期荷为250 kg，蓄电池容量为48 V、40 Ah，行走速度为1.43.5 km/h，适合短距离运输。45632171.车架；2.供电电池；3.驱动电机；4.驱动轮；5.履带；6.调节支撑架；7.从动张紧轮图4一种电动履带底盘图5手扶式蓄电池微型履带运输机2.4多功能履式带式运输机丘陵山地果园运输机械除利用运输机运输功能外，还可以通过更换或添加装置，进行喷雾、施药等作业，或作为采摘、修剪的升降平台。南京农业大学李冲冲等12研究的丘陵果园多功能履带运输车，除完成丘陵果园内的运输作业外，同时可完成喷雾、修剪和采摘等作业，外形尺寸（长宽高）为2600 mm1600 mm2300 mm，最大负载质量为800 kg，发动机最大功率为34 kW，行驶速度为07.2km/h，可在一定角度的坡道上驻车后不发生下滑。如图6所示，河北农业大学孙振杰等13研究的履带式果园多功能作业平台，在履带行走装置上搭载剪叉式升降平台，可用于果树修剪、采摘等作业，应用于坡度角小于15的果园。如图7所示，广东省现代农业装备研究所许鹏等14在履带式底盘的基础上，设计一种果园升降式高空作业平台，工作平台距离地面的最大高度为3 m，集水果采摘、运输、辅助果树修剪等功能于一体，以该机为基础可后续集成喷药、开沟、施肥等作业功能。图6履带式果园多功能作业平台图7果园升降式高空作业平台3丘陵山地履带式果园运输机的研发方向为了适应复杂多变的丘陵山地地形，在现有果园履带式运输机械的研究基础上，未来可考虑以下几个方面作为研发的重点。3.1防侧翻保护装置履带式运输机的工作环境复杂，其安全性是设计中需重点考虑的因素，为确保在坡道上能驻车，整车倾斜一定角度时，均不发生倾翻现象，要对防侧滑和防侧翻保护装置进行优化设计。为进一步提升防侧翻的性能，可增加传感器系统，当整车倾斜至一定角度时，报警装置自动报警，提醒操作人员注意安全，同时，驱动防侧翻保护装置工作，确保整机稳定不倾翻。3.2底盘优化设计底盘是运输机的关键部件，影响整机通过性、运载能力、操作性等。为提高履带式运输机通过性，需要对底盘机架进行优化设计，合理布置动力系统、传动系统等，尽量加大底盘的离地间隙。为薛天茂：丘陵山地履带式果园运输机的研究进展432023年8月机电技术机电技术参考文献：1 国家统计局.中国统计年鉴M.北京：中国统计出版社，2022.2 吴伟斌，赵奔，朱余清，等.丘陵山地果园运输机的研究进展J.华中农业大学学报，2013，32（4）：135-142.3 翁祖强，吴尚璟.丘陵山地果园轨道搬运机研发方向探讨J.机电技术，2022（5）：48-49，76.4 秦福，樊桂菊，张昊，等.果园输运装备发展现状与趋势J.中国农机化学报，2019，40（2）：113-118.5 王锋，杨玲，谢守勇，等.一种三角履带式果园动力底盘的设计与研究J.农机化研究，2019，41（5）：91-96.6 陈猛.单履带运输车的设计与分析D.武汉：华中农业大学，2018.7 陈猛，张衍林，李善军，等.山地果园手扶式单履带运输车设计与试验J.华中农业大学学报，2019，38（1）：125-132.8 徐圣伦.单履带间伐材运输车的设计与研究D.哈尔滨：东北林业大学，2021.9 卓斐（东营）农业科技研究院有限公司.一种电动履带底盘：202223571515.6P.2023-05-16.10 郑鹏淋.山地果园蓄电池驱动微型履带运输机的研制与试验D.广州：华南农业大学，2017.11 刘佛良，张震邦，杨晓彬，等.山地果园双履带微型运输车的设计、仿真与试验J.华中农业大学学报，2018，37（4）：15-23.12 李冲冲.丘陵果园多功能履带运输车的设计与试验D.南京：南京农业大学，2018.13 孙振杰.履带式多功能果园作业平台的设计与研究D.保定：河北农业大学，2012.14 许鹏，何林，钟朝鸷，等.果园升降式高空作业平台设计研究J.现代农业装备，2019，40（2）：26-30.提高履带行走的灵活性，可采用电机驱动、自动控制等技术，设计一种能够在全地形行走的履带底盘，以满足丘陵山地各种使用条件的要求。3.3无人运输机基于北斗、远程监控、智能控制等技术在农业机械的推广应用，推进履带式运输机智能化发展，无人运输机将是研究热点。无人运输机在电动履带底盘的基础上，融合北斗定位、图像识别、深度学习、物联网、传感器等技术，可实现沿着预先设定的作业路线自动跟踪行走，提高机械运输效率。4结论本文通过对国内丘陵山地履带式运输机的发展及研究现状进行分析，了解当前我国丘陵山地运输机械方面的研究进展以及推广应用的情况。在此基础上，提出了履带式运输机的防侧翻保护装置设计、底盘优化设计及智能化发展的未来研究方向，以期为我国丘陵山地运输机械的研究提供参考。参考文献：1 付少华，兰壬庚，李伟，等.智慧农业灌溉系统的设计与实现J.节水灌溉，2022（2）：71-74.2 张莹，许彪.无线通信技术对精准农业发展的影响与应用分析J.农机使用与维修，2021（10）：141-142.3 吕庆军，钟闻宇，由浩良.物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用J.时代农机，2019，46（11）：20-21，23.4 邓彧俊.无线通信技术在现代农业生产中的应用研究J.农家参谋，2019（10）：14.5 蒋益峰.基于物联网探讨智慧农业大棚系统的设计J.农民致富之友，2016（8）：82，77.（上接第25页）44