山地果园双轨运输机的应用研究

朱高伟　林晓锋　张祺生　卢诗静　沈国威　吴伟斌

摘 要：现代机械化运输在山地果园作业中的作用日益重要。山地果园的地形复杂多变，普通的轮式、履带式运输机不适宜在该地形工作，而轨道运输则能适用于山地果园起伏变化的地形，现今国内外学者针对上述情况，研制出依靠于轨道运行的单轨、双轨山地果园运输机。目前，双轨运输机已经进入产业化阶段，利用双轨运输机在山坡地进行运输，近些年来取得了一定的进展和成果，与此同时，在山地果园双轨运输机发展进程中，尚存一些技术方面的问题有待继续研究。

关键词：山地果园；双轨运输机；机械化；应用推广

引言

由于山地特殊的地形特点，在果园运输中，传统人力运输、拖拉机运输等运输方式无法高效展开。传统柑橘的种植缺乏規划且立地条件差，柑橘树生长在难以形成较为完善交通运输网络，甚至是呈陡坡梯田状的山地上[1]。这导致常规运输车难以在山地果园推广使用，并对成熟柑橘果实运输造成较大的困难[2-3]。

我国人口趋于老龄化、年轻劳动力向城市迁移等情况，直接导致了山地果园产业人力资源的匮乏。山地果园运输的困难以及劳动力的短缺，让我国山地果园轨道化运输成为解决问题的关键，而双轨运输机相对于单轨运输机在运行过程中具有更好的稳定性。在当下劳动力欠缺，轮式运输车污染排放严重且运输机器笨重的情况下，为了提高山地果农的运输效率与经济效益，降低果农的劳动强度与生产成本，国内外学者对山地果园双轨运输机进行了广泛的研究。文章旨在通过对国内外学者在山地果园双轨运输机的研究现状进行分析，总结出当下存在的问题并提出解决方案和未来研究方向。

1 国外研究现状

20世纪60年代以来，国外果园机械化进程快速发展，欧美国家尤其是美国的果园机械化发展程度较高，果园运输机种类丰富。

欧美国家果园多为平坦地形，因此欧美国家以研制轮式运输机为主。在果园运输方面，韩国果农的果园里安装了多条单轨运输线，用来运输各种各样的物资，如果实、农药和化肥等，两端有装置可实现自动停车功能，操作简单且方便。日本富士トレ ラ 制作所株式会社根据日本的实际情况研发了轮式运输机，有便于操作的搬运台，其定位装置使稳定性与灵活性得以提高[4]。ヤンマ 株式会社研发的多功能轮式农用运输机，采用无级变速和液压自卸装置[5]。

与我国南方丘陵地带地形相似，日本对此研制出了双轨式运输机，用于山坡地果园运输。日本的双轨运输机轨道两端各自有一个驱动滚筒，在轨道两端通过钢丝绳对运输机施加预紧拉力，利用滚筒对钢丝绳的摩擦力驱动运输机上下行驶。该双轨运输机的运行过程平稳，可靠性高且投入成本较低。但其轨道没有设定角度，所以只适用于较小坡度的直线运输。运输机的载重可达250kg，最大爬坡角度为35°，运行速度为1.2m/s。目前其研究方向是将运输机轻简化、灵活化，让果园运输机能更好地在山地丘陵等地形稳定运行[6]。

2 国内研究现状

近年来国内在山地果园双轨运输机的设计研究上取得较大的进步，其研究从最初的实用性，过渡到安全性，现逐步向安全实用性的方向发展。

国内学者针对双轨运输机各个方面进行研究，多种创新技术被相继提出，双轨运输机的安全性能更是受到了重视，比如，双轨运输机的断绳制动技术在不断改进。为防止断绳事故的发生，欧阳玉平及其团队研制了一种纯机械结构的断绳制动装置[7]。制动杆在牵引绳断裂瞬间，利用自身重力向下转动，顶住轨道横梁，使运输机及时制动。纯机械制动装置的反应速度快，相比于电子制动装置，它的制造成本低，结构更为简单。徐宁及其团队针对断绳点处在距离制动杆较远位置的情况，设计了一种摩擦制动的装置[8]。松绳或断绳时，在复位弹簧作用下，移动杆的缺口与支撑杆重合，此时，支撑杆下压，摩擦片与轨道接触，实现紧急制动。运输机在运行时，钢丝绳容易出现乱序现象，严重时钢丝绳堆积缠绕在一起，偏离滚筒，驱动装置失效，运输机失去控制，产生安全隐患。对此，欧阳玉平等利用卷扬机滚筒转动提供驱动力并配备钢丝绳松脱自动张紧装置，实现钢丝绳在卷扬机滚筒上有序紧凑的排列[9]。国内双轨运输机安全性能方面技术的应用，在一定程度上避免了事故的发生，为安全生产作出了巨大的贡献。

3 问题与展望

近几年来，国内双轨运输机的研究发展取得一定的成绩，如华南农业大学研制的固定式双轨运输机，华中农业大学研制的自走式大坡度双轨运输机，还有一些公司企业根据山地地形研制出的新型的运输机，在部分地区的果园已经投入使用，并获得一定的成绩。果园运输机的机械化进程发展快速，但由于发展过程中受地形、技术、成本等多种因素的限制，果园运输机械化还有很大的发展空间和前景。目前山地果园双轨运输机在使用过程中，依然存在一些问题：（1）目前机械设备比较沉重，使得在山地的搬运过程变得困难；（2）在坡度较大的山地运输时存在翻车的安全隐患；（3）除了收获季节以外，运输机的日常使用率低等等。

综合考虑以上问题，根据国内外发展现状，为了进一步提高山地果园机械化水平，加快其机械化发展速度，笔者认为，未来山地果园轨道运输机的发展可从以下几个方面进行研究：（1）对运输机结构等方面进行优化设计，实现运输机的轻简化。在运输机功能完整，安全性能得到保障的情况下，通过对运输机的结构进行分析，结合实验测试，合理选用运输机的材料、部件等，设计出更为轻便的车身和动力系统，降低运输机整体结构质量，增强零件的总体性能，达到轻简化的目的。运输机的安装、拆卸过程能够节省更多的人力物力，提高了运输机的可操作性。（2）运输机的轨道、车身可拆装。轨道设计为3米一节，利用螺栓让节与节之间稳固相连。轨道的可拆装使轨道轻简便携，能够在不同地方进行铺设，大大增强了果园运输的灵活性。传统的运输机车身结构一体化，在搬运过程中机械沉重且占用大量空间。新型结构可拆装的运输机，在车身的护栏、支架、载货板之间都可以进行拆卸和组装，让农户使用和搬运过程变得简单、方便；设计简单易懂的运输机操作、安装、拆卸流程，对农户进行详细培训，做到相关知识的普及，让农户能够掌握运输机的基本操作，为山地果园机械化进程的发展打好基础。（3）提高运输机的安全性能。在断绳制动方面做到进一步精确化，在保证断绳时制动杆能实现制动功能的情况下，还要排除下坡时可能出现因短暂松绳而造成制动杆的误制动问题；对防翻轮的结构进行优化设计，使运输机在轨道上发生重心偏移时能够更好地防止出现侧翻事故；车身前端考虑添加弹簧避震装置，在大坡度行驶时能够让车轮同时与轨道接触，减轻运输过程中车身震荡。这些安全装置和措施大大提高了运输机的安全性能。（4）注重开发果园运输机的多功能使用。轨道运输机除了可以运载果物以外，还能推广到搭载农药、果园喷雾、灌溉和剪枝等方面的应用。将运输机融入到果园作业当中，提高运输机的利用率。从而能够有效降低果农的劳动强度和生产成本，进一步提高工作效率和经济效益，这样对于山地果园轨道运输机的推广应用具有积极的推动作用。

山地果园双轨运输机的研究还有很多方面的进展，在科技飞速发展的今天，我们有理由相信，双轨运输机将朝着自动化和智能化的方向发展，在果园生产劳动中发挥更大的作用。

参考文献

[1]洪添胜，杨洲，宋淑然，等.柑橘生产机械化研究[J].农业机械学报，2010，41（12）：105-110.

[2]沈兆敏，柴寿昌.中国现代柑橘技术[M].北京：金盾出版社，2008：19-22.

[3]中国柑橘学会.中国柑橘产业[M].北京：中国农业出版社，2008：17-21.

[4]株式会社富士トレ ラ 作所.管理作 ：日本，2006345740

A[P].2006-12-28.

[5]ヤンマ 株式会社.多目的 搬 ：日本，201111677A[P].2011-01-20.

[6]李敬亚.山地果园单轨运输机的研制[D].武汉：华中农业大学，2011.

[7]欧阳玉平，洪添胜，苏建，等.山地果园牵引式双轨运输机断绳制动装置设计与实验[J].农业工程学报，2014，30（18）：22-28.

[8]徐宁，欧阳玉平，洪添胜，等.山地果园单向牵引式双轨运输机摩擦制动装置设计与试验[J].广东农业科学，2015（5）：127-132.

[9]欧阳玉平，洪添胜，苏建，等.山地果园牵引式双轨运输机排绳装置的设计[J].华中农业大学学报，2014，33（5）：123-129.