单轨式果园运输车行走系统结构优化设计

郭纪斌

（湖南信息职业技术学院，410200，湖南长沙）

我国自20 世纪90 年代中期起，水果产量和种植面积一直稳居世界首位。我国是柑橘的重要原产地，种植面积居世界第一，其种植范围主要在我国南方。柑橘产业作为南方农业经济的一大支柱产业，在农村经济发展中占有重要地位。在我国柑橘生产四大优势带（长江中上游柑橘带、赣南-湘西-桂北柑橘带、湘南-闽西-粤东柑橘带及鄂西-湘西柑橘带），柑橘是当地果农脱贫致富的依赖，柑橘产业的发展状况直接影响到当地的就业和收入增长状况。

然而，我国柑橘大多种植在山坡和冈地上，现有的一些半机械化农机具不能或不方便使用，特别是在坡地果园运输方面，机械应用率很低，几乎所有的作业环节都是靠人工完成，劳动强度大。随着我国经济的发展，劳动力成本逐年上涨，所以柑橘人工运输成本越来越高，再以传统运输方式作业，将减少果农收入，不利于柑橘产业的发展。单轨式果园运输车主要包括运输车系统、行走轨道系统两大部分，在山区建设方便，投入少，拥有广阔发展前景。相比修建山区运输公路，其具有建设成本低、使用费用低、运行安全可靠等优点，明显降低柑橘生产成本，增加了果农家庭经济收入，具有可观的经济效益。

本研究对单轨式果园运输车行走系统进行优化设计，使其更加符合我国山地果园运输需求，降低建造成本，提高生产效率，对提高果园运输机械化水平，助力湖南湘西地区精准扶贫，推动乡村振兴战略，具有一定的现实意义。

1 行走机构优化设计方案及工作原理

单轨式果园运输车是骑跨在一条轨道上输送物料的运输机械。轨道运输车具有独立运行，运输一体化、流程化的特点，而单轨式果园运输车采用了单条轨道的设计，相较多轨道设计其投入成本较少；但是单轨式果园运输车还是存在运输稳定性不高、运输承载量低等缺点。为了改善上述情况，特此优化设计一种单轨式果园运输车行走机构。

通过调研对比，优化设计后的单轨式果园运输车行走机构（如图1 所示），包括多轮道轨道、承载行走轮、承载运输车架。承载行走轮设有若干组，等间距设置，上与承载运输车架底部连接，下与多轮道轨道连接，可在多轮道轨道上沿轨道滚动。

图1 优化设计后的行走机构总体外观

承载运输车架由车体主框架、主承重轮桥、防倾侧支臂、侧轮连接鼓等组成（如图2 所示）。主承重轮桥设有若干组，等间距排列设在车体主框架的底面中心；防倾侧支臂呈对称地分别设在主承重轮桥的两侧，也设有若干组，等间距地设在车体主框架的底面两侧；侧轮连接鼓设有若干组，呈对称设计在防倾侧支臂的内端底侧。车体主框架、主承重轮桥、防倾侧支臂、侧轮连接鼓一体成形，主承重轮桥的底侧开设有轴槽，承载行走轮连接在主承重轮桥和侧轮连接鼓底侧。

图2 运输车架连接承载行走轮示意图

承载行走轮由防倾横置侧轮、竖向轮轴、主承载轮、横向轮轴组成（如图3 所示）。防倾横置侧轮左右各一，对称形式分布在主承载轮的两侧，通过竖向轮轴连接在侧轮连接鼓的底侧；横向轮轴连接在主承载轮的中心；主承载轮通过横向轮轴连接在主承重轮桥底侧的轴槽内。

在多轮道轨道上设计有主轮槽、侧轮槽（如图3 所示）。主轮槽设计在多轮道轨道的顶面中心；侧轮槽设计成左右各一，呈对称形式设计在多轮道轨道顶面的主轮槽两侧。两组防倾横置侧轮分别连接在两组侧轮槽内，且防倾横置侧轮可在侧轮槽内水平沿轨道轴向滚动；主承载轮连接在主轮槽内，且主承载轮可在主轮槽内可沿轨道轴向滚动。

图3 行走轮连接多轮道轨道示意图

多轮道轨道、车体主框架、主承重轮桥、防倾侧支臂、侧轮连接鼓均由高锰钢材料制成，防倾横置侧轮、竖向轮轴、主承载轮、横向轮轴均由高强度高碳钢材料制成。

2 优化设计方案的优点

与现有单轨式果园运输车行走系统相比，本优化设计方案具有以下优点：优化了单轨式果园运输车行走机构的整体设置，将传统单轨道运输车的侧面斜置轨道轮改进为一种多轮组合的机构，主承载轮承担承重和行走功能，侧轮起到平衡和防倾功能，让单轨式果园运输车运行更加稳定，不容易倾倒，相较于传统的单轨式果园运输车，运行稳定性不高和承载量低等问题有所改进；轨道车采用模块化设计，整体结构可以进行快速的拆卸和安装，使用方便，宜推广使用。

采用本优化方案的单轨式果园运输车使用方式简单，具体可分为安装和运行两个阶段。一为安装阶段，安装的时候首先需要将主承载轮、防倾横置侧轮安装在多轮道轨道的主轮槽和侧轮槽内，并且调试运行检测是否正常滚动行走，然后安装承载运输车架在主承载轮和防倾横置侧轮的顶侧，让横向轮轴连接在轴槽的底侧，然后让竖向轮轴连接在侧轮连接鼓的内底侧，调试检测是否能够正常转动。二为运行阶段，运行设备的时候，设备的主承载轮主要承载整个承载运输车架和货物的重量，并且负责主要的行走任务，而侧面的防倾横置侧轮在侧轮槽内滚动，可以让车架保持一个正常稳定的状态，防止车架倾倒，保障车架正常运行和行走，防倾侧支臂起到了主要的支撑作用。

优化后的设计方案保证了单轨式果园运输车在拐弯时抵消侧倾对重心的影响，同时在运动架架体上端的螺栓处安装有橡胶垫块，橡胶垫块有一定的缓震性能，保证了单轨式果园运输车在运输过程中的稳定性。

3 结语

本研究从单轨运输车的行走系统入手，优化设计了单轨运输车的结构、工作原理和传动方案等，且进一步研究了行走系统优化设计的方案。在现有国内外单轨运输车的行走方式和结构基础上，对运输车行走系统进行优化设计，使之更加符合我国山地果园运输需求，从而降低使用成本，增强安全性，提高生产效率，具有一定的现实意义。