山地果園雙軌運輸機的應用研究

朱高偉　林曉鋒　張祺生　盧詩靜　沈國威　吳偉斌

摘 要：現代機械化運輸在山地果園作業中的作用日益重要。山地果園的地形復雜多變，普通的輪式、履帶式運輸機不適宜在該地形工作，而軌道運輸則能適用于山地果園起伏變化的地形，現今國內外學者針對上述情況，研制出依靠于軌道運行的單軌、雙軌山地果園運輸機。目前，雙軌運輸機已經進入產業化階段，利用雙軌運輸機在山坡地進行運輸，近些年來取得了一定的進展和成果，與此同時，在山地果園雙軌運輸機發展進程中，尚存一些技術方面的問題有待繼續研究。

關鍵詞：山地果園；雙軌運輸機；機械化；應用推廣

引言

由于山地特殊的地形特點，在果園運輸中，傳統人力運輸、拖拉機運輸等運輸方式無法高效展開。傳統柑橘的種植缺乏規劃且立地條件差，柑橘樹生長在難以形成較為完善交通運輸網絡，甚至是呈陡坡梯田狀的山地上[1]。這導致常規運輸車難以在山地果園推廣使用，并對成熟柑橘果實運輸造成較大的困難[2-3]。

我國人口趨于老齡化、年輕勞動力向城市遷移等情況，直接導致了山地果園產業人力資源的匱乏。山地果園運輸的困難以及勞動力的短缺，讓我國山地果園軌道化運輸成為解決問題的關鍵，而雙軌運輸機相對于單軌運輸機在運行過程中具有更好的穩定性。在當下勞動力欠缺，輪式運輸車污染排放嚴重且運輸機器笨重的情況下，為了提高山地果農的運輸效率與經濟效益，降低果農的勞動強度與生產成本，國內外學者對山地果園雙軌運輸機進行了廣泛的研究。文章旨在通過對國內外學者在山地果園雙軌運輸機的研究現狀進行分析，總結出當下存在的問題并提出解決方案和未來研究方向。

1 國外研究現狀

20世紀60年代以來，國外果園機械化進程快速發展，歐美國家尤其是美國的果園機械化發展程度較高，果園運輸機種類豐富。

歐美國家果園多為平坦地形，因此歐美國家以研制輪式運輸機為主。在果園運輸方面，韓國果農的果園里安裝了多條單軌運輸線，用來運輸各種各樣的物資，如果實、農藥和化肥等，兩端有裝置可實現自動停車功能，操作簡單且方便。日本富士トレ ラ 制作所株式會社根據日本的實際情況研發了輪式運輸機，有便于操作的搬運臺，其定位裝置使穩定性與靈活性得以提高[4]。ヤンマ 株式會社研發的多功能輪式農用運輸機，采用無級變速和液壓自卸裝置[5]。

與我國南方丘陵地帶地形相似，日本對此研制出了雙軌式運輸機，用于山坡地果園運輸。日本的雙軌運輸機軌道兩端各自有一個驅動滾筒，在軌道兩端通過鋼絲繩對運輸機施加預緊拉力，利用滾筒對鋼絲繩的摩擦力驅動運輸機上下行駛。該雙軌運輸機的運行過程平穩，可靠性高且投入成本較低。但其軌道沒有設定角度，所以只適用于較小坡度的直線運輸。運輸機的載重可達250kg，最大爬坡角度為35°，運行速度為1.2m/s。目前其研究方向是將運輸機輕簡化、靈活化，讓果園運輸機能更好地在山地丘陵等地形穩定運行[6]。

2 國內研究現狀

近年來國內在山地果園雙軌運輸機的設計研究上取得較大的進步，其研究從最初的實用性，過渡到安全性，現逐步向安全實用性的方向發展。

國內學者針對雙軌運輸機各個方面進行研究，多種創新技術被相繼提出，雙軌運輸機的安全性能更是受到了重視，比如，雙軌運輸機的斷繩制動技術在不斷改進。為防止斷繩事故的發生，歐陽玉平及其團隊研制了一種純機械結構的斷繩制動裝置[7]。制動桿在牽引繩斷裂瞬間，利用自身重力向下轉動，頂住軌道橫梁，使運輸機及時制動。純機械制動裝置的反應速度快，相比于電子制動裝置，它的制造成本低，結構更為簡單。徐寧及其團隊針對斷繩點處在距離制動桿較遠位置的情況，設計了一種摩擦制動的裝置[8]。松繩或斷繩時，在復位彈簧作用下，移動桿的缺口與支撐桿重合，此時，支撐桿下壓，摩擦片與軌道接觸，實現緊急制動。運輸機在運行時，鋼絲繩容易出現亂序現象，嚴重時鋼絲繩堆積纏繞在一起，偏離滾筒，驅動裝置失效，運輸機失去控制，產生安全隱患。對此，歐陽玉平等利用卷揚機滾筒轉動提供驅動力并配備鋼絲繩松脫自動張緊裝置，實現鋼絲繩在卷揚機滾筒上有序緊湊的排列[9]。國內雙軌運輸機安全性能方面技術的應用，在一定程度上避免了事故的發生，為安全生產作出了巨大的貢獻。

3 問題與展望

近幾年來，國內雙軌運輸機的研究發展取得一定的成績，如華南農業大學研制的固定式雙軌運輸機，華中農業大學研制的自走式大坡度雙軌運輸機，還有一些公司企業根據山地地形研制出的新型的運輸機，在部分地區的果園已經投入使用，并獲得一定的成績。果園運輸機的機械化進程發展快速，但由于發展過程中受地形、技術、成本等多種因素的限制，果園運輸機械化還有很大的發展空間和前景。目前山地果園雙軌運輸機在使用過程中，依然存在一些問題：（1）目前機械設備比較沉重，使得在山地的搬運過程變得困難；（2）在坡度較大的山地運輸時存在翻車的安全隱患；（3）除了收獲季節以外，運輸機的日常使用率低等等。

綜合考慮以上問題，根據國內外發展現狀，為了進一步提高山地果園機械化水平，加快其機械化發展速度，筆者認為，未來山地果園軌道運輸機的發展可從以下幾個方面進行研究：（1）對運輸機結構等方面進行優化設計，實現運輸機的輕簡化。在運輸機功能完整，安全性能得到保障的情況下，通過對運輸機的結構進行分析，結合實驗測試，合理選用運輸機的材料、部件等，設計出更為輕便的車身和動力系統，降低運輸機整體結構質量，增強零件的總體性能，達到輕簡化的目的。運輸機的安裝、拆卸過程能夠節省更多的人力物力，提高了運輸機的可操作性。（2）運輸機的軌道、車身可拆裝。軌道設計為3米一節，利用螺栓讓節與節之間穩固相連。軌道的可拆裝使軌道輕簡便攜，能夠在不同地方進行鋪設，大大增強了果園運輸的靈活性。傳統的運輸機車身結構一體化，在搬運過程中機械沉重且占用大量空間。新型結構可拆裝的運輸機，在車身的護欄、支架、載貨板之間都可以進行拆卸和組裝，讓農戶使用和搬運過程變得簡單、方便；設計簡單易懂的運輸機操作、安裝、拆卸流程，對農戶進行詳細培訓，做到相關知識的普及，讓農戶能夠掌握運輸機的基本操作，為山地果園機械化進程的發展打好基礎。（3）提高運輸機的安全性能。在斷繩制動方面做到進一步精確化，在保證斷繩時制動桿能實現制動功能的情況下，還要排除下坡時可能出現因短暫松繩而造成制動桿的誤制動問題；對防翻輪的結構進行優化設計，使運輸機在軌道上發生重心偏移時能夠更好地防止出現側翻事故；車身前端考慮添加彈簧避震裝置，在大坡度行駛時能夠讓車輪同時與軌道接觸，減輕運輸過程中車身震蕩。這些安全裝置和措施大大提高了運輸機的安全性能。（4）注重開發果園運輸機的多功能使用。軌道運輸機除了可以運載果物以外，還能推廣到搭載農藥、果園噴霧、灌溉和剪枝等方面的應用。將運輸機融入到果園作業當中，提高運輸機的利用率。從而能夠有效降低果農的勞動強度和生產成本，進一步提高工作效率和經濟效益，這樣對于山地果園軌道運輸機的推廣應用具有積極的推動作用。

山地果園雙軌運輸機的研究還有很多方面的進展，在科技飛速發展的今天，我們有理由相信，雙軌運輸機將朝著自動化和智能化的方向發展，在果園生產勞動中發揮更大的作用。

參考文獻

[1]洪添勝，楊洲，宋淑然，等.柑橘生產機械化研究[J].農業機械學報，2010，41（12）：105-110.

[2]沈兆敏，柴壽昌.中國現代柑橘技術[M].北京：金盾出版社，2008：19-22.

[3]中國柑橘學會.中國柑橘產業[M].北京：中國農業出版社，2008：17-21.

[4]株式會社富士トレ ラ 作所.管理作 ：日本，2006345740

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

[6]李敬亞.山地果園單軌運輸機的研制[D].武漢：華中農業大學，2011.

[7]歐陽玉平，洪添勝，蘇建，等.山地果園牽引式雙軌運輸機斷繩制動裝置設計與實驗[J].農業工程學報，2014，30（18）：22-28.

[8]徐寧，歐陽玉平，洪添勝，等.山地果園單向牽引式雙軌運輸機摩擦制動裝置設計與試驗[J].廣東農業科學，2015（5）：127-132.

[9]歐陽玉平，洪添勝，蘇建，等.山地果園牽引式雙軌運輸機排繩裝置的設計[J].華中農業大學學報，2014，33（5）：123-129.