果園升降作業平臺的研制與試驗

張魯云，楊懷君，何興村

（新疆農墾科學院機械裝備研究所,新疆 石河子 832000）

0 引言

高桿樹產果實采摘長期以來都是一個世界性難題，西方發達國家從20世紀初期就已經開始高空升降作業平臺的研發工作，目前已經形成完善的系列產品。我國果園作業平臺研發工作不僅起步較晚而且進展緩慢，直到20世紀90年代中后期，各種國產果園、園藝管理作業機械才陸續推向市場。

隨著新疆退耕還林和向南發展等農業產業結構的一系列優化調整，特色林果產業已經成為新疆兵團和地方經濟發展的一條重要途徑，果園管理的機械化需求也越發迫切。但目前新疆特色林果業的機械化程度仍然較低，果樹修枝、噴藥授粉、果實套袋、采摘收獲等各項工作仍主要采用搭建扶梯、繩索懸掛以及人工攀爬等方式進行[1]，不但工作效率低下，而且危害性較大。

針對新疆特色林果業發展現狀，課題組研制了多功能自走式果園升降作業平臺。該機型可實現單人操作，完成行走、升降、修剪、噴霧、授粉、采摘等各項作業，并通過了行駛、轉彎、駐坡、負載、升降和采摘等多項性能指標測試。

1 結構組成及工作原理

1.1 整機結構

果園升降作業平臺整機結構如圖1，該機主要由行走地輪、液壓升降裝置、發動機、操控臺、工作平臺、頂棚、座椅、載物料斗等部件組成，主要技術參數如下。

圖1 多功能自走式果園作業平臺結構

1.2 工作原理

果園采摘平臺工作時，操作人員通過踏板和前方扶手登上升降作業平臺[2]。工作高度根據需要通過液壓升降裝置進行調整，到達指定高度之后通過平臺底部油缸進行左右伸展，后部的載物料斗可以裝載運輸果品。作業平臺根據管理工作實際需求還可加裝風機、噴頭、液罐、空壓機、氣動剪等各種果園輔助管理機械裝備以方便進行剪枝、疏花、套袋、授粉、噴藥、采摘等各種工作[3]，完全適用于現代果園的機械化管理作業。

2 升降平臺設計

果園升降作業平臺設計為折疊剪叉式升降平臺，由主電動機提供動力驅動液壓齒輪泵，液壓泵輸出高壓液壓油驅動設置在折疊架之間的液壓缸實現升降運行。升降平臺裝置的主要功能是進行園林高空作業，液壓油缸推動左右兩側伸展翼板，使平臺面積增大便于對兩側果樹進行高空作業。平臺由剪叉式液壓升降機構驅動，四周的防護圍欄則保證了工作人員的作業安全。目前果樹推行矮化密植種植模式，果樹高度通常為3.5 m（根據實地測量所得），平臺距離地面最大上升高度為2 m，結合人體自身高度和機身高度，可滿足作業需求，不會出現作業平臺上升過高，重心不穩和傾倒等現象。

升降作業平臺工作技術參數如下：

3 試驗情況

3.1 試驗地點及方法

機具檢測試驗參照機械行業標準剪叉式升降平臺實驗方法（JB/T9229.3-1999）。在新疆生產建設兵團第八師新疆農墾科學院試驗場紅棗園進行升降平臺的行走、升降、采摘、修剪等試驗[4]，測試機具基本作業運行情況、工作的安全性、液壓系統的穩定性和油缸配置合理性。試驗場地地表平整，果園行間距3.5 m，果樹平均高度3 m。隨機選擇5段，每段測試距離長度250m。

3.2 基本功能測試

在第八師新疆農墾科學院機械裝備研究所棉花生產全程機械化基地示范園區對樣機進行平地性能測試，如圖2。工作平臺和載物料斗升降平穩，到達最高位置時無沖擊力。工作平臺左右兩側翼板展開、收回順利，無卡滯現象，平臺承重達到480kg時仍能正常升降。

圖2 性能測試

3.3 行駛測試

在硬質地面上把高低速切換手柄調至高速位，調速范圍0～8.5 km/h，調速方式采用操控手柄無極調節，加速明顯，加速過程中發動機噪音僅少許增大、少量煙霧噴出，無停機息火現象。

3.4 轉彎半徑測試

測試共分為4組，前進和后退方向各分為左右兩組。車速采用低速狀態，轉彎時方向盤旋轉至最大角度，以外側輪胎作為標記，在地面形成車輪轉彎半徑行駛軌跡，便于進行實地測量。樣機在前進和后退過程中轉彎半徑皆小于4m，轉彎半徑差異不顯著，完全達到設計要求。

3.5 爬坡、駐坡測試

在坡度為150°的路面上以正常行駛速度4 km/h進行前進檔位上坡、下坡，倒退檔位上坡、下坡，中間坡路停駐性能測試。測試結果機具上下坡正常行駛，坡面停留5min無滑坡現象。

3.6 果園升降作業測試

在新疆生產建設兵團第八師石河子市新疆農墾科學院試驗場紅棗園進行行走、調頭轉向及果實采摘作業等實地測試，作業時機具和果樹枝條沒有相互碰撞現象，證明車體形狀和空間尺寸設計科學合理，符合現代園藝實際要求。發動機功率大小適應果園工作環境，行走時底盤與地面無磕碰現象，前方工作平臺升降高度滿足作業要求，后方料斗提升貨物穩定順利。2人站在工作平臺上加上負重可平穩升降和行駛，平臺左右兩側伸展和縮回順利，無卡滯現象，經目測觀察未發現高空作業安全隱患。

4 結果與分析

采摘試驗所選棗樹高度2.75～3.52 m，樹冠幅寬2.96～3.89m[5]，實際測量果實距離地面高度在3.5～4.0 m之間，主要集中于樹冠中間部位。作業平臺距離地面1.5 m進行作業時果樹的采凈率為79.56～100%，平均采凈率約為89.78%；距離地面2m進行作業時果樹的采凈率為61.85～87.56%，平均采凈率約為74.71%。由此可見，對于矮砧密植型果園，升降平臺距離地面1.5 m時采摘效果較好。而對于普通果樹，可適當增加平臺與對面的相對高度以減小機具對枝葉和果實的碰撞損傷。由實際作業時果樹高度、間隔距離和樹冠形狀等判斷，距離地面1.5～1.7m為升降平臺較優工作高度。

5 結論

（1）升降平臺外形尺寸和功率大小完全適用于現代果園管理作業，升降平臺高度為1.5～1.7 m時工作效率最佳，與人工作業相比較，效率提高約75%，而且通過優化改進有進一步提高的空間。

（3）整機結構緊湊、布局合理，燃油消耗量低，轉彎半徑小，有利于轉向調頭，升降平臺操作簡便方便。液壓系統運行穩定，升降、伸展油缸尺寸設計合理，發動機節能高效。

（3）實用性強，便于多人在工作平臺上同時進行機械化作業，還可加裝各種輔助機械，滿足現代果園管理的多種作業需求。高空升降作業時具有安全防護裝置，有效保障工作人員安全。