山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用研究

朱高偉　林曉鋒　張祺生　盧詩靜　沈國威　吳偉斌

摘 要：現(xiàn)代機(jī)械化運(yùn)輸在山地果園作業(yè)中的作用日益重要。山地果園的地形復(fù)雜多變，普通的輪式、履帶式運(yùn)輸機(jī)不適宜在該地形工作，而軌道運(yùn)輸則能適用于山地果園起伏變化的地形，現(xiàn)今國內(nèi)外學(xué)者針對上述情況，研制出依靠于軌道運(yùn)行的單軌、雙軌山地果園運(yùn)輸機(jī)。目前，雙軌運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，利用雙軌運(yùn)輸機(jī)在山坡地進(jìn)行運(yùn)輸，近些年來取得了一定的進(jìn)展和成果，與此同時，在山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)發(fā)展進(jìn)程中，尚存一些技術(shù)方面的問題有待繼續(xù)研究。

關(guān)鍵詞：山地果園；雙軌運(yùn)輸機(jī)；機(jī)械化；應(yīng)用推廣

引言

由于山地特殊的地形特點(diǎn)，在果園運(yùn)輸中，傳統(tǒng)人力運(yùn)輸、拖拉機(jī)運(yùn)輸?shù)冗\(yùn)輸方式無法高效展開。傳統(tǒng)柑橘的種植缺乏規(guī)劃且立地條件差，柑橘樹生長在難以形成較為完善交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，甚至是呈陡坡梯田狀的山地上[1]。這導(dǎo)致常規(guī)運(yùn)輸車難以在山地果園推廣使用，并對成熟柑橘果實(shí)運(yùn)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(dǎo)致了山地果園產(chǎn)業(yè)人力資源的匱乏。山地果園運(yùn)輸?shù)睦щy以及勞動力的短缺，讓我國山地果園軌道化運(yùn)輸成為解決問題的關(guān)鍵，而雙軌運(yùn)輸機(jī)相對于單軌運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過程中具有更好的穩(wěn)定性。在當(dāng)下勞動力欠缺，輪式運(yùn)輸車污染排放嚴(yán)重且運(yùn)輸機(jī)器笨重的情況下，為了提高山地果農(nóng)的運(yùn)輸效率與經(jīng)濟(jì)效益，降低果農(nóng)的勞動強(qiáng)度與生產(chǎn)成本，國內(nèi)外學(xué)者對山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行了廣泛的研究。文章旨在通過對國內(nèi)外學(xué)者在山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)出當(dāng)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(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代以來，國外果園機(jī)械化進(jìn)程快速發(fā)展，歐美國家尤其是美國的果園機(jī)械化發(fā)展程度較高，果園運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)為主。在果園運(yùn)輸方面，韓國果農(nóng)的果園里安裝了多條單軌運(yùn)輸線，用來運(yùn)輸各種各樣的物資，如果實(shí)、農(nóng)藥和化肥等，兩端有裝置可實(shí)現(xiàn)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(jù)日本的實(shí)際情況研發(fā)了輪式運(yùn)輸機(jī)，有便于操作的搬運(yùn)臺，其定位裝置使穩(wěn)定性與靈活性得以提高[4]。ヤンマ 株式會社研發(fā)的多功能輪式農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)，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(yùn)輸機(jī)，用于山坡地果園運(yùn)輸。日本的雙軌運(yùn)輸機(jī)軌道兩端各自有一個驅(qū)動滾筒，在軌道兩端通過鋼絲繩對運(yùn)輸機(jī)施加預(yù)緊拉力，利用滾筒對鋼絲繩的摩擦力驅(qū)動運(yùn)輸機(jī)上下行駛。該雙軌運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過程平穩(wěn)，可靠性高且投入成本較低。但其軌道沒有設(shè)定角度，所以只適用于較小坡度的直線運(yùn)輸。運(yùn)輸機(jī)的載重可達(dá)250kg，最大爬坡角度為35°，運(yùn)行速度為1.2m/s。目前其研究方向是將運(yùn)輸機(jī)輕簡化、靈活化，讓果園運(yùn)輸機(jī)能更好地在山地丘陵等地形穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來國內(nèi)在山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計研究上取得較大的進(jìn)步，其研究從最初的實(shí)用性，過渡到安全性，現(xiàn)逐步向安全實(shí)用性的方向發(fā)展。

國內(nèi)學(xué)者針對雙軌運(yùn)輸機(jī)各個方面進(jìn)行研究，多種創(chuàng)新技術(shù)被相繼提出，雙軌運(yùn)輸機(jī)的安全性能更是受到了重視，比如，雙軌運(yùn)輸機(jī)的斷繩制動技術(shù)在不斷改進(jìn)。為防止斷繩事故的發(fā)生，歐陽玉平及其團(tuán)隊研制了一種純機(jī)械結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動，頂住軌道橫梁，使運(yùn)輸機(jī)及時制動。純機(jī)械制動裝置的反應(yīng)速度快，相比于電子制動裝置，它的制造成本低，結(jié)構(gòu)更為簡單。徐寧及其團(tuán)隊針對斷繩點(diǎn)處在距離制動桿較遠(yuǎn)位置的情況，設(shè)計了一種摩擦制動的裝置[8]。松繩或斷繩時，在復(fù)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(shí)現(xiàn)緊急制動。運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行時，鋼絲繩容易出現(xiàn)亂序現(xiàn)象，嚴(yán)重時鋼絲繩堆積纏繞在一起，偏離滾筒，驅(qū)動裝置失效，運(yùn)輸機(jī)失去控制，產(chǎn)生安全隱患。對此，歐陽玉平等利用卷揚(yáng)機(jī)滾筒轉(zhuǎn)動提供驅(qū)動力并配備鋼絲繩松脫自動張緊裝置，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在卷揚(yáng)機(jī)滾筒上有序緊湊的排列[9]。國內(nèi)雙軌運(yùn)輸機(jī)安全性能方面技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上避免了事故的發(fā)生，為安全生產(chǎn)作出了巨大的貢獻(xiàn)。

3 問題與展望

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

綜合考慮以上問題，根據(jù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，為了進(jìn)一步提高山地果園機(jī)械化水平，加快其機(jī)械化發(fā)展速度，筆者認(rèn)為，未來山地果園軌道運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展可從以下幾個方面進(jìn)行研究：（1）對運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的輕簡化。在運(yùn)輸機(jī)功能完整，安全性能得到保障的情況下，通過對運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試，合理選用運(yùn)輸機(jī)的材料、部件等，設(shè)計出更為輕便的車身和動力系統(tǒng)，降低運(yùn)輸機(jī)整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增強(qiáng)零件的總體性能，達(dá)到輕簡化的目的。運(yùn)輸機(jī)的安裝、拆卸過程能夠節(jié)省更多的人力物力，提高了運(yùn)輸機(jī)的可操作性。（2）運(yùn)輸機(jī)的軌道、車身可拆裝。軌道設(shè)計為3米一節(jié)，利用螺栓讓節(jié)與節(jié)之間穩(wěn)固相連。軌道的可拆裝使軌道輕簡便攜，能夠在不同地方進(jìn)行鋪設(shè)，大大增強(qiáng)了果園運(yùn)輸?shù)撵`活性。傳統(tǒng)的運(yùn)輸機(jī)車身結(jié)構(gòu)一體化，在搬運(yùn)過程中機(jī)械沉重且占用大量空間。新型結(jié)構(gòu)可拆裝的運(yùn)輸機(jī)，在車身的護(hù)欄、支架、載貨板之間都可以進(jìn)行拆卸和組裝，讓農(nóng)戶使用和搬運(yùn)過程變得簡單、方便；設(shè)計簡單易懂的運(yùn)輸機(jī)操作、安裝、拆卸流程，對農(nóng)戶進(jìn)行詳細(xì)培訓(xùn)，做到相關(guān)知識的普及，讓農(nóng)戶能夠掌握運(yùn)輸機(jī)的基本操作，為山地果園機(jī)械化進(jìn)程的發(fā)展打好基礎(chǔ)。（3）提高運(yùn)輸機(jī)的安全性能。在斷繩制動方面做到進(jìn)一步精確化，在保證斷繩時制動桿能實(shí)現(xiàn)制動功能的情況下，還要排除下坡時可能出現(xiàn)因短暫松繩而造成制動桿的誤制動問題；對防翻輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使運(yùn)輸機(jī)在軌道上發(fā)生重心偏移時能夠更好地防止出現(xiàn)側(cè)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(yùn)輸過程中車身震蕩。這些安全裝置和措施大大提高了運(yùn)輸機(jī)的安全性能。（4）注重開發(fā)果園運(yùn)輸機(jī)的多功能使用。軌道運(yùn)輸機(jī)除了可以運(yùn)載果物以外，還能推廣到搭載農(nóng)藥、果園噴霧、灌溉和剪枝等方面的應(yīng)用。將運(yùn)輸機(jī)融入到果園作業(yè)當(dāng)中，提高運(yùn)輸機(jī)的利用率。從而能夠有效降低果農(nóng)的勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，這樣對于山地果園軌道運(yùn)輸機(jī)的推廣應(yīng)用具有積極的推動作用。

山地果園雙軌運(yùn)輸機(jī)的研究還有很多方面的進(jìn)展，在科技飛速發(fā)展的今天，我們有理由相信，雙軌運(yùn)輸機(jī)將朝著自動化和智能化的方向發(fā)展，在果園生產(chǎn)勞動中發(fā)揮更大的作用。

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