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多功能全液压果园作业平台的设计与试验

杨传龙，樊桂菊，2，王春武，宋月鹏，2，侯加林，2

(1.山东农业大学机械与电子工程学院，山东泰安271018；2.山东省园艺机械与装备重点实验室，山东泰安271018；3.威海新元果园技术服务有限公司，山东威海264205)

引言

我国果园大多分布于丘陵山地，因地形限制，果园机械化程度低，果枝修剪、果实套袋和采摘等主要作业环节仍以人工为主，劳动强度大、生产效率低[1-3]，而现代化果品产业的发展为果园机械化提供了条件。

国外对果园作业平台的研究较早，技术较为成熟，多采用轮式和液压控制，转弯半径小、操作灵活。意大利REVO公司设计了一种苹果园专用采摘平台[4]，地形适应能力强，并安装有苹果传送带，提高了采摘效率。国内对果园作业平台的研究较晚，主要分为两种：牵引式和自走式。潍坊森海机械制造有限公司

研发了3GP-160型果园升降平台[5]，采用剪叉式升降机构，集果枝修剪、果实采摘及运输等功能为一体。山东农业大学研制的果园作业平台[6-7]，通过一人操作实现工作台升降、回转和调平。湖南农业大学研制的小型履带自走式剪叉式作业平台[8]，通过液压缸实现升降、角度调整等。北京市农业机械试验鉴定推广站研制的小型履带式多功能遥控动力平台，与相应机具配套完成旋

耕、除草、打药及剪枝等多项作业[9]。

引进国外产品超出了农民购买力，而目前国内的牵引式作业平台多由拖拉机带动，转弯半径较大，不适宜小地块；履带式作业平台多采用机械传动，操作不灵活，且不具备果箱自动装卸功能。因此，本文设计了一种多功能全液压果园作业平台，并进行了性能试验。

整体结构及工作原理

整体结构

多功能全液压果园作业平台主要由轮式驱动底盘、动力装置、升降装置、调平装置和工作台等组成，如图1所示。采用液压四轮驱动技术[10]及双轮和四轮2种转向模式以提高行走能力；柴油机提供动力，通过弹簧座与底盘连接以减小振动。升降装置包括3部分：工作台升降装置和果箱前、后升降装置，分别采用剪叉机构、平行四边形结构和直立式升降结构；调平装置分为前后调平和左右调平，前者采用同构双缸反并联结构，后者采用单油缸支撑、底盘和车桥同心铰接结构；工作台主要由护栏、导轨和左右踏板等组成。

工作时，动力装置驱动行走机构，到达工作位置后，作业人员根据工作台状态，由调平装置对工作台进行前后、左右调平；通过电磁阀控制油缸使工作台

升降和展开，以适应不同高度和不同行距的果实采摘、果枝修剪；通过控制前果箱升降装置将空箱举升至工作台，待装满后经工作台上的导轨运送至后升降装置，将其降至地面，完成自动装卸。

1.前果箱升降装置2.剪叉式升降装置3.动力装置4.驱动底盘5.左右调平装置6.后果箱升降装置7.工作台8.前后调平装置图1多功能全液压果园作业平台结构图Fig.1Sketchdiagramofmulti-functionfullhydraulicorchardplatform

工作原理

驱动原理

为提高动力性和行走稳定性，且便于操作，驱动系统采用液压-机械组合传动方案，如图2所示。其主要由变量柱塞泵、液压马达、变速箱和差速车桥等组

成。通过液控手柄来控制变量泵的排量，改变液压马达的转速，从而实现整机的无极调速；为提高传动效率，末级传动采用变速箱驱动行走轮；前后车桥采用差速结构，通过传动轴相连，实现四轮驱动。

1.过滤器2.手动截止阀3.油箱4.柴油机5.传动轴6.电磁换向阀7.刹车油缸8.刹车截止阀9.安全阀10.手柄11.前桥差速器12.万向节传动轴13.变速箱14.后桥差速器15.液压马达16.双向径向柱塞变量泵17.变速箱电子推杆图2液压驱动原理图Fig.2Schematicdiagramofhydraulicdrivesystem

转向原理

为适应多种复杂地形，设计了两轮转向和四轮转向模式。

两轮转向模式。两轮转向原理如图3(a)所示。调整后两轮中位，由液压转向器控制前两轮进行转向，转弯半径通过下式计算，即

(1)

式中L—轴距(m)；

δ—车轮最大转向角(°)。

四轮转向模式。两轮转向原理如图3(b)所示。通过液压转向器和电磁换向阀分别控制前后轮反转，转弯半径为

(2)

通过对比式(1)和式(2)可得知：四轮转向模式转弯半径是两轮转向模式下的

50%，适应小地块作业。

(a)两轮转向(b)四轮转向图3转向原理图Fig.3Schematicdiagramofsteering

调平原理

工作台前后调平。工作台通过前后调平油缸与剪叉式升降机架铰接，两油缸结构相同，油路反并联。控制电磁阀使油缸伸缩，实现工作台纵坡作业保持水