7YGS_45型自走式双轨道果园运输机设计与实验_邢军军
北仑区首条单轨式果园运输机建成投用
北仑区首条单轨式果园运输机建成投用
范晓磊
【期刊名称】《浙江林业》
【年(卷),期】2015(0)9
【摘要】日前，北仑区首条单轨式果同运输机在大碶街道青泰果园建成投用。
这台刚引进的轨道运输机根据工人采摘葡萄的需要，可以随时将工人从大棚深处采摘的葡萄运到门口，大大节省了工人的体力和时间。
青泰果同技术员邬佰成说：“平时我们4个人采葡萄，一个上午采20筐葡萄，现在20筐葡萄2个人花1个小时就够了。
”
【总页数】1页(P31-31)
【关键词】运输机;北仑区;果园;单轨;葡萄;工人;技术员;采摘
【作者】范晓磊
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】S66
【相关文献】
1.7YGD-45型电动遥控式单轨果园运输机 [J], 汤晓磊;张衍林;李学杰
2.全国首条跨省配网联络线建成投运 [J],
3.自走式山地果园遥控单轨运输机的设计与改进 [J], 李学杰;张衍林;张闻宇;凌旭平
4.自走式单轨道山地果园运输机力学仿真与试验 [J], 刘辉;李善军;张衍林;马攀宇;陈猛
5.宁波镇海首条单轨运输机安装完成 [J], 陈志武
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山地果园双轨运输机的应用研究
山地果园双轨运输机的应用研究现代机械化运输在山地果园作业中的作用日益重要。
山地果园的地形复杂多变，普通的轮式、履带式运输机不适宜在该地形工作，而轨道运输则能适用于山地果园起伏变化的地形，现今国内外学者针对上述情况，研制出依靠于轨道运行的单轨、双轨山地果园运输机。
目前，双轨运输机已经进入产业化阶段，利用双轨运输机在山坡地进行运输，近些年来取得了一定的进展和成果，与此同时，在山地果园双轨运输机发展进程中，尚存一些技术方面的问题有待继续研究。
标签：山地果园；双轨运输机；机械化；应用推广引言由于山地特殊的地形特点，在果园运输中，传统人力运输、拖拉机运输等运输方式无法高效展开。
传统柑橘的种植缺乏規划且立地条件差，柑橘树生长在难以形成较为完善交通运输网络，甚至是呈陡坡梯田状的山地上[1]。
这导致常规运输车难以在山地果园推广使用，并对成熟柑橘果实运输造成较大的困难[2-3]。
我国人口趋于老龄化、年轻劳动力向城市迁移等情况，直接导致了山地果园产业人力资源的匮乏。
山地果园运输的困难以及劳动力的短缺，让我国山地果园轨道化运输成为解决问题的关键，而双轨运输机相对于单轨运输机在运行过程中具有更好的稳定性。
在当下劳动力欠缺，轮式运输车污染排放严重且运输机器笨重的情况下，为了提高山地果农的运输效率与经济效益，降低果农的劳动强度与生产成本，国内外学者对山地果园双轨运输机进行了广泛的研究。
文章旨在通过对国内外学者在山地果园双轨运输机的研究现状进行分析，总结出当下存在的问题并提出解决方案和未来研究方向。
1 国外研究现状20世纪60年代以来，国外果园机械化进程快速发展，欧美国家尤其是美国的果园机械化发展程度较高，果园运输机种类丰富。
欧美国家果园多为平坦地形，因此欧美国家以研制轮式运输机为主。
在果园运输方面，韩国果农的果园里安装了多条单轨运输线，用来运输各种各样的物资，如果实、农药和化肥等，两端有装置可实现自动停车功能，操作简单且方便。
4YZQ-4型自走式穗茎兼收玉米联合收获机的研制
行收获 ，这不仅可以省去使用秸秆粉碎还 田机单
一
作业的工序，而且减少 了作业费用和拖拉机压
１总体设计
４ｚ ＿ 型自 Ｙ Ｑ４ 走式穗茎兼收米联合收获机由上 层割台、 下层割台、 大输送 、 驾驶室总成、 剥皮机 、 大 马力发动机 、 行走底盘总成 、 后输送 、 集穗箱等组 成。 上层割台由摘穗收割台和果穗搅龙组成 ； 下层割台 由秸秆切割装置 、 秸秆集中喂人装置、 秸秆输送装 置、 秸秆切碎装置、 抛掷器和喷管等组成， 见图１ 。
碎， 秸秆切碎效果好 ， 于青贮饲料的需求 ， 适 为穗 茎兼收青贮饲料秸秆破节机构的设计和使用提供 了依据 。
图 １ Ｙ Ｑ＿ ４ Ｚ ４型自走式穗茎兼收玉米联合收获机结构筒图
（） ４ 采用模块化高速低损伤摘穗机构。 拉茎辊 采用锥形拉茎板结构 ．作业时不需调整拉茎辊间 隙。 摘穗板采用整体可调式结构 。 减少摘穗板间隙
制． 大大提高了机具 的可控性和作业性能 ， 可使机 具充分发挥其潜在性能。
３ 主要部件设计
采用上下两层割台， 两层割台可独立升降， 上层
割 台收获玉米 ， 下层割 台收获秸秆 ； 上层割 台单割道
图 ２ Ｙ Ｑ－ 自走式穗茎兼收玉米联合收获机工艺路线图 ４ Ｚ － ４型
玉米 收 获机 沿着 玉米 行 间行 走 ，上 层割 台的 分 禾尖 将 玉 米 导人 割 道 ． 米 稞进 入 上层 割 台板 玉
ｕ ｎ ｔ ｏｖｙｒｔｅ ｃｃｉ ． ｘｅ ｍ ｎ ａ ｄｔｓｐｏｅ ｔａ ｔｅｍ ｃｉｅｍ ｅｓ ｅ ｖｎ ｎｔ ｎｌ ｔ ｄｒｓ ｅｕ ｔ ｎ． ｐａ ｄｊ ｎｅｅ， ｎｒ ｙｌ ｇ Ｅ ｐｒ ｅｔ ｎ ｔ ｒ ｓ ｈｔｈ ａｈｎ ｅｔ ｒｌ ａｔ ａｉ ａ ｓ ｎ ａｄ ｇ ｌ ｉ ｓ ｅｃ ｈ ｅ ｎ ｉ ｅ ｖ ｅ ｏ ａ ｒ ａｏ
果园喷药机器人的单目视觉导航定位
万现全，王虎奇，丛佩超，等．果园喷药机器人的单目视觉导航定位算法研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（２）：２０２－２０９．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．０２．０３０果园喷药机器人的单目视觉导航定位算法研究万现全，王虎奇，丛佩超，肖宜轩，赵曰炜，陈熙来，刘俊杰（广西科技大学机械与汽车工程学院，广西柳州５４５００６） 摘要：自主定位是果园喷药机器人视觉导航的重要环节。
针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低的问题，本研究提出一种基于ＯＲＢ－ＳＬＡＭ２的单目视觉定位算法，通过优化图像ＯＲＢ特征的提取策略，并使用灰度质心法及图像金字塔算法实现其尺度、旋转不变性，提高视觉里程计中特征点的提取、匹配精度，利用ＯＲＢ－ＳＬＡＭ２中局部建图、回环检测及重定位模块优化位姿，实现果园喷药机器人精确定位。
为验证本方法的有效性，利用ＴＵＭ数据集对本研究算法进行仿真分析，将绝对轨迹误差平均值作为评价指标。
结果表明，相较ＯＲＢ－ＳＬＡＭ２算法，其平均误差降低１５．０６％，均方根误差平均下降１６．４４％。
以此为基础，在模拟柑橘园环境进行实物验证，试验结果表明，本研究算法在直线、回环运动中均可实现有效定位，特征匹配数量平均提升１８．１８％，初始化时间在光照明、暗条件下分别为４．９９３、８．９８６ｓ，关键帧数量在２种条件下分别为６７．２、６４．２帧，综合性能优于原算法。
因此，本研究优化后的视觉定位方法可为果园农药喷洒机器人实际工况下的导航定位提供理论和实践参考。
关键词：果园喷药机器人；视觉自主定位；ＯＲＢ－ＳＬＡＭ２；特征处理；尺度及旋转不变性 中图分类号：ＴＰ２４２．６＋２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２３）０２－０２０２－０８收稿日期：２０２２－０１－２６基金项目：中央引导地方科技发展专项资金（编号：桂科ＺＹ１９１８３００３）；广西重点研发计划（编号：桂科ＡＢ２００５８００１）；广西科技基地和人才专项（编号：桂科ＡＤ１９１１００２１）作者简介：万现全（１９９５—），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事视觉ＳＬＡＭ的研究。
果园轨道运输机推广鉴定大纲修订建议
检测鉴定果园轨道运输机推广鉴定大纲修订建议重庆市农业机械鉴定站□ 喻春 任宏生 李果我国水果种植面积和总产量均位于世界前列，但受地形条件限制，果园机械化水平差异较大。
在南方丘陵山区，果园果实及肥料等物资运输主要靠人工完成，成为制约水果产业发展的重要因素。
因此丘陵山区果园运输机械化势在必行。
一、果园轨道运输机在山地铺设轨道并配备运输车，可以方便灵活地解决果园内运输问题，包括果苗、肥料、农药等果（茶）园等生产资料及果实的运输。
与传统轮式或履带式运输机械相比，轨道运输机无需对山形地貌进行大规模改造，环境负荷低，操作简便、易于控制，运输能力和爬坡能力较好；有防侧翻装置设计，具有较强的适用性和稳定性；如配合其它相关作业器械，还能进行农药和化肥撒施作业。
近年来，南方各省相继将果园轨道运输机（简称运输机）纳入农机购置补贴目录，运输机获得大面积推广应用。
据统计，自DG/T 211—2019《果园轨道运输机》推广鉴定大纲（下称大纲）实施以来，已有67款运输机获得推广鉴定证书，陆续进入各省区市补贴系统，减轻了果农购机资金压力。
运输机有多种品类。
按驱动型式分，有牵引式、自走式；按结构形式分，有双轨双向、双轨单向、单轨双向、单轨单向；按配套动力分，有汽油机款、柴油机款和电动机款。
目前，以汽油机为动力的自走式单轨运输机应用最广泛，单轨道架设具有一定比较优势，受地形限制小、安装成本较低，也能双向运行，综合运输能力较强。
二、鉴定中发现问题和大纲修订建议2020年重庆市农业机械鉴定站（下称重庆站）新增果园轨道运输机试验鉴定资质。
截至目前，重庆站共完成6款运输机推广鉴定任务，鉴定过程中遇到一些困惑，也积累了一些经验。
1．样机确定大纲中5.2条款规定：“样机由制造商无偿提供且应是12个月以内生产安装的合格品，由鉴定机构在制造商指定的使用现场获取，样机数量为1台。
现场试验条件应能满足试验鉴定开展的要求。
样机由鉴定人员验样并经制造商确认后，方可进行试验。
果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验
第55卷㊀第1期河南农业大学学报Vol.55㊀No.12021年㊀㊀2月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb.㊀2021收稿日期:2020-06-08基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFD0700903-2);湖南省重点研发计划项目(2018NK2063,2019NK2141);湖南省科技厅青年基金项目(2020JJ5234);湖南省教育厅优秀青年基金项目(20B292)作者简介:胡文武(1984 ),男,湖南湘乡人,讲师,博士研究生,主要从事农业生产智能控制理论与技术研究㊂通信作者:吴帆(1995 ),男,江苏淮安人,助理讲师,硕士;蒋蘋(1970 ),男,四川古蔺人,教授,博士㊂引用:胡文武,吴帆,蒋蘋,等.果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验[J].河南农业大学学报,2021,55(1):73-79.DOI :10.16445/ki.1000-2340.20210122.020果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验胡文武1,吴帆1,2,蒋蘋1,罗亚辉1,石毅新1,胡江银1(1.湖南农业大学机电工程学院,湖南长沙410128;2.湘潭生物机电学校,湖南湘潭411100)摘要:以主动安全防护为出发点,以牵引钢缆运动过程中的受力情况为分析对象,针对电动双轨运输机在启动与停车时沿轨道方向加速度对缆绳存在较大惯性冲击㊁容易破坏限位行程开关等问题,在分析缆绳伸缩影响因素与双轨运输机在启停状态下的加速度变化情况基础上,通过结合电动液压马达,以加速度为控制目标,采用爬坡启动阶梯控制㊁爬坡停车与下坡启动直接控制㊁下坡停车增量式PID 控制的多模式柔性启停控制策略,在满足控制响应性同时,降低缆绳的冲击载荷,缩短下坡停车距离㊂试验证明,在900kg 整备质量下,通过多模式柔性启停控制,爬坡启动加速度相比直接启动峰值降低93%㊂下坡停车阶段时,停车位移缩短4.5cm ,实现了下限位传感器的保护,从而实现对果园牵引式电动双轨运输机的主动安全防护,达到设计预期目标㊂关键词:主动安全;双轨运输机;PID ;多模式柔性启停控制中图分类号:S229.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A文章编号:1000-2340(2021)01-0073-07Research and experiment on starting and stop contronl system oforchard electric double track transportHU Wenwu 1,WU Fan 1,2,JIANG Pin 1,LUO Yahui 1,SHI Yixin 1,HU Jiangyin 1(1.Electromechanic Engineering College,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2.Xiangtan Biology and Mechatronics School,Xiangtan 411100,China)Abstract :This study takes active safety protection as the starting point,and takes the force situation oftraction steel cable as the analysis object.Aiming at the problems of large inertia impact on cablecaused by acceleration along track direction during start-up and stop of electric double track transport,and being easy to damage limit travel switch,based on the analysis of influencing factors of cable ex-tension and acceleration change of double rail transport under start-up and stop state,and combinedwith the electric hydraulic motor,taking acceleration as the control target,the multi-mode flexible start-up and stop control strategies were adopted,including climbing start-up step control,climbing stop and downhill start-up direct control,and downhill parking incremental PID control to meet thecontrol responsiveness,reduce the impact load of the cable and shorten the downhill parking distance.The test results show that under the condition of 900kg curb weight,the starting acceleration of climb-ing is reduced by 93%compared with the peak value of direct starting by multi-mode flexible start and stop control.In the downhill parking stage,the parking displacement is shortened by 4.5cm,which realizes the protection of the lower limit sensor,thus realizing the active safety protection of the orchardtraction electric double track transport,and achieving the design goal.Key words :active safety;double track transport;PID;multi mode flexible start stop control74㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第55卷㊀㊀中国南方多丘陵山地,起伏变化的山地㊁梯田使得农机作业环境恶劣,为解决类似桔园㊁油茶林等经济作物的农资,农产品特别是农机作业设备上下山问题,国内一些研究机构研制了各种类型的丘陵山区果园运输机械[1-18]㊂其中,果园运输机的安全防护是研究的重点内容之一㊂在果园运输机被动安全防护研究方面,李学杰[19]研制了钢丝绳的防脱装置,其主要是为预防钢丝绳断开或脱落等引起的载物车向下溜车,通过挡块与轨道立柱的硬阻拦,实现断绳后的停车保护㊂欧阳玉平等[20]研制了纯机械结构的断绳制动装置,断绳制动装置安装在运输机的车架上,由制动杆和上㊁下连接杆组成,制动杆在牵引钢丝绳断裂瞬间,利用自身重力作用向下转动,使得阻拦杆与轨道横梁形成整体,实现运输机的阻拦㊂姜飞[21]开展了牵引式果园运输机断绳制动锁钳优化设计,优化后在350kg载重下进行断绳制动,制动锁钳表面没有出现明显损坏,表现出良好的耐撞性能㊂被动安全防护方面,李震等[22-23]和卢加纳等[24-25]以山地果园钢丝绳牵引式货运机为研究对象,针对该运输机在上㊁下运送货物时碰撞行人㊁障碍物等突发状况,研制出2种基于超声波的避障系统㊂当检测到运输机前方设定距离范围内出现障碍物时,制动器抱闸制动㊂欧阳玉平等[26]利用扫描电镜开展了果园运输机钢丝绳损伤机理研究,得出钢丝断裂是在塑性变形与磨损的共同影响下达到疲劳断裂的结果㊂现有果园运输机的被动安全防护研究以被动安全防护为主体,普遍采用强制停车模式,对轨道支架㊁横梁以及车架存在较大的冲击,且存在二次危害的潜在风险,而主动安全防护集中在障碍物自动停车等方面,对缆绳防冲击断绳主动安全防护的研究较少㊂本研究在电动液压站牵引的纯电动超大坡度电动双轨果园运输机平台上,以降低钢缆冲击力与升缩位移为研究目标,针对运输机上坡启动㊁上坡停止㊁下坡启动㊁下坡停止4个关键状态的加速度情况,分析了钢丝缆绳的受力情况,提出分段不同控制模式的柔性控制技术,可有效地缩短停车位移量,降低缆绳的冲击力㊂1㊀平台系统设计1.1㊀双轨运输机硬件平台整机采用24V/200Ah的铅蓄电池为整机提供电能,利用4kW的电动液压站作为动力源,货箱箱体设计尺寸2.2mˑ1.6mˑ0.5m(长ˑ宽ˑ高),车体自重500kg㊂车体安装液压绞盘,通过运输机本体收放缆绳实现在轨道内的上下移动,并采用断绳保护装置,实现断绳状态下的紧急停车制动,运输机采用遥控操作方式进行操作,整机设计0.1m㊃s-1的移动速度,可满足在50ʎ范围内的陡坡环境下运输需求,其运输机如图1所示㊂图1㊀超大坡度果园电动轨道运输机Fig.1㊀Super slope orchard electric track transport设备安装于湖南省湘潭湘乡市栗山镇西山村的湖南省适机田土改造试验示范基地,相对现有轨道运输机械,该运输机具有较大的货箱,更大的承载质量,便于体积大㊁质量较大的农机设备的运输与转移,实现农机的上山作业㊂其轨道间距为1m,轨道长度为45m,坡度为40ʎ,试验载重为400kg,运输机通过行程开关与轨道极限位置挡块,通过行程开关判断运输机是否运行至轨道极限位置,从而实现双轨运输机实现自动停车保护,如图2所示㊂图2㊀自动停车保护装置Fig.2㊀Automatic stop protection device 行程开关采用三洲集团ME-8108型带金属滚轮自复位开关,调节角度45ʎ,调节摆臂长度为第1期胡文武,等:果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验75㊀10cm(极限长度)㊂钢丝缆绳采用10mm 防旋转多股油绳,钢丝绳为19股,每股含7根钢丝,钢丝破断拉力总和为4990kg,额定拉力为2000kg㊂双轨运输机通过D /A 数据转换功能完成1~4V 模拟电压范围的液压站电机转速的采集,从而实现液压泵排量调节与液压绞盘转速㊁运输机加速度的调控㊂该部分采用模块化设计,控制箱㊁液压站㊁动力电池集成于一体,构建集成式控制动力站,其动力站外观如图3所示㊂图3㊀集成动力站Fig.3㊀Integrated power station由于整机质量较大,本研究采用在车架上安装TDK 公司MPU6050六轴倾角模块所制的倾角传感器,配合STC15W4K48S4处理器检测加速度变化,实现拉力相对增加量的检测,有效解决了数据检测的便利性㊁系统稳定性㊁快速响应性与耐用性问题㊂MPU6050六轴倾角模块加速度检测范围为ʃ2g,采样频率为200Hz,采用内建DMP(DigitalMotion Processing)对倾角数据信息进行直接处理,加速度分辨率为0.004m㊃s -2㊂1.2㊀控制系统硬件设计如图4所示,控制系统主要由自制控制器㊁电机控制器㊁加速度传感器㊁拉力传感器㊁倾角传感器等组成㊂其中控制器的CPU 为宏晶科技公司的STC8A8K64S4A12,配备了16通道的开关量控制㊁8通道的A /D㊁D /A 以及无线通信232㊁485通信功能;电机控制器的CPU 与控制器相同,并配备8通道的PWM 控制㊁232通信调试通道与485通信通道,通过电机控制器控制其电机转速调节液压泵的出油量从而改变速度;倾角传感器的主控芯片为宏晶科技公司的STC15W4K48S4,倾角芯片为MPU6050,同时配备了485通信功能,通过RS485串口与控制器通信㊂图4㊀控制系统框图Fig.4㊀Control system block diagram2㊀钢丝缆绳状态分析与试验钢缆在轨道运输机运动过程中,随运动状态的变化而呈现受力变化,在此,首先对运输机运动状态与钢丝缆绳的伸缩㊁受力状况进行分析并获取相关原始试验数据㊂2.1㊀钢丝缆绳伸缩状态分析钢缆在运输机运行过程中,受力的作用,会产生3个阶段的状态变化㊂第一阶段为结构伸长,结构伸长值与钢丝绳的类型和结构㊁负载的大小㊁系统运动频率和次数有密切关系㊂对应本系统所用的钢丝绳,理论结构最大伸长值大约为总长的3%~5%,在转运机爬坡与下坡过程中,受设备自重的影响,通过预张拉力基本可以消除,第二阶段为弹性伸长,钢丝绳基本遵循虎克定律[19],钢丝缆绳的受力的拉升量计算S 为:S =LH Eb =900ˑ45000ˑsin 407000ˑ79.5=56mm (1)式中:S 为钢丝绳伸长量,mm;L 为施加的载荷,kg;由于坡道存在,L =G ˑsin β,其中β为对应地形的坡度角度值,(ʎ);H 为钢丝绳长度,mm;E 为钢丝绳弹性模量,kg㊃mm -2,b 为钢丝绳截面积,mm 2㊂由于液压阀采用开关阀,常规控制方法使得轨道运输机获得较大的加速度,导致缆绳受加速度惯性力叠加,将进一步影响缆绳的伸长量㊂在静态拉伸过程中,同步完成第三阶段伸长,即卷扬机内缆绳将进一步收缩,以消除卷扬机内残余拉力,导致缆绳的进一步延伸㊂在后期,则满足能量守恒定律,进入震荡运行期,直到轨道摩擦力将能量全部消耗殆尽㊂76㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第55卷在分析钢丝绳伸缩状态的基础上,对钢丝绳受力状态进行分析㊂钢丝绳受力情况如图4所示㊂图5㊀钢缆的受力分析Fig.5㊀Stress analysis of steel cable如图5所示,对应坡道角度为β,定义平行轨道朝上加速度为正,平行轨道朝下的运行阻力f 为正,a 为采集的加速度绝对值,根据运输机上坡启动㊁上坡停车㊁下坡启动㊁下坡停车4个状态,获得钢丝绳拉力F 如式(2)所示:F 4ˑ1=1111-111-1-111-1éëêêêêêùûúúúúúˑGᶄma f éëêêêêùûúúúú(2)式中:Gᶄ=mg ˑsin β㊂2.2㊀改进前试验数据获取与分析在改进前进行试验获取相关数据用于后期试验对比,数据采集过程中,运输机整备质量为900kg,液压站工作于额定转速(3200r㊃min -1),通过电磁阀开关实现液压卷扬机的正反转,采集上坡启动加速度㊁上坡停止加速度㊁下坡启动加速度㊁下坡停车加速度,对应加速度-采样次数曲线图,如图6 图9所示㊂爬坡启动的理论加速度α如式(3):α=v t -v 0t =0.1-014/200=1.428m㊃s -2(3)式中:α为爬坡启动的理论加速度,m㊃s -2;v t 为稳定后的行驶速度,m㊃s -1;v 0为初始速度,m㊃s -1;t 为对应加速时间t =n /f ,其中n 为加速度数据的采样次数,f 为采样频率,Hz㊂测试数据的结果与理论预期基本吻合,验证了采用加速度传感器进行检测的可行性㊂通过分析图6曲线可知,在上坡启动过程中,0~0.15s 卷扬机起始加速过程需要克服摩擦阻力与重力分量,钢丝绳绷紧,运输机处于静止状态㊂0.15s 后,当拉力>阻力后,运输机加速到额定运行速度,使得加速度达到1.428m ㊃s -2,进入平稳运行状态㊂图6㊀上坡启动加速度曲线Fig.6㊀Starting acceleration curve ofuphill图7㊀上坡停止加速度曲线Fig.7㊀Acceleration curve of uphill stop通过图7可知,在上坡停车过程中,钢丝缆绳存在一定的震荡运动,受机体重力分量平行于坡面㊁方向与加速度方向反向影响,加速度绝对值最大为0.4m㊃s -2,其加速度数值弹性震荡2次㊂图8㊀下坡启动加速度曲线Fig.8㊀Starting acceleration curve of downhill分析图8可知,在下坡启动过程中,与爬坡启动类似,但受重力方向与加速度方向一致,体现加速度值相比爬坡偏大,加速度绝对值最大为0.49m㊃s -2,无震荡状态发生㊂第1期胡文武,等:果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验77㊀图9㊀下坡停止加速度曲线Fig.9㊀Acceleration curve of downhill stop通过图9可知,在下坡停止过程中,重力分量与加速度叠加,加速度最大达到0.88m㊃s-2,导致钢丝绳有较大长度的位移,且发生了4次震荡运动,在触碰接近开关后,实测停车位移量达到10cm,行程开关会受到破坏㊂通过分析可以看出,启停状态对钢丝缆绳的拉力有一定的影响,其中,上坡启动加速度对钢丝绳拉力影响最大,但下坡停车在触碰行程开关后的第一次朝下运动位移对钢丝绳的位移影响较大,因此,确定以降低加速度对钢丝绳影响㊁下限位行程开关极限位移为控制目标的柔性停车控制技术㊂2.3㊀运输机柔性启停控制的基本原理根据现场安装的限位传感器机械尺寸,传感器的轨道对应位移量为最大为86mm,下限位行程开关呈30ʎ安装,柔性控制位移量以该参数为极限尺寸参数㊂系统的控制策略分为4个部分,爬坡启动阶段,由于无线遥控指令的解码有效最短周期为0.1s,启动停止切换最短时间周期为0.2s,已经接近启动所需的过渡时间0.215s,不需要考虑控制的延时影响,因此,该阶段控制采用阶梯控制策略,分定速控制阶段与变速控制2个阶段,如式(4)-式(5):v=0.02m㊃s-1㊀㊀(a=0)(4)v=0.02+0.01t㊀㊀(a>0)(5)第一阶段,通过固定的液压站控制电压输入实现定速控制(试验获得对应0.02m㊃s-1移动速度下的液压站控制电压为2.24V),消除钢丝绳的残余延伸,此时,整机处于停止状态㊂在检测到加速度后,缆绳拉紧运输机开始移动,运输机移动速度与卷扬机速度一致,进入第二阶段,采用受控加速度控制策略,整机加速度受液压卷扬机控制,对应加速度为0.01m㊃s-2㊂在上行停车第一个震荡周期中,加速度方向平行轨道向下,降低了缆绳拉力值,且位移量值符合能量守恒定律,在整机质量较大的情况下,位移量明显低于86mm,满足控制需求.㊂因此,该阶段采用直接停机操作方式㊂下坡启动时,从式(3)分析可知,在加速阶段缆绳所受拉力低于匀速运动状态,无需关注停车位移,所以,该部分采用直接启动控制策略㊂下坡停止时,对应ma与Gᶄ方向一致,但与阻力方向相反,控制策略主要关注停车位移量(防止破坏限位行程开关)㊂对应运输机的位移,采用对加速度进行时域积分方式获得位移量㊂根据加速度获得t时刻的速度,如式(6):v(t)=v(0)+ʏt0a(t)d t(6)式中:v(t)为当前的速度值,m㊃s-1;v(0)为稳定后的行驶速度,其中v(0)值为0.1,m㊃s-1;ʏt0a(t)d t 为对加速度积分㊂对应速度积分,获得当前位移值,如式(7):d(t)=d(0)+ʏt0v(t)d t=ʏt0(v(0)+ʏt0a(t)d t)=0.1ʏt0d t+ʏt0a(t)d t(7)式中:d(0)初始位移值为0,m㊂对应总位移量S1㊁加速度a,如式(8)和式(9):S1=d(t)+LH Eb(8)a=(mg sinβ-f-F)/m(9)式中:F为钢丝绳拉力,f为摩擦力㊂对于公式(8)进行约束计算,其限制S2最大值为60mm,低于极限位移86mm,代入数据可以获得α=0.078m㊃s-2,由此,对轨道运输机的位移控制转换成对加速度值的控制㊂3㊀试验与分析为获得良好的控制效果,系统采用PID控制算法[20]实现对车体运行加速度的控制,从而实现柔性停车,其控制原理如图10所示㊂试验通过RS485接口与PC机通信采集加速度数据,数据传输速率为200Hz,通信波特率为78㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第55卷115200b㊃s-1㊂移动距离检测采用卷尺测量挡板到达车架距离的变化量实现停车移动距离的测量㊂图10㊀PID控制逻辑图Fig.10㊀PID control logic diagram试验评价标准:由于上坡停车㊁下坡启动对缆绳拉力㊁行程开关损坏没有影响,试验仅对上坡启动与下坡停车2个阶段进行数据测试,以最大加速度值评价爬坡启动控制性能,以震荡频率和最大位移量评价下坡停车柔性控制性能㊂通过上坡启动测试试验,获得900kg整备质量的上坡启动测试数据曲线图,如图11所示㊂图11㊀负载900kg上坡启动加速度曲线Fig.11㊀Starting acceleration curve of900kg uphill从图11可以看出,由于卷扬机的拉升力矩足够大,可以有效克服机体重量与摩擦力的双重作用㊂前阶段,卷扬机低速收缩缆绳,卷扬机以0.02 m㊃s-1的线速度转动,拉力不足以克服运输机的摩擦阻力与重力分量,运输机处于停止状态,当拉力与摩擦力及运输机重力分量平衡后,卷扬机以较低的加速度直接拉动运输机,在单个采样周期内,即完成了加速运动,实现了加速度的直接提升,加速度提升与卷扬机后期加速度一致,达到稳定的0.01m㊃s-2,未出现加速度突变,相比硬启动方式,启动加速度降低了93%,有效地降低了加速度对缆绳拉力的叠加㊂下坡停车PID控制参数调整采用临界比例法进行参数整定,调试过程中,采用外部给定信号模拟行程开关停车信号方式,防止行程开关由于挡块极限位置限制导致行程开关损坏㊂首先对K p值从0.5开始,以0.1步长递增,在Kp=1.2时加速度开始0.078m㊃s-2以为中心进入临界震荡状态,对应震荡加速度曲线如图12所示㊂图12㊀临界比例度参数整定曲线Fig.12㊀Critical scale parameter setting curve从图12可以看出,在比例度1.2时,即比例系数K p=1.2时,系统进入震荡状态,震荡周期为0.52s,第一次朝下运动到加速度为0时间为0.96 s,对应位移量实测为76mm,但最大加速度值达到0.104m㊃s-2㊂根据PID临界震荡调节法规则式(10),在获得临界震荡周期T k,对应比例系数K p基础上,代入数据,能够获取实际控制参数K p=2,T i=0.26s, Td=0.065s㊂Kp=1.76Ti=0.5T kTd=0.125T kìîíïïïï(10)式中:K p为控制器放大系数,T i为控制器积分时间常数,T d为控制器微分时间常数㊂通过整定参数对系统进行实际调试测试,加速度曲线图如图13所示㊂图13㊀柔性控制后的加速度曲线Fig.13㊀Acceleration curve after flexible control由图13可知,PID算法在下坡停车的第一个周期内有效的控制的下坡道加速度,并在0.25s左右有效的控制运输机达到设定的0.078m㊃s-2的预设加速度,并在0.7s左右到达最大位移位置,其实测最大位移为5.5cm,相比无柔性控制下缩短4.5cm,震荡第1期胡文武,等:果园电动双轨运输机启停控制的研究与试验79㊀次数1.5次后停止,总运动时间为0.94s㊂4 结论本研究以果园电动双轨运输机的主动安全防护为研究出发点,针对牵引钢缆在工作过程中存在的启停冲击㊁拉升伸缩导致启停状态升缩不受控制等问题,分析钢丝缆绳在上坡启动㊁上坡停止㊁下坡启动㊁下坡停止4种状态下的受力状态,以加速度数据为分析对象,提出爬坡启动采用阶梯控制策略㊁爬坡停车与下坡启动采用直接控制策略㊁下坡停车采用增量式PID控制的多模式柔性启停控制方法,在整备质量900kg情况下,上坡启动加速度降低93%,在下坡停车加速度为0.078m㊃s-2情况下,其实测最大位移为5.5cm,相比无柔性控制下缩短4.5cm,使得运输机下行停车位移相对下限位行程开关位移极限位移处于安全范围内㊂多模式柔性启停控制方法有效地降低了加速度对缆绳的冲击,控制下坡停车位移,防止对下限位传感器的破坏,提升了系统的主动安全防护性能㊂参考文献:[1]㊀张兴义,隋跃宇.土壤压实对农作物影响概述[J].农业机械学报,2005,36(10):161-164.[2]㊀杨洲,李雪平,李君,等.果园钢索牵引悬挂式货运系统关键部件设计[J].农业工程学报,2014,30(7):18-24.[3]㊀刘斌,尹红征,毕庆生,等.中国农业信息网络技术体系的建立及发展刍议[J].河南农业大学学报,2000,33(2):184-188.[4]㊀洪添胜,苏建,朱余清,等.山地橘园链式循环货运索道设计[J].农业机械学报,2011,42(6):108-111. 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牵引式单轨果园运输机的设计和实现_张凯鑫
牵引式单轨果园运输机的设计和实现张凯鑫1，张衍林1（1华中农业大学工学院，湖北武汉 430070）摘要：为了解决在无运输道路、坡度陡峭的山地果园中，现有的山地果园运输机的载重量不够以及不便遥控的问题，设计了牵引式单轨道果园运输机。
运输机的总体结构由控制系统、卷扬机、钢丝绳、拖车、导轨组成。
用户通过遥控或手动控制卷扬机，卷扬机带动钢丝绳，钢丝绳牵引拖车在轨道上运行。
新设计的运输机解决了钢丝绳意外脱落、防止侧倒以及下滑启动等安全问题。
经过试验，在坡度为30°的状况下，遥控距离为300m，运行速度为0.4-0.5m/s，运输机的载重量为1t，比现有设备提高了500kg。
结果表明，新设计的重型运输机提高了载重量并方便了控制。
关键词：牵引；单轨；果园运输机；重型；遥控中图分类号：按《中国图书分类法》标注1.功能和适用范围1.1我国柑橘类果树的生产现状柑橘类果树拥有多种重要的商品性水果，深受人们喜爱。
我国是柑橘的重要原产地之一，年产量仅次于巴西、美国，占世界第三位，占世界柑橘总产的比例为17%左右。
其种植范围主要分布在我国的南方，南起海南省的三亚市，北至陕、甘、豫，东起台湾省，西到西藏的雅鲁藏布江河谷。
由于受地形条件的制约，柑橘主要种植在岗地和山坡上。
在这些起伏不平，有的甚至呈陡坡梯田状的山地上，没有形成较完善的交通运输网络，因而，果实的运输非常困难。
目前，大多数果园的生产尚依赖于大量的劳动力。
但在农村劳动力向外转移的情况下，劳动力只能满足少量且有限的果园的需要。
所以，有限的劳力成了影响果园生产的一大因素，直接制约着果园的生产。
在一直受这种长期的制约下，果农期望相关机械能够取代现有的劳动力生产。
1.2亟待解决的问题和牵引式单轨果园运输机的的意义因此，研究发展果园省力化机械具有重大而深远的意义。
这不仅节省了劳力、节约了生产成本还对果树更大面积的种植提供了坚实的基础。
目前，相比之下，国外的果园运输机械更为先进。
轨道式水稻秧苗运输车的设计与仿真
轨道式水稻秧苗运输车的设计与仿真李金阳，赵越，刘鑫，赵胜雪，付晓明(黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆163319)摘要：插秧是水稻种植体系中的重要环节之一。
近年来,人工插秧与运输秧苗等作业环节易造成劳动强度大、效率低等问题,使得人们对这些环节高效率、智能化的需求愈加迫切。
为此,设计了一种结构简单、操作简便、能快速变轨且性价比高的轨道式水稻秧苗运输车。
运输车采用SMC薄型液压缸,主要作用是升降轨道；采用 奥普特SCI-Q2视觉控制器,可对轨道上的杂物进行识别；采用德马克生产的直流伺服电机,尺寸42mm,功率100W,电压24V,转速0~8000r/miq,主要驱动运输车运行。
利用SoPdWoOs软件对秧苗运输车完成三维结构建模,并用SuuPtmx对主要部位进行空载与满载情况下的强度校核,验证其结构的可行性。
所设计的轨道式水稻秧苗运输车可自主避障、智能变轨,使运输车往返于不同的轨道上,将秧苗送达插秧机附近,在提高插秧效率的同时降低了农民的劳动强度及水稻种植成本,从而达到水稻的全程机械化种植要求。
关键词：水稻秧苗；运输车；液压控制；轨道中图分类号：S229+2文献标识码：A 0引言水稻种植业是一种劳动密集型农业,需投入大量劳动来精耕细作,各种机械化工具已经应用于水稻种植中,但水稻秧苗的存放地与插秧机之间的运输过程大多依靠人工进行搬运,未实现机械化作业⑴2。
为解决水稻补苗时人工劳动强度大、作业成本较高及效率低等问题,保证插秧时工作效率，需设计一种设备来降低水稻种植及补苗时的人工劳动强度,且不会对水稻田进行破坏,进而提高插秧或补苗时的工作效率。
我国轨道运输技术起步晚但进步快,在应用轨道车解决运输难的问题方面已取得明显成效。
我国台湾某机械社⑶研究出一种齿合式单轨运输车,可承受400kv的质量,具有操作便捷、启动容易、占地面积小等特点,具备可根据实际需要改变运行轨迹且爬坡能力强的无人驾驶功能,同时减少对生态环境的破坏。
孟亮-华中农业大学人事处
编号：第1次申报本岗位上次申报年份专业技术职务岗位申请表岗位类型：农业实验工程技术申请岗位：高级工程师7级岗申请人：孟亮推荐单位：工学院填表时间：2014年10月13日华中农业大学人事处制填表说明1．本表由非教师系列人员填写。
岗位类型由申报人根据申报系列选择，申报系列必须与申报人所在岗位一致，不得跨系列申报。
2．所有申报内容包括培训进修、学术兼职、所获奖励等均要与所在岗位工作相关。
3．获得奖励情况一栏填写内容包括奖励名称、等级和排名等情况。
4．各系列履岗业绩一栏按以下要求填写：1）教育管理研究系列主要填写任现职以来创新性工作与业绩，代表学校制订重要文件、报告、规章制度及应用情况。
2）农业实验工程技术系列主要填写任现职以来服务教学、科研、人才培养等取得的突出成绩。
其中农业技术侧重填写农业生产、开发应用、监督管理和技术推广工作取得的成效；实验工程技术侧重填写掌握本专业有关技术标准、规范及规程，仪器设备完好运行状况、教师学生利用其技术或实验工艺产生的科研成果、讲授实验课程和其他技术成果。
3）图书档案系列主要填写任现职以来在图书文献档案管理、研究和参考咨询方面提供的业务指导与服务等成绩和现实工作表现。
4）出版编辑系列主要填写任现职以来从事采访、编辑、组稿等业务，以及解决采编业务疑难问题和开发重大选题方面的实际工作业绩。
5）会计审计系列主要填写任现职以来起草和执行财务、审计、经济方针政策、规章制度以及分析检查财务收支预算等方面的情况。
6）卫生技术系列主要填写任现职以来为学校教学科研提供的卫生保障、服务工作以及医疗水平和实际效果等。
7）中小学系列主要填写任现职以来承担教学工作量、担任学生思想政治工作、班主任工作情况以及教学效果等工作成绩。
5．业绩内容填写不得使用个人评价性语言，尽量使用数据等客观性描述方式。
6．本表请用A4纸正反面打印，骑缝装订。
三、任现职以来研究与技术工作情况（所有项目、成果和论文均需是任现职以来且必须与工作岗位相关的，校级项目或成果限填主持，限填收录论文，申报正高限填第一。
7YGS_45型果园运输机自动控制测试平台构建_李善军
镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的 CCD 线性相机接收，根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就 能计算出传感器和被测物体之间的距离。
按照被测物体要求，激光传感器可以分为单点、两维和三维测量。图 7 示意出平面 和两维测量工况。对比可以看出，平面扫描（点扫）仅仅就是一个点投射在被测物体表 面，测量数据只有深度（距离）参数；两维（线扫）就可以向被测物体投射一条线，可 以覆盖被测物体的一个面，测量数据同时就有了深度和宽度的两个参数。本测试要测量 的参数涉及到工件表面形状的改变（深度和宽度两个方向形状的改变），故采用了线扫 方式的传感器。
3 测试系统 3.1 磨损检测 磨损检测的方法比较多，测试平台分别采用了如下几种： 3.1.1 电涡流位移传感器测量磨损量 电涡流位移传感器测量磨损量工作过程是，当被测金属与探头之间距离发生变化时， 探头中线圈的电感量发生变化，电感量的变化引起了振荡器的振荡电压幅度变化，这个 随距离变化的振荡电压经检波，滤波和线性较正后变成了与位移成正比的电压量。 电涡流传感器系统由传感器探头与前置器、电缆和接头三部分组成，电涡流效应与 被测金属间的距离有关，通过电路可将被测金属相对于传感器探头之间距离的变化转化 为电压或电流变化。 图 5 和图 6 为电涡流传感器在不同位置测量不同磨损工况，并考虑空间狭小，将标 准圆柱形电涡流传感器探头特改制为长方体，以适应 U 型槽两壁的磨损测量。
图 7 点扫与线扫对比示意图
与电涡流位移传感器相比具有测量速度高，可适用高速运动物体测量。由于是扫描 被测物体的外形轮廓，故不易受震动旋转跳动等因素的影响，测量重复性好，价格上要 比使用电涡流测量方式增加更多，体积要比电涡流传感器大。
3.2 运行速度检测 由于车轮是在比较光滑的导轨上滑行，可能会产生车轮与导轨摩擦力不够，发生 打滑情况，故用车速难以准确检测。故我们另辟途径，整车速度可以由卷筒直径及其串 接在该同轴上的扭矩传感器里的编码器的数据推算出来。车体的运行速度并非通过直接 测量得到，而是通过测量小车主轴在每个采样时间内的旋转角度，并通过运动学关系计 算间接得到。由于传感器内集成的编码器精度很高，由编码器可以得到小车主轴在每个 采样时间间隔内非常精确的旋转角度，若采样时间间隔为 Δt ，在该时间间隔内旋转角度 为 Δθ ，则可以计算此采样时间的小车主轴的旋转角速度ω = Δθ Δt ；由于小车主轴与驱 动钢丝的套筒刚性连接，因此小车主轴与钢丝卷筒具有相同的旋转角速度ω 。当钢丝套
丘陵果园轨道运输机研究现状分析
百家论点丘陵果园轨道运输机研究现状分析*冯天涛宋月鹏樊桂菊（山东农业大学机械与电子工程学院，山东泰安271018）摘要：我国地大物博，果树资源丰富。
但受地形的客观限制，果树丘陵地形分布意味着其水果运输难度较大。
丘陵果园轨道运输机的问世及应用实现了丘陵果实和农资的有效运输。
本文主要就丘陵果园轨道运输机制的研究现状进行分析，做好其未来发展趋势的展望与规划。
关键词：丘陵地区；果园；运输机；研究分析1丘陵果园轨道运输机研究的必要性丘陵地形大面积分布，果园分布在山地上，地势较为复杂，无论是果实运输还是物资运输等都需要大量的劳动力，特别是丘陵地区的果树果实采摘运输，肥料农药运输难度大成本高。
要想实现丘陵地区水果产业的稳步发展，就必须解决其运输难题。
而丘陵果园轨道运输机就具有很强的应用价值。
其作为山地丘陵地区果园搬运作业的机器，在市场投入后备受肯定，协助果农搬运农资，运输果实，从根本上解决了丘陵果园种植的难题。
因此在山区及丘陵地带的果园应用十分广泛，应用价值凸显。
丘陵果园轨道运输机减少了劳动力成本开支，也降低了果农的劳动强度，为丘陵果园的大面积种植和采摘奠定技术基础，因此其市场前景广阔，市场推广价值高，是我国丘陵果园轨道运输机械化研究的重大革新。
2丘陵果园轨道运输机的国内外研究情况2.1丘陵果园轨道运输机的国外研究情况国外较之国内，丘陵果园轨道运输机的研制起步较早，机械化水平高。
主要是日韩，其丘陵果园分布范围广，轨道运输机械发展走在前面。
其中韩国研发的QGC—B2型多功能单轨车以汽油机为动力源，采用V型带传动和齿轮传动箱进行传动，整体运行平稳，具有很强的承载能力，应用效果理想。
而日本研发的山坡地单轨道运输车其用皮带链轮作为传动驱动，可以装在150千克以上的货物，解决了陡坡行驶的难题。
除了这些还有其研发的山坡地果园用双轨道运输机，基于轨道两端的设置驱动滚筒作业，丘陵地形运输更稳定。
丘陵果园轨道运输机的国外研究也将在新时期更为深入。
7YGD-45型单轨果园运输机的设计的开题报告
7YGD-45型单轨果园运输机的设计的开题报告一、项目背景果园是农业中的重要组成部分，但是由于果园通常地势较为复杂，交通不方便，使得果园中的物资运输成为了一个难题。
目前，果园运输主要采用人力推车、手推车、拖拉机等方式，存在诸多问题，如效率低、费时费力、对植株和果实容易造成破坏等。
因此，一款高效、安全、节约成本的果园运输工具值得研究和开发。
本项目旨在设计一款7YGD-45型单轨果园运输机，利用先进的技术和高强度的材料，实现果园运输的快捷、安全、高效和环保。
二、项目内容1. 研究果园运输相关技术通过对果园的运输方式、运输路线、运输设备等进行研究，了解果园运输的需求和现状，为设计7YGD-45型单轨果园运输机提供依据。
2. 设计7YGD-45型单轨果园运输机的机体结构设计能够在复杂果园地形中行驶的机体结构，采用轻量化、高强度的材料，提高运输机的载重能力和使用寿命。
3. 设计7YGD-45型单轨果园运输机的轮轨系统设计使用单轨轮轨系统的果园运输机，实现高效、安全的运输。
4. 设计7YGD-45型单轨果园运输机的动力系统设计符合果园运输需求的动力系统，如电动、太阳能等，满足果园内运输的需求。
5. 进行实验验证设计完成后，进行试验验证，了解运输机的性能、稳定性和可靠性，确定运输效率、安全性等指标。
三、项目意义1. 提高果园物资运输效率，提高果园经济效益。
2. 提高果园物资运输的安全性，减少因运输方式不当造成的损失。
3. 利用环保型动力系统，减少对环境的污染，实现果园的可持续发展。
4. 推广应用到其他领域中，如工厂、港口等，提高物资运输效率和安全性。
总之，该项目的研究和开发对于果园的可持续发展和社会的进步都具有积极的意义。
果园钢索牵引悬挂式货运系统关键部件设计
果园钢索牵引悬挂式货运系统关键部件设计杨洲;李雪平;李君;丁亮辉【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2014(000)007【摘要】The majority of domestic orchards have poor site conditions. It is difficult for the traditional wheeled or crawler transport machinery to carry out operations in hilly orchards. The cargo transportation is mainly done by manpower, which is labor-intensive, has low efficiency, easy damage of the fruit and high cost. In order to solve these problems in hilly orchards, a cable-driven hanging transportation system for orchards was designed. Based on the technical requirements of two-way traction, turning during climbing and derailment prevention, the structure of the key parts of the system was designed. This mainly included the cable hoist, a pulley-hook group, a cable frame, a double rail, supporting and turning mechanism, a tension mechanism and a limit switch. The stability and security of this system has been tested through measuring the braking distance after the head pulley group collided with the limit switch installed on the supporting pipe. The results indicate that the braking distance is unrelated to the load weight. The mathematical model of the rope tension under the complicated condition is proposed, along with considering the climbing angle, number of supporting and turning mechanisms, turning angle, load weight, initial tension and friction coefficients. The experiments wereconducted on the system built at South China Agricultural University. The mathematical model for the cable tension of the experimental system isF=11.4m+587. By detecting the force on the guiding mechanism and the turning angle with sensors, the tension force will be obtained. The linear regression equation calculated from the experimental data isF=11.95m+554. The coefficients of the regression equation obtained from the single-factor experiment are close to those of the mathematical model, which illustrates that the proposed model can reflect the variations of the rope tension. The results of this paper can provide a reference for the power selection and the structure parameter matching of the system. The 7YGQX-5.5 type cable-driven hanging transportation system for orchards has been applied in the Dongguan Agricultural Science Research Center, which has proven to be easily manufactured and constructed, economical and highly efficient. The system can realize both remote control and convey bananas or other fruits without damage.%为解决山地果园果品和农资运送强度大、效率低以及果品易损伤的实际生产问题，设计了一种果园钢索牵引悬挂式货运系统。
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7YGS-45型自走式双轨道果园运输机设计与实验*邢军军1，李善军2，张衍林3（华中农业大学工学院，武汉 430070）摘要：为解决山地果园果实、肥料和农药等运输过程中劳动强度大、效率低，而国内尚无可选机型的生产实际问题，设计研制了7YGS-45型双轨道果园运输机，重点解决了钢丝绳与驱动轮对配合实现摩擦驱动、抱轨与碟刹配合实现制动、防止运输机侧滑和上跳、防止钢丝绳在弯道中上抬与拉直、拖车自适应坡度调节等关键技术问题。
搭建了自动控制测试平台对运输机运行参数和结构参数进行优化。
分析驱动机构的轮对结构参数在载重、预紧力、运行速度和坡度角度不同情况下，驱动机构主轴扭矩与转速、驱动轮槽磨损率、钢丝绳打滑率等指标的变化情况。
为运输机运行性能的优化提供试验条件和理论分析依据，具有应用价值。
试验表明，运输机最大爬坡角度47°、最小水平转弯半径8m，平均运行速度1.0m/s。
该机可适用于山地果园中运输果实、肥料等，也可搭载喷雾机或修剪机械等进行作业。
关键词：山地果园；果园运输机；双轨道；测试平台；自动控制中图分类号：0引 言我国的柑橘、苹果和梨等果树主要种植在难以形成较完善的交通运输网络的岗地和山坡上，施肥、喷药、采摘等生产过程中的运输劳动强度大，劳动力成本高，平地尚可使用常规轮式运输机，而山地则只能依靠人力，劳动力成本增加和劳动力不足制约了水果产业的高效低成本发展步伐，提高山地果园运输机械化水平迫在眉睫，山地果园运输机械的发展势在必行。
国外山地果园运输技术开发起步较早，日本处于领先地位，我国上世纪70年代从日本引进了相关机械，对我国山地果园运输机械化的发展起到了良好的促进作用，但其不适应国情且造价很高，未能在生产中发挥应有的作用，目前市场上没有可采用的果园运输机械。
近年来，在现代农业（柑橘）产业技术体系的支持下，国内陆续开发出多种运输机械，主要有华南农业大学开发的链式盘山循环货运索道系统、华中农业大学开发的7YGD-35型单轨道果园运输机和7YGS-45型自走式双轨道果园运输机等。
本文为山地或梯田大坡度果园设计的7YGS-45型自走式双轨道果园运输机[1]，其既适应在坡度陡峭地形中的运输需要，又适应在较密集果树中的运输需要，可用于山地果园中果实、肥料等的运输及进行搭载喷雾和修剪作业等。
1总体结构和工作原理1.1总体结构7YGS-45型自走式双轨道果园运输机主要由运输车（运输机主机）、自适应坡度拖车、双轨轨道和驱动钢丝绳等四部分组成。
运输车由机架、柴油机、减速传动机构、离合机构、驱动机构、手动液压碟片式制动机构（简称碟刹）、抱轨道式刹车制动机构（简称抱轨刹）、行走机构和钢丝绳下压导向组件等组成；拖车通过万向节与运输车连接；双轨轨道由2根外径为48mm的镀锌钢管依地形条件水平铺设，轨道上安装垂直弯钢丝绳自动回位钩桩和水平弯钢丝绳限位桩等装置；钢丝绳上端固定在轨道的上端，钢丝绳下端通过定滑轮吊装配重块以提供钢丝绳张紧力[2~5]。
整机结构图如图1所示。
图1 7YGS-45型自走式双轨道果园运输机的总体结构图Fig.1 Structure of 7YGS-45 type self-propelled dual-track orchard transport1.柴油机2. 减速传动机构3.机架4.万向节5.拖车6.钢丝绳与配重块7.水平弯钢丝绳限位桩8.轨道9.行走机构 10.抱轨刹 11.从动轮 12.驱动轮、碟刹 13.钢丝绳下压导向组件 14. 垂直弯钢丝绳自动回位钩桩1.2工作原理运输机运行时，柴油机动力通过胶带、减速传动机构、链轮等传递给钢丝绳呈“8”字形交错缠绕的驱动轮对，钢丝绳两端分别固定在轨道两端，由安装在运输机机架前后两端的导向轮和下压轮完成钢丝绳在驱动轮对的绳槽内顺利导入和导出，通过钢丝绳与驱动轮对间的摩擦实现运输车的驱动，并带动拖车实现运输[6]。
调节减速传动机构中的滑动齿轮位置，实现前进、后退和空档切换。
操纵碟刹和抱轨刹，实现减速和临时停车。
操纵防下滑安全装置，实现在斜坡位置长时间停车。
调整防侧滑承重轮承重轮和防上跳轮与轨道间的间隙，实现运输机的转弯。
2 技术创新自走式双轨道大坡度果园运输机采用钢丝绳驱动技术：柴油机提供动力，通过变速箱将动力传给主动驱动轮，主动驱动轮与被动驱动轮上分别有5个钢丝绳缠绕槽，双驱动轮平行并错开一槽距安装，钢丝绳绕8字形缠绕两轮，钢丝绳与双驱动轮间产生足够大的摩擦力，实现钢丝绳驱动。
变速箱前进、倒退和空档集成技术：变速箱装有滑动换向齿轮，分别与换向大齿轮、换向小齿轮啮合实现前进、倒退，处于中间位置为空档，实现双轨果园运输机作业。
双保险刹车制动技术：采用一套碟片式制动装置，通过手动液压完成对主动驱动轮的制动，同时采用另一套抱轨道式刹车制动系统，大大提高了双轨果园运输机的制动安全性。
坡度停车防下滑安全技术：采用挡杆与锁杆组成的防下滑安全装置，克服了坡度停车当人长时间离开而运输机出现下滑现象，提高了运输机坡度停车的安全性和可靠性。
防侧滑、防上跳与行走拐弯集成技术：采用防侧滑承重轮和防上跳轮组成的行走装置，防侧滑承重轮成喇叭形，小头对装，且防侧滑承重轮与防上跳轮与轨道配合并预留间隙，保证了双轨运输机的防左右侧滑和上下跳动且可以拐最小半径为8m的90°弯。
防钢丝绳上抬和拉直技术，在双轨道的垂直下弯处装有钢丝绳自动回位钩装，在双轨水平弯处装有钢丝绳限位桩，有效地保证了钢丝绳紧贴双轨道的中心位置，克服钢丝绳的松动保证双轨运输机的顺利作业。
拖车货箱自适应坡度调节技术：拖车车架中装有弧形的滑轨，货箱底部装有滑轮，两者配合滑动，同时装有缓冲弹簧，保证的拖车货箱随着坡度的变化实现角度自适应平稳调节。
3 自动控制测试平台构建测试平台的目标就是能够脱离安装地点的确定工作环境，改变关键机构的结构参数或运行参数，测试运输机的整体性能，对运输机的优化设计提供试验依据[7]。
针对7YGS-45型自走式双轨道果园运输机，驱动机构是其核心部分，驱动轮对与钢丝间的弹性滑动和驱动轮对的磨损是最主要问题，因此主要针对运输机用于驱动的钢丝绳和轮对的摩擦和磨损问题，以钢丝绳和轮对为对象，主要开展轮对外形、轮对直径、轮对绳槽个数、轮对绳槽形状与尺寸、轮对材料与加工处理方式等轮对参数和载荷、预紧力、运行速度、运行时间（磨程）、坡度角度等运行参数对轮对的摩擦磨损和两者间打滑等问题的影响分析，揭示驱动规律，提高两者有效使用时间。
测试平台如图2能够实现载重、预紧力、运行速度和坡度角度等运行参数的调节。
图2 自动控制测试平台Fig.2. Automatic control test platform自动控制测试平台采用电涡流位移传感器测量磨损量，采用转矩转速传感器测量扭矩。
通过测量小车主轴在每个采样时间内的旋转角度，并通过运动学关系计算间接得到运行速度。
在小车导向轮、主动轴、被动轴上各安装一个编码器，通过记录在同一时间段内三者的转角θ1、θ2、θ3。
而后计算各轮缠绕钢丝绳的半径R1、R2、R3（此半径是原零件钢丝绳缠绕的设计半径与滚筒实时的磨损量的差值）。
由θi* R i得到钢丝绳的缠绕输送长度L i，其中L1为导向轮输送的钢丝绳长度；L2为主动轮输送的钢丝绳长度；L3为被动轮输送的钢丝绳长度。
而后在一个较短时间段内（如1秒钟内），以导向轮输送的钢丝绳长度L1为参照值，主动轮与被动轮输送的钢丝绳长度与之作比较，则可得到在1秒钟内主动轮和被动轮的打滑量。
主动轮为（L1-L2）/L1；被动轮为（L1-L3）/L1。
4 性能实验分析为测试运输机的实际运行性能，分别在华中农业大学柑橘示范园和湖北省宜昌市秭归县郭家坝镇烟灯堡村进行了示范工程建设，并进行了测试试验，现场如图3和图4所示。
前者轨道总长度42m，最大坡度38°；后者轨道总长度210m，最大坡度47°，最小水平转弯半径8m，最小垂直转弯半径10m。
试验表明，该机空载上坡平均运行速度1.1m/s，载重200kg上坡平均运行速度0.9m/s。
图3华中农业大学柑橘示范园运输试验Fig.3 Transport test in Huazhong Agricultural University citrus demonstration garden图4秭归县搭载喷雾机作业试验Fig.4 Test of transport equipped with spraying operation in Zi Gui County5 结论7YGS-45型双轨道果园运输机驱动轮对与钢丝绳配合实现摩擦驱动的机构运行可靠，两者间的弹性滑动和磨损率能够满足实际需要；采用碟刹和抱轨刹等方式制动，能保证运输机安全运行。
测试平台能够检测驱动机构主轴扭矩和驱动轮槽磨损量等物理量，也能通过转速计算出钢丝绳打滑率的变化情况，能够提供果园运输机运行过程中的主要问题分析数据。
7YGS-45型自走式双轨道果园运输机可实现爬坡、水平方向转弯、垂直方向转弯、前进、倒退和任意点制动等功能。
试验表明，最大爬坡角度达到47°，平均运行速度为1.0m/s，最小水平转弯半径8 m，可用于山地果园中果实、肥料等的运输及进行搭载喷雾和修剪作业等。
[参 考 文 献][1]李善军，邢军军，张衍林，等. 7YGS-45型自走式双轨道果园运输机设计[J]．农业机械学报，2011，（8）.[2]Ericson M. Two-wheel tractors: road safety issues in Laos and Cambodia[J],Safety Science, 2010,(48):537~543.[3]成大先．机械设计手册［M］．4版．北京：化学工业出版社，2002.[4]陈震邦,周莹．农用电动运输车设计[J]．农业机械学报，2005，36（7）：153~154．[5]于学谦．矿山运输机械［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1998.[6]华中农业大学．适用于山地果园的自走式双轨道大坡度运输机：中国, 200920291609.3[P]．2010-06-02．[7]Shanjun Li, Junjun Xing. Construction of 7YGS-45 Type Orchard Transport Automatic Control Test Platform: AdvancedMaterials Research [J], 2011,(201-203):1396~1401.Design and Experiment of 7YGS-45 Type Self-propelled Dual-trackXing Junjun1,Li Shanjun2, Zhang yanlin3(College of Engineering, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China )Abstract: In order to solve the problem of high labor intensity and low efficiency during the working practice of transporting fruits、fertilizers and pesticide in mountain orchard, the authors have developed the 7YGS-45 type self-propelled dual-track orchard transport, and mainly solved the following key technical problems: the steel wire rope and a couple of driving wheels cooperated friction drive, the track holding and disc braking cooperated braking, anti-side slipping and anti-jumping , anti rope rising and anti rope straightening during the rail curves, trailer’s slope adaptive adjustment, etc. The automatic control test platform is constructed to make the optimization of operating parameters and structure parameters. The platform analyzes the changing index of wheel pair’s structural parameters of the drivingmechanism, when under the different situations of loading capacity, pre-load, running-speed, and slope angle; spindle torque and rotating-speed of the driving mechanism; wear rate of driving wheel’s groove; and slipping rate of steel wire rope. The platform provide test conditions and theoretical analysis basis for optimization of the transport’s performance, which absolutely has application values.The experimental results indicate that, the transport machine can run smoothly on the paved tracks, with the maximum climbing slope of 47°, minimum horizontal turning radius of 8m, the average speed is 1.0m/s. The transport machine can not only be used in the mountain orchard to transport the fruits and fertilizers, but also can be equipped with spraying operations, cutting operations, or other operations.key words: Mountain Orchard, Orchard Transport, Dual-track, Test Platform, Automatic Control*现代农业（柑橘）产业技术体系科学家岗位和公益性行业（农业）科研专项经费项目（200903023）作者简介：1.邢军军，硕士生，主要从事柑橘生产机械化研究，xingjunjun12345@2.李善军，讲师，博士生，主要从事柑橘生产机械化和生物质能装备研究，E－mail：shanjunlee@3.通讯作者：张衍林，教授，博士生导师，主要从事柑橘生产机械化和生物质能工艺与装备研究，E－mail：zhangyl@。