题目：适用于丘陵果园轻型轮式底盘设计
摘要：根据我国果园的分布特点和生产状况，指出当前我国果园种植业发展的困难。分析适用于丘陵地区的果园作业机械底盘在果园机械作业过程中起到的重要作用，介绍果园机械底盘和果园索轨运输机的历史发展进程，对比中外果园作业机械底盘和果园轨道运输机的发展，归纳当前果园作业机械底盘的研究发展现状和底盘发展的研究热点，分析我国的果园种植业对多功能的果园机械底盘的迫切需求，指出果园机械化作业的未来发展趋势以及重大意义。
关键词：丘陵，果园，作业机械，底盘，索轨
1、课题研究目的和意义
目前随着我国农业现代化的发展，果园种植业发展迅猛。当前由于我国农村青壮年劳动力的缺失，大量的土地无人种植。于是有很多农业合作社和种植大户对土地进行了承包种植，各种蔬果的种植也趋向于集成化和规模化。但是，我国果园大多分布在山地丘陵地区，使得大多作业都依靠人工，这极大的限制了我国果园种植业的发展。
我国是世界第一大水果消费国与生产国[1]，果树资源丰富。我国果品产业是具有国际竞争力的优势农业产业，拥有广阔的市场前景和可观经济效益，然而我国果园很多分布在地势崎岖的丘陵山地，地理条件差，没有完善的交通网络，也没有专业的运输设备。对于许多无路山地果园，传统的机械很难进入果园开展作业。以山地丘陵地形为主的果园，道路崎岖，小型、微型农用机械抵达困难，适用于平原区域的大型农业机械又会在丘陵果园对植株造成伤害而无法发挥作用。目前大部分果农任采取人工的方式进行栽种，施肥，运输等，但是人工运输方式运送效率低，特别是在果实收获时节严重限制了采送的效率，从而延误上市时间而造成经济损失，同时这种作业方式不仅劳动强度大，效率低，而且人工成本花费较大。至今，我国果园作业机械总体发展水平不是很高，果农主要以机动三轮车为底盘载体，采用半人工半机械的方式进行果园作业。考虑到在丘陵地区造桥开路成本巨大而且会导致山体滑坡泥石流等自然风险，所以山地果园不宜大面积的开路。
推动山地果园机械化对提高果园生产效率、降低劳动强度、增加果农收入、实现山地果园可持续发展具有重要意义。研究适用于丘陵果园的轻型轮式底盘有利于增强丘陵果园的通过性，在垂直坡度大的地区修建简易轨道，通过底盘上索轨接口，实现果园机械的轨道运输，能够快速的实现果园作业。在地势相对平坦的地区实现自走式工作，降低机械对于人工的依赖，减少劳动强度。
2、国内外研究现状
国外的果园作业机械发展早，在19世纪中叶法国开始使用喷雾器进行病虫害防治，标志着果园机械的诞生。自上世纪以来，果园机械进入快速发展期，美国、德国、日本等国家率先实现了果园的机械化作业，并且掌握有先进的技术和管理方式[2]。从果园特点看，由于地形不同，果园的建造情况也有较大差异。如巴西、美国等国家，果园分布种植在缓坡或平坦地区，其果园建设标准高，生产规模化，果园机械以常规作业机械为主。类似于我国，另一种果园种植区域主要分布在坡地上，以日本、韩国为代表，果园建造标准化和机械化水平都比较低。为了适应不同坡度的情形，国内外研究了以轮式农用运输机、履带式运输机、架空索道、牵引式无轨运输机、单轨运输机和双轨运输机为主要代表的运输机械。国外的轮式果园运输机械主要分为日韩型、意德型、英法型和美加型 4 种类型，额定功率为 15到20千瓦，最低速度为 0.6到 6.9 千米每小时，而最高速度为 15 千米每小时以上，主变速器一般有4到8个档位。日本国土面积的71%为丘陵和山区地形，可以说日本与我国的果园种植业面临着同样的困境，日本在上世纪90年代初着手研究山地果园的机械化，四国农业试验场研制的采用枢轴式摆动悬挂机构作为行走部分的自走式采摘车，使用电视摄像机和无线电控制组合。该采摘车的重心低，轮距宽，从而爬坡能力强；采用就地车轮正反转机构，故回转能力好；采用枢轴悬挂机构，因而使机体摆动小、行走稳定，适合在坡度 15～30°的地区使用。日本筑水等农机公司也研制了如图1 中的BP40型号的很多小型果园运输和管理机具[3]。
图1
我国果园作业机械的研究起步较晚，到上世纪60年代才开始发展动力喷雾剂，依靠人体背负喷雾机进行田间劳作，机械底盘研究还未在我国得到发展重视。1970年之后，我国开始研究果园作业机械，当时果园作业机械的主要特点是机体小型化和功能单一化。到2010年，我国主要采用拖拉机为果园作业机械提供动力，以普通轮式底盘为支撑来驱动不同配套的农具，但是该种作业方式用于园间劳作存在许多的缺陷。第一，普通轮式底盘的平台低，导致搭建的作业机械外廓尺寸偏大，而我国的部分果园种植规模较小，果农因为追求产量而培育多枝大冠树形或在行间套种其他作物，轮式机械底盘在果园间行走作业容易碰擦果树；第二，轮式底盘的地隙较低，无法直接进入果园苗圃或种植低矮类果树的果园基地进行作业；第三，我国的果树种类繁多，分布地域广阔，但是大部分果园分布于山地丘陵地区，地形复杂，作业环境恶劣，普通轮式底盘爬坡性能差。后来为解决以上难题，我国展开了对果园机械高地隙式底盘和果园机械履带式底盘的研究和开发[4]。在1988年我国就已经对小四轮拖拉机安装高地隙加高装置的可行性进行了可靠性分析，到90年代我国推出了泰山—20G拖拉机等可变地隙拖拉机和高地隙拖拉机。此时高地隙式果园作业底盘一度成为果园作业底盘的主流。2012年我国对高地隙自走式喷雾机轮距可调式转向系统进行了设计与研究。随后我国对高地隙果园动力底盘及其行走进行了详细的设计与研究，指出高地隙式果园动力底盘是保证果园机械平衡行驶的核心。我国履带式底盘应用相比于高地隙底盘较晚。到2007年，新疆机械研究院才成功研制了我国第一台LG-1多功能果园作业机[5]，如图2所示，该机其体形小、重心低、行走笔直, 可原地360度转向, 在果树行间通过性能好, 爬坡能力强, 操纵方便, 有6个前进挡, 2个倒挡, 行走速度可达 10千米每小时，该机以履带式行走底盘为主体，并且作业功能不再单一化LG- 1 型多功能果园作业机具备以下多种功能: 一是带有空压机给气动剪枝工具和升降作业台架提供动力, 作业台架具有物资运输和升降功能, 给果枝修剪、果品采摘等作业提供平台以及动力; 二是其发电机具备小型移动电站功能, 可给农业生产、电动果园机械提供电力, 还可用做家庭照明; 三是可配备动力喷雾器和药液箱, 实现林地间自行植保作业;四是具有自卸载功能, 并配有大运输箱, 可完成果园、农田及公路果品和物资运输作业。可以说LG- 1 型多功能果园作业机的研制成功标志着我国步入多功能果园机械化时代。
图2
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