成果名称:

山地易损水果吊挂式轨道运送装备

完成单位:

华南农业大学

主要人员:

杨洲、李君、洪添胜、李震、吴伟斌、段洁利、闫国琦、王慰祖、汪刘一、孙志全、孙振刚、李雪平、李伟、严梁立、薛坤鹏

介绍:

1.课题来源与背景
      1.1课题来源：（1）2011年国家科技支撑计划项目课题丘陵山地果园采运装备研制与示范（项目编号：2011BAD20B10-2），2011-2013。（2）2010年广东省人大议案项目轻简化香蕉采收系统装备（项目批文：粤财农[2010]605号），2010-2011。
      1.2背景：我国山地经济和特色作物产量占总量50%以上，对山地果园机械化运输需求迫切，吊挂式运送装备适用于易损类果品运送。国外较早在香蕉产业应用悬挂式运送装备，以架空索道运送为主，动力牵引式常见为发动机液压驱动型乘坐操控，适合平地蕉园，危险性较高。国内香蕉产业以改装拖车、摩托车悬挂果品进行运送为主，也有少量地区采用架空索道运送，动力牵引式有采用电动链索，但索道并接困难，运输生产率偏低。本技术研发了适宜山地果园的吊挂式运送装备，有利于达到减工减负、增加效益、促进水果生产可持续发展的目的，对促进丘陵山区农业健康、快速发展具有示范和推广意义。
   2.技术原理及性能指标
      2.1技术原理：（1）对运送装备空间几何模型进行简化，将滑车位置及速度、吊重摆角及角速度作为广义坐标状态量，采用拉格朗日方程建立系统动力学数学模型，描述了滑车速度、吊重摆角等状态量的动态特性，并综合考虑了坡度和各种阻力对运送装备状态的影响，理论和试验分析系统动力学特性，从解析法层面为后续运行控制提供参考依据。（2）为减少传统解析法在运动分析方面的计算误差，采用多体动力学分析软件对运送装备进行虚拟样机建模，并通过模拟分析获取了系统运行的动力学特性，试验结果说明提出的动力学解析模型和虚拟样机模型能真实反映系统动力学特征，可以为实际系统的可靠性设计和改进提供理论参考。（3）为防止运送装备的滑车挂钩组在运行过程中脱离轨道，采用平行双限位轨道设计，在托管的侧面焊接限位支架用于固定滑车行走轨道上方的限位上轨道。当悬挂货物发生摆动时，限位上轨道提供抗侧翻力，与行走轨道一起构成平行双限位轨道，可有效防止滑车挂钩组脱离轨道。（4）创新采用上、下弯轨导向托索机构，解决了牵引索转弯的支撑、弧垂和导向问题，使牵引索能沿着轨道的轨迹近似平行行进，并且与滑车挂钩组运行路径无干涉。采用具有弧面的U型卷筒设计，有效解决了缠绕于圆柱形卷筒的牵引索易产生打结以及和一侧挡板摩擦的问题。（5）在保证系统强度、刚度要求和运行可靠性的基础上，应用有限元方法和拓扑优化技术，从滑车材料、安装方式、轨道尺寸和支承桁架的结构形式等方面进行了优化设计，降低了运送装备的生产成本。
      2.2性能指标：（1）电动滑车悬挂式运送装备。运行速度：0.22m/s；系统遥控性能：前进、后退、停止遥控性能正常；系统运载能力：400.8kg；制动距离：0m。（2）钢索牵引悬挂式运送装备。爬坡能力（坡道角度）：35.5°；运行速度：0.37m/s；系统运载能力：401.2kg；系统遥控性能：502m处上行、下行、停止遥控性能正常；制动距离：0.329m。限位行程开关有效性：行程开关动作有效
   3.技术的创造性、先进性
（1）创造性：1）建立了山地吊挂式运送装备的多运动质量系统力学空间模型，进行了动力学模型的线性化处理，并提出了系统优化控制方法，为运送装备的稳定运行控制提供了理论依据。2）钢索牵引悬挂式运送装备采用索-轨融合方法，创新直曲轨导向托索和U型驱动卷筒结构，实现了山地果园物品的大坡度双向动力牵引运送问题。3）电动滑车悬挂式运送装备创新采用自走式电动滑车设计，通过远程遥控作业和变轨组网，实现了易损果品的无损化运送。
（2）先进性：1）国内外果园吊挂式轨道运送装备常见于香蕉园，动力牵引多为吊挂乘坐式，动力消耗大，作业危险性高。本项目采用电动力进行遥控牵引，运送装备能耗小，既能实现远距离操控以减少用工数，又能避免操纵工人高空吊挂作业危险。2）国内外的果园吊挂式轨道运送装备局限于平地果园使用，本项目提出的索-轨融合设计方法，实现了山地往复式双向动力牵引和直曲轨托索导向，解决了大坡度山地的物品吊挂式运送问题。3）本项目采用拓扑优化方法进行系统结构与材料的轻量化研究，减少用材50%以上。本项目提出了多运动质量系统的模型重构与优化控制方法，使运送装备的运行性能改善明显，保证了系统的响应快速性与工作稳定性。
   4.技术的成熟度，适用范围和安全性：本成果处于中期阶段，适用于易损类水果的运输，技术熟化可行性高。
   5.应用情况及存在的问题：在广州、东莞示范系统2套，用户评价良好，社会经济效益明显。推广应用山地果园悬挂式运送装备需要有一定种植规模。目前果园生产种植多数为分散承包经营，很难适应产业化生产的需要。采用吊挂式运送装备运输果品时，需结合果品采后处理生产线的工艺要求做好规划工作和基础设施建设，对经济发展水平较低的地区来说有一定的困难。
   6.历年获奖情况：山地果园运送装备研制与应用，广东省农业技术推广奖一等奖，2015.12

批准登记号:

粤科成登（2）字【2018】0097

登记日期:

2018-03-06

研究起止时间:

2011.01 至2013.12

所属行业:

农、林、牧、渔业

所属高新技术类别:

现代农业

评价单位名称:

农业部科技发展中心

评价日期:

2018.01.24