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1、三自由度自走履帶式果園采摘平臺車液壓系統(tǒng)設(shè)計
摘要：根據(jù)果園的地形特點和作業(yè)條件，本文設(shè)計的三自由度自走履帶式果園采摘平臺車，把液壓力作為行走、舉升和回轉(zhuǎn)的動力，具有牽引力大、 接地比壓低、 爬坡能力強、 轉(zhuǎn)彎半徑小，操控方便、可自由升降，移動和回轉(zhuǎn)等優(yōu)點。采摘平臺車在規(guī)?；麍@作業(yè)，使采摘更加安全和舒適，采摘效率更高，有利于果農(nóng)獲得更大的經(jīng)濟效益。
1引言
近年來，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，果園規(guī)?；?jīng)營的要求越來越迫切，果樹的種植面積不斷擴大。長期以來，采摘作業(yè)是果樹生產(chǎn)的四大難題（采摘、修枝、植保、施肥）之一。采摘作業(yè)所用勞動力占整個蘋果生產(chǎn)過程所有勞動力的33
2、%-50%，目前我市水果的采摘絕大部分還是以人工采摘為主。傳統(tǒng)的人工采摘使用人字梯，而人字梯在田間支撐穩(wěn)定性差，因此操作危險性大，且作業(yè)空間小，作業(yè)勞動強度大，采摘效率低。加上采摘作業(yè)的復(fù)雜性，季節(jié)性，此種作業(yè)采摘方式的弊端越來越大。鑒于果農(nóng)對自動化、機械化的采摘平臺的迫切需求，本文通過實地果園調(diào)研，走訪的基礎(chǔ)上，設(shè)計了三自由度自走履帶式果園采摘平臺車(外形結(jié)構(gòu)簡圖如圖1)。
2采摘平臺車的組成及工作過程
自走式履帶果園采摘平臺車是一個機電液一體的的組合。主要由四大部分構(gòu)成，行走及驅(qū)動部分，升降部分，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，控制部分組成。機械化的采摘平臺代替人字梯,不僅適用于蘋果的采摘，而且
3、在修枝、施肥、植保運輸?shù)茸鳂I(yè)方面也有良好的預(yù)期效果。能大大提高蘋果采摘效率、降低勞動強度、解決勞動力的不足、提高了果農(nóng)的經(jīng)濟收益[1]。
2.1行走機構(gòu)組成及工作過程
果園采摘平臺車行走機構(gòu)采用履帶式，因其具有較好的仿形能力，能夠很好的適應(yīng)果園復(fù)雜的地形變化，并保持行走時底盤與地面良好的附著力，爬坡能力強，能克服一般輪式行走機構(gòu)車輪易打滑，接地比壓大，地形適應(yīng)性及驅(qū)動能力差等缺點。
履帶行走功能的實現(xiàn)是由履帶車自帶的柴油機提供動力，將柴油機提供的機械能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能傳送到液壓馬達帶動行星減速器，最終通過控制油液壓力和通斷，由驅(qū)動輪實現(xiàn)扭矩輸出，驅(qū)動履帶車前進或后退[2]
4、。
2.2曲臂升降機構(gòu)的組成及工作過程
果園采摘平臺車的升降機構(gòu)有兩個臂架構(gòu)成，其中臂架2為軸向伸縮臂，臂架1由變幅液壓缸1控制其高度，變幅液壓缸2控制臂架2的高度及調(diào)整臂架1與臂架2之間的角度，使臂架1與臂架2之間的夾角能適應(yīng)樹冠的形狀，通過伸縮臂將采摘平臺送到采摘區(qū)域[3]。
2.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)的組成及工作過程
果園采摘平臺車回轉(zhuǎn)機構(gòu)通過回轉(zhuǎn)液壓馬達驅(qū)動齒輪與內(nèi)齒條旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)工作臺的轉(zhuǎn)向。
2.4控制部分組成與工作過程
果園采摘平臺車的行走和變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是兩個的獨立系統(tǒng)，要求在高空作業(yè)時采摘平臺車不能運動；同樣在行走的時候也不能進行高空作業(yè)工作。因此為
5、了充分利用系統(tǒng)的效率,在上車系統(tǒng)和行走系統(tǒng)之間設(shè)置了一個二位三通換向閥，這樣雖然兩個系統(tǒng)都是由同一個主泵供油，但電磁換向閥，確保了兩個運動的獨立性，即它們不可能同時工作,這就確保了在高空作業(yè)的時候，不會因為人為的誤操作而使小車運動，增加高空作業(yè)的危險性。
3液壓控制系統(tǒng)及其原理圖
果園采摘平臺車是具有多執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)（液壓系統(tǒng)原理圖如圖2）。其中上車由變幅、伸縮及回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)組成，下車就是一個行走液壓系統(tǒng)。
3.1變幅機構(gòu)液壓系統(tǒng)回路
果園采摘平臺車在工作過程中升降或在空中停留，速度要平穩(wěn)，變速要方便。伸縮臂的伸縮采用單級長液壓缸的驅(qū)動。工作中改變控制閥的開口大小和
6、方向，即可調(diào)節(jié)伸縮臂的運動速度和伸縮；變幅液壓缸1承受載重和機臂之和的分力作用，采用平衡閥使負重達到勻速下降的要求，當三位四通換向閥位于左位，變幅液壓缸克服負載重力做功時，液壓油直接通過平衡閥中的單向閥作功，當三位四通閥位于右位，變幅液壓缸縮回時，在受到負載和重力作用下，使機臂下降速度增加，此處采用平衡閥，以達到在負重的同時且能勻速下降的目的[4]。
3.2回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)回路
果園采摘平臺車工作機臂，要求能作360旋轉(zhuǎn)運動，用回轉(zhuǎn)液壓機構(gòu)來實現(xiàn)這種功能。其工作原理是液壓馬達通過大、小齒輪的嚙合，驅(qū)動作業(yè)臺回轉(zhuǎn)，再經(jīng)過切換三位四通換向閥，便可以實現(xiàn)作業(yè)架的旋轉(zhuǎn)[5]。
3.3行走
7、系統(tǒng)液壓回路
果園采摘平臺車的行走系統(tǒng)主要由行走馬達來驅(qū)動履帶運動,從而帶動整車的運動。由于要求該車是輕巧型，沒設(shè)操作車箱,采摘人員是在采摘平臺上的操控臺電磁閥的通斷控制其運動的，通過對或門型梭閥的控制，便可以實現(xiàn)。無論行走馬達朝何方向旋轉(zhuǎn)，制動缸只要有油通過，都可將制動油缸打開；當換向閥處于中位時,液壓馬達停止旋轉(zhuǎn)，制動油缸由于通油，而不能打開，從而起到了制動的作用。另外,此處還設(shè)置了一對緩沖閥，起到調(diào)節(jié)油壓、保護馬達和管道的作用。
果園采摘平臺車的工作通過采摘人員在控制臺操控電磁閥，控制液壓回路的順序動作（電磁閥順序動作如表1），完成整個果園采摘平臺的行走，升降，回轉(zhuǎn)等動作[6
8、]。
表1蘋果采摘平臺車電磁鐵動作順序表
動作順序
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
8YA
9YA
10YA
11YA
變幅缸1伸
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
變幅缸1縮
+
+
-
-
-
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-
-
-
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-
變幅缸2伸
+
-
-
-
+
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-
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變幅缸2縮
+
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+
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伸縮臂伸
+
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-
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-
-
+
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-
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伸縮臂縮
+
-
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9、
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-
+
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-
回轉(zhuǎn)馬達順轉(zhuǎn)
+
-
-
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-
+
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-
回轉(zhuǎn)馬達逆轉(zhuǎn)
+
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-
-
-
-
-
+
-
-
-
行走馬達進
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-
-
-
-
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-
-
-
-
+
行走馬達退
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-
-
-
-
+
-
4結(jié)論
?。?）根據(jù)對果園的地形特點和作業(yè)條件的調(diào)研，在分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了機械采摘平臺車可行的設(shè)計方案。
(2)行走機構(gòu)采用液壓馬達驅(qū)動的履帶式行走機構(gòu)，具有操控方便，爬坡能力大，接地比壓小，行走自由等優(yōu)點；
(3)上車系統(tǒng)采用變幅液壓缸和伸縮臂調(diào)整作業(yè)平臺的高度和位置，使采摘作業(yè)安全，舒適，可靠，采摘效率高。
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三自由度自走履帶式果園采摘平臺車液壓系統(tǒng)設(shè)計
