履带自走式升降作业平台的结构原理与性能检测

2023-01-28周汉林周永发陈中武

现代农业装备 2022年6期

林羽，周汉林，何林，周永发，陈中武

（1.广东省农业技术推广中心，广东广州 510515；2.广东省现代农业装备研究所，广东广州 510630）

0 引言

我国三分之二以上的国土面积是丘陵山地，据统计，我国的土地资源仅有34%左右是平原，山地丘陵占辖区面积50%以上的省份有 19 个（包含台湾）[1]。同时，全国50%左右的油料作物和粮食来自高原、山地和丘陵地区的耕地[2]。据《2016 年广东统计年鉴》的数据，2015 年广东省水果种植面积达113.66 万hm2，水果总产量为1 519.89 万t，已成为广东各水果产区农民的重要经济收入来源。在果园的经营生产过程中，果实采摘、果树修剪、肥料和果实的运输是生产过程的重要环节，多数情况下，水果采摘都在离地一定高度的地方进行，且果实收获期集中，因而及时采摘的同时也需保证果品质量。目前果园的采摘等工作基本以人工为主，采摘人员都是在地面或借助梯子作业，劳动强度大，作业效率低，而且存在一定的安全隐患。在农业劳动力持续转移和老龄化的背景下[3]，研制一种人工辅助式的升降作业采摘平台，可以降低果园的生产成本，提高果农的经济效益，具有较好的经济效益和广阔的市场前景。

1 升降作业平台结构原理

履带自走式升降作业平台由行走底盘、剪叉式升降机构、液压系统、作业平台和控制系统等组成，行走底盘的动力为29.4 kW 的发动机。剪叉式升降机构的固定支架通过转轴固定在履带式行走底盘上，上面与作业平台联接，如图1 所示。工作时，发动机带动液压泵向升降装置的液压系统供油，在控制系统的控制下，通过2 个液压油缸的伸缩推动剪叉式提升臂，带动作业平台的起升和下降，从而满足不同的作业高度。

图1 履带自走式升降作业平台

1.1 主要技术参数

升降作业平台参数如表1 所示。

表1 升降作业平台参数

1.2 行走底盘

升降作业平台主要针对的工作环境是丘陵山区果园，土质较为松软。因此行走底盘采用履带式行走机构，动力采用29.4 kW 的四缸柴油机。履带式行走机构主要由橡胶履带、驱动轮、支重轮、导向轮、浮动轮和托轮等组成[4]，如图2 所示。履带式行走机构具有接地面积大、接地比压小、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越埂能力强等特点[5]，克服了轮式结构易在驱动行走过程的易打滑问题。考虑到机具的实际使用和通过性，选取履带轨距为1 060 mm。履带的主要参数见表2。

图2 履带式行走装置

表2 履带主要参数

1.3 剪叉式升降机构

剪叉式升降机构由固定支架、举升装置、作业平台、升降油缸等组成。固定支架是整个升降机构的基础，支撑举升装置和工作平台的重量。举升机构由叠成“X”形的两条提升臂组成，如图3 所示，2 条提升臂的两端分别与固定支架和作业平台连接。升降油缸的一端连接固定支架，另一端连接提升臂。工作时，通过油缸的伸缩来推动剪叉的展开与折叠，并利用剪叉式提升臂的展开与折叠完成作业平台的升降。

图3 剪叉式升降机构

剪叉式升降机构具有结构紧凑、承载量大，提升高度大的特点，它的上升与下降都是平稳运动的，安全性较高，可以满足不同作业高度的升降需求[6]。

1.4 固定支架调平系统

当作业平台在坡地进行高位升降作业时，随着作业平台的不平稳升运，操作人员极易因重心失衡导致跌落或滑倒，存在较大的安全隐患[7]。

固定支架具有调平功能，通过调平控制系统和液压系统，可以在坡度小于等于12°的斜坡上实现横向调平，以抵消由于倾斜地面引起的工作平台倾斜，确保工作平台处于水平稳定状态。

固定支架调平系统由固定支架、调平油缸、电磁制动装置、调平控制器和倾斜检测装置等组成，固定支架通过转轴固定在行走底盘上，如图4 所示。倾斜检测装置的角度传感器安装在调平支架上，当固定支架发生倾斜时角度传感器给调平控制器发送信号，调平控制器校核信号后，向电磁液压阀输出调平执行信号，由电磁液压阀控制调平油缸的伸缩[8]来推动固定支架进行自动调平，从而完成自动调平动作。固定支架设置有制动固定装置，在固定支架调平后，对固定支架进行制动固定，确保固定支架的稳定安全。

图4 固定支架调平装置

1.5 升降平台的液压系统

液压系统由齿轮泵、平台升降控制阀、调平电磁阀、左右调平油缸、升降油缸、节流阀、液压锁、油箱等组成，其液压原理图如图5 所示。作业平台的升降由升降控制阀控制，通过单向节流阀可调整升降平台的上升或下降速度，保证升降平台运动平稳可靠。单向节流在遇到故障时能够对升降平台起保护作用，防止平台意外下降，增加了升降平台的可靠性。

图5 升降平台的液压原理图

2 升降作业平台的性能检测

升降作业平台的性能检测主要是检验机器是否达到技术指标要求。检验的指标包括：举升负载量、横向可调节水平角度、作业平台可升降高度、行走速度、上升和下降速度等。

2.1 作业平台性能指标

作业平台主要性能指标见表3。

表3 作业平台主要性能指标

2.2 性能检测的条件

样机的性能检测现场如图6 所示。检测时满足的条件如下。

图6 性能检测现场图

1）试验前，样机处于正常工作状态。试验样机技术状态良好，操作人员技术熟练。

2）试验地选择为平整、光洁、硬实、周围无障碍物的地面，作业平台的周围无影响其运动的障碍物。

3）横向自动调节水平试验场地，试验样机应能方便进入到斜坡上。

2.3 举升负载量测定

升降作业平台举升工作时，作业平台承受不小于额定举升负载量进行试验，全行程升降3 次，升降应自然平稳，升降液压系统不应有渗油、漏油现象，受力构件不应有永久变形或其他损坏，测定承载最大量。

2.4 可升降高度测定

样机在承载最大量试验时同时进行可升降高度测定。将升降作业平台回落到最低位置，测量作业平台离地高度，然后将作业平台升高到最高位置，并再次测量升降作业平台的高度，试验3 次,取平均值。

2.5 横向可调节水平角度测定

横向可调节水平角度测定在坡度角为12°的坡道上进行。12°的坡道长度不小于5 m，宽度不小于10 m。测定时作业平台装上举升负载量且回落到最低位置。将样机沿坡道宽度方向驶入，使样机的方向与坡道成90°后停下。打开调平开关，作业平台应能横向自动调平，其调平误差应小于等于2°，样机应在2 个方向各测试3 次以上。同时，在作业平台调平后，启动制动固定装置锁住固定支架，然后对作业平台进行升降试验，升降过程应平稳安全。