雙液壓系統在水果輔助采摘機中的應用

[摘要]針對人工采摘荔枝的種種不便、人工輔助采摘機不斷迭代仍舊出現的機械問題，特設計了全角度升降荔枝采摘機，為解決機械平衡問題將自主設計的上下雙液壓系統植入機械升降平臺中。此設計不但解決了垂直升降的局限性，也大大降低了傾斜升降的危險性。

[關鍵詞]雙液壓系統;水果輔助采摘機;應用

中圖分類號：S-1 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

1 水果采摘機的發展

1.1 國內發展簡介

20世紀70年代，我國開始研究水果采摘機械，有手持式也有制造大型機械的想法，各機械工廠或個人先后研制出依靠機械振動的采摘山楂果實機械和手持采果器等機械輔助式采摘機。兩者事實上還是主要依靠人工作業用的輔助型機械，并沒有讓雙手解放出來，雖然較好地保護了果實在采摘時不受損，但其工作效率很低。20世紀80年代后，研究方向開始轉向切割型采摘器，20世紀90年代開始，日益強大的市場需求帶動了果樹種植，果農的迫切需求帶動了簡易采摘機械的市場。隨后油動剪枝機、輔助升降平臺等一大批輔助采摘機械爭相進入市場，但接受住市場考驗的并沒有多少，大部分都隨著機械更新而淘汰。

1.2 國外發展簡介

國內外采摘機發展對比見表1。

西方國家從20世紀40年代初就開始對水果人工輔助采摘機械進行研究，20世紀40年代中期美國研究出振動搖擺式采摘機械，用來采摘胡桃和杏等水果，并取得了相應的成效;20世紀50年代中期，用振搖果樹機械來收獲水果在歐美等國得到了普及;20世紀60年代后期，英國研究出了以液壓升降平臺車為基礎的配合型采摘工具，大幅度提高了采摘效率;20世紀70年代出現了各種動力切割式采摘機械，比較著名的氣動剪廠商有瑞士的FELCO公司、意大利的CAMPAGNOLA公司、日本的ARS公司等[1]。

2 傳統水果采摘機的現有問題分析

2.1 地形的限制

就目前我國水果種植形勢看，南方大部分果園處于丘陵山區，地形相對復雜，傳統機械式水果采摘機對地形要求較高，山丘地區對機械機器的進場產生很大限制和阻礙。

2.2 普遍低效能

現階段我國的水果采摘機普遍效能較低。果園采摘雖然從人工使用剪刀采摘發展到開始使用機械裝置進行采摘，但目前市場上可選用的簡單實用型輔助采摘工具很少，主要還是以人工為主，采摘成本依舊較大。

2.3 穩定性和安全性較低

現階段我國傳統水果采摘機穩定性和安全性得不到保證，傳統水果采摘機對果實的損害非常大，進而影響果實的品質和口感，不能隨時把握好果實的季節性，適應性較低，提高了采摘的成本和經濟上的損失。采摘水果時機械本身對果農有很大的負荷和危害，長時間的人工勞作使使用機械的人隨時處于危險作業中。

3 機械工作原理

3.1 液壓升降工作原理

3.1.1 升降機上升

升降機原理見圖1，升降機工作原理見圖2，電磁閥動作見表2。當按下啟動按鈕，電磁閥通電時，進油路為齒輪泵7→單向閥3左位→節流閥9→單向節流閥2→單作用液壓缸1，此時液壓缸推動站人平臺上升，其上升速度可調。

3.1.2 升降機下降

當電磁閥通電時，控制油路為齒輪泵7→單向閥3右位→單向節流閥2的控制油口，打開單向節流閥后，單作用液壓缸1的壓力油經溢流閥4回油箱6，此時站人平臺快速下降[2]。

在液壓系統獲得能源時，發動機會把輸出的機械能在液壓泵的作用下轉化為液壓能。液壓馬達和液壓缸又會把液壓能轉化為機械能，以達到操作機械工作的目的。如果要實現對工程機械的動力、節能、和作業效率的控制，就需要通過調節液壓泵的排量和發動機的轉速以及控制閥的開度來實現[3]。

3.2 液壓升降系統的特點

（1）平臺上升時，其速度可用調速閥調整，確保了上升的平穩性、安全性。

（2）采用了液控單向閥的鎖緊回路。當換向閥處于中位時，其H型中位機既能使泵在不停機的狀態下卸荷，減少功率浪費，又能使液控單向閥的控制油口接油箱，這樣可以利用液壓鎖的良好密封性能阻止立式液壓缸及平臺不致因自重或泄漏而下滑[4]。

（3）在同等條件下，液壓裝置體積、質量更小，輸出功率大。

（4）操作控制簡單，在液壓系統運行過程中便可實現無級調速。

（5）液壓傳動中，由于功率損失產生的熱量可以被液體帶走，避免了產生局部過度升溫[5]。

4 雙液壓系統在采摘機上的應用

4.1 雙液壓平衡裝置裝配位置

（1）本設備以移動平板車為基礎，加裝可伸縮液壓升降平臺，其上加裝可載人圍欄框，其下加裝回轉機構。此外，在升降臺與欄框、底盤連接處分別加裝液壓系統（用以調節角度和平衡角度差），此兩處液壓供壓支撐要求同時、同量且作業方向相反，相互中和升降臂的傾斜角度，保證人所處的作業護欄始終是平行的。

（2）雙液壓平衡裝置可加裝在固定式、套缸式、車載式升降裝置上，兩個液壓模塊作用位置不同，一處在車載底盤或固定底盤與升降板塊的連接處，施力時使升降板塊與底盤分離，形成一定夾角讓升降臂沿著垂直方向向外傾斜;另外一處裝在升降臂上頂端與載人護欄連接處，施力時可使載人護欄與升降臂分離并形成一定夾角。當接收到作業指令時，兩處液壓泵同時工作，但傾斜方向相反，其效果為升降板塊整體外傾，但載人模塊依舊與底盤平行。

4.2 雙液壓平衡裝置工作原理

通過對壓力表進行轉換改造成角度計表，觀察角度計表讀數，對液壓系統發出指令。接收指令后由葉片泵把液壓油形成一定的壓力，經過濾油器、電磁換向閥、節流閥、液控單向閥、平衡閥進入液缸下端，致使液缸內的活塞向上運動，使升降平臺受力提升，液缸的活塞向下運動。液壓油經電磁換向閥進入液缸上端，液缸下端回油經上述上升回路回到油箱。為使升降平臺下降平行穩定，停止啟動安全緩慢，在回油路上設置平衡閥門，保持壓力，使下降速度不受升降平臺站人的多少而變化，由遙控控制節流閥調節流量，進而控制升降速度。其中前文兩處液壓裝置裝有兩個電磁雙向閥（帶保持），雙向閥一個接進下部油缸一個接出上部油缸，另一個反向。另外再加兩個繼電器（皆帶行程開關控），繼電器互鎖分別控制上述兩個雙向閥。所以能夠同時進行上述過程，但作用效果方向相反，使載人平臺與底盤平行且處于平衡狀態。

4.3 雙液壓平衡裝置在采摘機上應用的特點

（1）在很大程度上降低了安全風險，采摘作業不受季節的限制，提高了實用性、高效性，對成本的可控性大大增強。

（2）雙液壓式荔枝水果采摘機械主要依靠油動電機和液壓系統兩大系統配合工作完成對荔枝水果的采摘作業，能夠很好地應對不同的氣候、季節、地貌、地形等及各種突發情況，能夠實現對水果的快速采摘，其工作效率是人工的3～6倍，降低了水果的采摘成本。

4.4 采摘機輔助優化模塊

（1）回轉機構。回轉機構利用電機齒輪轉動回轉平臺使工作裝置實現全角度轉動，可裝載在升降模塊與底盤連接處，以便配合傾斜時進行多方位采摘。

（2）比例式遙控裝置。比例式遙控裝置利用遙控裝置操作桿撥出不同速度和不同幅度的動作發射出無線信號，相應的接收機收到信號后做出相應動作。相應的在本裝置上接收機應控四通道：升降液壓一處、傾斜平衡液壓兩處、回轉機構一處。這樣就實現了整個采摘裝置不需要繁雜的人工操作，只需在載人平臺上裝上遙控平臺或簡易機械遙控器即可。

5 結 論

輔助人工水果采摘機屬戶外作業機械，無論是對于機械構件的良性運作還是作業人員的安全，機械始終于良好的平衡狀態至關重要，利用操作簡單便捷且原理單一的液壓系統來解決此類問題是較為實用和適用的，雙液壓平衡系統的設計與應用降低了機械自身改造和采摘操作的難度，大大提高了效率。

參考文獻

[1] 陳翊棟，劉軼.果樹氣動剪枝機工作原理及現狀[J].農業機械， 2008（25）：54-56.

[2] 甘銳，胡英英.液壓升降機設計論述[J].液壓與氣動，2003（7）： 27-28.

[3] 高炳天.工程機械液壓控制系統的技術分析[J].液壓與氣動，2012 （5）：110-112.

[4] 黃廣靈.液壓升降機設計[J].東方電機，1999（3）：30-31.

[5] 王博，李海燕.液壓傳動技術應用現狀及發展趨勢[J].中州煤炭，2016（9）：95-97+111.