洪添胜，张衍林，宋淑然，李善军，苏 建，李 震

（1.国家柑橘产业技术体系机械研究室，广州 510642；2.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 510642；3.华南农业大学工程学院，广州 510642；4.华中农业大学工学院，武汉 430070）

山地果园运输与喷雾机械的研究与应用

洪添胜1,2,3，张衍林1,4，宋淑然1,2,3，李善军1,4，苏 建1,2,3，李 震1,2,3

（1.国家柑橘产业技术体系机械研究室，广州 510642；2.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 510642；3.华南农业大学工程学院，广州 510642；4.华中农业大学工学院，武汉 430070）

中国南方山地果园面积大和果品品质好，但目前山地果园生产用工量和劳动强度大、效率低，严重制约山地果园生产的可持续发展，因此山地果园机械化技术与装备的研发与应用显得越来越重要。本文介绍国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学和华中农业大学团队在山地果园运输和喷雾技术与装备的研究与应用进展。

山地果园 索道运输机 牵引式运输机 自走式运输机 恒压喷雾机 遥控喷雾机

0 前言

水果是中国的重要经济作物，2012年中国的水果种植面积为1 214万hm2（18 210万亩），水果总产量24 056.8万t，其中广东为110万hm2（1 650.36万亩）和1 390.1万t。2012年中国的柑橘种植面积为230.63万hm2（3 459.45万亩），总产量为3 167.78万t，其中广东为25.47万hm2（382.06万亩）和414.5万t[1]。中国柑橘园的特点是90%在山地，立地条件差。水果产业是农民的“钱袋子”，是主产区的支柱产业[2]。随着中国城镇化的进程，劳动力短缺成为水果产业可持续发展的重要瓶颈问题之一，因此提高果园生产机械化水平显得非常重要。自2007年现代农业产业技术体系建立以来，国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学和华中农业大学团队在现代农业产业技术体系建设专项资金和公益性行业（农业）科研专项经费等项目支持下，对山地果园运输机械、喷雾机械等进行深入研究，并在山地柑橘园进行试验示范，形成了一批创新成果，本文将重点介绍其中部分技术的研究与应用进展。

1 山地果园运输机

国家柑橘产业技术体系机械研究室已研发4大类10种机型的山地果园运输机。4大类是：索道运输机、双轨运输机、单轨运输机和无轨运输机。10种机型是：链式索道运输机，单向牵引式双轨运输机、双向牵引式运输机、变轨式双轨运输机、拆装式双轨运输机、自走式双轨运输机、自走式有人（或无人）驾驶单轨运输机、牵引式单轨运输机和牵引式无轨运输机[3]。

1.1 链式索道运输机

山地果园链式索道运输机由驱动装置、起重链索、支架、水平托索机构、转向机构、自动张紧机构、垂直托索机构、组合托索机构、物品挂钩和遥控装置等组成。索道运输机的驱动功率为1.5 kW，运行速度为0.3 m/s，挂钩间隔距离为5 m，每个挂钩最大负载质量为30 kg，最大爬坡度为40°，最大运送生产效率为6.48 t/h[4]。

图1 链式索道运输机

图2 牵引式双轨运输机（单滑车）

图3 牵引式双轨运输机（双滑车）

图4 牵引变轨式双轨运输机（单滑车）

图5 牵引拆装式双轨运输机（单滑车）

图6 遥控器

其特色与创新为：①可根据山地果园的地形地貌和果树种植情况，灵活布置链式索道运输机；②索道的支架可利用在果园现场制作的水泥杆或钢管为基础构成；③果农在地面可随时往挂钩上载或下载物品，而不用专门的装卸台；④索道能上下坡、转弯和直线循环运行，实现连续和循环的物品运送；⑤索道的启动与停止实现无线远程遥控；⑥索道的支架上还可挂杀虫灯和杀虫板等，实现索道的综合利用。该运输机适用于山地果园中果品、农资和物料等运送。

索道运输机的总体设计、驱动装置、组合支撑装置和万向调节紧固装置方面取得创新成果[5-7]，已获授权发明专利4件，公告发明专利2件，在广东、江西和重庆等地进行试验示范，为解决山地果园物品运送提供一种新的解决方案。

1.2 牵引式轨道运输机

1.2.1 牵引式双轨运输机

牵引式运输机有单向牵引、双向牵引、变轨和拆装式等多种机型，见图1—6。该运输机由驱动装置、钢丝绳、双轨道、转向机构、载货滑车（1台或2台）、安全装置、控制装置和远程遥控装置等组成。运输机的驱动功率为2.2，3.0和5.5 kW，最大上坡载运质量为300，350和600 kg，运行速度为0.5 m/s，最大爬坡度为40°。其特色与创新为：①

单向牵引式货运机可实现大坡度的上下坡，直道或弯道运行；②双向牵引式货运机可实现大坡度和小坡度的上下坡，直道或弯道运行；③轨道可弯曲和起伏铺设，以适应山地果园的地形地貌；④变轨装置可使单向牵引式货运机实现一套驱动装置和滑车在多条轨道上分时使用，节约建设成本，增加物品运送的覆盖面积；⑤拆装式运输机轨道制作成3 m为一段，以方便移动和保管，可在多个地方使用，降低成本和提高利用率，不使用时可在库房中保管；支撑脚高度可方便调整，脚掌能仿形和容易固定；同时易实现产品的专业化批量生产；⑥可通过手控或远程遥控装置控制载货滑车的运行与停止，达到货物定点装卸的目的，方便使用；可利用两端点的行程开关或自动感知方法实现端点停车；⑦运输机拥有钢丝绳断绳、钢丝绳松弛、滑车超载和遇障碍物等多种自动安全保护装置[8-9]；⑧载货滑车除可以搭载物品外，还可搭载挖穴机、喷雾机、果枝修剪机和粉碎机等果园作业机具，实现运输机的综合利用。

该运输机取得系列创新成果，已获授权发明专利2件，公开发明专利10件，颁布企业标准1项，其技术参数已通过广东省农业机械试验鉴定站检测，在广东、广西、江西、福建、湖南、湖北、重庆、浙江、贵州、四川和陕西11省（市、自治区）进行试验示范。该运输机适用于山地果园的肥料、农药、果品和生产工具等货物运输，同样适用于山地林果园、茶园和油茶园等地使用。

图7 牵引式单轨运输机

图8 牵引式无轨运输机

1.2.2 牵引式单轨运输机

牵引式单轨运输机主要由电动机、减速箱、液压块式制动器、绳轮配合动力传动装置、上下行程开关、单轨道、牵引钢丝绳、钢丝绳限位装置、钢丝绳张紧装置和遥控装置等组成，见图7。动力为5.5 kW电动机，最大爬坡角度40°，最小转弯半径4 m，最大载上坡装载质量为600 kg，运行速度0.7 m/s。其主要特色与创新点为：①驱动方式为首创的钢丝绳与驱动轮对（从动轮与主动轮形成的组合装置）配合驱动，该驱动方式具有驱动力大、打滑率小和对钢丝绳破坏小等优点；②单轨轨道防脱轨防侧倒装置，保证运输车在轨道上的平稳运行，不会倾倒和脱轨；③安全装置采用了对驱动装置的液压制动系统和滑车行走轮制动装置，即使在钢丝绳断裂情况下，也可保证运输机安全；④牵引方式为双向牵引，可以在水平方向左右弯道或垂直方向凸凹地形中应用，动力装置可以需要放置在轨道上端或下端；⑤采用电动机为动力，可通过手控或远程遥控装置，控制进行运输车的启动、任意点停止、上下方向行走等，在轨道两端点通过行程开关实现自动停车[10-11]。该运输机已获授权发明专利1件，在广东、江西、福建、湖南、湖北、重庆、浙江、广西和四川9省（市、自治区）进行试验示范。

1.2.3 牵引式无轨运输机

牵引式无轨运输机主要由驱动装置、拖车、遥控器、远程控制装置、钢丝绳、导向轮、钢丝绳托辊、行程开关、安全装置和避障装置等组成，见图

8。该类型运输机是在牵引式单轨运输机基础针对特殊地形条件的一种简易但经济的运输方式，适宜地形直上直下的10～40°坡度，并允许有起伏坡和小角度的转弯。驱动装置和遥控装置同遥控牵引式单轨运输机。该运输机在湖北、江西、福建、广东和浙江等地试验示范。

1.3 自走式轨道运输机

1.3.1 自走式单轨运输机

最初设计的自走式单轨运输机由柴油机作为动力，要有人驾驶，如图9（a）。经过不断改进，第三代无人驾驶自走式单轨运输机主要由汽油机、离合装置、传动装置、从动轮、防侧倒防脱轨装置、车头主机架、驱动装置、杠杆-四杆撞击联动离合刹车机构、拖车和单轨道等组成，如图9（b）[12]。动力为9.5 kW风冷汽油机，主机部分长1.1 m，宽0.45 m，高0.65 m，运行速度0.7～0.8 m/s，最小转弯半径2.66 m，上坡装载质量为500 kg，下坡为1 000 kg，最大爬坡度为45°。其主要特色与创新点为：①自走式运输机所用单轨道，一方面降低了建造轨道的成本，另一方面单轨道易于依照地形铺设，可随意转弯，对地形的适应性强；②动力采用汽油机，可以适用于没有电力供应的果园；③采用的驱动技术独特，将链传动原理反向用于运输机的驱动，链轮制作成齿条，铺设在轨道上面，链制作成驱动盘，既驱动又承重；④通过采用多组防侧倒和防上跳轮，保证具有很好的安全性能；⑤该类型运输机轨道不受长度限制，还可以将单轨道建成环形，实现循环运行；⑥该运输机可运送水果或农资，也可搭载挖穴机、喷雾机、果枝修剪机和粉碎机等果园作业机具进行园间作业，实现运输机的综合利用。该运输机已获发明专利1件，在湖北、浙江、江西、广东和重庆等省（市）进行试验示范。

图9 自走式单轨运输机

图10 自走式双轨运输机

1.3.2 自走式双轨运输机

如图10。自走式双轨运输机主要由柴油机、传动装置、离合装置、驱动总成、双刹车制动系统、拖车、防侧滑承重轮、防上跳钩轮、钢丝绳下弯自动回位钩桩装置、水平弯限位桩、双轨道、机架和自适应坡度拖车等组成[13-14]。主机部分长1.1 m，宽0.45 m，高0.65 m，最大爬坡角度为40°，平均运行速度为1.0 m/s，最小水平转弯半径8 m。其主要特色与创新点为：①采用创新的钢丝绳驱动技术，柴油机的动力通过驱动轮和从动轮组成的驱动轮对

与钢丝绳配合实现摩擦驱动实现自走；②采用了驱动轮轴上的手动液压碟片式制动机构、抱轨道式刹车制动机构和挡杆与锁杆组成的防下滑安全机构等三套保险刹车制动装置，确保运输机在大坡度山地果园中安全可靠运行；③采用防侧滑承重轮和防上跳轮组成的行走装置，保证了双轨运输机的防左右侧滑和上下跳动且可以拐最小半径为8 m的90°弯；④防钢丝绳上抬和拉直技术，在双轨道的垂直下弯处装有钢丝绳自动回位钩装，在双轨水平弯处装有钢丝绳限位桩，有效地保证了钢丝绳紧贴双轨道的中心位置，克服钢丝绳的松动保证双轨运输机的顺利作业；⑤拖车货箱自适应坡度调节技术，使运输车可根据坡度变化自动调节货箱的倾斜角度，保证运输机在40°以内坡度上运行时货物不掉落。该运输机已获发明专利1件，在湖北和江西等地进行试验示范。

1.4 山地果园轨道运输机的综合利用

山地果园轨道运输机除运输肥料、果品外，还可搭载喷雾机、果枝修剪机等进行作业，图11（a）和（b）是轨道运输机搭载喷雾机在作业，图11（c）和（d）是轨道运输机搭载果枝修剪机，实现运输机的综合利用。

图11 轨道运输机的综合利用

2 山地果园喷雾机械

2.1 恒压喷雾机

如图12。山地果园管道恒压喷雾机由变频器、变频电动机、药泵、压力变送器、恒压控制装置、管道、阀门、接头、胶管、喷杆、混药池和打药池等组成[15]。在果园布置的主管道上隔一定的距离有阀门和接口，果农利用50 m左右的软管和喷枪连接主管道上的接口进行喷雾。目前有3HY-2.2，3.7，5.5和7.5四种型号，驱动功率分别为2.2，3.7，5.5和7.5 kW，管道最大承压为3.0 MPa，恒压喷雾机适用于山地果园农药和叶面肥等

的多人同时喷施作业。

其特色与创新为：①保持喷雾压力恒定。喷雾过程中可以自动稳定管道中药液的压力，保证药泵出水管处压力稳定。②防止爆管。当检测到压力达到该用户设定的上限值后，即发出停机指令，使药泵及时停止，防止爆管[16]。③实现电动机和药泵的软启动。电动机和药泵在启动的全过程都不存在冲击转矩，减缓启动时对药泵的机械冲击，延长设备的使用寿命，减少回流，节省能量。④结束喷雾时可以对电动机进行软停车。避免水锤效应，减少药液对管路及药泵的水锤影响。⑤综合利用。该喷雾机还可以连接注肥枪或喷水枪，进行施用液肥或水，实现药肥水一体化施用。

山地果园管道恒压喷雾机已获授权发明专利1件，颁布企业标准1个，其技术参数已通过广东省农业机械试验鉴定站检测，在广东、广西、江西、福建、湖南、湖北、重庆、浙江、云南、贵州、四川和陕西12省（市、自治区）进行试验示范，该成果已通过广东省科技厅科技成果鉴定和认定，鉴定结论为“在山地果园管道喷雾技术方面达到国际领先水平”。

2.2 单相遥控电动喷雾机

如图13。遥控电动喷雾机由单相电动机、柱塞泵、胶管、喷枪、控制箱和运行指示灯及遥控器组成[17]，具有遥控及手控两种工作模式，目前有3YK-1.5，2.2和2.2S三种型号，在山地果园最大遥控距离为370 m，适用于山地果园农药和叶面肥的单人喷雾作业。

其特色与创新为：①控制信号的穿透性。采用了无线信号遥控，解决了果园中果树对控制信号遮挡的问题。②用电安全。喷药作业人员不必频繁操纵交流电源，通过佩戴的遥控器就可以远程操控电动喷雾机，保证了喷雾作业人员在果园中使用电力的安全。③无触点开关技术。将固态继电器代替普通的交流接触器控制电动机的启动与停止，避免了因触点接触不良造成的电机误启停问题。④性能扩展。遥控装置还可以用于山地果园其它电动机械的遥控控制中。

单相遥控电动喷雾机获发明专利授权1件，颁布企业标准1个，其技术参数已通过广东省农业机械试验鉴定站检测，在广东、广西、江西、福建、湖南、湖北、重庆、浙江、云南、贵州、四川和陕西12省（市、自治区）进行试验示范，反映良好。

图12 山地果园恒压喷雾机

图13 山地果园单相遥控电动喷雾机

3 结束语

经过多年的研究与实践，国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学和华中农业大学团队在山地果园运输机械、喷雾机械等方面取得了系列创新成果，2013年7月，研发的山地果园运输机10种专有技术成果许可给广东梅州现代农业装备有限公司，其中有3种系列运输机已实现产业化生产与推广应用。2013年11月，广东省农业厅在梅县举行“全省山地水果生产机械化技术示范推广现场会”，重点推介山地果园运输和喷雾等机械化技术与装备，成效显著。2013年，国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学和华中农业大学团队，入选中共广东省委组织部、广东省财政厅和科技厅的广东省“扬帆计划”的“山地果园机械创新团队”，本团队将与上述企业一起，产学研相结合，农机与农艺相融合，进一步优化完善和推广应用现有的山地果园机械技术与装备，并深入研究与试验示范先进适用的其它山地果园机械。近年来，加快山地果园机械化发展已成为各界人士的共识，山地果园机械化将为山地水果产业的可持续发展提供载体与保障。

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Hong Tiansheng1,2,3，Zhang Yanlin1,4，Song Shuran1,2,3，Li Shanjun1,4，Su Jian1,2,3，Li Zhen1,2,3
（1.Division of Citrus Machinery,China Agriculture Research System,Guangzhou 510642,China；2.South China Agricultural University,Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education,Guangzhou 510642,China；3.College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China；4.College of Engineering,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China）

There is a large area of mountainous orchard in Southern China with high quality fruit products. However,the large amount and high intensive of labor requirement,as well as their low working efficiency is severely restricting the sustainable development of mountainous orchard productivity.Therefore,the development and application of mountainous orchard mechanization technologies and equipments is becoming increasingly important.This paper describes the research and application progress of mountainous orchard transportation and spray technology achieved by the two research groups from South China Agricultural University and Huazhong Agricultural University,both of which are within the Citrus Machinery Division of China Agriculture Research System.

mountainous orchard,cableway transporter,traction transporter,self-propelled transporter,constant pressure sprayer,remote control sprayer

洪添胜（1955-），男，汉族，广东梅县人，华南农业大学教授，国家柑橘产业技术体系机械研究室主任、岗位科学家。主要从事机电一体化与信息技术在农业工程中应用的研究工作。