江世界，劉繼展，馬瑞娟，趙升燚，李 男，王江山

(1.江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹研究所，南京 210014)

0 引言

截止到2015年，我國的水果種植面積接近1 282萬hm2，水果產(chǎn)量達(dá)到2.7億t。果樹的剪枝、授粉、套袋、采果、蔬果等都需要在空中完成作業(yè)，人工攀爬、借助扶梯或者簡易平臺等傳統(tǒng)的空中作業(yè)形式安全性差、作業(yè)強(qiáng)度大、效率低，且需要頻繁地上下以及挪動(dòng)，操作不便。因此，發(fā)展便捷的果園空中作業(yè)輔助裝備對果園產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。

歐美等發(fā)達(dá)國家的果園升降平臺發(fā)展較為成熟[1-2]，但我國果園以矮化密植居多，且不同地域、新老果園的規(guī)格、地形條件不一，樹冠郁閉情況嚴(yán)重，國外各類升降裝備普遍特定模式、尺寸偏大且價(jià)格高昂而無法適應(yīng)國內(nèi)果園的應(yīng)用[3]。國內(nèi)寇元哲[4]、樊桂菊[5]、買合木江·巴吐爾[6]等開發(fā)了折臂式升降平臺，王建超[7]等研制了懸掛式升降平臺，新疆機(jī)械研究院[8]、劉大為[9-10]等人研發(fā)了剪叉式升降平臺。該類果園升降平臺采用傳統(tǒng)的駕駛與作業(yè)分開方式，尺寸較大且需要不同人員配合操縱作業(yè)，因而在果園的實(shí)際應(yīng)用受到了限制。目前，駕駛作業(yè)一體的果園升降平臺已成為另一大發(fā)展趨勢，北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站、孫振杰等[11]、張花哲等[12]、李磊等[13]的成果有力推動(dòng)了臺上操控型果園升降平臺的發(fā)展；但上述機(jī)型尺寸偏大，更小型化單人臺上操控的果園升降平臺的研發(fā)將成為滿足現(xiàn)有郁閉果園內(nèi)靈活作業(yè)的客觀需要。

單人、小型化客觀上對果園升降平臺操作使用的便捷性和丘陵作業(yè)的安全性提出了更高要求。人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)是保證小型化與安全性有機(jī)協(xié)調(diào)、單人操控與作業(yè)的便捷性的前提，但現(xiàn)有研究較為缺乏。

針對現(xiàn)有果園升降平臺研發(fā)的不足，本文進(jìn)行了果園單人操控式小型升降管理機(jī)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了室內(nèi)性能測試和果園作業(yè)的性能驗(yàn)證。

1 果園規(guī)格與環(huán)境調(diào)研

我國果園規(guī)格多樣，不同區(qū)域、不同果樹品種、不同種植模式間存在著較大差異。在江蘇省不同地區(qū)的桃園、梨園展開了廣泛的實(shí)地調(diào)研，調(diào)研發(fā)現(xiàn)：

1)果樹多種植在小于15°的丘陵緩坡上，同時(shí)地形起伏較大，對管理機(jī)的通過性和作業(yè)安全性提出了一定要求。

2)目前，老齡的非標(biāo)準(zhǔn)果園和新建的標(biāo)準(zhǔn)化果園并存。以桃樹種植為例，非標(biāo)準(zhǔn)化果園的種植方式不規(guī)范，種植密集且規(guī)格多樣，如鎮(zhèn)江市樟山桃園的平均株距和行距分別為2.5m和3m，且樹冠偏矮，樹冠交接造成行間郁閉[見圖1(a)]；新建標(biāo)準(zhǔn)化果園也根據(jù)不同果樹品種的采光要求和栽培模式更新存在不同的規(guī)格，如株距和行距分別為2m和6m的一行一溝模式[見圖1(b)]，行間開設(shè)寬排水溝，地面情況復(fù)雜；株距和行距均為4m的三行兩溝模式[見圖1(c)]，滿足果園排水需求的同時(shí)，為機(jī)械化作業(yè)提供了便利條件；株距和行距分別為3m和5m的無排水溝起壟模式[見圖1(d)]，行間距較寬且地面平整，更便于果園機(jī)械化作業(yè)。

(a) 2.5m×3m (b) 2m×6m

(c) 4m×4m (d) 3m×5m圖1 丘陵果園特征Fig.1 The characteristics of hilly orchards

3)老齡非標(biāo)準(zhǔn)化果園和各類標(biāo)準(zhǔn)化果園的樹冠高度差異較大， 既有不同品種和樹齡的因素， 也有栽培模式的變化。傳統(tǒng)矮化密植的果樹較低矮，但其存在樹冠郁閉、結(jié)果平面化及易滋生病蟲的不足，因而新建果園逐步抬高主枝角度，樹冠平均高度由2.5m抬高到3m(見表1)，有效改善了通風(fēng)透光和提高了水果品質(zhì)。樹冠高度的增加，使輔助作業(yè)的小高度升降裝備成為客觀需求。

4)目前，果園的種植規(guī)模普遍偏小，除儀征捺山133.3hm2水晶梨園、溧陽平湖20hm2油桃園和部分科研種植的較大規(guī)模種植以外，普遍種植規(guī)模在2～3.3hm2左右。

2 整體方案

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)果園的現(xiàn)狀的調(diào)研，為有效適應(yīng)丘陵果園的果樹種植模式和果園作業(yè)需求，圍繞實(shí)現(xiàn)小型化的單人操控進(jìn)行果園升降管理機(jī)的研發(fā)。

1)為實(shí)現(xiàn)樹冠高度的小升降輔助作業(yè)并保證各類規(guī)格果園的通過性，同時(shí)滿足較小種植規(guī)模的成本與效益要求，以小型化為果園升降管理機(jī)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。

2)為實(shí)現(xiàn)機(jī)身的小型化并便于較小規(guī)模果園的靈活使用、減少勞動(dòng)力耗費(fèi)，選擇單人操控-作業(yè)模式，并通過便捷化操控設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單人方便地升降、上下工作臺和駕駛及空中作業(yè)。

表1 樹冠高度的正態(tài)分布Table 1 Normal distribution of canopy height

2.2 設(shè)計(jì)方案

果園單人操控式小型升降管理機(jī)由小型電動(dòng)履帶底盤、剪叉升降機(jī)構(gòu)、集成操控工作臺和自動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示。

1)小型電動(dòng)履帶底盤和輕量小升程升降機(jī)構(gòu)組合，實(shí)現(xiàn)機(jī)身的小型化，滿足各類果園的密植郁閉和復(fù)雜地面條件下的靈活通過性，并極大地降低成本和能耗；

2)升降工作臺上的集成式操控/工具盒，單人實(shí)現(xiàn)底盤的行進(jìn)、轉(zhuǎn)向、點(diǎn)動(dòng)與升降及空中作業(yè)的便捷集成操控，并以電動(dòng)收放式側(cè)板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)操作者與貨品的便捷上下，從而實(shí)現(xiàn)單人的隨時(shí)方便作業(yè)，并減少果園管理的人力耗費(fèi)。

1.集成操控/工具盒 2.工作臺 3.電動(dòng)履帶底盤 4.剪叉升降機(jī)構(gòu) 5.收放側(cè)板 6.丁字活撐腳圖2 果園單人操控式小型升降管理機(jī)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of the single-operated small lifting manager for hilly orchards

3 升降管理機(jī)的小型化設(shè)計(jì)

3.1 基于人機(jī)工程學(xué)的果園作業(yè)升降范圍分析

3.1.1 人機(jī)工程的參數(shù)關(guān)系方程

升降范圍與抬升高度是升降管理機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，抬升高度必須滿足對果樹管理作業(yè)的要求，但抬升高度必須由升降機(jī)收縮的最低離地高度和升降范圍結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，過大的最低離地高度將導(dǎo)致側(cè)板過度傾斜，影響操作者與貨品的便捷上下；而過大的升降范圍亦將增加剪叉的級數(shù)和水平尺寸，從而導(dǎo)致底盤尺寸變大與升降翻倒風(fēng)險(xiǎn)的矛盾，并增加了系統(tǒng)復(fù)雜性且對平臺穩(wěn)定性造成影響。因此，將果樹高度和人體尺寸結(jié)合，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理確定合理的升降范圍，對果園升降機(jī)的性能具有關(guān)鍵意義。

由圖3建立果園空中作業(yè)的人體-果樹參數(shù)關(guān)系為

h1+hb≥he

(1)

h1+hc≥hd

(2)

式中h1—升降機(jī)抬升最大離地高度(mm)；

hb—長時(shí)間抬臂作業(yè)的手部高度(mm)；

he—長時(shí)間抬臂作業(yè)的適宜離地高度(mm)；

hc—抬臂極限作業(yè)高度(mm)；

hd—空中作業(yè)極限離地高度(mm)。

在升降機(jī)工作臺上對樹冠進(jìn)行伸臂管理作業(yè)時(shí)，肩、臂、手部肌肉長時(shí)間承受靜負(fù)荷導(dǎo)致疲勞；長時(shí)間抬頭作業(yè)也將導(dǎo)致頸部的疲憊并嚴(yán)重影響作業(yè)效率。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，應(yīng)盡可能讓手臂長時(shí)間處于較自然的水平狀態(tài)，頭部亦不高于視線的自然水平狀態(tài)；同時(shí)，空中抬臂作業(yè)的極限高度hd亦應(yīng)滿足果樹管理高度范圍的完整覆蓋需要。

圖3 果園空中作業(yè)的人體-果樹參數(shù)關(guān)系Fig.3 Parameter relations between human body and fruit tree in for aerial work in orchard

3.1.2 人體尺寸參數(shù)的確定

按《GBT12985-1991 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體尺寸百分位數(shù)的通則》，選用成年人體尺寸百分位數(shù)5%作為設(shè)計(jì)尺寸上限值的依據(jù)，并計(jì)入相應(yīng)的功能修正量。根據(jù)《GB10000-88 中國成年人人體尺寸》數(shù)據(jù)，男、女成年5%百分位數(shù)的人體肩高分別為1 281mm和1 195mm、中指指尖點(diǎn)上舉高分別為1 971mm和1 845mm。

根據(jù)概率論，兩個(gè)相互獨(dú)立正態(tài)分布的任意線性組合仍服從正態(tài)分布，同時(shí)以15mm計(jì)入穿鞋修正量，即將1 253mm作為長時(shí)間抬臂作業(yè)的手部高度hb、以1 923mm作為抬臂極限作業(yè)高度hc。

3.1.3 樹冠高度取值的確定

由不同果園的樹冠高度采樣測量結(jié)果(見表1)，每一個(gè)桃園的樹冠高度符合正態(tài)分布，則相互獨(dú)立的正態(tài)分布的任意線性組合仍服從正態(tài)分布，剔除極少異常情況，以98%百分位數(shù)的測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為設(shè)計(jì)中的樹冠高度取值。同時(shí)，樹冠采收、剪枝等作業(yè)高度通常低于樹尖高度，分別以樹冠高度取值的80%和95%作為長時(shí)間抬臂作業(yè)的適宜離地高度he和空中作業(yè)極限離地高度hd，計(jì)算得：he=2 847.8mm,hd=3 381.8mm。

3.1.4 分析結(jié)果

將人體尺寸hb、hc與樹冠作業(yè)尺寸he、hd分別代入式(1)和式(2)得：h1≥1 954.8mm且h1≥1 458.8mm，綜合兩項(xiàng)并考慮安全余量，以1 625mm作為設(shè)計(jì)的抬升離地高度。

3.2 防側(cè)翻的底盤小型化關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 側(cè)翻臨界參數(shù)關(guān)系

空中作業(yè)時(shí)，人體往往貼近工作臺一側(cè)伸臂完成，而從通過性與行駛穩(wěn)定角度考慮底盤橫向尺寸亦較小，但離地高度和坡度的影響可能產(chǎn)生側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)。

操作者在果園空中作業(yè)時(shí)，當(dāng)整體重心的偏離超過地面支撐的豎直平面時(shí)，則會發(fā)生側(cè)翻。在發(fā)生側(cè)翻的臨界狀態(tài)下，果園管理機(jī)與人體的總重心落在通過側(cè)翻地面支點(diǎn)的豎直線上，即

(3)

式中mi—各對象的質(zhì)量(kg)；

由圖4得

m1(W1-HAtanα)cosα+m2(W1-HBtanα)cosα+
m3(W1-HCtanα)cosα+m4(W1-W2-
HDtanα)cosα=0

(4)

式中m1、m2、m3、m4—底盤、升降機(jī)、集成操控工作臺、人體的質(zhì)量(kg)；

HA—底盤的重心離地高度(mm)；

HB、HC、HD—最大抬升高度時(shí)的升降機(jī)、集成操控工作臺、人體的重心離地高度(mm)；

W1—側(cè)翻地面支點(diǎn)E到升降機(jī)中心線的距離(mm)；

W2—人體重心D距升降機(jī)中心線的偏移量(mm)；

α—地面坡度(rad)。

3.2.2 防側(cè)翻的底盤尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)

由式(4)進(jìn)一步可得

(5)

其中，W1反映了底盤的寬度。由式(5)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在一定果園地面坡度α上空中作業(yè)時(shí)，升降機(jī)與工作平臺、人體的重心離地高度HB和HC越大，則要求更大的底盤寬度才能保證不發(fā)生側(cè)翻；作業(yè)時(shí)人體的重心偏移W2所導(dǎo)致側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的增加要求以更大的底盤寬度來防止。

底盤寬度加大將導(dǎo)致升降管理機(jī)相應(yīng)尺寸的變大，對果園行間郁閉空間的通過性和靈活作業(yè)、轉(zhuǎn)向均造成不利影響。因而進(jìn)一步有

(6)

式中 [W]—防止側(cè)翻的底盤最小設(shè)計(jì)寬度(mm)；

k1—底盤寬度與側(cè)翻地面支點(diǎn)距離放大系數(shù)；

k2—安全系數(shù)。

A.底盤重心 B.升降機(jī)與工作平臺重心 C.集成操控工作臺重心 D.人體重心 E.側(cè)翻地面支點(diǎn)圖4 升降平臺果園作業(yè)的側(cè)翻臨界狀態(tài)Fig.4 Critical rollover state of the lifting platform in orchard operation

3.2.3 關(guān)鍵參數(shù)的確定

1)式(6)中：HA、HB、HC決定于管理機(jī)的部件材料、結(jié)構(gòu)尺寸和抬升高度，HD則決定于人體高度與抬升高度。

根據(jù)人體工程學(xué)，人體重心位置位于人體高度的56%，同時(shí)以15mm計(jì)入穿鞋修正量，即

HD=h1+0.56hr+15

(7)

式中hr—人體的極限高度(mm)。

式(6)中，作業(yè)時(shí)的人體重心偏移量W2決定于工作臺尺寸和人體尺寸(見圖3)，當(dāng)工作臺與底盤寬度一致時(shí)，有

W2=[W]/2-Br/2

(8)

式中Br—人體的立姿腹厚(mm)。

2)由式(7)、式(8)可知：人體的尺寸越大，則HD越大而W2越??；同時(shí)，人體的尺寸與質(zhì)量m4間存在相關(guān)性。

為充分考慮不同人體的差異，根據(jù)式(6)得到充分適應(yīng)操作者的防側(cè)翻底盤最小設(shè)計(jì)寬度，根據(jù)《GB10000-88 中國成年人人體尺寸》和《GB-T 13547-1992 工作空間人體尺寸》數(shù)據(jù)，分別以成年人體5%、50%和95%百分位數(shù)的身高、體重和立姿腹厚代入式(6)～式(8)(見表2)，以其中最小的[W]計(jì)算結(jié)果作為底盤最小設(shè)計(jì)寬度。

表2 成年人人體尺寸Table 2 Body size of adults

4 單人操控的便捷化設(shè)計(jì)

4.1 無障礙上下通道設(shè)計(jì)

4.1.1 丁字活撐腳結(jié)構(gòu)的提出

在收放側(cè)板的無障礙通道設(shè)計(jì)中，收放側(cè)板釋放后的坡度越大越不便于操作人員與物品的上下。由圖5可知：對作業(yè)所需升降范圍與承載量所決定的一定收縮離地高度，側(cè)板的高度越大越能獲得更小的側(cè)板釋放坡度β，但側(cè)板的合理高度需根據(jù)操作者伸臂作業(yè)的需要來確定。

為保證空中作業(yè)的安全，護(hù)欄高度ha與側(cè)板高度均應(yīng)高于人體的重心，但側(cè)板高度過大將對行進(jìn)和作業(yè)過程中視線造成影響，其太小則導(dǎo)致側(cè)板落地坡度變大導(dǎo)致上下工作臺困難。

為解決側(cè)板高度與釋放坡度的矛盾，設(shè)計(jì)了收放側(cè)板尾端的丁字活撐腳結(jié)構(gòu)，在側(cè)板尾端設(shè)置外傾斜口，丁字活撐腳與外傾斜口相鉸連。當(dāng)側(cè)板豎起后，由重力使丁字活撐腳自動(dòng)貼靠側(cè)板；而當(dāng)側(cè)板釋放時(shí)，由重力保證丁字活撐腳始終懸垂并搭于側(cè)面，由丁字活撐腳的高度來有效減小側(cè)板的落地坡度。

4.1.2 丁字活撐腳式收放側(cè)板的參數(shù)方程

由圖5得

l1sinβ+l2sin(β+γ)+l3=h2

(9)

式中l(wèi)1—收放直側(cè)板長度，取l1與護(hù)欄的高度ha一致(mm)；

l2—收放側(cè)板斜口長度(mm)；

l3—丁字活撐腳高度(mm)；

β—側(cè)板的落地坡度(rad)；

γ—收放側(cè)板斜口的傾角(rad)。

對收放側(cè)板，有

hc=l1+l2cosγ

(10)

式中hc—側(cè)板高度(mm)。

根據(jù)《GB50096-1999住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》的樓梯設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為上下工作臺的便捷，增加外傾斜口和丁字活撐腳后，收放側(cè)板釋放搭于地面的離地高度不大于175mm，即

l3+l2sin(β+γ)=175

(11)

1.履帶底盤 2升降臺底板 3.收放側(cè)板斜口 4.丁字活撐腳 5.收放直側(cè)板圖5 收放側(cè)板的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖Fig.5 Diagram of structural parameters of the retractable side-plate

4.2 集成控制盒

1)為便于果農(nóng)的臺上操作，臺上集成控制盒上布置底盤操控手柄、側(cè)板收放鍵與升降鍵，分別進(jìn)行底盤、側(cè)板與升降機(jī)的操控，同時(shí)設(shè)置總開關(guān)與指示燈并將工具箱與控制盒集成為一體。

2)為方便果農(nóng)啟動(dòng)管理機(jī)和進(jìn)入工作臺，在機(jī)身下方布置側(cè)板收放鍵和總開關(guān)，與操控盒上的側(cè)板收放鍵和總開關(guān)構(gòu)成雙控。

3)底盤采用雙側(cè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，操控手柄以雙電位器方式控制雙側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)手柄推動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)/退與左右轉(zhuǎn)向，根據(jù)手柄推動(dòng)幅度控制進(jìn)/退速度和轉(zhuǎn)彎半徑。

4)人在空中狀態(tài)下能夠操控管理機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整，從而使果農(nóng)完成對樹冠各個(gè)位置的管理作業(yè)，將大大提升管理機(jī)的實(shí)用性，可通過手柄的小幅推動(dòng)滿足點(diǎn)動(dòng)工況的操控需求。

5 樣機(jī)與試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 樣機(jī)開發(fā)

根據(jù)式(1)～式(7)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算，完成了果園單人操控式小型升降管理機(jī)的開發(fā)，如圖6所示。該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)與性能指標(biāo)如表3～表6所示。

1.工具箱 2.總開關(guān) 3.操控手柄 4.側(cè)板收放鍵 5.升降鍵圖6 樣機(jī)與集成控制盒Fig.6 The prototype and the integrated control box表3 樣機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Key structural parameters of the prototype

類別收縮離地高度h2/mm側(cè)板高度ha /mm斜口傾角γ/(°)底盤寬度W/mm丁字活撐腳高度/mm參數(shù)775133037800175

表4 樣機(jī)適應(yīng)性指標(biāo)參數(shù)Table 4 Adaptive index parameters of the prototype

表5 樣機(jī)幾何性指標(biāo)參數(shù)Table 5 Geometric index parameters of the prototype

表6 樣機(jī)運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力指標(biāo)參數(shù)Table 6 Kinematic/dynamic parameters of the prototype

該管理機(jī)采用了直流雙驅(qū)電動(dòng)底盤和液壓3級剪叉結(jié)構(gòu)，尺寸和質(zhì)量分別僅為1 200mm×800mm(長×寬)、350kg，與現(xiàn)有的柑橘園升降作業(yè)平臺(1 800mm×900mm、756kg)[11-12]、履帶式多功能果園作業(yè)平臺(2 555mm×1 020mm、1 015kg)[13]以及豐茂菲迪自走式多功能果園移動(dòng)平臺(3 200mm×1 300mm、2 150kg)等相比，明顯實(shí)現(xiàn)了果園升降管理機(jī)的小型化。

與機(jī)身的小型化配套，手柄-按鍵組合式集成操控盒實(shí)現(xiàn)了工作臺上的便捷控制(見圖7)，同時(shí)通過小外傾斜口和自動(dòng)貼靠的丁字活撐腳結(jié)構(gòu)，使側(cè)板落地坡度β從40.2°下降為26.7°，保證了操作者的便捷上下，并可實(shí)現(xiàn)小型機(jī)身在20°坡度地面、1.4m/s速度的安全行進(jìn)和15°坡度地面及極限作業(yè)高度3.5m的空中安全作業(yè)。

5.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

2017年12月-2018年1月，在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水植物基地桃園分別進(jìn)行了樣機(jī)的性能測試和作業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)。室內(nèi)性能測試結(jié)果表明：樣機(jī)能夠在0°～20°坡度的地面平穩(wěn)行進(jìn)，側(cè)傾15°時(shí)能夠滿足3.5m的極限作業(yè)高度，如圖7(a)所示。與側(cè)板直接落地時(shí)操作者需借助拉拽繩索上下工作臺相比[見圖7(b1)]，加裝丁字活撐腳結(jié)構(gòu)后側(cè)板落地坡度滿足了操作者無輔助便捷上下工作臺的需求,如圖7(b2)所示。

(a1) 收縮 (a2) 空中作業(yè) (a) 側(cè)傾性能測試

(b1) 側(cè)板落地(無撐腳) (b2) 側(cè)板落地(有撐腳) (b) 上下性能測試圖7 室內(nèi)性能測試Fig.7 Experiments of performance in laboratory

果園現(xiàn)場試驗(yàn)表明：樣機(jī)能夠在有樹根、淺溝的果園松軟地面順利通行和靈活轉(zhuǎn)向，在各行間及樹冠間的通過性良好[見圖8(a)]，升降范圍能夠滿足對不同樹冠空中管理作業(yè)的需要，如圖8(b)所示。

(a) 行進(jìn) (b) 作業(yè)圖8 果園作業(yè)試驗(yàn)Fig.8 Experiments in orchard

6 結(jié)論

1)對多個(gè)果園進(jìn)行了參數(shù)調(diào)研，進(jìn)而根據(jù)樹冠高度、人體尺寸的正態(tài)分布規(guī)律和丘陵果園的應(yīng)用需求，基于人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行了果園升降管理機(jī)的小型化設(shè)計(jì)，機(jī)身長寬和質(zhì)量僅為1 200mm×800mm、350kg，僅為現(xiàn)有產(chǎn)品的1/6～1/2。

2)開發(fā)了工作臺上集成操控盒，并基于人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行了工作臺和丁字活撐腳式自動(dòng)收放側(cè)板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單人便捷臺上集成操控和人員及物品的無障礙便捷上下。

3)性能測試和作業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明：樣機(jī)能夠在0°～20°坡度的地面平穩(wěn)行進(jìn)，在果園復(fù)雜地面的通過性良好；側(cè)傾15°時(shí)能夠滿足3.5m高度的作業(yè)要求，丁字活撐腳結(jié)構(gòu)使收放側(cè)板落地坡度從40.2°下降為26.7°，操作者可無輔助便捷上下工作臺。