摘要：设计了一种棚架型葡萄种植辅助管理机械，并研制了样机。测试结果表明，该机型可以携带一名操作员，在葡萄棚架下完成行走、转弯等动作，操作简单、灵活、通过性好。具备座位升降和旋转功能，极大地增强了作业的适应性，达到了设计预期。

　　关键词：棚架葡萄；辅助机械；绑枝；采收

　　近几年，随着葡萄新品种的研发，口感好的葡萄品种越来越受到市场认可，陕西鲜食葡萄产业得到了大力的发展。但是在葡萄田间管理方面，果农面临着比较繁琐的作业（绑枝、套袋、采摘等），工作劳动强度大，作业任务紧，再者劳动力老龄化严重，机械化程度低。特别是在棚架葡萄的田间管理中，果农在棚架下面长时间，反复单调作业，受到空间的影响，更是给劳动者带来了更大的困难（见图1）。

　　在水平棚架葡萄田间管理中，主要的作业都是在棚架下完成，根据陕西当前的棚架特点，棚架行距在2.8 m，株距1.5 m，棚高为2～2.5 m，在这样的空间里，果农需要抬头仰望着葡萄藤蔓完成绑枝、套袋、采收。大部分任务需要梯*辅助，同时双手长时间高举作业，不断地更换作业场地。长时间高强度的作业给果农带来了身体压力（见图2）。同时，工作效率低下，难以满足市场的需求。

　　辅助型果园机械的研发应用，在实际葡萄棚架作业中能够提高工作效率，减轻工作强度。也是实现葡萄产业现代化的保证。本次设计研发的机械装备就是辅助果农在葡萄棚架下完成剪枝、套袋、采收工作任务。

　　1整体设计思路

　　棚架型葡萄管理机总体方案应适应不同葡萄棚架高度工况，棚架高度2～4 m的范围。管理机采用电池为动力源，电机驱动，履带轮组。机身设计极紧凑的结构布局，通过性和转弯半径满足多种棚架环境，机身设置采收容器。管理机配有驾驶座位，可载质量300 kg，果农操作实现其前进、后退、停止、转弯、升降等功能。操作方式采用常用的驾驶习惯，保证简单易掌握。管理机在棚架下行走速度为小于5 km/h超低速的行进。可原地转弯调头，转弯半径要控制在1～1.2 m，驾驶座位还可左右旋转±60°角度。管理机具有强劲的动力输出克服松软的果园环境。果农坐在驾驶座上可以半躺着完成棚下的作业任务，座位可以升降调整，也可左右旋转角度，同时管理机可原地转弯、行进等。

　　2总体的方案设计

　　管理机包括车架部分、后桥电机部分、轻型履带对、动力电池、电控箱、电动推杆装置、可调座位、操作面板等部件。总体的设计尺寸为1 300 mm×1 000 mm×1 500 mm。

　　行走机构选用的是高架链轮履带式行走机构，履带式行走机构有一个显著的特点，适合在复杂路面上运行。履带式移动机构能够在各种不同的路面行走，适应不同的地面环境，棚架型葡萄园内，空间狭小，路面松软有凹凸，底面工况较为复杂。履带宽度增加了与底面的接触面积，受力更加均匀，有效地提高动力的利用率，最主要就是能够实现短半径转向，符合狭窄环境下行驶，具有很强的越障能力。

　　动力源采用常见的铅酸水电池，电池容量为100 Ah，配套的1 500 W的直流低扭矩电机，电驱动的扭矩能够满足需要，充电方便，绿色环保，也是果园机械后续发展的方向。控制方式采用驾驶控制、无线控制2种模式，既保留原有的操作习惯，又可方便果农在远距离控制设备。

　　棚架葡萄管理升降模式是电池驱动，升降装置的执行机构是电动推杆，并配有限位防护装置；电动推杆采用双位对称的布置方法，推杆的行程为1 000 mm，功率为350 W，48 V直流电源，与行走机构使用同一动力源。座位旋转采用传统的机械式齿盘转动并设置限位保护装置，使用踩压式的转位方法（见图3）。

　　3设备主要参数

　　棚架葡萄作业机总体框架见图4，主要技术参数见表1。

　　4控制系统设计

　　在棚架葡萄作业机的控制部分，控制系统设计一体化无线控制形式，控制单元设计包括行进控制单元、升降控制单元、装框控制单元三大部分。均采用无线传输方式实现系统间的通信，通过手柄实现控制信号输入，通过电磁阀实现执行机构的控制，控制系统总体组成框架（见图5）。

　　遥控器接受指令输入后，信号经无线通信传送到主机控制器，主机控制器接受指令后执行对应程序模块，输出控制信号控制电磁阀的开闭或开口大小实现对应执行机构的动作执行，执行机构运动的各项参数经传感器通过总线传送到主机控制器，并进行信号分析与处理，及时做出执行动作参数调整。

　　5产品性能测试及应用

　　在完成设计后，对产品性能测试可以对其性能指标进行全面检测，结合实际工况环境，以及产品本身特点，分别通过空载性能、负载性能、过载性能等方面对产品进行全面性能测试。其中产品的负载性能直接能反映产品设计的关键性能指标是否符合设计要求，按照设计要求，棚架葡萄作业机负载100 kg，通过遥控控制在50 m范围内，所有控制单元均能接收到信号，并执行动作，操作者在葡萄棚架下可操作设备行走、停车、转弯、升降、旋转各功能都满足设计要求。按照理想设计工况需求，本作业机通过实践测试，各项参数均符合设计要求，见图6。

　　参考文献

　　[1]周学剑.电动农业机械研究现状与前景[J].农业工程技术,2019(32):64,66.

　　[2]韩大勇.果树挖坑定量施肥机的研制[D].济南:山东农业大学,2011.

　　[3]刘凤之.中国葡萄栽培现状与发展趋势[J].落叶果树,2017,49(01):1-4.

　　[4]胡志超,王海鸥,胡良龙,等.美国葡萄生产机械化[J].中国农机化,2005(06):4