摘要：贵州省地势较为复杂，食用菌规模化种植基地分布分散，宜机化道路环境较差，无论是菌棒、营养袋运输还是其他物资运输等都需要大量的劳动力，作业成本高。研究设计了一种丘陵地区林下食用菌栽培基地专用运输机，采用无线遥控技术实现无人操作，高通过性底盘保证满足作业要求，新能源技术绿色环保，可解决林下食用菌种植的运输难题。

　　关键词：丘陵地区；食用菌生产；运输车；新能源；全地形作业

　　1.引言

　　*近*总*记强调“大力推进农业机械化、智能化，为农业现代化插上科技的翅膀”。贵州丘陵山区林下食用菌产业要走高质高效发展道路，必须依靠机械化作业。林下食用菌养殖基地生产的特点是食用菌栽培过程中，菌棒和营养袋及其他物资运输技术水平较低，作业困难，研发一种能适应坡度大于25°的林下食用菌栽培基地专用智能运输机械，包括采用无线遥控技术实现机械无人驾驶和智能控制系统研究、整机小地块原地转向研究、机械底盘通过性和仿形结构研究以及机械纯电驱动应用研究，以满足农机农艺融合的技术研发，为林下食用菌种植多工况作业提供适应性保障，提高林下食用菌栽培的劳动生产率和生产效率，具有十分重要的意义[1-3]。

　　2.研究内容

　　研发适宜丘陵山区林下食用菌栽植基地专用的智能农业转运机械（以下简称运输车），满足丘陵地区林下食用菌生产的多工况、高效率的作业要求，对农业机械向绿色环保、适用智能、高端化方向发展具有关键性作用。运输车实物样机如图1所示。

　　2.1运输车底盘通过性关键技术研究

　　设计初期，通过对国内外拖拉机、林业、工程机械等机械底盘结构通过性进行测试，对其底盘通过性参数进行数据分析。参考分析数据，综合应用Solid-works、AutoCAD等软件设计出离地间隙大于120mm，适用于山地丘陵通过性较高、仿形能力强的底盘结构[4,5]。

　　2.2运输车原地转向关键技术研究

　　充分考虑运输车原地转向要求，设计结构简单、维护方便、可靠性强且重量轻的转向机构。为获得合适的结构进行转运机械整机结构的布局和设计，从电机选用、机械原理以及液压马达等转向结构分别进行三维数据设计及模拟验证，以满足机械原地转向的功能。

　　2.3运输车动力源关键技术研究

　　针对现有农用机械燃油动力源废气排放量大，污染环境等缺点，对新能源的应用进行研究，对新能源的能效转换进行数据统计分析。从能源转换、续航能力和经济效益、节能环保等角度考虑，选择符合绿色农业发展的动力源[6,7]。

　　2.4运输车控制系统关键技术研究

　　通过市场调研发现，目前丘陵山地机械因作业环境恶劣，乘坐式或手扶式的机械操作强度大，且在斜坡容易发生侧翻，造成人员伤亡。设计的运输机利用自动化通讯原理，采用遥控器远程控制机械运输作业，提高机械的操作安全性。为防止车辆在失控的情况下继续行驶，采用变速器和电机组合设计制动装置，利用变速器和电机的组合装置进行自动制动，起到保护人员、运输车以及货物的作用。

　　2.5运输车农机农艺结合关键技术研究

　　掌握丘陵地区不同区域的作物管理模式和种植模式，使田间转运与农艺相适应，满足不同区域的个性化需求。设计可实现折叠、翻转的装运货斗，以满足不同货物、不同装载量的需求[8]。

　　3.机械结构

　　运输车整机尺寸为长1.636m、宽1.414m、高0.861m，离地高度0.273m，重量约200kg。整机结构如图2所示。

　　运输车搭载2个48V锂电池，一个作为工作电池，一个作为备用电池，为保持车身平衡，两个电源安装在车身两侧，通过开关切换电源1和电源2，续航可达10小时以上，电源箱体上有开关、保险、电源总闸以及电量显示屏。

　　运输车车身两端配备2个功率为1500W的无刷电机与变速器配套驱动行走系统，采用无线遥控装置，分别控制左右行走轮的转速、转向及制动，可实现差速原地转向及陡坡制动。

　　该项目设计的运输车行走速度范围为0—4.2公里/小时可调，爬坡范围0—50°,续航能力可达10小时以上。运输车参数如表1所示。

　　4.工作原理

　　运输车采用锂电池作为动力源，实现零排放，保障环境绿色无污染。采用四轮驱动作为行走系统，工作过程中，利用无线遥控器加接收器完成操纵信号传输，电机驱动实现无级调速，1公里以内远程控制2个电动机差速行走和转向功能，空载最高时速可达4.2公里。根据丘陵地区地形特点实现360°原地灵活转向。因采用无刷式电机驱动车轮转动，在50°以内的坡道上不发生溜坡。在货箱方面，采用可折叠式的结构，搭载菌棒、营养袋等小尺寸物资时，将货箱板收拢，用链条固定锁住。当搬运秸秆类长尺寸物资时，将货箱板打开，提高货箱载物通用性。底盘使用独立悬挂，采用转动轴连接左右两边轮胎半轴，使转动更灵活，仿形能力更强，增加丘陵山区行走和作业的通过性及稳定性。

　　5.田间试验

　　贵州省森林植被覆盖率高，地块分散，坡度大，坡度可达10°—30°,有些地区甚至达到50°坡度。采用林下食用菌套作方式能提高土地利用率。栽植食用菌，需要将基质均匀铺在畦床上，并进行接种。一般情况下，畦床面上基质和菌种的厚度维持在15—20cm，这要求运输车辆离地高度不低于20cm。

　　模拟林下食用菌栽植环境，分别选取坡度为10°、20°、30°的三段试验坡，坡道上设置高约0.25m的障碍物，准备约300kg的载重货物进行运输车作业模拟试验。试验场地如图4所示。

　　5.1试验目的

　　通过正交试验寻求机器行走速度和工作坡度最优组合，以便进一步优化结构，减轻整机重量，提高机械工作效率。

　　5.2试验方案

　　采用正交试验设计方法，以机器行走速度和载重量为试验因子，按照正交试验要求设置水平，采用综合评分法评价运输车工作效果。试验综合评分包括：坡度、通过性、稳定性、刚性及续航表现等。

　　5.3试验步骤

　　5.3.1用水准仪、卷尺测量坡道坡度，将运输车分别置于接近于10°、20°、30°的坡道上，开启电源开关；

　　5.3.2按试验顺序，分别在100kg、200kg、300kg载重条件下操纵遥控器，让运输车沿着斜坡从低向高行走，用秒表记录调整行走速度；

　　5.3.3观察运输车的通过性、稳定性、刚性及续航表现，对各试验结果进行专家评分；

　　5.3.4试验中模拟生产实际，有规律地调整行走速度及载重组合以达到最佳状态。

　　5.4正交试验分析[9-11]

　　5.4.1试验设计

　　根据试验需求选取A行走速度（m/min）和B载重量（kg）两个因子，每个因子设计三个水平：A1数值20m/min,A2数值40m/min,A3数值60m/min,B1数值100kg,B2数值200kg,B3数值300kg。试验选取L9（34）正交表进行方差分析，且作如下处理：正交表第三、四列极差较大者所在列为A、B因子的交互作用列，剩余列作空列误差。因子水平如表2所示。

　　试验观察指标有坡度、通过性、稳定性、刚性、续航表现如表3所示，各指标满分均为10分，得分越高，则通过性、稳定性、刚性和续航表现越好，综合得分为各指标得分乘以相应权重的总和。

　　5.4.2试验评分记录

　　试验评分结果如表4所示，方差分析如表5所示。

　　通过对运输车作业效果综合得分的极差和方差分析，可以得出以下结论：

　　（1）影响运输车运输作业效果综合得分的因子依次为B×A—A×B—B，所以在作业过程中要特别注意载重量和行走速度的调整。

　　（2）最优搭配为A2B3，其综合得分为9.79，即正交试验分析得出运输车作业时候，将行走速度调整到40m/min,载重量为300kg时的运输效果为宜。

　　5.4.3作业效率测试

　　通过模拟丘陵山区林下食用菌栽植基地作业环境，对比机械运输货物效率与人工(一名人工)运输货物效率，在坡度为30°左右的基地运输货物，人工运输效率1.5t/h,机械运输效率可达17t/h。

　　6.结论

　　研究设计的丘陵地区林下食用菌栽植基地专用运输车具有很强的应用价值，代替传统人工肩挑背扛，续航时间达10小时以上，实现至少30°的爬坡能力及自锁功能，实现原地差速转向功能。作为山地丘陵地区搬运作业的机器，协助农民搬运菌棒、基质、运输营养袋等物资，提高食用菌菌棒、营养袋等运输效率10倍以上，降低运输劳动力支出成本70%以上，显著减少劳动力成本开支，提高食用菌生产的经济效益。借鉴汽车新能源技术，采用新能源，完成运输作业的同时实现无污染零排放，符合绿色农业发展的要求，利用甲醇发电对转运机械电器系统供电和对蓄电池进行充电，充分利用可再生资源，节省电能消耗。实验对比表明，丘陵地区林下食用菌栽培基地专用智能转运机械降低劳动强度，减少劳动力支出，市场前景广阔，推广价值高，是我国丘陵林下食用菌栽培生产运输机械化研究的创新。

　　参考文献

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