CN111994096B - 基于轨道的山地果园设备及布设运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轨道的山地果园设备及布设运行方法，其中基于轨道的山地果园设备包括轨道和作业装置，作业装置沿轨道往复运行并作业，还包括自适应止沉装置，自适应止沉装置包括支撑杆、锁紧套筒和止沉盘，支撑杆的顶端固定连接轨道，杆身上套接连接有锁紧套筒，止沉盘铰接于锁紧套筒上，并能绕铰点转动。该设备具有简单实用、降低人工需求、自动化程度高和工作效果好等优点。使用该设备的布设运行方法除上述优点外，还具有对山地等恶劣环境适应性好等优点。

Description

基于轨道的山地果园设备及布设运行方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种基于轨道的山地果园设备及布设运行方法。

背景技术

我国是农业大国，通过农业机械化来提高生产效率减轻劳动强度是农业现代化的重要内容和标志。随着我国农村劳动力减少，传统山区的果园生产管理过程中，除草、施肥和采摘等环节劳动力短缺导致成本增加，给我国农业的现代化发展带来巨大的挑战。目前越来越多的农业机械被用于果园管理，果园种植模式也相应地发生了巨大的改变。

但是现阶段采用的大田或设施农业中的小微型机具较少针对果园空间及地形进行有效优化，管理果园机械设备仍需较多劳动力，自动化水平难以提升。其主要原因是传统机具多为轮式或履带式燃油拖拉机牵引系统，面对山地果园大坡度、地形复杂、地面松软等恶劣工作环境时阻力大、难以调控且工作效果不佳，并存在燃油利用率低的问题。

近年来轨道技术被逐渐应用于运输和田间管理，可显著降低机具所受阻力和控制难度。然而目前缺少适合山地果园作业环境的、易于自动控制且管理成本低的现代化果园设备。

研究人员们提出了各种解决方法来满足现代化山地果园的生产管理需要。申请号为201711245400.9的中国专利公开了一种山地果园运输系统的搭建方法，包括预设树状格局、测定果树产量、结合产量确定路线并铺设。其局限性在于没有关于山地果园生产和管理的考虑，且其树状结构的轨道布设格局依赖频繁的变轨操作，这对变轨装置提出了很高的要求，此外其轨道安装需要用水泥底座做支撑，不利于实际山地的轨道搭建。

申请号为201510594739.4的中国专利公开了一种基于轨道运输的农业智能化生产系统及使用方法，通过架设地面和空中轨道，实现搭载常用农业生产管理装备作业。其应用场景是平整的大块集中农田，然而该系统无法应用于地形复杂的山地果园。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单实用、降低人工需求、自动化程度高和工作效果好的基于轨道的山地果园设备，以及一种对山地等恶劣环境适应性好的使用山地果园设备的布设运行方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于轨道的山地果园设备，包括轨道和作业装置，所述作业装置沿轨道往复运行并作业，还包括自适应止沉装置，所述自适应止沉装置包括支撑杆、锁紧套筒和止沉盘，所述支撑杆的顶端固定连接轨道，杆身上套接连接有锁紧套筒，所述止沉盘铰接于锁紧套筒上，并能绕铰点转动。

作为上述基于轨道的山地果园设备的进一步改进：

所述止沉盘上设有通孔，所述支撑杆的底端通过通孔穿出止沉盘，所述止沉盘与锁紧套筒之间的铰点为两个，两个铰点的连线与支撑杆垂直。

所述支撑杆的底端为一锥形。

所述作业装置包括单轨运输机、作业模块和支撑机构，所述单轨运输机设置于轨道上，所述支撑机构连接于单轨运输机上并与单轨运输机同步移动，所述作业模块可拆卸连接于支撑机构上。

所述支撑机构包括横向导轨，所述横向导轨与单轨运输机沿水平面可转动式连接，所述作业模块连接于横向导轨上，并能沿其往复移动。

所述支撑机构还包括伸缩支腿，所述伸缩支腿的顶端连接于横向导轨上，底端设有滚轮，伸缩支腿通过伸缩使横向导轨保持水平。

基于轨道的山地果园设备还包括控制系统，所述控制系统包括水平传感器和执行模块，所述水平传感器安装于横向导轨上，检测其相对于水平面的倾斜程度，并发送至执行模块，所述执行模块根据横向导轨的倾斜程度控制伸缩支腿的伸缩。

所述轨道包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的登顶轨段，以及多个沿等高线布设的等高轨段，所述登顶轨段的最高点与最高处的等高轨段的一端通过连接轨段连通，相邻的等高轨段的端部通过连接轨段连通。

一种使用基于轨道的山地果园设备的布设运行方法，步骤包括：

S1：设定轨道的路线：所述路线包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的第一段、多个沿等高线布设的第二段、以及连接第一段的最高点与最高处的第二段端部的第三段、连接相邻的第二段的端部的第三段；

S2：布设自适应止沉装置：先将支撑杆的底端插入地面，之后调整锁紧套筒在支撑杆上的位置，使止沉盘旋转后贴合所述地面；按上述方式依次沿轨道的路线间隔布设自适应止沉装置；

S3：架设轨道：在自适应止沉装置上架设轨道；

S4：作业：将作业装置放置在山地果园设定点处的轨道上，所述作业装置沿轨道先移动至山地果园最高点，之后沿轨道边移动边作业，直至完成果园作业。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于轨道的山地果园设备，包括轨道和作业装置，作业装置沿轨道往复运行并作业，这种基于轨道的作业设备整体结构较小，所以作业装置整身放置于山地等复杂地形时，作业装置所覆盖地面区域的最大高度落差较小，因此能够良好适用于山地果园的地形，并且作业装置沿轨道能够自动运行作业，对人工需求极小，自动化程度高，使用更加灵活方便。

本发明的设备还包括自适应止沉装置，其中支撑杆的顶端固定连接轨道，杆身上套接连接有锁紧套筒，止沉盘铰接于锁紧套筒上，并能绕铰点转动。在使用时，支撑杆底端插入地面后，调节止沉盘，能够使止沉盘绕铰点转动从而贴合于地面，大大增加了自适应止沉装置与地面的接触面积，相比于只设置单一的支撑杆来说，在受同等压力的情形下，其施加于地面的压强更低，因此能够有效防止支撑地面压溃破碎，进而防止支撑杆的沉降，保持轨道处于原有位置和高度。这种支撑结构相比于水泥底座支撑结构来说，投入成本低、搭建过程快速高效、且可以灵活变动，能够随时进行拆卸更换维护，有利于山地果园作业设备的轨道搭建。

附图说明

图1是基于轨道的山地果园设备的结构示意图；

图2是基于轨道的山地果园设备中自适应止沉装置的结构示意图；

图3和图4是基于轨道的山地果园设备在倾斜地面上运行的结构示意图；

图5是实施例1中的基于轨道的山地果园设备中轨道的布设位置示意图；

图6是实施例3中的基于轨道的山地果园设备中轨道的布设位置示意图；

图7是实施例4中的基于轨道的山地果园设备中轨道的布设位置示意图；

图8是实施例5中的基于轨道的山地果园设备中轨道的布设位置示意图。

图例说明：1、轨道；11、登顶轨段；12、等高轨段；13、连接轨段；2、作业装置；21、单轨运输机；22、作业模块；23、支撑机构；231、横向导轨；232、伸缩支腿；3、自适应止沉装置；31、支撑杆；32、锁紧套筒；33、止沉盘。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的基于轨道的山地果园设备，包括轨道1和作业装置2，作业装置2沿轨道1往复运行并作业，这种基于轨道1的作业设备整体结构较小，所以作业装置2整身放置于山地等复杂地形时，作业装置2所覆盖地面区域的最大高度落差较小，因此能够良好适用于山地果园的地形，并且作业装置2沿轨道1能够自动运行作业，对人工需求极小，自动化程度高，使用更加灵活方便。

且设备还包含自适应止沉装置3，自适应止沉装置3包括支撑杆31、锁紧套筒32和止沉盘33，支撑杆31的顶端固定连接轨道1，杆身上套接连接有锁紧套筒32，止沉盘33铰接于锁紧套筒32上，并能绕铰点转动。在使用时，支撑杆31底端插入地面后，调节止沉盘33，能够使止沉盘33绕铰点转动从而贴合于地面，大大增加了自适应止沉装置3与地面的接触面积，相比于只设置单一的支撑杆31来说，在受同等压力的情形下，其施加于地面的压强更低，因此能够有效防止支撑地面压溃破碎，进而防止支撑杆31的沉降，保持轨道1处于原有位置和高度。这种支撑结构相比于水泥底座支撑结构来说，投入成本低、搭建过程快速高效、且可以灵活变动，能够随时进行拆卸更换维护，有利于山地果园作业设备的轨道1搭建。

本实施例中，锁紧套筒32设有一个沿轴向方向的开口，开口通过一紧固件锁紧固定，从而可以调节锁紧套筒32的锁紧程度，当需要调节止沉盘33在支撑杆31上的上下位置时，可以通过拧松紧固件，变动锁紧套筒32位置，再拧紧紧固件定位其位置即可。

本实施例中，止沉盘33为一圆环形的盘面，其中部设有通孔，支撑杆31的底端通过通孔穿出止沉盘33，止沉盘33与锁紧套筒32之间的铰点为两个，两个铰点的连线与支撑杆31垂直。这种设置方式中止沉盘33与地面的接触面积相对于支撑杆31的轴线均匀分布，确保支撑杆31不会沉降的同时还不会向一侧歪斜。

本实施例中，支撑杆31的底端为一锥形，在安装支撑杆31时，锥形的底端能够更轻易快速的插入地面。

本实施例中，作业装置2包括单轨运输机21、作业模块22和支撑机构23，单轨运输机21设置于轨道1上，支撑机构23连接于单轨运输机21上并与单轨运输机21同步移动，作业模块22可拆卸连接于支撑机构23上。本实施中，作业模块22包括土壤耕整装置、植保装置、灌溉装置、收获装置、施肥装置以及其他果园作业可能需要的装置，在进行不同作业之前，可以通过可拆卸连接方式更换所需装置。工作人员只需要在进行更换作业模块22时介入操作，而在完成作业过程中无需其他人工干预，因此所需劳动力较少，管理成本进一步降低。

本实施例中，支撑机构23包括横向导轨231，横向导轨231与单轨运输机21沿水平面可转动式连接，作业模块22连接于横向导轨231上，并能沿其往复移动。在进行正常作业时，横向导轨231呈与轨道1垂直的角度，作业模块22往复运行在横向导轨231上进行作业，以扩大可以进行作业的范围，使设备覆盖的区域更彻底；但当经过一些窄小区域时，横向导轨231沿水平面转动，从而贴近轨道1，使整个设备所占的横向空间更小，方便通过。本实施例中，横向导轨231与单轨运输机21通过一竖直方向的铰轴铰接，并通过一转动驱动件进行转动驱动，以实现转动连接功能，在其他实施方式中，也可以通过其他具备同样功能的结构连接，在此不做赘述。本实施例中，可以在横向导轨231上设置一滑动板，作业模块22与滑动板通过卡扣、紧固件或插接结构等常见可拆卸结构连接，也可以将作业模块22直接滑设在横向导轨231上，在横向导轨231的两端设置可拆卸的限位板来实现可拆卸连接。

本实施例中，支撑机构23还包括伸缩支腿232，伸缩支腿232的顶端连接于横向导轨231上，底端设有滚轮，伸缩支腿232通过伸缩自动调节伸缩量，以适应地面倾斜度的变化，如图3和图4所示，使横向导轨231保持水平，确保作业模块22运作所需的足够的结构刚性。本实施例中，伸缩支腿232可以是气缸、油缸、电动推杆等任一能实现伸缩功能的结构。

本实施例中，轨道1包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的登顶轨段11、多个沿等高线布设的等高轨段12以及用于连接的连接轨段13。其中登顶轨段11的最高点与最高处的等高轨段12的一端通过连接轨段13连接，最高处的等高轨段12的另一端与次高处的等高轨段12的一端通过连接轨段13连接，以此类推，即每条等高轨段12的两端均通过连接轨段13与其相邻的两个等高轨段12连接，最低处的等高轨段12的末端既可以连接至山地果园的设定点，也可以连接至其他设定位置，视具体的作业情况进行更改。本实施例中的连接轨段13为弧形轨段，且与其待连接的两个等高轨段12相切。

在此情形下，作业装置2会先到达山顶，随后在基于等高线铺设的等高轨段12上水平移动作业，之后在每一层等高轨段12的尽头通过连接轨段13进入低一层的等高轨段12，进行自顶向下作业。由于作业过程中作业装置2为水平移动，因此其可控性更高，降低了行进阻力和能量损耗。并且自上而下的作业方式的使作业装置2进入连接轨段13时，除自身动力外还有重力辅助前进，有利于提高行进的顺滑度，又因为本实施例中的连接轨段13为弧形轨段，这种过弯方式有利于减小转弯半径，而这恰好规避了传统上坡转弯的难点。

图5所示为本实施例的山地果园中的轨道1的布置位置示意图，其中山地果园区域内的等高线如图中点划线所示，轨道1如图中实线所示，本实施例中的山地果园为一个地形较为简单的只有一个坡顶的山地区域，且坡度均匀，所以等高轨段12能够从内至外、从上至下的均匀布设。

本实施例的基于轨道的山地果园设备的布设运行方法，步骤包括：

S1：设定轨道1的路线：路线包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的第一段、多个沿等高线布设的第二段、以及连接第一段的最高点与最高处的第二段端部的第三段、连接相邻的第二段的端部的第三段；

S2：布设自适应止沉装置3：先将支撑杆31的底端插入地面，之后调整锁紧套筒32在支撑杆31上的位置，使止沉盘33旋转后贴合地面；按上述方式依次沿轨道1的路线间隔布设自适应止沉装置3；

S3：架设轨道1：在自适应止沉装置3上架设轨道1；

S4：作业：将作业装置2放置在山地果园设定点处的轨道1上，作业装置2沿轨道1先移动至山地果园最高点，之后沿轨道1边移动边作业，直至完成果园作业。

这种布设运行方法良好的运用了本实施例的山地果园设备，具有布设过程简单高效、运行过程自动化程度高，以及有效降低人力需求等优点。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同之处在于，本实施例中，基于轨道的山地果园设备还包括控制系统，控制系统包括水平传感器和执行模块，水平传感器安装于横向导轨231上，检测其相对于水平面的倾斜程度，并发送至执行模块，执行模块根据横向导轨231的倾斜程度控制伸缩支腿232的伸缩。这种控制方式相应快速，能够灵活调整整个设备的结构，确保作业装置2始终保持在水平的横向导轨231上。本实施例中，伸缩支腿232可以是气缸、油缸、电动推杆等任一能实现伸缩功能的结构。在其他实施方式中，执行模块也可以依据如压力大小、与轨道1间的相对高度等其他信号控制伸缩支腿232的伸缩。

本实施例中，控制系统还包括定位模块和信息传输模块，定位模块可以通过信息传输模块发送作业装置2的位置信息至控制终端，方便工作人员进行监视管理。

实施例3：

本实施例与实施例1和实施例2基本相同，不同之处在于，如图6所示，本实施例中山地果园区域的等高线如图中点划线所示，轨道1如图中实线所示，本实施例的山地果园结构相对复杂，其包含有两个坡顶，因此登顶轨段11需要连通至较高的坡顶，之后等高轨段12依次向下布设，直至一个等高轨段12的布设高度与另一个坡顶高度在一个布设范围内时，将该等高轨段12连通至另一个坡顶，之后再将等高轨段12依次向下布设。

实施例4：

本实施例与实施例1和实施例2基本相同，不同之处在于，如图7所示，本实施例中山地果园区域的等高线如图中点划线所示，轨道1如图中实线所示，本实施例的山地果园结构相对复杂，在果园区域内的等高线不是闭合结构，而是由墙体或河道或其他隔断因素隔断的结构，但在该结构中轨道1的布设方式依然相同，由登顶轨段11连通至最高点，之后等高轨段12依次向下布设，但是等高轨段12在隔断处直接由连接轨段13连接至下一等高轨段12。

实施例5：

本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于，如图8所示，本实施例中山地果园区域的等高线如图中点划线所示，轨道1如图中实线所示，本实施例的山地果园结构相对复杂，其包含有多个坡顶，因此登顶轨段11需要连通至最高的坡顶，之后等高轨段12依次向下布设，直至一个等高轨段12的布设高度与次高的坡顶高度在一个布设范围内时，将该等高轨段12连通至另一个坡顶，之后再将等高轨段12依次向下布设，以此类推，直至完成布设。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于轨道的山地果园设备，包括轨道（1）和作业装置（2），所述作业装置（2）沿轨道（1）往复运行并作业，其特征在于：还包括自适应止沉装置（3），所述自适应止沉装置（3）包括支撑杆（31）、锁紧套筒（32）和止沉盘（33），所述支撑杆（31）的顶端固定连接轨道（1），杆身上套接连接有锁紧套筒（32），所述止沉盘（33）铰接于锁紧套筒（32）上，并能绕铰点转动，所述作业装置（2）包括单轨运输机（21）、作业模块（22）和支撑机构（23），所述单轨运输机（21）设置于轨道（1）上，所述支撑机构（23）连接于单轨运输机（21）上并与单轨运输机（21）同步移动，所述作业模块（22）可拆卸连接于支撑机构（23）上，所述支撑机构（23）包括横向导轨（231），所述横向导轨（231）与单轨运输机（21）沿水平面可转动式连接，所述作业模块（22）连接于横向导轨（231）上，并能沿其往复移动，所述支撑机构（23）还包括伸缩支腿（232），所述伸缩支腿（232）的顶端连接于横向导轨（231）上，底端设有滚轮，伸缩支腿（232）通过伸缩使横向导轨（231）保持水平。

2.根据权利要求1所述的基于轨道的山地果园设备，其特征在于：所述止沉盘（33）上设有通孔，所述支撑杆（31）的底端通过通孔穿出止沉盘（33），所述止沉盘（33）与锁紧套筒（32）之间的铰点为两个，两个铰点的连线与支撑杆（31）垂直。

3.根据权利要求1或2所述的基于轨道的山地果园设备，其特征在于：所述支撑杆（31）的底端为一锥形。

4.根据权利要求1所述的基于轨道的山地果园设备，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括水平传感器和执行模块，所述水平传感器安装于横向导轨（231）上，检测其相对于水平面的倾斜程度，并发送至执行模块，所述执行模块根据横向导轨（231）的倾斜程度控制伸缩支腿（232）的伸缩。

5.根据权利要求1所述的基于轨道的山地果园设备，其特征在于：所述轨道（1）包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的登顶轨段（11），以及多个沿等高线布设的等高轨段（12），所述登顶轨段（11）的最高点与最高处的等高轨段（12）的一端通过连接轨段（13）连通，相邻的等高轨段（12）的端部通过连接轨段（13）连通。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的基于轨道的山地果园设备的布设运行方法，其特征在于，步骤包括：

S1：设定轨道（1）的路线：所述路线包括连通山地果园设定点至山地果园最高点的第一段、多个沿等高线布设的第二段、以及连接第一段的最高点与最高处的第二段端部的第三段、连接相邻的第二段的端部的第四段；

S2：布设自适应止沉装置（3）：先将支撑杆（31）的底端插入地面，之后调整锁紧套筒（32）在支撑杆（31）上的位置，使止沉盘（33）旋转后贴合所述地面；按上述方式依次沿轨道（1）的路线间隔布设自适应止沉装置（3）；

S3：架设轨道（1）：在自适应止沉装置（3）上架设轨道（1）；

S4：作业：将作业装置（2）放置在山地果园设定点处的轨道（1）上，所述作业装置（2）沿轨道（1）先移动至山地果园最高点，之后沿轨道（1）边移动边作业，直至完成果园作业。