任偉平，朱立學

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學院機電工程學院，廣州 510225）

香蕉田間運輸小車懸掛結構設計

任偉平，朱立學※

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學院機電工程學院，廣州 510225）

介紹了一種香蕉運輸車懸掛機構的設計，建立了懸掛結構的三維模型，完成了結構應力和位移分析。該機構適用于我國南方中小型規(guī)模種植戶使用，懸掛機構簡單，便于操作，實用性強。

香蕉 田間運輸 懸掛機構 設計

0 引言

我國香蕉種植主要集中在南方地區(qū)，近幾年來，無論是在種植面積、采收面積還是單產(chǎn)都有了較大的增長。然而在香蕉采收上，除了大規(guī)模種植地區(qū)采用了索道采收技術外，其它大部分地區(qū)仍是采用傳統(tǒng)的人工采收方式。人工采收香蕉存在蕉穗外觀質量低，勞動強度大等問題。針對此，設計了一種香蕉懸掛機構，有效地減少了機械損傷，提高香蕉的商品價值和市場競爭力。

1 總體方案設計

1.1 設計要求

1.1.1 適應性

設計尺寸合理，懸掛機構的三維尺寸應適用于大部分香蕉田地的種植規(guī)格，并保證在運輸過程中蕉穗無機械損傷。

1.1.2 穩(wěn)定性

懸掛機構性能穩(wěn)定，運輸香蕉過程中保證蕉穗牢固平穩(wěn)。

1.1.3 安全性

懸掛機構選型規(guī)范，設計合理，保證機構的整體強度和安全性能。

1.1.4 操作性

蕉穗質量較重，懸掛高度和固定方式需要合理設計，便于果農(nóng)操作。

1.2 設計參數(shù)

為了能夠真實地了解到蕉農(nóng)的香蕉種植規(guī)格，我們對廣東省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所的香蕉基地進行了數(shù)據(jù)采集，如表1。

為了讓香蕉運輸小車靈活地在田間行走，在保證額定承重的情況下，盡量減少懸掛機構的三維尺寸，做出輕便簡單的懸掛機構。根據(jù)表1參數(shù)及分析，我們確定懸掛機構的參數(shù)如表2。

2 懸掛結構的設計

懸掛結構主要由懸掛支架、活動桿、掛鉤、穗柄插針、穗柄插針固定座組成，其結構如圖1所示。

2.1 懸掛支架

懸掛支架的設計材料主要采用40 mm×40 mm×2.5 mm的方鋼組成，選用普通碳鋼材料，各部位連接方式采用焊接，在各方鋼連接位增加一根長30 mm的加強筋，利用三角形穩(wěn)固、堅定、耐壓等特點，加強框架的穩(wěn)定性能和提高承載能力。懸掛支架與小車底板采用螺栓固定連接方式，方便拆卸和安裝，方便小車運輸其它物料。

表1 香蕉種植實測數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of banana planting field

表2 懸掛機構設計參數(shù)Tab.2 Design parameter of the suspension structure

圖1 懸掛結構示意圖Fig.1 Structural diagram of the suspension structure

2.2 活動桿

活動桿同樣采用40 mm×40 mm×2.5 mm的方鋼型材，桿上開設了3個直徑為16 mm的圓孔，用于鉤掛蕉穗。這3個圓孔平均分配，使蕉穗擁有獨立的懸掛空間，互不相碰，保證香蕉外觀質量。另外在活動桿2端各焊接了2塊厚5 mm的鋼板，并開設通孔，通過活動插銷的固定方式可在支架上上下調節(jié)高度。設計的主要目的是可根據(jù)蕉穗的長度適當調整活動桿高度，降低重心，提高運輸穩(wěn)定性。

2.3 掛鉤

一般的香蕉鉤掛方式是采用繩子捆綁在蕉柄上，然后再掛上掛鉤，操作復雜，同時繩子在使用過程中存在刮傷、老化等現(xiàn)象，在復雜的田間上運作容易出現(xiàn)斷裂，存在安全隱患，且在運輸過程中由于繩子的柔軟性增加了蕉穗的晃動，不利于運輸。為了能夠在采摘后更加方便快捷地上架，設計了一個專用掛鉤。掛鉤采用直徑為12 mm的圓鋼折彎而成，結構簡單，使用時將掛鉤旋入蕉穗最末一把香蕉柄上，然后直接上架，操作一步到位，十分簡單，可提高采摘效率。

2.4 插針與固定座

傳統(tǒng)的香蕉懸掛都是采用一端固定的吊掛方式，在復雜的地面行駛時晃動較大，蕉穗容易出現(xiàn)碰撞的情況，為了使蕉穗減少晃動，設計了一個固定香蕉下端的裝置，即用插針插入穗柄，插針插在固定座上，從而限制了蕉穗的擺動。同時，也為了能夠適應不同大小的蕉穗，提供了多種長度規(guī)格的插針，可靈活選用，方便實用。同樣，插針固定座采用螺栓固定在小車底板上，便于拆卸，以供他用。

3 受力分析

圖2 活動桿應力分析Fig.2 Stress analysis of movable rod

圖3 活動桿位移分析Fig.3 Displacement analysis of movable rod

懸掛機構主要受力點在于活動桿、掛鉤等地方，為避免存在潛在的質量問題，我們有必要對其進行強度和剛度的分析，保證產(chǎn)品質量。

3.1 活動桿

活動桿材料為普通碳鋼，質量4.131 kg，體積5.300×10-4m3，屈服強度為2.206×108N/m2。取1捆香蕉質量為40 kg，3捆香蕉共120 kg，作用于活動桿上的力為1 200 N。通過軟件對零件的分析，如圖2和圖3所示，得到活動桿所受最大應力為0.763×108N/m2，最大應力值遠小于屈服應力2.206×108N/m2，滿足其應力要求，見圖2。應變在[0～0.676]mm范圍內變化，其最大應變在允許的范圍內，故滿足要求。

3.2 掛鉤

掛鉤材料為普通碳鋼，質量0.446 kg，屈服強度為2.206×108N/m2。取1捆香蕉質量為40 kg，作用于掛鉤上的力為400 N。通過軟件對零件的分析，如圖4和圖5所示，得到掛鉤應力范圍在[0～0.008×108]N/m2，最大應力值小于屈服應力2.206×108N/m2，掛鉤應力滿足設計要求，應變在[0～0.006]mm范圍內變化，設計結構合理。

圖4 掛鉤應力分析Fig.4 Stress analysis of hook

圖5 掛鉤位移分析Fig.5 Displacement analysis of hook

4 小結

本文設計了香蕉田間運輸小車的懸掛結構，并對其活動桿和掛鉤進行了應用和位移的有限元分析，結果表明符合生產(chǎn)載荷需要。該懸掛結構制造成本低，結構簡單，穩(wěn)定性好，操作性強，使收蕉不著地，蕉果無碰撞，既節(jié)省勞力，又能防止蕉果破損，將有效提高商品化率和果品檔次。

[1]李壯哲.香蕉田間運輸車的設計與試驗[D].廣州：仲愷農(nóng)業(yè)工程學院，2014.

[2]邱優(yōu)輝，李會，徐貞貞，等.我國香蕉產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展的科技措施[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2011(2)：200-203.

[3]王太柱.設計懸掛式農(nóng)機具應考慮的問題[J].安徽農(nóng)學通報，2007(11)：172-173.

[4]王金麗，李明，鄧怡國.我國香蕉采收技術現(xiàn)狀與分析[J].中國熱帶農(nóng)業(yè)，2005(3)：17-19.

Design of Suspension Structure on Small Tracked Vehicle for Banana Transportation in Field

Ren Weiping,Zhu Lixue※
(College of Mechanical and Electrical Engineering,Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225,China)

A design of suspension structure on small tracked vehicle for banana transportation in field was introduced in this paper.The three-dimensional model of suspension structure was built.Meanwhile,we fulfilled stress and displacement analysis of it.The type of suspension structure could be well adapted to small scale banana farmers in the south China.It has the advantages of simple structure,convenient operation and strong practicability.

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廣東省科技計劃（2013B020313007）資助項目。

任偉平（1989-），男，2014級農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機械研究。

※通訊作者：朱立學（1970-），教授，男，主要從事農(nóng)業(yè)工程領域教學科研。E-mial：zhulixue@163.net。