多功能森林撫育伐木頭的機(jī)械設(shè)計與專利挖掘.pdf

1、一方面，我國森林資源緊缺，森林撫育工程越來越得到國家、地區(qū)政府的大力支持，然而歐美伐木頭不適合我國的撫育采伐，國內(nèi)的撫育采伐工具功能單一、效率低下。另一方面，過去30年，中國知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展成就卓越，現(xiàn)已躋身成為世界最大的知識產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)國，但是機(jī)械領(lǐng)域的研究設(shè)計一般止步于研究成果的完成階段，缺少對研究成果進(jìn)行專利挖掘的內(nèi)容，大多數(shù)學(xué)術(shù)科研者缺少對研究成果的專利挖掘能力，不能自主提煉創(chuàng)新點進(jìn)行專利申請，此外當(dāng)前國內(nèi)關(guān)于森林撫育伐木頭的專利甚少

2、。因此，設(shè)計一種適合我國林區(qū)的多功能森林撫育伐木頭并且對其進(jìn)行專利挖掘具有重要意義。
　　主要研究內(nèi)容:(1)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計:經(jīng)過對國內(nèi)外采伐機(jī)械的研究，總體設(shè)計多功能森林撫育伐木頭的整體結(jié)構(gòu)、性能特點、功能原理。通過對撫育林區(qū)的測量，確定伐倒木的參數(shù)。運用一般步驟和類比方法對主要結(jié)構(gòu)和整體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。(2)建立虛擬樣機(jī):先根據(jù)多功能森林撫育伐木頭的參數(shù)，使用PRO/ENGINEER Wildfire5.0建出零部件模型，然后把零

3、部件模型裝配成虛擬樣機(jī)，最后使用KeyShot對本設(shè)計進(jìn)行渲染。(3)運動分析:對多功能森林撫育伐木頭的主要零部件進(jìn)行速度、加速度分析，得出分析結(jié)論，同時計算各個零部件的擺角范圍和活動空間(4)有限元分析:推算U形架四面體單元的位移函數(shù)、應(yīng)變與應(yīng)力函數(shù)、剛度矩陣方程、等效節(jié)點力函數(shù)，然后對U形架進(jìn)行靜力分析，輸出應(yīng)力云圖和位移云圖，校核其強(qiáng)度和剛度。(5)專利挖掘:使用創(chuàng)新點發(fā)現(xiàn)法對多功能森林撫育伐木頭進(jìn)行專利挖掘，分別獲得進(jìn)料輥、輔助

4、夾抱裝置、傳動片的設(shè)計內(nèi)容和專利文件。
　　研究結(jié)果表明:(1)多功能森林撫育伐木頭的結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求。(2)虛擬樣機(jī)具有與物理樣機(jī)相當(dāng)?shù)墓δ苷鎸嵍龋⑶夷軌蜻M(jìn)一步運動分析;產(chǎn)品效果圖能表達(dá)設(shè)計思想，達(dá)到照片級輸出的要求。(3)多功能森林撫育伐木頭各裝置的工作狀況、擺角范圍、活動空間能實現(xiàn)所需功能，并且模擬過程驗證了撫育采伐具有可行性。(4)U形架四面體單元是合理的有限元單元;U形架受到的最大節(jié)點應(yīng)力是132MPa，小于許可屈服強(qiáng)

5、度161.4MPa，滿足強(qiáng)度要求;U形架的最大節(jié)點位移僅僅為0.959mm，數(shù)值接近于0，顯然滿足剛度要求。(5)經(jīng)過專利挖掘，進(jìn)料輥增大與伐倒木的接觸面積，提高夾抱穩(wěn)定性，添加緩沖裝置，提高進(jìn)料穩(wěn)定性，并被授予專利權(quán)（專利號:ZL201420178943.9）;輔助夾抱裝置添加關(guān)節(jié)式爪具，一次作業(yè)循環(huán)能針對多棵小樹完成撫育工作，提高工作效率，并被授予專利權(quán)（專利號:ZL201420732599.3）。(3)傳動片熔合硬質(zhì)金屬構(gòu)件，提高