多功能輪式集材機(jī)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選與作業(yè)裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究.pdf

1、伐區(qū)作業(yè)是木材生產(chǎn)的首要階段，其作業(yè)質(zhì)量好壞，直接影響木材生產(chǎn)的森林生態(tài)效益和社會經(jīng)濟(jì)效益。而集材作業(yè)是伐區(qū)作業(yè)各工序中勞動消耗最大、對環(huán)境破壞最嚴(yán)重的工序?？梢哉f集材作業(yè)是木材生產(chǎn)最關(guān)鍵工序之一。隨著人們對森林生態(tài)效益的重視和國有森工企業(yè)木材產(chǎn)量的下降，傳統(tǒng)的大型集材拖拉機(jī)（如J-50、J-80）已不適用于當(dāng)今作業(yè)地點(diǎn)分散、坡度大、林木稀疏、公頃集材量和單株立木出材量均較低的林區(qū)作業(yè)條件，同時畜力集材與林區(qū)生產(chǎn)實(shí)際之間的矛盾日趨嚴(yán)重。

2、因此，急需探索新型的更適合林區(qū)生產(chǎn)實(shí)際的靈活、環(huán)保的多功能集材機(jī)械。
　　本文致力于研究這樣一種適合林區(qū)生產(chǎn)實(shí)際且對林區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞小的高效低耗的生態(tài)型多功能集材機(jī)。這種集材機(jī)集木材絞集、裝卸、清障和修簡易路等多功能于一體，具有外形尺寸小，轉(zhuǎn)彎靈活，爬坡能力強(qiáng)等特點(diǎn)，不用修建集材道，可在林間穿行，能很好的保護(hù)幼樹，對地表土壤破壞小，有很好的生態(tài)效益。同時，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，在非集材作業(yè)期還可用

3、于采伐跡地的清理、整地、營林等多項(xiàng)作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
　　首先，本文介紹了集材機(jī)械的發(fā)展，闡述了傳統(tǒng)集材機(jī)存在的問題，對多功能輪式集材機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)作了分類概述，確定了多功能輪式集材機(jī)關(guān)鍵參數(shù)選擇原則。依據(jù)黑龍江省和吉林省森林工業(yè)綜合統(tǒng)計(jì)資料匯編，并結(jié)合東北林區(qū)實(shí)際調(diào)查情況，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法建立關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，對所選取的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定其最佳組合，并制定技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)方案。其次，按照優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行改裝樣機(jī)

4、的選型及多功能作業(yè)裝置的設(shè)計(jì)加工及安裝。包括原木抓具、絞盤機(jī)和搭載板的設(shè)計(jì)加工及安裝。然后采用多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS對裝車和集材兩種工況進(jìn)行仿真，分析出這兩種工況最易發(fā)生傾翻的臨界角度，同時完成傾翻報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)及編程。在動力學(xué)分析過程中，發(fā)現(xiàn)如果對原有的集材裝置添加阻尼和鉸接，有減小集材作業(yè)中側(cè)翻的可能。隨后在吉林森工集團(tuán)臨江林業(yè)局大西林場進(jìn)行的集材、裝車以及清障作業(yè)等試驗(yàn)。對多功能集材機(jī)集材作業(yè)成本進(jìn)行了估算，分析了多功能

5、集材機(jī)集材作業(yè)對土壤緊實(shí)度、對土壤呼吸、對土壤理化性質(zhì)的影響以及對保留木的損傷情況。最后，把各項(xiàng)實(shí)測的指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，并與以前研究的小型履帶式集材機(jī)、小型輪式集材機(jī)以及傳統(tǒng)的J-50集材機(jī)進(jìn)行對比，針對于試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題提出意見和建議。
　　本文研究結(jié)果歸納如下:
　　(1)通過實(shí)地調(diào)查獲取關(guān)鍵參數(shù)選取的基本數(shù)據(jù)，然后依據(jù)理論模型計(jì)算多功能輪式集材機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法建立關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，對

6、所選取的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定本文所研究多功能輪式集材機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的最佳組合。
　　(2)確定了木材抓具、絞盤機(jī)、搭載板的結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)，完成了木材抓具、絞盤機(jī)、搭載板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，并對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改造。
　　(3)利用多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS對多功能輪式集材機(jī)的裝車作業(yè)和集材作業(yè)穩(wěn)定性進(jìn)行仿真分析，得出裝車作業(yè)前傾危險(xiǎn)角度為21°，集材作業(yè)側(cè)傾危險(xiǎn)角度為19.5°。并完成了傾翻報(bào)警裝置的硬件設(shè)計(jì)及

7、編程。
　　(4)通過對多功能輪式集材機(jī)的生產(chǎn)試驗(yàn)，定量分析了集材裝載機(jī)的集材與裝車效率和集材與裝車生產(chǎn)率。平均集材效率與裝車效率分別為7m3·h-1和16.45 m3·h-1，集材生產(chǎn)率與裝車生產(chǎn)率分別為29.62 m3/臺班和56.2 m3/臺班。本次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明所研究的多功能集材機(jī)能夠較好地適應(yīng)東北林區(qū)復(fù)雜多變的木材生產(chǎn)作業(yè)條件，集材與裝車生產(chǎn)率較高，對土壤理化性質(zhì)及土壤呼吸影響不是很嚴(yán)重，且對保留木損傷率較低，能夠滿足林

8、區(qū)作業(yè)要求并能夠較好的保護(hù)森林環(huán)境。
　　(5)把多功能輪式集材機(jī)與小型輪式和履帶集材機(jī)以及傳統(tǒng)的J-50集材機(jī)進(jìn)行了集材作業(yè)對比分析。結(jié)果表明，多功能輪式集材機(jī)、小型輪式和履帶集材機(jī)的集材效率均隨集材距離和集材時間的增加而降低。隨著趟載量的增加，集材效率的變化不明顯;與J-50集材拖拉機(jī)相比，多功能集材機(jī)在集材地點(diǎn)分散、待集木材少、趟載量較小的情況下，更適合當(dāng)前東北林區(qū)集材作業(yè)，對保留木損傷更小，能夠有效保護(hù)森林生態(tài)環(huán)境。