多功能輪式集材機關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選與作業(yè)裝置設(shè)計及試驗研究.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（如J-50、J-80）已不適用于當今作業(yè)地點分散、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)實際之間的矛盾日趨嚴重。

2、因此，急需探索新型的更適合林區(qū)生產(chǎn)實際的靈活、環(huán)保的多功能集材機械。
　　本文致力于研究這樣一種適合林區(qū)生產(chǎn)實際且對林區(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。這種集材機集木材絞集、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，爬坡能力強等特點，不用修建集材道，可在林間穿行，能很好的保護幼樹，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、營林等多項作業(yè)，真正實現(xiàn)一機多用。
　　首先，本文介紹了集材機械的發(fā)展，闡述了傳統(tǒng)集材機存在的問題，對多功能輪式集材機的關(guān)鍵參數(shù)作了分類概述，確定了多功能輪式集材機關(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)計資料匯編，并結(jié)合東北林區(qū)實際調(diào)查情況，采用多目標優(yōu)化方法建立關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型，對所選取的關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化，確定其最佳組合，并制定技術(shù)指標和設(shè)計方案。其次，按照優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)進行改裝樣機

4、的選型及多功能作業(yè)裝置的設(shè)計加工及安裝。包括原木抓具、絞盤機和搭載板的設(shè)計加工及安裝。然后采用多體系統(tǒng)動力學仿真軟件ADAMS對裝車和集材兩種工況進行仿真，分析出這兩種工況最易發(fā)生傾翻的臨界角度，同時完成傾翻報警裝置的設(shè)計及編程。在動力學分析過程中，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臨江林業(yè)局大西林場進行的集材、裝車以及清障作業(yè)等試驗。對多功能集材機集材作業(yè)成本進行了估算，分析了多功能

5、集材機集材作業(yè)對土壤緊實度、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，把各項實測的指標進行綜合分析，并與以前研究的小型履帶式集材機、小型輪式集材機以及傳統(tǒng)的J-50集材機進行對比，針對于試驗中發(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)理論模型計算多功能輪式集材機的關(guān)鍵參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用多目標優(yōu)化方法建立關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型，對

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

7、編程。
　　(4)通過對多功能輪式集材機的生產(chǎn)試驗，定量分析了集材裝載機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。本次試驗的數(shù)據(jù)表明所研究的多功能集材機能夠較好地適應東北林區(qū)復雜多變的木材生產(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森林環(huán)境。
　　(5)把多功能輪式集材機與小型輪式和履帶集材機以及傳統(tǒng)的J-50集材機進行了集材作業(yè)對比分析。結(jié)果表明，多功能輪式集材機、小型輪式和履帶集材機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集材拖拉機相比，多功能集材機在集材地點分散、待集木材少、趟載量較小的情況下，更適合當前東北林區(qū)集材作業(yè)，對保留木損傷更小，能夠有效保護森林生態(tài)環(huán)境。