桉树人工林的清林装置设计与研究

发布时间：2020-11-01 01:18

　　 我国桉树人工林面积较大,桉树生长快,木材质量较稳定。为保护北方商业林资源及森林生态环境,加大了对南方桉树人工林的采伐利用。桉树人工林林间存在大量灌木杂草等非目的作物,严重影响采伐人员的工作视线,使其不能对采伐区域的地形地貌、树木根部等工作工作环境做出清楚的了解,容易造成采伐事故发生,所以需要进行伐前林地清理。南方桉树人工林的清林工作具有清林效率高,清林效果好,安全作业,更适合机械化作业等清林要求。为了适应桉树人工林清林工作,设计清林效果好、清林效率高的专用清林机械已成为更好实现清林工作的必然要求。本文设计的清林机械包括辊式清林装置、盘式清林装置及清林装置搭载车。辊式清林装置主要适用于路况较差,工作条件复杂的山坡地带,也可以用于工作情况较好的地区;盘式清林装置主要适用于工作条件较好的小坡度地区或平地,二者可通过快换头进行快速换装。清林装置搭载车为多功能集材机搭载车辆,不仅可以搭载两种不同结构形式清林装置,还要搭载木材抓取装置、集材装置等。本文设计的清林装置主要用于伐前林地清理本文的主要研究内容包括:①清林装置搭载车的设计研究。根据调研区观测数据,相关数学模型和力学模型,对搭载车辆的关键参数进行分析确定。应用SolidWorks,根据所确定的搭载车的关键参数对搭载车进行建模,并对模型进行各种极限工况仿真分析研究。②辊式清林装置的设计研究。参考研究区的测量数据,确定了辊式清林装置的关键参数,根据所确定关键参数建立三维模型,并对所建模型的关键部件进行ANSYS和Adams仿真研究。③盘式清林装置的设计研究。参考研究区的测量数据,通过构建数学及力学模型确定了盘式清林装置的关键参数,根据所确定关键参数建立三维模型,并对所建模型的关键部件进行仿真分析。④对于搭载臂的研究,主要利用SolidWorks对清林设备整体进行建模和装配。将模型导入Adams软件进行对杂灌切削的动力学仿真,得出搭载臂各节点处的受力曲线,选取各节点的最危险受力值点对搭载臂的大臂和小臂进行ANSYS形变仿真,对大臂和小臂各种方向的变形进行分析研究。研究结果如下:①整车尺寸为3000mm×1600mm×2000mm(D×W×H),最大工作坡度为21°,最小工作质量为3400kg,额定功率为48.8kW。对搭载车进行的爬直坡和爬斜坡仿真结果良好,搭载车符合设计要求。②辊式清林装置的刀辊宽度W=160cm,刀辊直径D=30cm,刀座数量为58,刀辊转速n=600r/min;切削总功率为P总=10.73-12.23kW,清林效率为1.127-1.61m2/s。对刀辊进行模态仿真分析和动平衡仿真分析,对刀座和刀具进行形变仿真分析,仿真结果良好,仿真结果都完全符合设计要求。③盘式清林装置的刀盘直径为76cm,刀轴转速为600r/min;刀片数取n=24,刀片高3cm,刀盘空转消耗的功率为P空=2.2kW,系统进行切削时消耗的功率P 清=6.28-8.23kW,清林效率为1.127-1.61m2/s。对刀轴进行形变仿真分析和动平衡仿真分析,对刀盘和刀具进行了形变仿真分析,仿真结果完全符合设计要求。④对于搭载臂的仿真研究,盘式清林设备大臂最大变形量为0.184×10-3mm,小臂最大变形量为0.225×10-5mm;辊式清林设备大臂最大变形量为0.001486mm,小臂最大变形量为0.24X10-5mm,变形量都符合设计要求,结果证明所设计大臂和小臂符合设计要求。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S792.39;S776.2
【部分图文】：

心－－安全系数［４２］，取＼＝０．２５；?Ｇ？２—最小工作质量，代入数据后可得??Ｇｗ?＝３４００蚣。由２９４１．４３Ａ：ｇＳＣ？ｍ２４４１２．８６％?知最小工作质量＆?＝＜＾２?＝３４００％??〇??搭载车牵引力主要受车辆纵坡上坡进行集材作业的影响，由图２－１所示的受力分析??可知，车辆牵引力等于车辆行驶阻力和原条移动阻力之和ｔ４３＂４＾。??车辆的行驶阻力为：??Ｆｍ?＝?Ｎ＼Ｍｍ?＋?Ｇ，?ｓｉｎ?ａ?＝?（Ｇｍ?＋?ＫＷ）ｇ（／ｘｍ?ｃｏｓ?ａ?＋?ｓｉｎ?ａ）?（２－７）??原条的移动阻力为：??－１０－??

东北林业大学硕士学位论文载车功率后，便可进一步计算出搭载车的速度范围：在空载行阻力的作用，此时车辆达到最大速度＝?，Ｇｎ，Ｍｎ，Ｓ??工作质量和车辆在集材道上运行的阻力系数，可以计算出车ｙｔＷ／／７，？在满载最大坡度行驶时，车辆以一挡低速行驶，此时＾－，将数据代入公式后计算出车辆最低速度为Ｆｍｉｎ＝２．２Ａ７ｎ＾ｉｍａｘ??林内行驶时，地面陡峭起伏且较为湿滑，并考虑其他营林机该车辆可达到的最低速度为１．８ｋｍ／ｈ１４５１。??车尺寸参数的确定??林间作业时，极易产生横坡侧翻事故，而搭载车宽度则对横横坡行驶稳定性做受力分析。搭载车受力分析如图２－２所示。??

?由于ｅ＝Ｏｍｍ，故式简化久＝ａｒｃｔａｎ?，式中二个变量，利用利用Ｍａｔｌａｂ，绘制??ｈ??三变量的三维图，如图２－３所示。??■?０．４５??Ｉ?＿。．４??Ｃ?｜：１??１５００?２００〇Ｈ??（ｍｍ）?１４〇〇＼．?１５００??＆?１３００?＾＞Ｔ＾。ｓ?―）?■??图２－３搭载车横坡侧翻坡度角与其结构参数关系图??由图２－３可知，最大坡度角随轮距Ｓ的增大而增大，随质心高度Ａ的增大而减??小。由林木间距初选搭载车宽度为１６００ｍｍ，则轮距为１３００ｍｍ，经查询资料及参考之??前林地作业车辆设计经验，取Ａ＝１２００ｍｍ，将数据代入式可得最大坡度角Ｉ的弧度值??为０．４９６，三者组成的空间点（１３００，１２００，０．４９６）在图２－３所示空间曲面上方，车辆横坡??行走安全，车辆宽度妒＝１６００ｍｍ设计合理。??当搭载车的宽度为听１６００ｍｍ，查阅相关资料可知对于林用车辆在同等车宽时车长??取３０００ｍｍ?，车高取２０００ｍｍ，轴距取１６００ｍｍ，故机车的尺寸为??４０００ｍｍｘ?１６００ｍｍ＞＜２１００ｍｍ?（Ｄｘ?ＷｘＨ）〇??２．３小型轮式林地作业装置搭载车的仿真校核??２．３．１建立搭载车的虚拟样机??因搭载车较为复杂且考虑到Ａｄａｍｓ软件运行结算速度问题
【参考文献】

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本文编号：2864800