基于现代设计技术林木联合采育机的设计及评价体系

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The Design and Evaluation System of Forestry Feling& Cultivation M achine Based on Modern Designing Tech-nology/Wei Zhanguo，Wang Zhongwei(Central South University of Forestry＆Technology，Hunan 410004，P.R.Chi-na)；Liu Jinhao(Beijing Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University.-2013，41(8).-146～149We proposed the basic technical requirements of forestry harvester design and development for China through the sum。

mary of the proceeding of the first forestry harvester in China.and built a set of design and evaluation system for forestryharvester.The successful application and new equipment design can provide the research.development technical plan andevaluation standard for new type of forestry harvester and other similar equipment.The design system can keep up with theinternational advanced leve1。

Keywords Forestry Engineering；Forestry felling& cultivation machine；Modern designing technology ；Mechanicaldesign；Evaluation system在人工林地作业，林木联合采育机显示出无法比拟的先进性。特别是其特有的底盘具有在林区作业通过性强，对林木和林地损伤小的优势，并为采伐工人提供了安全、舒适的工作环境，从而大大提高了生产效率和木材利用率。目前我国人工林发展迅速.对诸如林木联合采育机这样的现代化采育工程装备的需求会越来越紧迫，而国外对相关技术装备的垄断和国内研发的滞后，严重阻碍了我国现代林产业的发展，因此，有必要对采育机的研发建立-个合理的设计研发流程和相应的评价体系，-方面加快国产林木联合采育机快速进入量产实用阶段的步伐，另-方面由此延伸推动新产品和相关林业机械的研发 J。

本文依托在十-五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAD11A15)多功能林木采育作业关键技术装备研究与开发”和中南林业科技大学青年基金重点项目林木联合采育机作业稳定性研究”(项目编号 QJ201 1005A)基础上进行的。总结课题对我国首台林木联合采育机的设计研发过程与成果。探讨建立-个适合我国国情的林木联合采育机的设计及评价体系。为今后国内研制新型的林木联合采育1)中南林业科技大学青年基金重点项目(QJ2011005A)；中南林业科技大学博士后流动站博士后工作经费(049-0010)。

第-作者简介：魏占国，男，1978年 9月生，中南林业科技大学交通运输与物流学院，讲师。

收稿日期：20l3年 3月 3日责任编辑：潘 华机及相似工程装备，跟上国际先进水平，提供可供参考的研发技术方案及评估标准。

1 我国林木联合采育机设计总体评价指标通过林区和装备生产研发单位调研，总结林木联合采育机研发的过程，本文在这里探讨建立适合我国国情林情的林木联合采育机设计研发评价指标.即在确定林木联合采育机总体设计方案时可供参考和评估，主要评价指标如下：1)以采育活立木最大径级划分林木联合采育机的作业级别。采育径级在 500 mm以上的为大型林木联合采育机，采育径级在 300～500 mm的为中型林木联合采育机，300 mm以下的为小型林木联合采育机。这种划分的依据-是参考国外林木联合采育机的划分，二是通过实际现场测试对比，三是国内现有装备生产制造技术的水平。具体可参照文中确定的WCFJ30-I林木联合采育机的设计参数与实验结果.以及附录中国外同类别林木联合采育机的基本参数。

2)以底盘行走机构与驱动形式划分林木联合采育机的类别。以底盘形式主要分为轮式林木联合采育机和履带式林木联合采育机：以驱动形式划分为液力机械驱动和静液压驱动两种形式。

3)根据实际作业工况要求。各型各级林木联合采育机应具备保障基本性能的主要具体参数。主要第8期 魏占国等：基于现代设计技术林木联合采育机的设计及评价体系 147包括：行驶速度为 0～35 km/h，作业半径为 7～10Il1.爬坡度为30。 35。。作业范围以驾驶员原点前视范围为170o扇形，行驶转向角±40。，最小转弯半径R≤5.9 m(小型装备应为R≤1.8 m)，采用负载敏感液压系统.智能化电液比例控制系统总成。

综上结合课题要求的采育作业技术参数(采伐径级、最小转弯半径等)和采育装置技术要求(发动机功率 ，整机质量等)，加上选择国产柴油机动力系统等因素。最终确定以ZLSOG轮式装载机底盘为林木联合采育机整机底盘定型参考蓝本，以 ZL30E轮式装载机底盘为小转弯半径采育机底盘技术验证(最小转弯半径≤1.8 n1)定型参考蓝本，两型底盘均为四轮铰接式液力机械传动底盘，并确定了两型底盘的设计总体参数，其中以ZL50G为设计蓝本的轮式转载机主要性能如下。

动力系统：发动机(采油)型号维柴 WD615G；缸数为 6缸：燃油储量为 250 L；发动机额定功率为作业工况分析国内外同类型装备分析已具备相关研发技术专家系统数据库确立基本技术指标优化整体结构设计和性能分析T 系统粟葳写1霸l预测分析-丁- Fj 澍 酊碱部件分析、优化专家打分和基于仿真技 广----主-的评价 H 方案评估三维实体的建立与优多物理场分析结构分析静态特性分析动态特性分析流场分析162 kW；发动机功率转速为 2 200 r·min～；发动机扭矩为440 N·m：发动机扭矩转速 1 400 r·min～；变速器为单级单向三元件：前进行驶速度分别为6.7、12.2、25.6、35 km·h～；倒车行驶速度分别为6.7、12.2、25.6 km·h～：最大牵引力为 150 kN。

制动系统：行车制动器为脚踏式，液力启动多片内置油浸式：驻车制动器为 自动或人工操作，弹簧承载，液力释放，内置油浸式；工作制动器为 自动或人工操作，弹簧承载，液力释放，内置油浸式。

转向系统：车架最大转向角为≥40。；连接类型为双液压缸连接：最小转弯半径为≤4.5 m。

液压系统：液压系统类型为负荷感应，电子压力和流量控制，TMC技术，电子真空液压泵；工作液压系统额定流量为 150 L/min；压力 28 MPa；动力液压系统额定流量为 150 L/min；液压油箱为 220 L。

行驶系统：轮胎4个；型号为23.5-25：16PR；爬坡度 30。；后桥摆动角15。

外形基本参数：长×宽×高为 6 400 mm×2 800mm3 600 mm。

虚拟装配与总体协调多体动力学I 1人 3- 学 机 程 --分析 f L--虚拟样机的定型结构改进 - 二维工程图设计物理样机试制与实测图 1 基于仿真技术采育机设计与评价体系2 基于计算机仿真技术采育机设计及评价体系随着计算机仿真技术的越来越广泛地应用，基于此的现代工程机械设计技术必是新型的林木联合设计定型基于仿真技术的评价测试指标定量评价采育机主要研发方法，通过前述章节的研究可以看到，在物理样机设计定型和试制前，数学模型的建立、分析与优化，结合计算机仿真虚拟样机的模拟验证，可以有效地降低采育机的研发时间和成本，增强了物理样机试制的可靠性，提高了装备研发成功的148 东 北 林 业 大 学 学 报 第41卷概率 3 ]。以本文研究内容与结果为例证，上述林木联合采育机总体设计评价指标为基础，可以建立如图 l所示，基于仿真技术的林木联合采育机设计与评价体系.以检验设计总体方案和指导物理样机的试制与检测。

3 基于完全虚拟仿真技术的林木联合采育机设计及评价体系通过对国外同类产品的文献查阅和现场调研 。

国外在林木联合采育机研发上均已采用了在完全虚拟环境下进行设计与评估的研发技术，即在采育机物理样机试制测试前，已经通过现代化得计算机虚拟仿真技术，在虚拟环境下对采育机设计、装配、驾驶、作业等方面进行精确的仿真测试与评估，其中广泛深入地采用多体动力学分析、多物理场分析及人机工程学分析等理论方法。实现了客观评估与主观评估的有机结合，更加有效地提高了采育机研发的效率和成功率5]。例如，在我国南方某束行外资公司机械化采育机作业现场调研时，就发现国外公司提供了全套仿真模拟操作系统，这套系统不仅仅能够用来进行驾驶员虚拟驾驶培训.同样也能够用来评估采育机设计的各项性能参数、可靠性及不足，目前大多数研制生产采育机的国外公司均开发有同类别的系统和产品设备 J。

我国在其他类别装备(如军事装备)上的研发已经具备了这样的技术，因此，随着林木联合采育机在我国试制的成功、研发技术的成熟和研发人员素质的日益提高。以完全虚拟仿真技术为核心的数字化设计平台将会成为开发新型的林木联合采育机主导l7 ].基于此技术提出建立林木联合采育机设计及评价体系，如图2所示。

4 结束语图2 基于完全虚拟技术采育机设计与评价体系通过对林木联合采育机设计理论研究与应用的分析，以本文的主要研究内容和结果为例证，归纳了林木联合采育机总体设计的评价指标 。并尝试建立了-套基于现代设计技术和我国现有装备技术研发水平的林木联合采育机设计流程与评价体系。该评价方法已经成功应用于新型林木联合采育机的设计与研发。并得到了认证。以此为延伸，希望能够通过更多的应用研究可为今后新型林木联合采育机和相关林业工程装备的研发及改进提供相应的技术方案评估标准，从而提高我国现代林业装备的研发效率，以适应我国现代林业的发展步伐。