自动巨木采伐搬运车整机结构与夹爪结构设计
摘 要摘 要自动巨木采伐搬运车是为了满足巨型树木采伐与搬运的需求而设计的机械。该方案改变传统巨木采伐过程自下而上先伐倒后修枝的过程，先修剪掉树枝，然后从树干顶部，自上而下一段一段依次截断树干，装车搬运。该方案避免了传统人工采伐所带来的诸如顺风倒等危险，并能够提高巨木采伐业的采伐效率。另外，针对该巨木采伐搬运车设计了一种带自锁功能的夹持机械手，可以通过很小的驱动力使机械手自锁而提供较大的夹持力。主要设计内容如下：1）整体结构及布局设计，该机械主要由车身、切枝机械手、伸缩液压架、桁车和夹持机械手组成。车身作为整体机械的载体，同时作为木材搬运的运输设备，设计时考虑满足载重需求。切枝机械手安装在车身上前段，主要功能是在采伐前对巨型树木进行枝干的锯断切除，保留巨木主杆以待后续操作。伸缩液压架安装在车身两侧，可在液压缸的驱动下呈立式，伸缩液压架内置液压缸提供伸缩动力，执行液压架的伸缩动作。液压架侧面装有电锯可锯断树木主干。液压架的顶端装有导轨可供桁车移动，桁车可沿导轨在与其等高度平面上的前后左右四个方向移动。桁车上装有电动机可通过钢丝绳控制下方夹持机械手升降。夹持机械手通过钢丝绳链接在桁车下方，可升降。2）夹持机械手的设计，机械手爪设计为三个平衡夹持手指，通过自锁机构的设计，实现很小的驱动力产生较大的夹持力，从而很牢固的夹持住巨木段。该机械手通过钢丝绳与桁车连接，由桁车控制其升降。机械手由伸缩液压缸提供驱动力来实现机械手爪的夹持动作。巨木采伐搬运车采伐效率高，能够大大提高木材利用率，并为工人提供安全、舒适的工作环境，对林木和林地损伤小，这将成为一种必然趋势。其次，我国应缩小与发达国家的差距，生产出适合我国国情的采伐机械并能真正达到一机多用，实现大面积速生丰产林的机械化、集约化生产作业。因此研制多功能自动化伐木机械，已成为发展我国现代林业采伐技术的迫切需求。关键词：巨木采伐搬运车；伸缩液压架；桁车；夹持机械手Keywords: Large timber logging truck; Telescopic hydraulic; Girder vehicle; Clamping manipulator 目 录
第1章 绪论 1
1.1 设计背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外 1
1.2
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；伸缩液压架；桁车；夹持机械手Keywords: Large timber logging truck; Telescopic hydraulic; Girder vehicle; Clamping manipulator 目 录
第1章 绪论 1
1.1 设计背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外 1
1.2.2 国内 2
1.3 研究内容 2
1.4 课题意义 3
第2章 总体结构设计 4
2.1 设计方案 4
2.2 本设计总体结构 4
2.2.1 总体机构 4
2.2.2 原理过程 5
2.3 本章小结 5
第3章 车身机构 7
3.1 车身的机构构成 7
3.1.1 机构图 7
3.1.2原理过程 7
3.2 车身的设计要求 8
3.3 本章小结 8
第4章 切枝机械手 9
4.1 切枝机械手的主要机构构成 9
4.1.1 机构图 9
4.1.2 原理过程 9
4.2 切枝机械手的设计说明 10
4.3 本章小结 10
第5章 伸缩液压架 11
5.1 伸缩液压架的主要机构构成 11
5.1.1 机构图 11
5.1.2 原理过程 13
5.2 伸缩液压架的设计说明 14
5.3 本章小结 15
第6章 桁车组 16
6.1 桁车组的主要机构构成 16
6.1.1 机构图 16
6.1.2 原理过程 17
6.2 桁车组的设计说明 17
6.3 本章小结 17
第7章 夹持机械手 19
7.1 夹持机械手的主要机构构成 19
7.1.1 机构图 19
7.1.2 原理过程 21
7.2 夹持机械手的创新设计说明 22
7.3 本章小结 23
第8章 强度设计 24
8.1 构件的强度设计 24
8.1.1 夹持导轨的有限元分析 24
8.2 螺栓的强度校核 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
绪论
设计背景
随着社会经济的迅猛发展, 对木材的需求量有所增加, 人们过渡采伐天然林, 天然林资源已所剩无几, 木材供应紧张, 人们开始了大量种植人工林。目前我国人工林蓄积量已居世界首位, 截至目前, 我国人工林已占到世界人工林面积的近30%, 年均增量占世界的50%以上, 成为森林资源增长最快的国家。当人工林肩负着木材生产及林产品供给重任的同时, 森林采伐机械也面临了严峻的考验。
在我国实施天然林保护工程之后, 为了缓解保护天然林资源与日益增加的供材压力这一矛盾, 我国人工林培育与速生丰产林生产技术在各级领导和组织机构的高度重视下日益成熟, 人工和半机械化采伐作业的不足也日趋明显。目前我国天然林保护工程之后种植的人工林大部分都已开始采伐, 种植的人工林与原来的天然林无论在胸径, 树高及重量上都有很大的不同, 20世纪八、九十年代采伐天然林的机械已基本不能实现对成熟人工林的采伐, 因此针对速生丰产林采伐的特点, 研制自动化程度较高的多功能巨木采伐机械, 能更好地促进我国现代林业木材生产和采伐技术的快速发展。
从另一方面考虑，据统计在森林资源严重紧缺的情况下，还存在着大量的木材资源由于未能及时采伐而腐烂，导致了大量的木材资源流失。尤其是针对巨型树木的采伐方式更是十分的落后，现存的针对巨型树木的采伐仅仅是靠人工进行采伐。然而人工采伐职业已经属于世界十大高危职业之一，特别是对巨型树木的采伐更是相当的危险和有难度。巨型树木的人工采伐一般是通过人工攀爬树木，对繁多的树枝进行人工锯断修剪，然后将绳索固定在树木顶端，进行人力牵引，然后从根部锯断树，在人力牵引下是树木倒地。此种方式存在诸多弊端：其一，人力牵引需要很开阔的空间来施工作业；其二，施工地形要求较高，如果是坡地倒地树木会翻滚带来巨大危险；其三，即使有人力的牵引还是很可能发生树木顺风倒的情况，危险仍然不小。在这种情况下,针对巨型树木采伐的机械仍然还不存在,于是我们设计了自动巨木采伐搬运车。
国内外研究现状
国外
伐木联合机也称伐木打枝造材机，是一种高性能的现代林业机械。国外对伐木联合机的研究较早，近年在欧、美、日等国家的木材生产和营林抚育中使用联合机较多。
目前对于林业发达的国家, 森林采运作业的全部机械化已占有相当大的比例。总的来说，目前采伐联合机大体经历了4个发展阶段:20世纪60年代开始为探索和研究阶段, 进行多工序机械的运动学和结构设计, 并对初期样机进行了试验。70年代初期开始成批生产阶段, 各种型号样机, 工艺结构, 主机不断改进和完善, 液压技术广泛应用。70年代中期到80年代采伐联合机已达到普遍应用阶段, 发展全新的生产工艺和完整的机器体系, 研究多用途的通用底盘, 实现采伐作业的全盘机械化和操纵自动化。90年代至今已开始智能化发展阶段, 随着现代电子技术、计算机技术、人工智能、液压和传感器技术等的快速发展, 采伐联合机在作业性能上具备了非常大的提高空间, 使联合机向信息化、智能化方向发展, 进一步提高了采伐联合机的高科技含量。
国内
我国的林业机器发展较晚, 水平跟国外发达国家相比还很低, 但在育苗造林、森林抚育、病虫害防治、森林采伐与运输、剩余物综合利用、木材精深加工等方面, 采伐联合机都将有很好的应用前景。采伐联合机是集伐木、削枝、造材于一体的多功能林业机械。目前我国还没有一台这样的机械, 2007年底北京林业大学联合东北林业大学、哈尔滨林业机械研究所和一些相关单位开始着手采伐联合机的研究。2008年初广西某外资企业引进了Ponsse公司2台采伐联合机, 但总的看来, 我国采伐联合机的研制与国外相比, 仍存在很大差距。
研究内容
自动采伐搬运车作为一种创新型的自动化程度较高的多功能巨木采伐机械, 能更
第1章 绪论 1
1.1 设计背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外 1
1.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
；伸缩液压架；桁车；夹持机械手Keywords: Large timber logging truck; Telescopic hydraulic; Girder vehicle; Clamping manipulator 目 录
第1章 绪论 1
1.1 设计背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外 1
1.2.2 国内 2
1.3 研究内容 2
1.4 课题意义 3
第2章 总体结构设计 4
2.1 设计方案 4
2.2 本设计总体结构 4
2.2.1 总体机构 4
2.2.2 原理过程 5
2.3 本章小结 5
第3章 车身机构 7
3.1 车身的机构构成 7
3.1.1 机构图 7
3.1.2原理过程 7
3.2 车身的设计要求 8
3.3 本章小结 8
第4章 切枝机械手 9
4.1 切枝机械手的主要机构构成 9
4.1.1 机构图 9
4.1.2 原理过程 9
4.2 切枝机械手的设计说明 10
4.3 本章小结 10
第5章 伸缩液压架 11
5.1 伸缩液压架的主要机构构成 11
5.1.1 机构图 11
5.1.2 原理过程 13
5.2 伸缩液压架的设计说明 14
5.3 本章小结 15
第6章 桁车组 16
6.1 桁车组的主要机构构成 16
6.1.1 机构图 16
6.1.2 原理过程 17
6.2 桁车组的设计说明 17
6.3 本章小结 17
第7章 夹持机械手 19
7.1 夹持机械手的主要机构构成 19
7.1.1 机构图 19
7.1.2 原理过程 21
7.2 夹持机械手的创新设计说明 22
7.3 本章小结 23
第8章 强度设计 24
8.1 构件的强度设计 24
8.1.1 夹持导轨的有限元分析 24
8.2 螺栓的强度校核 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
绪论
设计背景
随着社会经济的迅猛发展, 对木材的需求量有所增加, 人们过渡采伐天然林, 天然林资源已所剩无几, 木材供应紧张, 人们开始了大量种植人工林。目前我国人工林蓄积量已居世界首位, 截至目前, 我国人工林已占到世界人工林面积的近30%, 年均增量占世界的50%以上, 成为森林资源增长最快的国家。当人工林肩负着木材生产及林产品供给重任的同时, 森林采伐机械也面临了严峻的考验。
在我国实施天然林保护工程之后, 为了缓解保护天然林资源与日益增加的供材压力这一矛盾, 我国人工林培育与速生丰产林生产技术在各级领导和组织机构的高度重视下日益成熟, 人工和半机械化采伐作业的不足也日趋明显。目前我国天然林保护工程之后种植的人工林大部分都已开始采伐, 种植的人工林与原来的天然林无论在胸径, 树高及重量上都有很大的不同, 20世纪八、九十年代采伐天然林的机械已基本不能实现对成熟人工林的采伐, 因此针对速生丰产林采伐的特点, 研制自动化程度较高的多功能巨木采伐机械, 能更好地促进我国现代林业木材生产和采伐技术的快速发展。
从另一方面考虑，据统计在森林资源严重紧缺的情况下，还存在着大量的木材资源由于未能及时采伐而腐烂，导致了大量的木材资源流失。尤其是针对巨型树木的采伐方式更是十分的落后，现存的针对巨型树木的采伐仅仅是靠人工进行采伐。然而人工采伐职业已经属于世界十大高危职业之一，特别是对巨型树木的采伐更是相当的危险和有难度。巨型树木的人工采伐一般是通过人工攀爬树木，对繁多的树枝进行人工锯断修剪，然后将绳索固定在树木顶端，进行人力牵引，然后从根部锯断树，在人力牵引下是树木倒地。此种方式存在诸多弊端：其一，人力牵引需要很开阔的空间来施工作业；其二，施工地形要求较高，如果是坡地倒地树木会翻滚带来巨大危险；其三，即使有人力的牵引还是很可能发生树木顺风倒的情况，危险仍然不小。在这种情况下,针对巨型树木采伐的机械仍然还不存在,于是我们设计了自动巨木采伐搬运车。
国内外研究现状
国外
伐木联合机也称伐木打枝造材机，是一种高性能的现代林业机械。国外对伐木联合机的研究较早，近年在欧、美、日等国家的木材生产和营林抚育中使用联合机较多。
目前对于林业发达的国家, 森林采运作业的全部机械化已占有相当大的比例。总的来说，目前采伐联合机大体经历了4个发展阶段:20世纪60年代开始为探索和研究阶段, 进行多工序机械的运动学和结构设计, 并对初期样机进行了试验。70年代初期开始成批生产阶段, 各种型号样机, 工艺结构, 主机不断改进和完善, 液压技术广泛应用。70年代中期到80年代采伐联合机已达到普遍应用阶段, 发展全新的生产工艺和完整的机器体系, 研究多用途的通用底盘, 实现采伐作业的全盘机械化和操纵自动化。90年代至今已开始智能化发展阶段, 随着现代电子技术、计算机技术、人工智能、液压和传感器技术等的快速发展, 采伐联合机在作业性能上具备了非常大的提高空间, 使联合机向信息化、智能化方向发展, 进一步提高了采伐联合机的高科技含量。
国内
我国的林业机器发展较晚, 水平跟国外发达国家相比还很低, 但在育苗造林、森林抚育、病虫害防治、森林采伐与运输、剩余物综合利用、木材精深加工等方面, 采伐联合机都将有很好的应用前景。采伐联合机是集伐木、削枝、造材于一体的多功能林业机械。目前我国还没有一台这样的机械, 2007年底北京林业大学联合东北林业大学、哈尔滨林业机械研究所和一些相关单位开始着手采伐联合机的研究。2008年初广西某外资企业引进了Ponsse公司2台采伐联合机, 但总的看来, 我国采伐联合机的研制与国外相比, 仍存在很大差距。
研究内容
自动采伐搬运车作为一种创新型的自动化程度较高的多功能巨木采伐机械, 能更
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