速生林高效爬树修枝机优化设计与试验研究

摘要

我国既是一个林业生产大国，又是一个林产品消费大国。速生林面积居世界首位，具有生长周期短、出材量高等特点，对恢复森林资源生态环境，缓解日益紧张的木材资源供求矛盾具有积极而重要的意义。而修枝是速生林管理的一项基础性营林措施，合理的修枝可以提高木材质量，增加经济收益，预防森林灾害。但是目前我国林木修枝机械的研究尚处于起步阶段，修枝方式的落后，高效修枝机械的缺乏，影响了产业机械化程度，也严重制约了我国林业的健康发展。 顺应林业现代化进程，为改善修枝方式落后问题，本文在课题组研制的第一代速生林修枝机械的基础上，根据其试验与应用过程中发现的实际缺陷与不足进行优化设计，并通过运动学仿真与样机试验，研制一款效率更高、适用性更强、稳定性更好的速生林高效爬树修枝机。该机主要包括攀爬机构、修枝机构、动力系统和控制系统四大部分。 论文进行了速生林高效爬树修枝机整机及各机构的方案设计；根据设计方案，对各项设计参数进行计算并据此进行零部件选型，对爬树修枝机进行虚拟样机三维建模，并对攀爬机构进行动力学与运动学仿真分析；针对修枝方式存在的问题，通过对各类刀具的比较分析和计算选型，对修枝机构进行优化设计；最后根据优化设计方案对试验样机进行加工及装配，并对样机的传动性能、攀爬功能、修枝功能以及综合性能进行试验验证，并通过试验数据分析对样机性能进行评估。 经过试验验证，优化后的爬树修枝机的攀爬效率显著提升，理想油门开关量70%状态下，爬升速度达0.059m/s，攀爬线速度达0.68m/s，攀爬效率提高25.5%，完成一颗高度15 m树木的修枝工作，用时不到三分钟，极大提高了工作效率，节省了人力物力；每个爬升轮皆具备根据树况自动调节工作位置的能力，摆动梁摆动角度20°，爬升轮自调整高度52.09 mm，足以越过树瘤、树节、树洞、树桩等障碍，同时更好地贴合树干，提高攀爬效率；修枝铣刀刃长 160 mm，修切快速，对速生林各类树木适用性强，最大修枝直径达60 mm，配合修枝定距装置，使刀刃始终与树干保持恒定的距离，保证留桩高度一致，利用尼龙定距轮控制留桩高度，同时保护树皮；结构精简，布局紧凑，整机重量33kg，减重21.99%。 优化设计的速生林高效爬树修枝机结构精简，布局紧凑，攀爬修枝高效快速，且适用性强，安全性好，自动化程度高，修枝质量好，适合广大速生林修枝作业。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状及问题

1.3主要研究内容

2爬树修枝机设计方案与工作原理

2.1爬树修枝机设计需求

2.2爬树修枝机整机设计方案

2.3爬树修枝机工作原理

2.4爬树修枝机技术参数

3爬树修枝机攀爬机构优化设计

3.1攀爬效率优化分析

3.2攀爬机构结构优化设计

3.3基于Adams的攀爬效率运动学分析

3.4基于Adams的越障性能运动学分析

4爬树修枝机修枝机构优化设计

4.1修枝性能优化分析

4.2修枝刀具分析与选择

4.3修枝机构结构优化设计

5爬树修枝机样机试制与试验

5.1整机结构评估

5.2爬树修枝机样机试制

5.3爬树修枝机功能性试验

5.4爬树修枝机作业试验

6总结与展望

6.1总结

6.2主要创新点

6.3前景展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间成果