螺旋升降式立木整枝机的研究

论文摘要

立木整枝是优质工业用材林定向抚育的重要环节。传统的整枝方法效率低、易引起工人的疲劳和作业事故、作业高度也受到限制,因此,自动、半自动化的立木整枝机是实现高效、高质量和安全可靠整枝的有效途径。本文是在分析树木对整枝作业要求的情况下,进行了以下研究;1、通过对常见树木的调查、分析和统计,研究树干上树枝的形态,如树枝的直径、角度等,确定整枝机械的最佳参数。如整枝机可以工作的树干直径,可以切削的树枝直径与角度。研究表明立木整枝机可以整枝的立木树干直径应在8-22cm之间,树枝的直径在0-6cm之间,树枝与树干的角度应在30度以上。2、分析整枝机的工作方式,研究立木整枝机最佳的工作方式与切削机构。研究表明;遥控机械式半自动整枝机是比较适合的一种整枝机械,螺旋式上升、锯切、下降是一种较好的工作方式。链式锯切机构是整枝机上较合理的切削机构。整枝机的锯切机构应当设计相应的避让机构,避开不利的切削状态。3、研究整枝机支架类零件的设计,利用三维曲面、曲线设计方法、设计思想,研究该类零件的设计。利用投影曲线（如曲线的两个投影）方法建立空间的曲线,然后再建立空间物体的三维模型是空间支架类零件较好的三维设计方法。4、研究树木的树皮与轮胎的相互作用,测定轮胎与树木间的滚动阻力系数,计算整枝机在树木上运动所需要的功率,为发动机的选择提供必要的基础数据。实验中采用了传感器技术,测定测试系统中受到的力,最后计算出滚动阻力系数及在一定运动速度下所消耗的功率。5、研究整枝机上升、下降、锯切需要的运动,设计合理的传动、操作机构。试验和研究表明矩形截面弹簧是小型动力机械中一种较好的传动元件,通过合理的组合与控制,可以利用矩型截面弹簧实现变速与传动扭矩的目的。6、研究树枝的形态与避让机构的结构、运动关系,运用三维动力学分析的方法,分析了碰撞式机械避让机构的各零件在工作中的运动关系和参数,提出避让机构中零件最佳的结构和参数以及结构优化的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1.引言
• 1.1 国内外对林木整枝的研究
• 1.1.1 整枝参数的研究
• 1.1.1.1 整枝强度
• 1.1.1.2 整枝时间
• 1.1.1.3 整枝质量
• 1.1.1.4 整枝枝条的直径
• 1.1.2 整枝对林木生长的影响
• 1.1.2.1 整枝强度、高度对林木生长量的影响
• 1.1.2.2 整枝对树干通直度的影响
• 1.1.2.3 整枝对树干横截面圆度的影响
• 1.1.2.4 整枝对树干节子的影响
• 1.1.3 整枝对木材材质的影响
• 1.1.3.1 整枝作业后树木的晚材率稍高
• 1.1.3.2 整枝对木材密度、生长轮的影响
• 1.1.3.3 整枝对木材的力学性能影响
• 1.1.4 整枝作业的原因与作用
• 1.1.4.1 加快林木的有效生长
• 1.1.4.2 控制林木的生长
• 1.1.4.3 改善林木的通风透光条件
• 1.1.4.4 提高木材的品质
• 1.1.4.5 减少病虫害、风雪灾害
• 1.1.4.6 减少森林火灾
• 1.1.4.7 增加林木经营收入
• 1.1.5 林木整枝方法的研究
• 1.1.5.1 物理整枝
• 1.1.5.2 化学整枝
• 1.1.5.3 自然整枝
• 1.2 整枝设备的研究
• 1.2.1 手工整枝设备的研究
• 1.2.2 机械整枝设备的研究
• 1.2.2.1 手持、背负式整枝机
• 1.2.2.2 车载式立木整枝机
• 1.2.2.3 自动或半自动整枝机
• 1.3 研究自动立木整枝机的目的和意义
• 1.4 本论文的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2.整枝对象的分析与研究
• 2.1 树木的直径
• 2.2 工作高度
• 2.3 树枝参数
• 2.3.1 树枝直径
• 2.3.2 树枝的角度
• 2.3.3 树枝的分布
• 2.3.3.1 高度方向的分布
• 2.3.3.2 圆周方向的分布
• 2.4 本章小结
• 3.整枝机工作方式的研究与确定
• 3.1 立木整枝机行走机构
• 3.2 立木整枝机的切削机构
• 3.3 立木整枝机的动力选择
• 3.4 立木整枝机的传动机构
• 3.5 整枝机的固定与操作方式
• 3.6 本章小结
• 4.空间管状机架结构三维设计与研究
• 4.1 支架类三维设计方法的分析与研究
• 4.1.1 采用装配造型
• 4.1.2 采用单一零件造型
• 4.1.3 利用软件的管道功能进行造型
• 4.1.4 利用钢结构设计工具
• 4.2 空间支架零件的造型
• 4.2.1 主机架的设计与造型
• 4.2.2 副框架的造型
• 4.2.3 支架上其他结构的设计
• 5.整枝机的功耗研究
• 5.1 轮胎与树干间滚动阻力系数测试系统的设计
• 5.1.1 传感器的选择
• 5.1.2 传感器的连接
• 5.1.3 传感器的校正
• 5.1.4 测试电路的设计
• 5.2 数据测量
• 5.3 滚动阻力系数的计算
• 5.3.1 侧柏的滚动阻力系数测定
• 5.3.1.1 力学分析与计算
• 5.3.1.2 滚动阻力系数的计算
• 5.3.2 其它树种滚动阻力系数的测定
• 5.4 整枝机工作时的功率消耗与计算
• 5.4.1 由滚动阻力引起的功率损失
• 5.4.2 克服重力消耗的功率
• 5.4.3 传动效率与功率
• 5.4.4 锯切消耗的功率
• 5.4.4.1 切削部件的结构和选择
• 5.4.4.2 切削速度
• 5.4.4.3 进给速度
• 5.4.4.4 木材切削阻力
• 1'>5.4.4.5 切削功率P₁
• 2'>5.4.4.6 进给功率P₂
• 3'>5.4.4.7 锯切系统的限位滚轮的摩擦消耗的功率P₃
• 5.5 本章小结
• 6.整枝机传动系统的研究
• 6.1 行走机构的传动系统
• 6.1.1 传动箱的设计
• 6.1.2 传动系统的传动元件设计
• 6.1.2.1 蜗轮蜗杆的设计与校核
• 6.1.2.2 齿轮的设计与校核
• 6.1.2.4 链轮的设计与研究
• 6.1.3 矩形截面圆柱螺旋弹簧的传动与控制研究
• 6.1.3.1 弹簧联轴器的运动与控制
• 6.1.3.2 弹簧传动系统设计计算研究
• 6.2 整枝机切削机构脱离机构的运动研究
• 6.3 下驱动轮之间的传动设计
• 6.4 本章小结
• 7.锯切避让机构设计方法的研究
• 7.1 锯切避让机构的必要性
• 7.2 锯切避让机构的设计
• 7.2.1 机构的总体设计
• 7.2.2 滚轮及曲板、连接板结构的确定
• 7.2.3 摇臂的设计与安装
• 7.3 避让机构的运动仿真与结构优化
• 7.3.1 仿真系统的选择
• 7.3.2 装配模型的处理
• 7.3.2.1 装配模型的简化与处理
• 7.3.2.2 对模型施加约束
• 7.3.2.3 对模型的主动件施加运动参数
• 7.2.3.4 对模型施加碰撞关系
• 7.3.3 模拟运动与结果分析
• 7.3.3.1 曲板上摆的运动模拟
• 7.3.3.2 曲板下摆的模拟
• 7.4 本章小结
• 8.结论与建议
• 8.1 本文创新及主要结论
• 8.1.1 主要结论
• 8.1.2 创新点
• 8.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 在读研究生期间发表的论文、专著及成果
• 致谢