林用防火隔离开带机的研发

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(1.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091； 2.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086； 3.国家林业局林业机电工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086)

研究与设计

林用防火隔离开带机的研发

吴晓峰1，2，3，李芝茹1，2，李全罡1，2，张北航1，2，曹曦明2，3，韩立志2

(1.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091； 2.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086； 3.国家林业局林业机电工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086)

设计了一款防火开带机，该机圆盘刮土装置的设计解决了圆盘凹面的粘土附着问题，两条顺梁的创新设计可相互抵消横向作用力，使整机作业平稳；滚动式圆盘工作机构和液压缓冲器结构的设计使整机具有了较高的地面仿形性，越障能力强及适用性广。

防火设备；圆盘装置；液压缓冲结构；高地面仿形性

Abstract：A fire barrier belt making equipment is designed，the disk scraper device unique to the equipment solving the problem of clay being attached to the disk concave，the special design of two girders offsetting the lateral forces，thereby ensuring the stable operation of the whole equipment.The design of a rolling-type risk working mechanism and a hydraulic buffer structure allows the whole equipment to have higher terrain profiling performance，stronger obstacle-surmounting ability and wider applicability.

Keywords：firefighting prevention equipment；disk device；hydraulic buffer structure；high terrain profiling performance

火灾对于林区来说是毁灭性灾害，1987年5月6日至6月2日发生的大兴安岭森林大火，是该地区有史以来受到破坏最为严重的一次火灾，过火林地1.33×105hm2，焚毁木材8.5×105m3，直接损失达4.5亿元人民币，间接损失达80多亿元人民币[1-2]。大火过后漠河县城和阿木尔、图强、西林吉等几个林业局的局址及数十个林场居民区荡然无存，数百人葬身火海[3-4]。过去几十年每当发生森林火灾，由于缺乏先进的技术手段，人们在火灾面前常常显得无能为力，只能看着火灾肆虐发展。另外，我国周边如蒙古、俄罗斯等陆地接壤国家的森林防火灭火手段也简单落后，曾发生过多起境外火灾蔓延越过边界进入我国大兴安岭等林区的情况[5]。

近些年，随着我国经济实力的增强和森林资源的变化，政府加大了对森林防火工作的支持力度，林区公路的网络化也为大型防火灭火设备的运行提供了方便。目前，林区大部分青壮年外出打工，仅靠有限的专业队伍来完成森林防火工作更需要先进的技术装备。因此，研制有效灭火装备，最大限度地保护森林资源意义重大。

1 国内外防火设备研究现状

各国地面森林防火机具的种类大同小异，主要包括用于森林消防的各种车辆和手动扑火机具，由于采用的灭火方式不同，各种机具的装配比例差别很大。如美国、加拿大的主要扑火装备有各种型号的水泵、推土机、油锯、手持工具等，主要用于开设隔离带和清理火场；澳大利亚的扑火装备主要有各种类型的轮式森林消防车和水泵、化学灭火药剂等[6-7]；我国则以各类灭火机、水枪、手持工具为主，其他机具为辅。目前，在提高森林防火机具机械化和现代化水平的同时，应继续坚持“预防为主，积极消灭”的森林防火方针。

2 林用防火隔离开带机的设计

2.1作业条件及工作原理

林区或国境线多为山地或丘陵地带，地表及地面下存在大量障碍物(石头、伐根等)且分布无规律，在这样的自然条件下使用机械设备开设防火隔离带非常困难，这也是当今世界各国公认的难题。在设计研制防火开带机时首先需要解决的是设备的地面仿形和越障问题，以保证设备在不同的地表和地面条件下都能顺利通过并正常工作。防火开带机如图1所示，其工作原理如下。

图1 防火开带机

(1)两条顺梁各自连接在连接架上，靠缓冲器结构和液压系统实现上下摆动。

(2)滚动工作的圆盘可直接从障碍物上方滚动通过。

(3)当较大的障碍物撞击圆盘时，依靠其弹性结构可使受撞击的圆盘上下跳动。

(4)当圆盘接触到过大的障碍物及犁体本身的弹性结构不足以使圆盘越过障碍物时，液压缓冲器的缓冲功能允许顺梁向上摆动，从而使装在顺梁端部的圆盘同时抬高，从而越过障碍物。

(5)当地面有特大的障碍物时，司机通过操纵液压分配器手柄，使顺梁上的液压油缸拉动装有圆盘的顺梁一端抬高，只要牵引机能行驶通过，连接在其后面的开带机就能随之通过。

2.2 动力选配

防火开带机能否顺利工作主要取决于牵引机的性能。经过反复比较，120马力(88 kW)和165马力(121 kW)履带式推土机的牵引力、行驶稳定性、爬坡能力、液压系统、底盘离地高度、后桥壳与开带机的可连接程度等各项指标都比较适宜，再结合广大林区此类推土机较为常见等多方面因素，可选择这两种类型的推土机作为防火开带机的牵引机，设计时选择哪种动力履带式推土机可根据具体的工作环境来确定。

2.3 地面仿形功能

过去大多使用农用犁铧设备来开设防火隔离带，但犁式设备不具备地面仿形及越障功能，选择滚动式圆盘工作机构可解决越障和仿形的难题，保证了本机工作装置具备良好的地面仿形功能。

2.4 技术创新

通过对圆盘刮土装置、液压缓冲器及圆盘弹性结构的设计，解决了圆盘凹面粘土附着问题和地面仿形越障问题，保证了作业时整机的平稳运行，提高了设备的广泛适用性。

(1)国内外农用圆盘式耕地设备的一个主要问题是圆盘凹面粘土，而防火用开带机的圆盘直径远大于农业机械的圆盘直径，在滚动翻土时如凹面粘土将严重影响翻土效果，本次设计的圆盘刮土装置如图2所示，工作时刮土针与圆盘作相对运动，试验表明该圆盘刮土装置刮土效果明显。

(2)设计的液压缓冲器和圆盘的弹性结构解决了地面仿形和越障的问题，液压缓冲器的储油腔与提升顺梁液压油缸的油腔相通，当液压缸的活塞受到地面障碍物作用时使顺梁抬高，产生的压力推动液压油通过管路进入缓冲器储油腔，以推动活塞向装有回位弹簧的一端移动，起到了缓冲作用。翻越过障碍物以后圆盘下落，使顺梁上的油缸活塞回到正常位置，此时液压缓冲器油腔压力下降，缓冲器油腔里的弹簧推动活塞回到原来位置，缓冲作用及圆盘的弹性结构设计，使滚动的圆盘始终具有越过障碍物的地面仿形功能。

图2 圆盘刮土装置

(3)本设计在一条顺梁上一前一后且凹面相背安装有两个圆盘，圆盘切入土壤的切入点接近在一条直线上，而且每个圆盘相对地面的垂直线有一定的倾角，相对顺梁有一定的偏角，这一结构可以保证圆盘切入土壤后一直向前滚动，被翻起的土壤产生横向位移，从而实现翻土功能。由于装在同一顺梁上的两个圆盘凹面相背布置，当圆盘切入土壤时两个圆盘受到的土壤阻力方向相反，互相抵消。这样两个顺梁上安装的四个圆盘横向作用力互相抵消，整个开带机在工作时不受横向力作用，整机处于平稳状态。

3 结束语

为适应当前森林防火“预防为主，积极消灭”的指导方针，研发了林用防火隔离开带机，其是当前林区急需的林火阻隔设备。通过对圆盘刮土装置、液压缓冲器及圆盘弹性结构的设计，解决了圆盘凹面粘土附着和地面仿形越障问题，保证了作业时整机的平稳运行，提高了设备的广泛适用性。

[1] 范维澄，黄东林，王清安，等.森林火灾的机理与对策[J].中国减灾，1991，1(2)：42-44.

[2] 高素华，叶一舫.大兴安岭火灾迹地的植被与温度场[J].林业科学，1994，30(1)：74-78.

[3] 刘学礼.绿色森林之殇—大兴安岭火灾[J].生命与灾害，2010，17(10)：36-37.

[4] 李芝茹.基于灰色系统理论对大兴安岭白桦低质林改造模式的评析[D].哈尔滨：东北林业大学，2012.

[5] 田晓瑞，舒立福.我国境外火的火环境分析[J].森林防火，2005，22(3)：24-26.

[6] 李岩泉，寇晓军，张明远，等.国外森林航空化学灭火技术的发展[J].林业机械与木工设备，2015，43(9)：4-5.

[7] 顾香风，李昂.国外灭火新技术设备简述[J].林业机械与木工设备，2010，37(7)：12-14.

(责任编辑 张雅芳)

DesignandDevelopmentofForestFireBarrierBeltMakingEquipment

WUXiao-feng1，2，3，LIZhi-ru1，2，LIQuan-gang1，2，ZHANGBei-hang1，2，CAOXi-ming2，3，HANLi-zhi2

(1.Forestry New Technology Research Institute，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China； 2.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China； 3.Key Lab of Forestry Electromechanical Engineering，State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China)

2017-08-18

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项“林业用防火隔离开带机的研制”(CAFYBB2016SY031)

吴晓峰(1967-)，男，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，学士，主要从事林业机械方面的研究，E-mail：286710269@qq.com 。

S776.29

A

2095-2953(2017)10-0011-02