原木集材技术研究及徐工XC360集材机研发

钟俊伟 郭军胜 杜晓琳

【摘  要】针对森林伐木作业过程（砍伐-集材-整堆-原木装车-原木运输）中的集材工况进行技术研究，论文从液压绞盘集材技术、缆绳架技术、除障推木装置、越野行走技术、防护技术以及集材辅助装置等进行研究设计，开发徐工XC360集材机，解决在原始森林集材作业中高效牵引大型原木的问题。

【Abstract】In view of the technical research on the collecting situation in the process （logging， collecting， arranging pile up， log loading， log transport） of forest logging， this paper studies and designs the technology of hydraulic winch collecting， cable frame， obstacle removing and pushing wood device， cross-country walking technology， protection technology and collecting auxiliary device， develops XC360 collecting machine， and solves the problem of high efficient traction of large logs in the original forest collecting operation.

【關键词】集材机;液压较盘;缆绳架;安全防护

【Keywords】collecting machine; hydraulic pressure disc; cable; safety protection

【中图分类号】S776.32                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0160-02

1 引言

随着人们生活水平的不断提高，对于木材的需求日益加大。森林采伐作业作为木材供给的第一步工序，对于设备的要求也越来越高。森林采伐作业主要有原木砍伐、集材、整堆、原木装车、原木运输等过程，其中集材作业是一大难点，原始森林中道路和作业环境十分复杂，普通的夹钳装载机和拖拉机已经无法满足在原始森林中高效及多用途集材作业的要求，开发森林集材专用设备已经成为森工机械发展的必然。针对集材作业工况特点，充分发挥集材机作业灵活、效率高、用途多的特点，从盘集材技术、缆绳架技术、除障推木推铲装置、越野行走技术、防护技术及辅助集材装置等方面进行研究并开发徐工XC360集材机产品。产品主要技术参数如表1所示。

2 XC360集材机的技术特点

2.1 绞盘集材技术

绞集材作业过程中会遇到多种阻碍集材作业的正常进行的问题，如液压绞盘收放钢丝绳时易出现乱绳、咬绳等现象。牵引原木至集材辅助装置处，会因行走过程中的颠簸出现脱绳的现象。在液压绞盘防护罩上增加排绳装置，如图1所示。通过固定收放钢丝绳的入绳角度，防止收放过程中钢丝绳超出滚筒，出现缠绕到液压绞盘外侧的现象，造成液压绞盘损坏。

液压绞盘的液压马达控制绞盘滚筒锁止限位。集材作业过程中停止收绳即不进行收放绳操作时，液压绞盘中的制动限位装置会自动将绞盘滚筒制动抱死，避免在无任何操作的情况下绞盘滚筒自由转动，具体原理如图2所示。

2.2 缆绳架技术

森林集材作业工况的道路崎岖多弯，行走牵引木材作业时整机转向会引起牵引方向的变化，研究牵引木材时钢丝绳的方向及缆绳架受力情况，设计集材机械专用缆绳架结构，如图3所示。设计过程中保证缆绳架有足够的强度，并且设置3个方向的限位滚简，可以限制钢丝绳因整机转向偏离缆绳架。该缆绳架可实现任意方向牵引大型木材，提高集材料率。缆绳架上的变截面滚筒和限位滚筒，具有限制钢丝绳滑动的功能，可实现钢丝绳无阻力滑动伸缩。

2.3 越野技术

原始森林中路况复杂，如沼泽、泥潭、山地等，要求集材机具有优秀的越障能力、防滑能力、涉水能力等。

采用摆动架式底盘结构，固定驱动桥的摆动架可在24°的范围内摆动，达到自适应不规则路面的能力，配备专用越野型人字花纹轮胎，提高附着力及通过性的同时具有防尖锐物体破坏的性能。

该产品配置徐工自制内藏湿式多片式制动器及限滑差速的驱动桥，既能在高速行走的同时具有灵敏的制动能力，又可在软基路面行走时具备防打滑的能力。配置徐工自制大扭矩定轴电控双变总成，在除障和越野通过时可满足大扭矩的需求。对整机转向角度、爬坡角度、桥摆动角度进行专项设计，使整机具有自适应不规则路面条件的能力，提高行走效率。

2.4 除障推木装置

森林中行走作业需要开辟道路，沿途遇到杂草、灌木等低矮植被等障碍物无法通过需要进行除障开路作业。森林中多为崎岖高低不平路面，普通的推土铲难以达到森林除障作业的要求。为解决该问题开发了专用除障装置，由油缸和平行连杆支撑的除障装置可上下旋转调节，位移范围广、推力大、可灵活进行地面除障作业，保证集材机在原始森林中的正常行走。该推铲装置还可以将大型原木推入平板车，便于原木的下一步转运。

2.5 整机安全防护

行走作业时障碍物较多，越障时为了防止障碍物对整机造成损坏。设计底盘整体防护装置，由除障装置、越障导流装置、框架式防护装置等组成防护系统。对发动机排气、底盘、油箱、驱动桥、变速箱、铰接中心、油缸、轮胎等安全防护装置，同时对牵引木材进行防护，解决整机表面被空间中杂乱无章的粗壮植被被损坏的问题，提升集材作业和行走作业的安全性。

原始森林工况复雜，整机表面任何结构薄弱处均有可能被空间中杂乱无章的植被损坏，针对此类问题开发了由双侧导流装置连接的导流机罩和网格式驾驶室，实现机罩、驾驶室一体式防护，具有对空间障碍物分流导向的功能，提高了机罩和驾驶室的安全性，适应了原始森林作业的要求。

2.6 辅助集材装置

整机转向和行走颠簸时，被牵引木材的晃动撞击会对钢丝绳造成较大的冲击，在牵引木材作业过程中，将木材靠近集材机一端部进行固定，操纵液压绞盘使钢丝绳收紧抬起原木被固定端离地，由整机牵引向前行驶。在整机行驶过程中，因木材体积及重量较大，且与钢丝绳是软连接，牵引中难免会摇晃，影响牵引拖拽，转弯时因原木较长，跟随整机及时转向会比较困难，被牵引木材侧偏会挤伤甚至阻止轮胎转动。因此，对于原木起吊端的稳定支撑，限位被牵引木材、牵引导向和对轮胎的防护便成为设计过程中充分考虑的问题。为解决此问题，设计辅助集材装置，液压绞盘牵引木材与辅助集材装置接触，继续收绳致被牵引木材无法移动，达到对被牵引木材限位的作用，行走颠簸时也不会上下跳动，左右方向被护板限位，也有保护轮胎的作用。此装置可使集材作业行走过程中更加稳定安全。

3 结语

徐工XC360集材机具有20t牵引力，可牵引更重的大型原木，转弯半径小，驱动桥摆动范围大，作业适应能力强，可在严苛的原始森林环境中行走灵活，打破狭小空间的作业限制，可实现高效集材作业，并具备如除障、推木作业的功能，实现一机多用。徐工XC360集材机在同类产品中表现出较为优秀的性能，获得了较好的口碑。

【参考文献】

【1】张广晖，王立海，许明贤，等.三角履带式集材机的设计与分析[J].林产工业，2019（56）：31-36.

【2】赵俊宝.何静华.集材110型轮式拖拉机的研制及应用[J].林业机械与木工设备，2007（6）：51-52.