丘陵山地动力底盘发展现状与展望.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月林 业 机 械 与 木 工 设 备 .综 述丘陵山地动力底盘发展现状与展望向文博 汤晶宇 范志远 杨 兰 张丽平 王 东 寇 欣(.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所黑龙江 哈尔滨.国家林业和草原局林业机电工程重点实验室黑龙江 哈尔滨.国家林业和草原局林业装备工程技术研究中心黑龙江 哈尔滨)摘 要:动力底盘是丘陵山地移动式动力机械的重要组成部分是决定丘陵山地机械化装备技术发展的关键 按底盘行走方式分类阐述了几种底盘的结构和性能特点提出了丘陵山地动力底盘与地面耦合机理、多功能轻量化、智能化和信息化的发展研究方向关键词:丘陵山地动力底盘研究现状发展趋势中图分类号:文献标识码
2、:文章编号:()(.):.:收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目“油茶等木本油料轻简栽培和高效采收装备”()国家林业和草原局应急科技项目“油茶采收机械研发”()第一作者简介:向文博硕士研究生主要从事营林机械技术装备研究:.通讯作者:汤晶宇研究员硕士研究生导师硕士主要从事营林技术装备基础研究与开发:.丘陵是指海拔高度在 以下地面起伏小坡度较缓并且连成片的地区 山地是指海拔高度在 以上相对高度差 以上的高地地面起伏大坡度陡峭多以脉状分布 我国丘陵山地面积.亿 占国土总面积的.全国有 个省份(包括中国台湾地区)以上的地域是丘陵山地 丘陵山地动力底盘是指用于丘陵山地环境下的农林生产具有较好的爬坡和
3、越障能力以及较第 期向文博等:丘陵山地动力底盘发展现状与展望高的行驶稳定性和平顺性的作业装备 我国的耕地主要集中在丘陵山区、高原据有关资料统计山区粮食产量及油料作物的产量占全国总产量的 左右 由于丘陵山地地形复杂高低起伏地面凹凸不平坡度大所以目前适合丘陵山地使用的农林机械较少主要依靠人工作业劳动强度大成本高效率低机械化程度与当前发展需求不匹配 因此实现丘陵山地机械化作业的前提是实现装备的“上山入林”解决装备底盘问题是发展丘陵山地作业装备的基础是实现装备顺利上山入林的关键底盘的好坏制约着丘陵山地机械化作业的发展丘陵山地动力底盘有多种不同的分类方式 按作业环境可分为果园、田间和设施动力底盘 果园作
4、业底盘包括栽植抚育、喷药除草、采收运输等田间作业底盘包括播种施肥、除草浇水、采收运输等设施作业底盘包括森林灭火、林间巡检、信息收集等按行走方式的不同可分为轮式、履带式、轮履结合式和仿生式 本文按照行走方式的不同阐述了国内外丘陵山地动力底盘的研究现状结合不同环境分析了底盘的特点与适用场景在我国现阶段发展基础上对未来的发展方向进行展望为其发展提供参考 丘陵山地轮式动力底盘轮式动力底盘是以轮胎作为行走装置的移动平台是最常见的底盘形式之一具有结构简单、速度快、机动性强、质量轻的特点轮胎的刚度与地面相比较低对地表的破坏较小被广泛应用于拖拉机、林间抚育机、采收运输机等 轮式底盘可分为轮桥式和轮摆式共同点是
5、都有折腰转向结构和轮式行走系统 轮桥式底盘按照轮胎数量不同又分为四轮、六轮和八轮三种 丘陵山地地形复杂、道路崎岖不平四轮底盘难以适应复杂的路况相关的应用和研究较少 六轮底盘自由度大车桥的左右摆动增加了轮胎与地面的接触面积避免了轮胎悬空造成的侧翻和倾覆增强了底盘的行驶稳定性和通过性八轮底盘结构与六轮类似多自由度的结构特点使得底盘可以根据路面变化情况动态调整车身行驶稳定性和通过性强其整体体积相对较大质量大多应用于林木采伐作业环境 轮摆式底盘是指具有摆臂结构的轮式底盘该结构将底盘上车架通过摆臂结构与轮胎连接在一起具有地形适应性强、动力强劲、通过性与稳定性好的特点孙治博等为提高林区作业机器人的越障平稳
6、性实现智能化越障功能设计了一种主动摆臂六轮腿式底盘(图)底盘由前后两部分组成前半部分由前车架和两组双摆臂轮腿组成后半部分由后车架和两个独立的摆臂轮组成运动时通过轮腿的摆动和折腰转向能够实时调整车身平稳度以及轮胎与地面的接地面积保证了底盘行驶稳定性增强了底盘在林区作业的通过性和安全性图 主动摆臂六轮腿式底盘丁素明等针对丘陵山地果园植保机械通过性低的问题研发了一种低矮型自走式果园喷雾机动力底盘(图)采用液压四轮驱动提高了整车的动力性增强了爬坡和越障能力驾驶室前置发动机后置扩展驾驶员视野的同时保证了整体车辆的行驶稳定性在底盘后部增加了可铰接不同形式的雾化作业装置实现一机多用图 低矮型自走喷雾机底盘
7、公司生产的 六轮式收获机(图)采用前四后二的布置方式驾驶室置于底盘中部能实现 旋转保证驾驶员获得全方位视图增强作业安全性采用双液压驱动可同时驱动作业臂和末端执行器底盘前后连接采用铰接技术提高了底盘的转向能力增强了车辆灵活性程钰晶等为解决丘陵山地林用六轮摆臂底盘在林区崎岖路况下转向能力差等问题基于旋量理论设计了一种六轮摆臂底盘(图)改变摆臂液压缸的变化量调节底盘的高度和重心高度仿真实验表明整体稳定度提升 有效提高底盘的行走稳定性 王东等设计了振动式油茶果采收机六轮仿形高越障动力底盘解决丘陵山地复杂立地条件下油茶采收机械通过难的问题(图)底盘采用前置摆动仿形轮底盘工作平台安装采摘机械臂驾驶室后置重
8、心后移提高了驾驶的安全性和行驶的稳定性爬坡能力强林业机械与木工设备第 卷图 六轮底盘收获机图 六轮摆臂底盘虚拟样机图 振动式油茶采收机底盘 丘陵山地履带式动力底盘履带式底盘是以履带作为行走装置的底盘主要由传动系、制动系、转向系、履带和回转轮(驱动轮、导向轮、支重轮和张紧轮)等组成 按履带材质的不同可分为橡胶履带底盘和钢制履带底盘按履带数量的不同又可分为双履带底盘和多履带底盘 履带式底盘通常将车架和履带部分焊为一个整体少部分采用前后车架铰接的连接模式 前者作为一体式底盘具有结构紧凑、转向半径小、机动灵活的特点后者与轮式底盘类似可看成是将履带作为轮式底盘的行走装置 履带式底盘具有较好的越障和爬坡能
9、力稳定性好、牵引力大王斌斌等设计了履带自走式风送喷雾机(图)外形尺寸为 行驶速度最高可达./底盘机架与支重轮在中部铰接行驶时支重轮可绕铰接点转动 依据地形实时调整整车行驶状态有效降低行驶过程中受到的震动提高驾驶员舒适性与整车通过性能满足丘陵山地果园的喷雾需求图 自走式果园风送喷雾机杨子增等针对甘蔗在我国丘陵山地的种植特点设计了履带式自走切段收获机(图)履带宽度为.轨距为.满足当前甘蔗农艺种植要求在进行收割机作业的同时不会对其他甘蔗造成破坏 底盘采用“一”字型设计降低整车重心增加该收获机在丘陵山地的作业能力与环境适应性具有转向灵活、转弯半径小对甘蔗根系破坏小等特点图 型甘蔗收获机徐高伟等为解决现
10、有电动式山地果园底盘动力不足的问题设计了一种新型电动自走式履带底盘(图)底盘利用无线遥控进行控制实现无人作业 通过控制两侧电机转速来调节履带行驶速度实现底盘的各种转向省略了差速器装置简化了底盘控制系统结构 最高行驶速度均值为./续航里程可.能满足果园作业动力与续航需求陈继清等为解决现有的以轮式拖拉机和卡车为承载车的绿篱修剪装备环境适应性差等问题第 期向文博等:丘陵山地动力底盘发展现状与展望图 电动自走式履带底盘设计了一款以履带底盘为承载结构的小型绿篱修剪机(图)通过试验得出结论:建立的底盘模型最大爬坡角 最大跨越壕沟宽度 最大翻越垂直壁高度 与轮式相比履带式底盘在狭窄、高低起伏不平等复杂路面有
11、较好的通过性行驶稳定性、爬坡和越障能力都有所增强图 小型绿篱修剪机履带底盘孙术发等通过对第一代消防车履带底盘进行优 化 改 造 设 计 了 一 台 大 型 履 带 式 消 防 车()(图)履带底盘在结构上采用 个支重轮增大了轴间距与轨距增加了排障器装置在动力上将发动机功率提高到.改进后的履带式底盘有更高的行驶稳定性发动机动力的增强提高了底盘的爬坡和越障能力行进时能实时清除杂草、碎石等路障使得消防车能更快到达火灾现场图 履带式消防车韩振浩等为提高山地果园运输车在不同复杂地形下的通过性与适应性基于重心位置变化对运输机械作业性能的影响规律设计了重心自适应调控的山地果园运输车(图)通过控制可移动载物台
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