摘 要:覆帶式山地作業(yè)機在應用中表現(xiàn)出安全性差、不穩(wěn)性、適應性薄弱等問題,影響林地作業(yè)效率。基于此,本文提出一種優(yōu)化覆帶式山地作業(yè)機及其自動調(diào)平系統(tǒng)的設計方案,并給出具體實現(xiàn)措施,為森林工程工作者開展林地作業(yè)提供安全可靠的車輛設備,推動森林工程的可持續(xù)發(fā)展。
關鍵詞:覆帶式山地作業(yè)機;調(diào)平系統(tǒng);作業(yè)臂
前言
自動調(diào)平系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)車輛,確保其始終處于水平位置,該功能可有效解決覆帶式山地作業(yè)機存在的問題,推動森林工程的自動化發(fā)展。但關于山地作業(yè)機的動態(tài)調(diào)平研究處于空白狀態(tài),導致山地作業(yè)車輛的性能偏低,應用效果不理想??梢?,對自動調(diào)平系統(tǒng)在山地作業(yè)機中的應用設計具有現(xiàn)實意義。
1 覆帶式山地作業(yè)機的設計與實現(xiàn)
本文結(jié)合國內(nèi)外覆帶式山地作業(yè)機的設計經(jīng)驗,參照山地作業(yè)要求,進行覆帶式山地作業(yè)機的優(yōu)化設計。本節(jié)主要介紹底盤、車架與整機等結(jié)構(gòu)的設計流程與要點。
1.1底盤設計
在開展底盤設計前,根據(jù)覆帶式山地作業(yè)機的應用不足,明確山地作業(yè)機的底盤設計要求:(1)具備自動調(diào)平功能,橫坡的調(diào)平需達20°,縱坡的仰角調(diào)平需達20°,俯角調(diào)平需達10°;(2)最大爬坡能力可達30°。由于我國森林地區(qū)的山地丘陵以土路為主,且存在坑洼或緩坡,要求山地作業(yè)機的底盤性能滿足如下要求:(1)通過液力機械進行傳動;(2)山地作業(yè)機的最高行駛速度需達25km/h?;谏鲜鲆螅疚倪x擇徐工XE18系列小型挖掘機的底盤為基礎,進行覆帶式山地作業(yè)機的底盤設計,保持性能參數(shù)不變,結(jié)合覆帶式山地作業(yè)機的結(jié)構(gòu)大小,調(diào)節(jié)硬件參數(shù)。同時,將覆帶條數(shù)設定為兩條,通過輪齒式嚙合實現(xiàn)驅(qū)動,即使處于泥濘山地環(huán)境,覆帶也不會出現(xiàn)打滑。
1.2車架設計
車架是指覆帶式山地作業(yè)機各個器件運行的基礎,本節(jié)將小型挖掘機的底盤車架為基礎,選擇X型車架形式,但由于這類車架不能實現(xiàn)自動調(diào)平,需進行改裝設計。本文選擇自動調(diào)平系統(tǒng)中的“中心不動”調(diào)平策略,調(diào)節(jié)覆帶式山地作業(yè)機的支腿油缸活塞桿,確保作業(yè)平臺始終固定。細化來說,在覆帶式山地作業(yè)機中,利用旋轉(zhuǎn)鉸及液壓缸調(diào)節(jié)車架的橫坡與縱坡找平參數(shù),在上機架與下機架的右側(cè)連接桿設置橫坡旋轉(zhuǎn)鉸點;在行走架與下機架的右側(cè)連接桿部位設置縱坡旋轉(zhuǎn)鉸點;在上機架與下機架的左側(cè)設置橫坡調(diào)平油缸;在行走架與下機架的左側(cè)設置縱坡調(diào)平油缸。
1.3整機設計
在覆帶式山地作業(yè)機的各項部件配置完成后,通過仿真模擬試驗,分析其穩(wěn)定性與安全性。在穩(wěn)定性實驗中,通過MOTION失效運動分析,明確整機的安全坡度角,在整機的不同旋轉(zhuǎn)角度下,安全坡度角均符合標準要求,表明上述設計設備具備較高穩(wěn)定性;安全性實驗主要分析調(diào)平結(jié)構(gòu)機架的安全性,通過ANSYS分析山地作業(yè)機機架的受力狀況,實驗結(jié)果表明,機架的盈利小于屈服強度,可保障安全運行[1]。
2 覆帶式山地作業(yè)機自動調(diào)平系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
在覆帶式山地作業(yè)機運行中,其自動調(diào)平系統(tǒng)的設計要求如下:(1)確保山地作業(yè)機在駐車或駕駛工況下均可自動調(diào)平;(2)確保自動調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平時間低于20s;(3)車輛駕駛?cè)藛T可實時獲取作業(yè)平臺的角度參數(shù);(4)當山地作業(yè)機處于危險狀態(tài)時,自動調(diào)平系統(tǒng)可自動報警?;谏鲜鲆?,本文開展如下硬件與軟件設計。
第一,硬件設計。硬件設計是指自動調(diào)平系統(tǒng)的電路設計,包括以下幾項:(1)傾角信息采集電路,用于采集設備傾角信息,應用電壓型雙軸傾角傳感器,通過AD轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)傾角信息傳輸;(2)顯示與報警電路,利用CPU進行傾角信息分析,結(jié)合分析結(jié)果進行顯示與報警處理,顯示硬件選擇數(shù)碼管;(3)驅(qū)動控制電路,自動調(diào)平系統(tǒng)選擇電磁閥進行作為驅(qū)動控制電路的核心,應用三極管控制繼電驅(qū)動電路,可進行自動調(diào)節(jié),也支持手動控制;(4)電源電路選用LM7805與LM7812元件。
第二,軟件設計。自動調(diào)平系統(tǒng)的軟件設計選用單片機C語言開發(fā)系統(tǒng),程序內(nèi)部含有不同控制模塊,分別負責數(shù)據(jù)分析、報警、控制與防誤操作等功能。以信息采集模塊為例,其軟件設計要點如下:在轉(zhuǎn)換器中配置AD0809芯片,通過其“EOC”管腳進行模擬量信號轉(zhuǎn)換結(jié)果的呈現(xiàn),在“EOC”管腳出現(xiàn)高位電平時,表明模擬量信號轉(zhuǎn)換結(jié)束,CPU可接收數(shù)字信號,為后續(xù)傾角分析提供條件,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的有效傳輸,保障自動調(diào)平系統(tǒng)的可靠運行[2]。
結(jié)論
綜上所述,目前的覆帶式山地作業(yè)機不符合森林工程作業(yè)需求,需創(chuàng)新設計設備及其自動調(diào)平系統(tǒng)。通過本文的設計參考,設計人員需做好覆帶式山地作業(yè)機的底盤、車架與整機設計,并做好自動調(diào)平系統(tǒng)的硬件與軟件設計,提升森林工程作業(yè)的安全性與自動化。
參考文獻
[1]陳志強,黃世頂,張德暉等.南方丘陵山地多功能林業(yè)作業(yè)機清雜部件設計[J].福建林業(yè)科技,2018,45(02):40-43.
[2]王芳莉,鮑向東,李廣華.適用于貴州丘陵山地作業(yè)精整地機改進設計研究[J].農(nóng)業(yè)機械,2017(04):89-91.
作者簡介:
張曉虎(1998-),男,山西省呂梁市人,寧夏大學機械工程學院,研究方向:交通運輸.