推土機森林工況適應性設計

鄭中建，張建波，劉倩倩，丁 永

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073)

推土機在森林工況作業(yè)時，主要用于運輸通道開辟，伐木，清除樹樁，堆集物質等作業(yè)，推土機機體后側配置牽引架或絞車，可用于木材轉運或其他牽引作業(yè)。推土機是森林施工作業(yè)的重要機械之一，在林業(yè)機械化方面發(fā)揮重要作用。

1 森林工況特點及作業(yè)分析

1.1 環(huán)境影響推土機工作性能

森林工況多為氣候濕熱，樹木茂密的原始森林，多落葉、昆蟲等。落葉、昆蟲容易進入發(fā)動機艙，對推土機的性能產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在：①堵塞發(fā)動機艙覆蓋件進氣孔，影響發(fā)動機艙氣流流動，影響發(fā)動機散熱；②落葉長時間堆積在發(fā)動機機體上，發(fā)動機工作時產(chǎn)生高溫引起落葉等燃燒造成火災；③風扇將落葉昆蟲等吹到散熱器上，堵塞散熱器格柵，影響散熱性能。

1.2 工況多變易損壞推土機

推土機伐木作業(yè)時，多用鏟刀推斷樹木，樹木倒塌方向不易控制。另外推土機在清障作業(yè)時，樹枝掉落方向不易控制，樹枝易掉落在推土機上，會對推土機和操作者造成傷害。主要表現(xiàn)有：①樹枝砸落在推土機上罩上，損壞上罩和發(fā)動機進排氣系統(tǒng)；②粗大樹枝損壞推土機前護柵，進而對水箱造成傷害，影響散熱性能；③推土機在森林作業(yè)時，一般配置為駕駛棚，粗大樹枝落在駕駛棚上或進入，可能會對操作者造成人身傷害；④樹枝倒落造成燃油箱，工作油箱等部件損壞；⑤伐木過程中產(chǎn)生的樹樁過高，在推土機通過時，會碰撞底護板，造成底護板破壞，進而損壞發(fā)動機等部件。

1.3 推土機常規(guī)配置不能滿足需求

推土機森林工況作業(yè)種類繁多，除了進行常規(guī)土方作業(yè)，還進行伐木通道開辟，伐木，清除樹樁，堆集物質，木材轉運或其他牽引作業(yè)。多種作業(yè)需求導致常規(guī)配置很難滿足作業(yè)需求，主要表現(xiàn)在：①森林工況多荊棘障礙，推土機在開辟伐木道路時，采用常規(guī)推土鏟很難鏟除，作業(yè)效率低；②推土機伐木作業(yè)時，通常是用電鋸等將樹木根部劇開一部分，一種方法是用推土機鏟刀推倒樹木，鏟刀提升高度有限，著力點較低，工作費力，且樹木倒落方向均不易控制，危險系數(shù)高；③推土機配置常規(guī)絞車，牽引木頭，多是讓整個木頭在地上滑動，由于森林路況較差，木材前部很容易被阻擋，導致運輸困難。

因此，在進行推土機伐木工況適應性設計時，應充分考慮森林工況的環(huán)境特點和作業(yè)需求。首先，要做好推土機的防護設計，保護推土機不會損壞，影響推土機性能，保護操作者在作業(yè)時不會受到傷害；其次，應針對作業(yè)需求對工作裝置進行適應性設計，提升作業(yè)效率。

2 推土機的防護設計

2.1 推土機設備防護

1)設計前護架，防止樹枝掉落在上罩上，損壞上罩和發(fā)動機進排氣（圖1)。前護架為鋼筋護網(wǎng)結構，后側安裝在駕駛棚上，前側固定在前機罩上。

圖1 推土機前護架結構

2)優(yōu)化前護柵結構，防止樹枝砸落時損壞前護柵。森林工況專用前護柵結構如圖2 所示，為外側密集格柵，內(nèi)側沖孔板結構，。密集格柵結構可有效增加前護柵結構強度，防止樹枝碰撞時前護柵損壞。密集格柵和沖孔板雙層防護，有效阻擋樹枝進入，對散熱器形成有效保護，同時對散熱性能影響較小。

圖2 前護柵結構圖

3)增強底護板強度，提升防護效果。推土機常規(guī)底護板，板材厚度一般為6mm，材質為Q235，將底護板板材厚度增加至12mm，材質改為Q345。更改后底護板防護性能顯著提升。

2.2 操作人員安全防護

為防止作業(yè)時樹枝進入駕駛空間，對操作者造成人身傷害，設計護網(wǎng)進行防護。防護位置包括駕駛棚左右兩側和后側，如圖3 所示。防護網(wǎng)設計成雙層護網(wǎng)結構。外層為直徑12～15mm 鋼筋焊接而成，網(wǎng)格尺寸100～150mm 方形網(wǎng)格，主要防護粗大樹枝進入駕駛空間內(nèi)，內(nèi)層為直徑4～6mm 鋼絲編制護網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸20～40mm 方形網(wǎng)格，主要作業(yè)是防止較細樹枝進入駕駛空間。雙層護網(wǎng)可對掉落樹枝形成有效防護，保證操作人員安全。

圖3 駕駛棚防護位置

3 推土機工作裝置設計

3.1 配置推樹器提升作業(yè)效率

推樹器是為解決推土機在伐木作業(yè)時，著力點底，倒落方向不定的問題設計的專用工作裝置。推樹器安裝在鏟刀上，提高推倒樹木時的著力點，用較小的牽引力就能夠將樹推倒，可以節(jié)省動力，提高推土機的伐樹效率[1]。

推樹器結構如圖4 所示，由兩個主臂、橫梁和推頭組成。推樹器主臂后端通過兩個安裝座固定在鏟刀推桿上，前端通過兩個支撐臂固定在鏟頭上。推樹器推頭為半圓形鋸齒狀結構，工作時可有效抱住樹木，保證樹木倒落方向。

圖4 推樹器結構

3.2 配置梳理鏟，用于清理荊棘作業(yè)。

梳理鏟是一種特殊的鏟刀，主要用于灌木叢、荊棘、樹根等清理[2]。梳理鏟結構如圖5所示，除鏟頭外，其余部件與普通直傾鏟完全一致，保證了零部件的通用性。梳理鏟一般由14～18 個刀齒組成，刀齒均勻分布。借助推土機牽引力大的優(yōu)勢，刀齒可輕松插入土壤，可實現(xiàn)灌木叢、荊棘。樹根等一定深度的挖掘。通過刀齒上方設計未格柵結構，方便漏土和物質堆積，同時可防止樹枝等長的物體插入前機罩。

圖5 梳理鏟結構

3.3 配置高位導向架絞車提升轉運性能

推土機絞車主要用于木材牽引運輸，常規(guī)絞車導向架出繩位置低，轉運時木材整根在地面拖行。由于森林伐木通道多為臨時開辟，路況較差，木材前端很容易遇到障礙物，導致木材轉運費時費力。

高位導向架絞車如圖6 所示，絞車出繩位置較普通絞車提高1·5～2m，可達到2·3～2·8m。可將木材前端抬起后運輸。避免木材前端遭遇障礙物，節(jié)省動力，同時提升轉運效率。

圖6 高位導向架絞車

4 結語

推土機為適應森林工況作業(yè)，需在常規(guī)推土機基礎上，對推土機的防護進行設計，以防止惡劣作業(yè)工況對推土機和操作者造成傷害。同時，為提升作業(yè)效率，滿足森林工況樣性作業(yè)需求，需對推樹器、鏟刀、絞車等工作裝置進行特殊設計。

本文提出的推土機防護設計和工作裝置設計，已在公司160 馬力、220 馬力、320 馬力等多種型號推土機森林工況適應版的開發(fā)設計中應用。相關產(chǎn)品的應用表明，采用以上設計，可有效推土機森林工況適應性，提升推土機作業(yè)效率。