竹材間伐機的設計思考范文

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《林業科技雜志》2014年第六期

1伐竹設計方案的確定

本小型竹材間伐機主要是針對在竹林間從事間伐作業而設計的。竹林生長的地形比較復雜，并且竹材雖然具有高強度、剛性好、耐磨性高等特點，但存在直徑小、壁薄中空、易劈裂、易蟲蛀、易腐蝕等缺陷，直接影響了本小型竹材間伐機的砍伐作業，即對本機器的伐竹刀具和切削速度有一定的要求，這就需要伐竹器械在砍伐過程中具有較高的切削速度和較小的切削力。伐竹時選擇的毛竹一般竹齡在3～5年，直徑在60～200mm。竹齡太短的毛竹發育尚未成熟，木質化程度比較低，含水率過高，雖切削性能比較好，但是竹材本身的物理力學性能較差;竹齡過長的竹材，不僅砍伐周期長，竹材利用率低，而且竹材的加工性能也不理想。本研究選擇直徑為550mm的鋸片。竹材可利用的部分是桿莖，為了最大程度地提高竹材的利用率，伐竹機的鋸片距離毛竹根部部位越近越好。

同時，新砍伐毛竹的含水率大都在80%～100%，一般不需要存放和處理便可以加工，因為竹材在含水率較高的時候，切削性能比較好。直徑為60mm的竹材一般高度不足4m，因此選用竹齡在3～5年的新毛竹砍伐，其直徑一般在200mm左右，高度不足7m，尖削度大約為10∶1，竹材密度約為0.8g/cm3，壁厚一般為0.5～1.5cm。式中，V為毛竹的體積，cm3;D為毛竹大頭外徑，mm;D1為毛竹大頭內徑，mm;d為毛竹小頭外徑，mm;d1為毛竹小頭內徑，mm;H為竹材高度，m。

把壁厚及長度代入(1)式，可以得出最大竹徑為200mm、最小竹徑為60mm毛竹的體積分別。從上面的數據分析可知，竹材胸徑在60～200mm時重量都相對比較大，考慮到本機器設計的目的是在林間作業，應該以小型、輕便、靈活為主，因此不適宜進行夾緊作業(圖2)。設計的基本技術路線是:汽油發動機輸出軸帶輪由v帶直接帶動執行軸帶輪，實現高速旋轉切削;鋸片設計離地較近，以便最大程度地提高竹材的利用率，上面設置一個由v塊組成的對中推倒機構，由操作者來推動把手與汽油發動機一起沿導軌做直線運動。通過對切削系統鋸切能力的計算可知，該小型伐竹機的鋸片能夠很好地對竹材進行高速切削，達到了設計目的。從上面的數據計算得出，d的最小直徑為8.5mm，本設計選取切削主軸的最小直徑為40mm，大于計算出的最小直徑，故滿足設計要求。

2結論

2.1本機器對竹材特性進行研究分析，在現有伐木機械的基礎之上進行創新模擬設計，理論設計出一套適合在竹林砍伐作業的小型機器，取代人工砍伐作業，提高了生產效率。

2.2對毛竹的密度、體積與重量進行了理論分析，得出不同毛竹直徑的重量，為小型伐竹機器的整體設計研究提供了理論基礎［5］。

2.3在虛擬的可視化環境中，建立竹材間伐機三維Solidworks模型，在此基礎上進行模型參數設計和結構設計，對結構設計中的缺陷進行重新設計，這種機械設計方法并不需要制造出機械樣機出來，通過對虛擬樣機的分析和修改，便可以完成對一個機器的整臺設計和定型，最終達到縮短機械產品開發時間和降低伐竹成本的目的。

作者：楊家武楊文龍單位：東北林業大學