采伐机工作臂机械结构设计探究.docx

文档介绍：2
采伐机工作臂机械结构设计探究
摘要：针对山林地区树木生长环境和树木的特点，设计了一种折叠式结构的采伐机工作臂。确定了工作臂的主要参数、主臂和安装板材料、主臂和副臂连接方式，建立了采伐机工作臂三维模型。依据主副臂之间角度最大且伸缩2
采伐机工作臂机械结构设计探究
摘要：针对山林地区树木生长环境和树木的特点，设计了一种折叠式结构的采伐机工作臂。确定了工作臂的主要参数、主臂和安装板材料、主臂和副臂连接方式，建立了采伐机工作臂三维模型。依据主副臂之间角度最大且伸缩臂伸出长度最大最不利承载时工作臂的受力状况，求得主臂、副臂和伸缩臂弯矩；借助ＡＮＳＹＳ软件对工作臂的承载状况进行试验验证，得到主臂、副臂的应力和位移云图，得出主臂和副臂设计结构都满足设计要求的结论。

关键词：采伐机；工作臂；机械结构；仿真分析

０引言

随着社会的进展，我国对林业的需求越来越大，并且对森林的采伐慢慢向人工林转移，而现在已经是人工林的成熟阶段，仅靠传统的采伐手段消逝了效率低、质量差的问题，且对采伐工人的生命健康也产生影响［１－３］。因此，大型人工林作业机械化是必不行免的。采伐机能实现采伐、去枝、去皮和横截树杆的功能，比人工作业效率高十几倍［４］。现很多学者对采伐机工作臂主要从结构、算法上进行了优化［５］；卫沅［６］通过最小势能法和最小二乘法进行仿人运动，提高了运动相像度；李志鹏等［７］争论串并混联结构的工作臂，利用ＭＴＡＬＡＢ软件模拟工作臂的工作空间，优化结构的参数尺寸并进行运动分析，得到更优的运动空间；王成军等［８］争论轻量化截割臂基于拓扑结构理论设计并联机构，优化结构设计，不断提高挖进机工作效率和平安性。现有的争论中多是针对农业采摘和重工业的挖掘机，针对林业机械的工作臂争论较少。因此，本文通过分析采伐机工作臂参数、材料、结构形式，借助ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立工作臂三维模型，计算采伐时采伐机工作臂伸出最长时主臂、副臂和伸缩臂的弯矩，借助ＡＮＳＹＳ软件仿真分析主臂和副臂的应力、位移状况，验证采伐机工作臂结构的牢靠性。
2

１采伐机工作臂机械结构的设计

采伐机工作臂主要由旋转底座、安装板、主臂液压缸、主臂、连杆、副臂液压缸、副臂、伸缩臂等组成，如图１所示。主臂、副臂和连杆相互铰接，并在液压力的作用下围着铰接点相互摇摆，实现竖直方向运动；伸缩臂和副臂构成滑块结构，在液压力的推动下实现伸缩臂的前后伸缩运动，抓取木材。
3

１．１工作臂参数设计

工作臂在很大程度上直接准备着采伐机作业力气和作业范围，本采伐机工作臂最大伸长量为８．３ｍ、回转角度为１５０°、倾角为２０°，安装板和车架以铰接方式接连，油缸可把握底座在不大于３０°范围内摇摆。采伐机工作臂主要技术参数如表１所示。

１．２工作臂的材料

工作臂材料选用高强度耐磨钢１６Ｍｎ，主臂和安装板上的加固板使用ＮＭ３６０钢材，与一般钢材相比，ＮＭ３６０的耐磨性能更好，保证其设计的强度以适用于不同的工况。两种材料的性能参数如表２所示。

１．３工作臂结构形式

5
１．３．１主臂结构。在采伐机工作臂中，主臂是整个