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山地林业轨道运输机应用进展

1国外研究、应用发展现状

国外山地运输机械研究起步较早,自动化程度较高。早在19世纪末期,国外就尝试进行山地运输设备的研究,到20世纪90年代,国外林果运输机械进入发展成熟期,以轨道运输车为代表的山地运输机械在许多领域都有应用。1.1日韩研究、应用发展现状日本与韩国在工业上均属于发达国家,且地形特点相似,具体表现为山地多、坡度大。而日本的山地运输机械研发与使用相对较早,经济水平与发展水平也高于韩国。1966年,日本一家名为Nikkari的企业研发出世界上第一台用于陡坡的单轨运输机“MonoRack”。日本媒体将这台设备称为“划时代的运输车”[2-3]。一般的运输机械适用于平地,在山地上使用非常不便,而轨道运输车不受地形影响,可以在地势较陡的山坡使用,且对周围自然资源破坏较少。该型轨道运输车在轨道的底面装有齿条,与齿条啮合的驱动轮由轨道运输车上的发动机通过皮带及链轮传动驱动,从而实现运输机在轨道上行走[4]。日本后来大力发展多用途单轨运输机系统,可以实现运输、喷药、施肥等作业[5]。驱动形式升级为摩擦驱动,通过橡胶轮与轨道的摩擦力驱动单轨车运行。目前“MonoRack”系列单轨运输车仍为世界一流水平,最大装载为3000kg,最大运行坡度为45°。1994年韩国大铉株式会社MCK机械有限公司研发出森林单轨运输机,并因爬坡能力强,运行安全平稳,载重量大、安装标点随坡就势、拆卸方便并保护生态环境,广泛应用于果园、林业种子园、滑翔机训练场、大型公园、临时运输物资方面。1.2欧美研究、应用发展现状美国林果运输机械自动化发展水平较高,地形以平原为主,林场与果园采用大规模经营模式。林果运输常使用农用搬运车或拖拉机挂车机组,设备体积较大,而用于山地运输的机械使用较少。欧洲国家轨道运输技术主要来源于日本与韩国,以德国、意大利、奥地利为代表的欧洲国家,山地地形较多,林场与果园采用小规模的经营管理模式[6]。轨道运输机被广泛用于葡萄园果实与物料运输、公园旅游观光人员运输、山地管道维保、建设施工人员材料输送等[7]。

2国内研究、应用发展现状

2006年,黑龙江省森林工程与环境研究所战廷文等承担了948项目“森林生态型单轨运输设备及关键技术的引进”,首次从韩国(株)大林MONRAIL会社引进了森林多功能单轨运输技术,2008年完成轨道安装与调试。这台设备主要用于运输观光旅客到山顶,运输建筑材料及生态监测人员、仪器进行生态监测[8]。开启了国内单轨运输机在林业上的应用研究。刘滨凡、王立海二人对森林生态型单轨车轨道啮合机构的设计进行了阐述[9],之后他们通过理论力学的计算,验证了单轨车设计方案中稳定性设计[10]。李琪等对单轨运输车支撑机构的振动性能进行分析,得出采用最大工作转速4000r/min时,轨道满足振动要求,不会产生共振现象[11]。曹军等对森林单轨运输车故障状态下的制动安全性进行了分析并提出对策[12]。王秀波等对森林单轨运输车的安装与安全使用进行了研究,阐述了森林多功能单轨运输车的总体要求及各部件安装要求及注意事项,同时做了载客、载货的应用试验[13-14]。北京林业大学李文彬、王虓等研制出BSR-1型单轨车,并采用计算、实验与仿真三种方法,对轨道的稳定性与轻量化进行研究[15]。高林等基于GPRS无线通讯技术,研究单轨运输车的定位及测速方法,以便及时掌握单轨林果运输车的位置与速度信息[16]。丁文、霍光青为提高林用单轨运输系统运行的平稳性和安全性,提出对轨道啮合机构进行优化设计的必要性,阐述了林用单轨运输系统轨道啮合机构优化设计的基本思路[17]。刘凯等基于人机工程学理论,利用虚拟样机技术建立人-物-车耦合模型仿真作业环境,对林果运输系统中作业舒适性与安全性进行研究,为单轨运输车进一步优化设计及制定科学的运输作业方案提供依据[18]。王君文等利用虚拟样机软件模拟单轨车运行,通过仿真数据的研究,验证机构及功能设计的合理性[19]。龙萍等提出采用液压传动的方式驱动单轨车,在单轨车的各节挂车上均安装液压马达和驱动轮,这样每节拖车上就有独立的驱动机构,减小了轨道车在运行时驱动轮、齿条的受力。液压系统具有自动调速功能,可使单轨车在下坡时产生与坡度相适应的制动力,以防止单轨车速度过快,为单轨运输车的研制提供一定参考[20]。福建省林业科学研究院与福建智辰智能农业装备有公司合作,共同研发了7YD-300型无人驾驶林果轨道运输机,如图1所示,该运输机具有卓越的爬坡性能,而且能长时间在载重300kg时50°的坡地或载重500kg时30°的坡地条件下长期正常工作。其已在福建省永安市的竹山、福建平和县柚子园、沙县金楠种植专业合作社苗圃、重庆奉节的橘园等推广应用,如图2所示。2018年,高锐、严积淼等负责起草了中华人民共和国林业行业标准LY/T3166-2019《林业机械以内燃机为动力的山地单轨运输机》,经国家林业和草原局批准发布,自2020年4月1日起实施。标准对以内燃机为动力的山地林果单图17YD-300型无人驾驶林果轨道运输机1.限位装置;2.拖车;3.轨道支承柱;4.支承座;5.制动手柄;6.限速器;7.牵引车;8.轨道图2轨道运输机应用场景轨运输机进行定义,明确其使用范围、型号编制方法、基本参数,详细阐述了技术要求及试验方法,明确了标志、包装、使用说明书、运输和贮存等要求。

3林果运输机研究应用现存问题与对策

3.1存在的问题及其原因。我国在林果轨道运输车的研究上虽已取得了一定的成果,但与工业发达国家相比,运输机应用领域较窄,载重量较小,仍有很大的发展空间。针对我国林果运输机械研究与应用现有的问题,列举出以下几点,希望能对林果运输机的发展提供借鉴作用。3.1.1林果轨道运输车设备价格过高,阻碍更大范围推广应用市面上现有的林果轨道运输机价格过高,一套设备要铺设252m的轨道,包含安装费共需7万元左右,这对收入微薄的农民来说,无疑是一笔巨款。虽然从长远看,使用轨道运输机仍然能帮助农民降低运输费用与解决劳动力不足的难题,但在资金有限的情况下,一次性拿出如此多的钱购买设备,许多农民就算有使用轨道运输机的打算,看着过高的价格也只能望而却步。所以,过高的价格会导致轨道运输机只能在小部分、经济实力比较雄厚的农户手中使用,不能大范围推广。3.1.2没有统一的技术标准,不利于运输机厂家技术交流与设备推广国内林果轨道运输机行业技术标准少,部分厂家根据自己设备的情况编写了企业标准,但不同企业编写标准选择的参数不同,不利于市场监管和企业互相交流,消费者也不知道哪些参数才是需要关注的关键指标,容易被不同的企业标准混淆。如果一些不合格的厂家以次充好就会扰乱整个市场,不利于林果轨道运输机的推广。3.1.3林业领域科研投入不足我国林业机械目前的发展程度不高,特别是林果轨道运输机械只有在竹林、油茶林、经济林、苗圃中有应用,且使用数量少、区域规模小,相比于粮、棉等大型机械,其发展程度较低。从事山地林果运输机械研究的人员本就较少,再加上政府在林业机械研发经费的投入满足不了实际需要,导致林业运输机械发展远滞后于其他产业,一定程度上阻碍其发展。3.2发展对策。3.2.1开展各细分应用领域的深入研究,以满足实际生产需要轨道运输机发展到现在,正朝着各细分市场发展,有专门用于景区旅游观光的载人机型,有专门用于运载货物的高载重机型,还有用于喷洒农药以及肥料的多功能机型。不同机型的功能需要与实际结合,才能发挥最大效用,促进设备向实用、好用、耐用的方向发展。不同装载物对设备也有不同的要求,根据运载物来开发相关的配套设施,也是轨道运输机今后发展的方向之一。3.2.2针对林业生产领域的具体需求,进行深入研究轨道运输机在林业上还有许多应用潜力,针对林业领域中林业生产(竹、油茶、香榧)、旅游观光、森林旅游、自然保护区和森林管护监督,进行深入研究,以满足实际生产需要。轨道运输机在林业领域的应用,除了在原有的试点使用之外,应该充分总结经验,发掘轨道运输机在林业领域使用的优势,结合这些优势在林业领域进行更大范围的推广。3.2.3结合农机补贴及政府其他专项补贴,减少林农、果农的负担首先需要政府政策的引导,行业主管部门应多制订出台林业机械相关优惠政策,积极争取税费优惠,推进信贷、林业机械补贴等金融扶持措施。同时降低林业机械生产企业的税收,增加补助,减少企业负担。这些措施能够降低轨道运输机的价格,只有运输机的价格达到农民能够承担的价位,才具备大规模推广的基础。3.2.4制订国家林业行业标准,促进运输机厂家技术交流与设备推广国家应推动制定更多的林果轨道运输机行业标准,规范轨道运输机市场,明确轨道运输机的准入标准,制定轨道运输机行业标准,这不仅有利于国家对轨道运输机进行管理,也利于推动整个行业进步。3.2.5加强科研政策支持建立林业机械研究创新平台与实验室,加大研发资金投入,加快专业人才培养,提高研究人员的专业技术水平。加强产学研合作,促进企业与科研机构、大学开设合作项目,提升企业研发能力。与国外企业进行跨国合作,派人员出国考察与学习,引进国外先进适用的技术。

作者:高锐 张伟 吕亚凤 陈志强 郑凡宇 严积淼 单位:国家林业和草原局北京林业机械研究所

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