鄭中建，張建波，劉倩倩，丁 永

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073)

推土機(jī)在森林工況作業(yè)時，主要用于運(yùn)輸通道開辟，伐木，清除樹樁，堆集物質(zhì)等作業(yè)，推土機(jī)機(jī)體后側(cè)配置牽引架或絞車，可用于木材轉(zhuǎn)運(yùn)或其他牽引作業(yè)。推土機(jī)是森林施工作業(yè)的重要機(jī)械之一，在林業(yè)機(jī)械化方面發(fā)揮重要作用。

1 森林工況特點(diǎn)及作業(yè)分析

1.1 環(huán)境影響推土機(jī)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(jìn)入發(fā)動機(jī)艙，對推土機(jī)的性能產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在：①堵塞發(fā)動機(jī)艙覆蓋件進(jìn)氣孔，影響發(fā)動機(jī)艙氣流流動，影響發(fā)動機(jī)散熱；②落葉長時間堆積在發(fā)動機(jī)機(jī)體上，發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生高溫引起落葉等燃燒造成火災(zāi)；③風(fēng)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(jī)

推土機(jī)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(jī)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(jī)上，會對推土機(jī)和操作者造成傷害。主要表現(xiàn)有：①樹枝砸落在推土機(jī)上罩上，損壞上罩和發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)；②粗大樹枝損壞推土機(jī)前護(hù)柵，進(jìn)而對水箱造成傷害，影響散熱性能；③推土機(jī)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(jìn)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(jī)通過時，會碰撞底護(hù)板，造成底護(hù)板破壞，進(jìn)而損壞發(fā)動機(jī)等部件。

1.3 推土機(jī)常規(guī)配置不能滿足需求

推土機(jī)森林工況作業(yè)種類繁多，除了進(jìn)行常規(guī)土方作業(yè)，還進(jìn)行伐木通道開辟，伐木，清除樹樁，堆集物質(zhì)，木材轉(zhuǎn)運(yùn)或其他牽引作業(yè)。多種作業(yè)需求導(dǎo)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(jī)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(jī)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(jī)鏟刀推倒樹木，鏟刀提升高度有限，著力點(diǎn)較低，工作費(fèi)力，且樹木倒落方向均不易控制，危險系數(shù)高；③推土機(jī)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(dǎo)致運(yùn)輸困難。

因此，在進(jìn)行推土機(jī)伐木工況適應(yīng)性設(shè)計時，應(yīng)充分考慮森林工況的環(huán)境特點(diǎn)和作業(yè)需求。首先，要做好推土機(jī)的防護(hù)設(shè)計，保護(hù)推土機(jī)不會損壞，影響推土機(jī)性能，保護(hù)操作者在作業(yè)時不會受到傷害；其次，應(yīng)針對作業(yè)需求對工作裝置進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計，提升作業(yè)效率。

2 推土機(jī)的防護(hù)設(shè)計

2.1 推土機(jī)設(shè)備防護(hù)

1)設(shè)計前護(hù)架，防止樹枝掉落在上罩上，損壞上罩和發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣（圖1)。前護(hù)架為鋼筋護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，后側(cè)安裝在駕駛棚上，前側(cè)固定在前機(jī)罩上。

圖1 推土機(jī)前護(hù)架結(jié)構(gòu)

2)優(yōu)化前護(hù)柵結(jié)構(gòu)，防止樹枝砸落時損壞前護(hù)柵。森林工況專用前護(hù)柵結(jié)構(gòu)如圖2 所示，為外側(cè)密集格柵，內(nèi)側(cè)沖孔板結(jié)構(gòu)，。密集格柵結(jié)構(gòu)可有效增加前護(hù)柵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止樹枝碰撞時前護(hù)柵損壞。密集格柵和沖孔板雙層防護(hù)，有效阻擋樹枝進(jìn)入，對散熱器形成有效保護(hù)，同時對散熱性能影響較小。

圖2 前護(hù)柵結(jié)構(gòu)圖

3)增強(qiáng)底護(hù)板強(qiáng)度，提升防護(hù)效果。推土機(jī)常規(guī)底護(hù)板，板材厚度一般為6mm，材質(zhì)為Q235，將底護(hù)板板材厚度增加至12mm，材質(zhì)改為Q345。更改后底護(hù)板防護(hù)性能顯著提升。

2.2 操作人員安全防護(hù)

為防止作業(yè)時樹枝進(jìn)入駕駛空間，對操作者造成人身傷害，設(shè)計護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。防護(hù)位置包括駕駛棚左右兩側(cè)和后側(cè)，如圖3 所示。防護(hù)網(wǎng)設(shè)計成雙層護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。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(hù)粗大樹枝進(jìn)入駕駛空間內(nèi)，內(nèi)層為直徑4～6mm 鋼絲編制護(hù)網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸20～40mm 方形網(wǎng)格，主要作業(yè)是防止較細(xì)樹枝進(jìn)入駕駛空間。雙層護(hù)網(wǎng)可對掉落樹枝形成有效防護(hù)，保證操作人員安全。

圖3 駕駛棚防護(hù)位置

3 推土機(jī)工作裝置設(shè)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(jī)在伐木作業(yè)時，著力點(diǎn)底，倒落方向不定的問題設(shè)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(diǎn)，用較小的牽引力就能夠?qū)渫频梗梢怨?jié)省動力，提高推土機(jī)的伐樹效率[1]。

推樹器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，工作時可有效抱住樹木，保證樹木倒落方向。

圖4 推樹器結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)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(jī)牽引力大的優(yōu)勢，刀齒可輕松插入土壤，可實(shí)現(xiàn)灌木叢、荊棘。樹根等一定深度的挖掘。通過刀齒上方設(shè)計未格柵結(jié)構(gòu)，方便漏土和物質(zhì)堆積，同時可防止樹枝等長的物體插入前機(jī)罩。

圖5 梳理鏟結(jié)構(gòu)

3.3 配置高位導(dǎo)向架絞車提升轉(zhuǎn)運(yùn)性能

推土機(jī)絞車主要用于木材牽引運(yùn)輸，常規(guī)絞車導(dǎo)向架出繩位置低，轉(zhuǎn)運(yùn)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(dǎo)致木材轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)時費(fèi)力。

高位導(dǎo)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(dá)到2·3～2·8m。可將木材前端抬起后運(yùn)輸。避免木材前端遭遇障礙物，節(jié)省動力，同時提升轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

圖6 高位導(dǎo)向架絞車

4 結(jié)語

推土機(jī)為適應(yīng)森林工況作業(yè)，需在常規(guī)推土機(jī)基礎(chǔ)上，對推土機(jī)的防護(hù)進(jìn)行設(shè)計，以防止惡劣作業(yè)工況對推土機(jī)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(jìn)行特殊設(shè)計。

本文提出的推土機(jī)防護(hù)設(shè)計和工作裝置設(shè)計，已在公司160 馬力、220 馬力、320 馬力等多種型號推土機(jī)森林工況適應(yīng)版的開發(fā)設(shè)計中應(yīng)用。相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用表明，采用以上設(shè)計，可有效推土機(jī)森林工況適應(yīng)性，提升推土機(jī)作業(yè)效率。