CN110024656A - 用于联合采伐头采伐木材测量的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于联合采伐头采伐木材测量的方法和设备，为解决木材测量精度低的问题；提供一种方法及设备，其在木材移动时木材表面移动长度与时间的对应关系和木材半径与时间的对应关系,依据待测木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系确定木材的形状,随着联合采伐头采伐木材，联合采伐头的数据处理装置依据木材形状和截取长度采集统计伐木工作量。本发明木材长度测量精度高，能减少木材不合格率以及提高木材的利用率。自动收集、统计伐木的工作量，比如所伐木的棵数、预定长的木材根数、立方数，以及木材半径等信息，为用户方便管理、降低经营成本、提高收益提供数据支撑。

Description

用于联合采伐头采伐木材测量的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种林业设备，更具体地说，涉及一种用于联合采伐头采伐木材测量的方法及设备。

背景技术

传统的伐木作业一般为单工序机器作业，基本是采用电锯或者油锯逐一完成伐木、打枝、造材、截稍等工序，再由拖拉机和绞盘车完成集材、堆放。这样不但效率低下，而且存在严重的安全隐患。已经无法再适应当前经济和社会发展。随着科技发展,采用联合采伐头机械化伐木已成为必然趋势。

联合采伐头是集伐木、打枝、测量、造材、截稍、归堆等多项功能于一机的林业机械设备，具有高效、安全等特点，也是在林业机械设备中技术门槛最高、价格昂贵的设备之一。在现代伐木作业中，对木材的测量精度要求越来越高。

目前的测量手段通常是使用被压靠在树干外表面并且随着树干在联合采伐头中移动而沿着所述树干滚动的测量装置，即测量装置所测量树干的外表面上行进的距离为木材长度。由于单独设置测量轮，并且压靠在树干上，能最大程度减少测量轮的滑转或者滑移带来的测量误差，不过却无法克服树干表面的崎岖不平，以及树干根部大树梢小的锥形效应所带来的测量误差。

中国专利CN105264330B公开了一种用于测量木料的方法和设备,其使用激光扫面测量，无论在测量木材的半径还是木材长度，理论精度都是非常高的。然而，激光对环境要求就高，而伐木场地通常树叶、风尘、泥土、雾气、雨水、冰霜、雪花，这都会影响激光扫描测量结果的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有联合采伐头采伐木材测量精度差的问题，而提供一种精度高、用于联合采伐头采伐木材测量的方法及设备。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种用于联合采伐头采伐木材测量的方法，所述联合采伐头推动待测木材在联合采伐头中轴向移动,其特征在于所述方法包括:

用测量装置中的测量滚轮压紧待测木材表面在待测量木材轴向移动时通过测量待测木材表面的长度确定待测木材表面移动长度与时间的对应关系,同时通过测量待测木材的半径确定待测木材半径与时间的对应关系,依据待测木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系确定木材的形状，根据木材的形状进而实现精确定长度造材，随着联合采伐头采伐木材，联合采伐头的数据处理装置依据木材形状和截取长度采集统计伐木工作量。

上述方法中，测量装置通过设置在测量滚轮角度传感器确定确定待测木材表面移动长度。

上述方法中，采集统计伐木工作量至少包括所伐木的棵数、预定长度木材的根数、所伐木材的立方数、木材半径中的一种或两种以上。

上述方法中，数据处理装置依据所截取的木材参数与预设的参数标准比对确定所截取木材的分类并输出相应的分类信号。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种用于联合采伐头采伐木材测量的设备，包括：

联合采伐头，用于砍伐、打枝、移动木材和截断取材；其特征在于还包括：

测量装置，设置在所述联合采伐头中，用于待测木材在联合采伐头中移动时实时测量待测木材表面移动长度和半径；

数据处理装置，根据测量装置实时测量的待测木材表面移动长度和半径确定待测木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系，以此确定木材的形状，对采集统计伐木工作量。

上述设备中，所述测量装置包括木材表面移动测量装置，所述木材表面移动测量装置包括通过摇臂安装在联合采伐头上的测量滚轮，在摇臂与联合采伐头之间设置有将所述测量滚轮推向待测量木材表面的弹簧伸缩杆，在滚轮上设置有与数据处理装置连接的角度传感器。所述滚轮的外圆周上设有防滑齿。

上述设备中，所述木材半径测量装置包括铰接安装在联合采伐头上的左摇臂和右摇臂，左摇臂和右摇臂上各安装有驱动辊轮，在左摇臂和右摇臂之间连接有同步连杆和推动左摇臂和右摇臂上驱动辊轮相向移动的驱动夹紧油缸，在驱动夹紧油缸上设置有与数据处理装置连接用于测量驱动夹紧油缸伸长长度的位移传感器，在联合采伐头上具有用于支撑待测量木材的第三支撑点，第三支撑点与两驱动辊轮所在的平面与待测量木材的移动方向垂直，所述测量滚轮作为支撑待测量木材的第三测量支撑点，所述摇臂与联合采伐头的铰接处设置有与数据处理装置连接的第二角度传感器。。

上述设备中，所述测量滚轮与待测量木材表面的接触点在第三支撑点与两驱动辊轮所在的平面。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、木材长度测量精度高，能减少木材不合格率以及提高木材的利用率。

2、自动收集、统计伐木的工作量，比如所伐木的棵数、预定长的木材根数、立方数，以及木材半径等信息，为用户方便管理、降低经营成本、提高收益提供数据支撑。

3、可以设定木材选择的半径范围，机器自动提醒司机按需分堆，提高木材的利用价值。

附图说明

图1是采伐木材测量方法的框架流程图。

图2是木材表面移动测量装置原理图。

图3是木材半径测量装置。

图4是木材移动时木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系图。

图5是还原的木材形状示意图。

图6是司机工作量统计示意图。

图7是木材信息(根数-直径范围-长度)统计示意图。

图8是木材信息(方数-直径范围-长度)统计示意图。

图中零部件名称及序号：

测量滚轮1、角度传感器2-1、第二角度传感器2-2、弹簧伸缩杆3、压紧弹簧4、摇臂5、机架6、树干7、木材外表面8、驱动辊轮9、左摇臂10、驱动夹紧油缸11、位移传感器12、同步连杆13、右摇臂14。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图2图3所示，本发明中用于联合采伐头采伐木材测量的设备，其包括联合采伐头，联合采伐头中具有用于砍伐、打枝、移动木材和截断取材的机构。另外还包括测量装置和数据处理装置。联合采伐头通过吊臂安装在挖掘机或其他类型工程机械的主机上，使用主机上的液压能源驱动联合采伐头工作。测量装置安装在联合采伐头中，数据处理装置安装在主机驾驶室内获取测量装置的检测数据并进行数据处理。

测量装置包括木材表面移动测量装置和木材半径测量装置。木材表面移动测量装置包括通过摇臂5安装在联合采伐头机架6上的测量滚轮1，如图2所示，在摇臂5与联合采伐头之间设置有将测量滚轮1推向待测量木材表面8的弹簧伸缩杆3，在弹簧伸缩杆3内安装有压紧弹簧4提供推力，在测量滚轮1上设置有与数据处理装置连接的角度传感器2-1。为了防止测量滚轮打滑，在滚轮的外圆周上设有防滑齿。

如图3所示，木材半径测量装置包括铰接安装在联合采伐头机架6上的左摇臂10和右摇臂14，左摇臂10和右摇臂14上各安装有驱动辊轮9，在左摇臂10和右摇臂14之间连接有同步连杆13和推动左摇臂10和右摇臂14上驱动辊轮9相向移动的驱动夹紧油缸11，在驱动夹紧油缸11上设置有与数据处理装置连接用于测量驱动夹紧油缸11伸长长度的位移传感器12，在联合采伐头机架6上具有用于支撑待测量木材的第三支撑点，第三支撑点与两驱动辊轮9所在的平面与待测量木材的移动方向垂直。在本实施例中，测量滚轮1作为支撑待测量木材的第三测量支撑点，摇臂与联合采伐头的铰接处设置有与数据处理装置连接的第二角度传感器2-2，通过第二角度传感器2-2所测量到的摇臂的摆动角度。在具体实施时也可以是安装在联合采伐头可转动的惰轮或者由液压马达驱动的驱动轮作为待测量木材的第三测量支撑点。第三支撑点与两驱动辊轮9呈三角形排布。测量滚轮1与待测量木材表面的接触点在第三支撑点与两驱动辊轮所在的平面上。通过位移传感器12测量驱动夹紧油缸11的伸长长度以及左摇臂10和右摇臂14的尺寸、摇臂的摆动角度从而可确定位于两驱动辊轮9和第三支撑点之间木材的半径。

本发明中利用上述设备进行木材测量的方法流程如图1所示，其步骤如下：

联合采伐头砍伐木头后，联合采伐头上的驱动辊轮推动被砍伐木材在联合采伐头上移动打枝。木材(树干)在联合采伐头上移动时，木材表面移动测量装置的测量滚轮在弹簧伸缩杆的推动下靠紧木材的表面，并实时测量出木材表面的移动长度，并确定木材移动时木材表面移动长度与时间的对应关系，也即木材表面移动距离S关于时间的记录表达函数S(t)；同时木材半径测量装置实时测出木材的半径，并确立木材移动时木材半径与时间的对应关系，也即树干半径R关于时间的记录表达函数R(t)。木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系如图4所示。

根据木材移动时木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系还原木材的真实形状，其过程如下：木材真实形状表达函数L(R)，如图5所示；

ΔS为单位时间树干移动表面的距离、ΔR为单位时间树干移动距离两端面半径变化量(带有正负符号)、ΔL为单位时间树干移动的中心长度。其相互关系：

因为：

所以：

ΔL带有正负号，木材移动时树梢端靠近联合采伐头为正，反之为负。

则，树干移动的中心长度的表达函数L(t)的微分为：

则，树干移动的中心长度的表达函数为：

其中T＝t₂-t₁

如果使用三角函数表示：

在确定木材的真实形状后，数据处理装置依据木材形状和截取长度采集统计伐木工作量，例如伐木的棵数，如图6所示，或者预定长度木材的根数如图7所示、或者所伐木材的立方数如图8所示，还可以根据木材半径与预设分类标准进行对比，提示操作者按类堆码。

Claims (10)

1.一种用于联合采伐头采伐木材测量的方法，所述联合采伐头推动待测木材在联合采伐头中轴向移动,其特征在于所述方法包括:

用测量装置中的测量滚轮压紧待测木材表面在待测量木材轴向移动时通过测量待测木材表面的长度确定待测木材表面移动长度与时间的对应关系,同时通过测量待测木材的半径确定待测木材半径与时间的对应关系,依据待测木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系确定木材的形状，根据木材的形状进而实现精确定长度造材，随着联合采伐头采伐木材，联合采伐头的数据处理装置依据木材形状和截取长度采集统计伐木工作量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于测量装置通过设置在测量滚轮上角度传感器确定确定待测木材表面移动长度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采集统计伐木工作量至少包括所伐木的棵数、预定长度木材的根数、所伐木材的立方数、木材半径中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于数据处理装置依据所截取的木材参数与预设的参数标准比对确定所截取木材的分类并输出相应的分类信号。

5.一种用于联合采伐头采伐木材测量的设备，包括：

联合采伐头，用于砍伐、打枝、移动木材和截断取材；其特征在于还包括：

测量装置，设置在所述联合采伐头中，用于待测木材在联合采伐头中移动时实时测量待测木材表面移动长度和半径；

数据处理装置，根据测量装置实时测量的待测木材表面移动长度和半径确定待测木材表面移动长度与时间的对应关系和待测木材半径与时间的对应关系，以此确定木材的形状并采集统计伐木工作量。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述测量装置包括木材表面移动测量装置，所述木材表面移动测量装置包括通过摇臂安装在联合采伐头上的测量滚轮，在摇臂与联合采伐头之间设置有将所述测量滚轮推向待测量木材表面的弹簧伸缩杆，在测量滚轮上设置有与数据处理装置连接的角度传感器。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述测量装置还包括木材半径测量装置，所述木材半径测量装置包括铰接安装在联合采伐头上的左摇臂和右摇臂，左摇臂和右摇臂上各安装有驱动辊轮，在左摇臂和右摇臂之间连接有同步连杆和推动左摇臂和右摇臂上驱动辊轮相向移动的驱动夹紧油缸，在驱动夹紧油缸上设置有与数据处理装置连接用于测量驱动夹紧油缸伸长长度的位移传感器，在联合采伐头上具有用于支撑待测量木材的第三支撑点，第三支撑点与两驱动辊轮所在的平面与待测量木材的移动方向垂直。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述测量滚轮与待测量木材表面的接触点在第三支撑点与两驱动辊轮所在的平面。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述测量滚轮作为支撑待测量木材的第三测量支撑点，所述摇臂与联合采伐头的铰接处设置有与数据处理装置连接的第二角度传感器。

10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述测量滚轮的外圆周上设有防滑齿。