CN111891257A - 一种适于竹林间伐的集材设备及集材方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于竹林间伐的集材设备，包括集材车、设于所述集材车的绞盘机、控制装置、及固定于山顶固立木的滑轮，所述绞盘机包括主卷扬装置、副卷扬装置、用于检测副卷扬装置转动速度的速度传感器；还包括装载小车，所述主卷扬装置引出的牵引索与所述装载小车一端连接，所述副卷扬装置引出的回空索绕过所述滑轮后与所述装载小车另一端连接，所述回空索上设有配重块；所述速度传感器将检测信号发送至所述控制装置，所述控制装置根据副卷扬装置的转动速度控制所述副卷扬装置的刹车的工作状态。本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，工作效率高、开采成本低、作业安全。本发明还提供一种适于竹林间伐的集材方法。

Description

一种适于竹林间伐的集材设备及集材方法

技术领域

本发明涉及林区集材设备技术领域，具体涉及一种适于竹林间伐的集材设备及集材方法。

背景技术

竹子是一种绿色环保、伐后可再生的自然资源，通常3-5年便可成材、年年可砍。竹林砍伐具有以下特点：(1)竹林通常都是天然林，生长在陡峭的山坡上，坡度通常为20-50°，如果不修林道，通用车辆无法通行；(2)竹子需要采取间伐形式开采，比如毛竹为“存三度，去四度莫留七度”(一度为两年)，这样有利于竹林繁殖和发展；(3)单根竹子重量比树木轻，单根竹子通常为15-40kg，人力也可以短距离集材。现有先进的索道和轨道运输装备，由于造价高、路线固定、建设周期长，难以应用于竹子开采。

传统竹材开采依靠人背马托方式集材，这种方式劳动强度大、开采效率低、运输费用高。为降低劳动强度，有人采用“溜坡”方法将竹子从山上溜到山下，即利用竹子的重力顺着山坡从山顶滑到山下。这种方法虽然有效地节约了运费，但竹子容易与山坡上的岩石等突起物相碰撞，不但会妨碍了竹子的下滑、还会造成竹子的开裂。

因此，亟需开发一种适于竹材集材的装置，提高竹材开采工作效率，并降低开采成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于竹林间伐的集材设备及集材方法，工作效率高、开采成本低、作业安全。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种适于竹林间伐的集材设备，包括集材车、设于所述集材车的绞盘机、控制装置、固定于山顶固立木的滑轮，所述绞盘机包括主卷扬装置、副卷扬装置、用于检测副卷扬装置转动速度的速度传感器；

还包括装载小车，所述装载小车包括车体、与所述车体两侧连接的侧板、设于所述车体两端且底面为倾斜面的车头部、设于所述车体两端底部的车轴、设于所述车轴两端的车轮组件；所述车轮组件包括至少三根轮胎架、分别设于每一所述轮胎架端部的车轮；

所述主卷扬装置引出的牵引索与所述装载小车一端的车头部连接，所述副卷扬装置引出的回空索绕过所述滑轮后与所述装载小车另一端的车头部连接，所述回空索上设有配重块；

所述速度传感器将检测信号发送至所述控制装置，所述控制装置根据副卷扬装置的转动速度控制所述副卷扬装置的刹车工作状态。

进一步地，当速度传感器检测的所述副卷扬装置的转动速度大于设定值，所述控制装置控制所述副卷扬装置的刹车工作；反之，所述副卷扬装置的刹车不工作。

进一步地，还包括数据处理装置和报警器，所述数据处理装置根据所述副卷扬装置的转动速度计算转速循环波动值，当转速循环波动值大于预设值时，所述控制装置控制所述报警器发出报警。

进一步地，所述装载小车由第一装载小车和第二装载小车连接组成，两个所述车头部分别设于所述第一装载小车和第二装载小车相远离的端部，两个所述车轴对应设于所述第一装载小车和第二装载小车靠近所述车头部的一端。

进一步地，所述第一装载小车与所述第二装载小车通过连接索连接，所述连接索的长度根据竹材长度确定。

进一步地，单根所述轮胎架的高度与所述车轮的半径之后大于运输路径中凹凸面的最高幅度。

进一步地，所述侧板与所述车体铰接，所述装载小车还包括用于锁紧所述车体与所述侧板的锁紧装置。

进一步地，所述车体包括底板、垂直设于所述底板两侧的立板；

所述锁紧装置包括设于所述立板且具有凹槽的凸轴、设于所述侧板靠近所述车头部一端的连杆，所述连杆嵌设于所述凹槽内，并通过插销锁紧固定。

进一步地，所述车头部从靠近所述车体一端至远离车体一端逐渐缩小。

本发明还提供一种适于竹林间伐的集材方法，包括如下步骤：

步骤S1，从山脚到山顶按一定间距砍伐一条集材道路；

步骤S2，将所述集材车停放于山下，将所述滑轮安装在山顶的固立木上，并依次安装回空索、装载小车、牵引索；

步骤S3，启动所述副卷扬装置，此时所述主卷扬装置被动转动，所述回空索牵引所述装载小车上山；

步骤S4，将砍伐并整理后的竹子捆绑在所述装载小车上，启动所述主卷扬装置，此时所述副卷扬装置被动转动，所述牵引索牵引所述装载小车下山，将竹材运送至集材车；

步骤S3和S4过程中，所述速度传感器实时检测所述副卷扬装置的转动速度，并将检测信号发送至所述控制装置，当所述速度传感器检测的副卷扬装置的转动速度大于设定值，所述控制装置控制所述副卷扬装置的刹车工作；反之，副卷扬装置的刹车不工作。

与现有技术相比，本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，有益效果在于：

一、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，通过牵引索和回空索牵引装载小车上山和下山，在运输过程中，装载小车的车轮可自转、也可绕车轴公转，使其能应用于凹凸不平的山地，且装载小车运行平稳，从而无需对竹林进行道路建设，也减少了对植被和土壤的破坏。

二、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，采用速度传感器实时检测副卷扬装置的转速，可实时监测装载小车的行驶状态和集材道路情况，确保装载小车在合理的速度范围内行使，高效地将竹材运送至集材车。

三、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，实现了竹林间伐的机械化集材，提高了工作效率，降低了人工劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的适于竹林间伐的集材设备的结构示意图；

图2是图1所示适于竹林间伐的集材设备的部分结构示意图；

图3是图1所示适于竹林间伐的集材设备中第一装载小车/第二装载小车的结构示意图；

图4是图3所示第一装载小车/第二装载小车中的A部放大结构示意图；

图5是图1所示适于竹林间伐的集材设备中装载小车的另一种实施例的结构示意图；

图6是本发明中第一装载小车/第二装载小车跨越障碍物的状态示意图；

图7是本发明提供的适于竹林间伐的集材设备中控制部分的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请结合参阅图1和图2，其中图1是本发明提供的适于竹林间伐的集材设备的结构示意图；图2是图1所示适于竹林间伐的集材设备的部分结构示意图。本发明提供的适于竹林间伐的集材设备100包括集材车1、绞盘机2、控制装置3、滑轮4、装载小车5、重力块7。

集材车1可以是农用拖拉机、履带车等，在进行集材工作时，集材车1停放在山下的林道上。

绞盘机2和控制装置3设于集材车1上，其中绞盘机2用于牵引装载小车5上山或下山，控制装置3用于控制绞盘机2的工作。

具体的，绞盘机2包括主卷扬装置21、副卷扬装置22、用于检测副卷扬装置22转动速度的速度传感器23、以及驱动装置24。主卷扬装置21和副卷扬装置22由同一驱动装置24驱动。当然，主卷扬装置21和副卷扬装置22也可以由不同的动力驱动装置单独驱动，本实施例以同一驱动装置驱动为例，进行说明。

其中，主卷扬装置21包括主卷扬筒212、设于主卷扬筒212上方的第一导向轮213、及缠绕于主卷扬筒212的牵引索214；

副卷扬装置22包括副卷扬筒222、设于副卷扬筒222上方的第二导向轮223、及缠绕于副卷扬筒222的回空索224。主卷扬筒212和副卷扬筒22分别由驱动装置24驱动。

速度传感器23设于副卷扬装置22，用于检测副卷扬筒222的转动速度，并将检测信号发送至控制装置3，由控制装置3控制副卷扬装置22的工作状态。具体的，数据处理装置9将速度传感器23检测的副卷扬装置22的转动速度与设定转速进行比较，当速度传感器23检测的副卷扬装置22的转动速度大于设定值，控制装置3控制副卷扬装置22的刹车工作；反之，副卷扬装置22的刹车不工作，以防止装载小车下山时速度过快而产生安全事故。本实施例中，速度传感器23为码盘。

滑轮4固定于山顶固立木200，其中，固立木200是根据集材场所选定，可以为活立木，也可以为立柱。滑轮4用于回空索224改向。

具体的，由主卷扬装置21引出的牵引索214与装载小车5一端连接，由副卷扬装置22引出的回空索224绕过滑轮4后与装载小车5另一端连接。

启动主卷扬装置21时，副卷扬装置22被动转动，牵引索214牵引装载小车5下山；启动副卷扬装置22时，主卷扬装置21被动转动，回空索224牵引装载小车上山。回空索224用于牵引空置的装载小车，所需牵引力较小，因此回空索的直径可相较于牵引索更小。本实施例中，回空索224的直径设计为6-10mm。

为了使回空索224保持一定的张力，在回空索224上设置配重块7，在下山时，配重块7可以抵消装载小车和竹材的部分重力分力，减小装载小车在坡度较大林区向下行驶的加速度，在上山时，配重块7可以减小副卷扬装置22的驱动力。配重块7的重力大小可根据林区坡度调整。

请结合参阅图3和图4，其中图3是图1所示适于竹林间伐的集材设备中第一装载小车/第二装载小车的结构示意图；图4是图3所示第一装载小车/第二装载小车中的A部放大结构示意图。本实施例中，装载小车5包括相连接的第一装载小车51和第二装载小车52。且第一装载小车51与第二装载小车52的位置关系是：在上山路径中，第二装载小车52位于第一装载小车51前方；在下山路径中，第一装载小车51位于第二装载小车52前方。

第一装载小车51和第二装载小车52用于装载砍伐并整理后的竹材，将其运送到山下。具体的，第一装载小车51和第二装载小车52的结构相同，两者通过连接索8连接，其分别包括车体511、与车体511两侧铰接的侧板512、用于锁紧车体511与侧板512的锁紧装置513、与车体511一端连接且底面为倾斜面的车头部514、设于车体511底部且靠近车头部514一端的车轴515、设于车轴515两端的车轮组件516，且第一装载小车51的车头部与第二装载小车52的车头部相对设置，使主卷扬装置21引出的牵引索214与第一装载小车51的车头部连接，副卷扬装置22引出的回空索224绕过滑轮4后与第二装载小车52的车头部连接。本实施例中，第一装载小车51/第二装载小车52与车头部514相对的一端为敞口结构，使第一装载小车51和第二装载小车52共同装载竹材。连接索8的长度根据竹材长度确定，从而可适用于不同长度的竹材运输。

车体511包括底板5111、垂直设于底板5111两侧的立板5112；

锁紧装置513包括设于立板5112且具有凹槽5131的凸轴5132、设于侧板512靠近车头部514一端的连杆5133，连杆5133嵌设于凹槽5131内，并通过插销(未图示)锁紧固定。竹材装运时，首先解除锁紧装置513的锁紧状态，翻转侧板52，即可将竹材装车；然后通过锁紧装置513将侧板52锁紧，防止竹材滑落。

车头部514的底面为倾斜面，即车头部514的底面与车体511的底面不在同一平面，当遇到高于底板5111的障碍物时，有利于牵引装载小车滑过障碍物。具体的，靠近车体一端至远离车体一端向上倾斜，使车头部514靠近车体一端至远离车体一端逐渐缩小。优选地，车头部514的两侧面同为倾斜面，进一步满足靠近车体一端至远离车体一端逐渐缩小的结构。

车轴515穿过底板5111,可相对底板511转动；车轴515两端设置有轴承，车轮组件516与车轴通过轴承连接，使车轮组件516可绕车轴旋转。车轮组件516包括三根轮胎架5161、分别设于三根轮胎架5161端部的车轮5162，车轮5162与轮胎架5161通过轴承连接，使车轮5162可转动。本实施例中，三根轮胎架5161的夹角为120°。具体应用中，在平坦的地方运行时，每组车轮组件中的两个车轮自转实现移动；当遇到障碍物时，轮胎架5161翻转以跨越障碍物，此时，车轮562相对于车轴55公转。

需要说明的是，车轮组件561的轮胎架不限定于三根，也可以为四根或五根，具体可根据实际应用情况进行调整。

除上述实施方式外，装载小车5还可以为整体结构。请结合参阅5，是图1所示适于竹林间伐的集材设备中装载小车的另一种实施例的结构示意图。该实施例中，装载小车5同样由车体、侧板、车头部、车轴、车轮组件等组成，其中侧板与车体两侧链接，两个车头部设于车体的两端，且车头部的底面为倾斜面，车轴设于车体两端的底部，车轮组件设于车轴的两端。

本实施方式中的装载小车与上述实施方式的装载小车结构基本相同，不同之处在于，本实施方式中第一装载小车和第二装载小车无缝对接，且不能根据竹材长度调整第一装载小车和第二装载小车的间距。该结构的装载小车可用于运送其他货物。因此，对该实施方式的装载小车不做赘述。

请结合参阅图6，是本发明中第一装载小车/第二装载小车跨越障碍物的状态示意图。装载小车的运行原理如下：

当装载小车在相对平坦的路面行驶时，在牵引索/回空索拉力作用下，每组车轮组件中的两个车轮自转使装载小车前进，此时牵引索/回空索的牵引力F主要克服车轮自转滚动摩擦力F1，牵引力较小，如图(a)；

当装载小车遇到车轮自转不能跨过的障碍物时(障碍物高度大于车轮半径)，在牵引力作用下，车轮5162绕车轴515公转，此时牵引力F主要克服车轮5162公转滚动摩擦力F2和部分装载小车自重力G1，此时牵引绳力较大，如图(b)；

在牵引力继续作用下，首先跨过障碍物的车轮开始着地，车轮同时自转与公转，此时牵引力F主要克服车轮自转滚动摩擦力F1’、车轮公转滚动摩擦力F2和部分装载小车自重力G1’，此时牵引绳力最大，如图(c)；

在牵引力继续作用下，装载小车越过障碍物，两个车轮着地，且车轮的自转使装载小车前进，此时牵引力F同图(d)，此时的情况与图(a)相同。

由上分析可知，当装载小车车轮公转时，车体可相对于轮胎架旋转，装载的竹材与地面基平面保持平行。如果障碍物的高度大于轮胎半径与单根轮胎架高度，小车会与障碍物滑动摩擦，使小车容易损坏，且牵引力F显著增加；轮胎架越高，越有利于装载小车通过凹凸不平的障碍物，但是轮胎架越高，小车的平稳性能也越差，因此轮胎架高度需要根据地面情况设计，本实施例中，设计为：单根轮胎架的高度与车轮的半径之后大于运输路径中凹凸面的最高幅度。

本发明中，由于速度传感器23实时检测副卷扬装置22的转动速度，通过该检测数据可实时监测装载小车速度波动状态。当装载小车运动凸起位置时，装载小车的速度减小，副卷扬装置22的速度也减小；当装载小车运动凹坑时，装载小车的速度会增大，副卷扬装置22的速度也增大。凹凸幅度不同时，速度增加程度也不同。因此，通过监测副卷扬装置22的转速，可以间接反映装载小车行驶道路情况；也可以根据副卷扬装置22转速逆推出装载小车的位置，从而可以准确定位凹凸位置。

请结合参阅图6，是本发明提供的适于竹林间伐的集材设备中控制部分的原理框图。本发明还包括数据处理装置9和报警器10，其中数据处理装置9根据副卷扬装置22的转动速度计算转速循环波动值，并与预设的转速循环波动值进行比较，当实际转速循环波动值大于预设值时，控制装置3控制报警器10发出报警，以此提醒工作人员需要检修集材道路。

本发明通过实时监测装载小车运行状态和集材道路情况，确保检测集材装置运行情况，确保装载小车在合理的速度范围内行使，高效地将竹材运送至集材车。

基于上述适于竹林间伐的集材设备，本发明还提供一种适于竹林间伐的集材方法，包括如下步骤：

步骤S1，从山脚到山顶按一定间距砍伐一条集材道路；

具体的，从山脚到山顶按一定间距砍伐一条集材道路，集材道路宽度需大于装载小车的宽度，一般设计为1-2m。集材道路上的植被需全部砍伐，使装载小车可以顺利通过。应用于竹林间伐时，相邻两条集材道路的间距为60-150m，范围可以根据采伐要求和林地形貌适当调整。

步骤S2，将集材车停放于山下，将滑轮安装在山顶的固立木上，并依次安装回空索、装载小车、牵引索；

具体的，选取山顶活立木作为固立木200，并在固立木上安装滑轮；

回空索224一端固定于副卷扬筒222，并缠绕于副卷扬筒222，回空索的另一端由副卷扬筒222引出，绕过滑轮4后与第二装载小车52的车头部一端连接；第二装载小车52的另一端与第一装载小车51通过连接索8连接；然后将第一装载小车51的车头部与由主卷扬筒212引出的牵引索214连接，实现装载小车的固定。

步骤S3，启动副卷扬装置，此时主卷扬装置被动转动，回空索牵引装载小车上山；

步骤S4，将砍伐并整理后的竹子捆绑在装载小车上，启动主卷扬装置，此时副卷扬装置被动转动，牵引索214牵引装载小车下山，将竹材运送至集材车；

步骤S3和S4过程中，速度传感器23实时检测副卷扬装置22的转动速度，将检测信号发送至控制装置3，当速度传感器检测的副卷扬装置的转动速度大于设定值，控制装置3控制副卷扬装置的刹车工作；反之，副卷扬装置的刹车不工作。

同时，数据处理装置9根据副卷扬装置22的转动速度计算转速循环波动值，并与预设的转速循环波动值进行比较，当实际转速循环波动值大于预设值时，控制装置3控制报警器10发出报警，以此提醒工作人员需要检修集材道路。

与现有技术相比，本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，有益效果在于：

一、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，通过牵引索和回空索牵引装载小车上山和下山，在运输过程中，装载小车的车轮可自转、也可绕车轴公转，使其能应用于凹凸不平的山地，且装载小车运行平稳，从而无需对竹林进行道路建设，也减少了对植被和土壤的破坏。

二、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，采用速度传感器实时检测副卷扬装置的转速，可实时监测装载小车的行驶状态和集材道路情况，确保装载小车在合理的速度范围内行使，高效地将竹材运送至集材车。

三、本发明提供的适于竹林间伐的集材设备，实现了竹林间伐的机械化集材，提高了工作效率，降低了人工劳动强度。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，包括集材车、设于所述集材车的绞盘机、控制装置、固定于山顶固立木的滑轮，所述绞盘机包括主卷扬装置、副卷扬装置、用于检测副卷扬装置转动速度的速度传感器；

还包括装载小车，所述装载小车包括车体、与所述车体两侧连接的侧板、设于所述车体两端且底面为倾斜面的车头部、设于所述车体两端底部的车轴、设于所述车轴两端的车轮组件；所述车轮组件包括至少三根轮胎架、分别设于每一所述轮胎架端部的车轮；

所述主卷扬装置引出的牵引索与所述装载小车一端的车头部连接，所述副卷扬装置引出的回空索绕过所述滑轮后与所述装载小车另一端的车头部连接，所述回空索上设有配重块；

所述速度传感器将检测信号发送至所述控制装置，所述控制装置根据副卷扬装置的转动速度控制所述副卷扬装置的刹车工作状态。

2.根据权利要求1所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，当速度传感器检测的所述副卷扬装置的转动速度大于设定值，所述控制装置控制所述副卷扬装置的刹车工作；反之，所述副卷扬装置的刹车不工作。

3.根据权利要求2所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，还包括数据处理装置和报警器，所述数据处理装置根据所述副卷扬装置的转动速度计算转速循环波动值，当转速循环波动值大于预设值时，所述控制装置控制所述报警器发出报警。

4.根据权利要求1所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，所述装载小车由第一装载小车和第二装载小车连接组成，两个所述车头部分别设于所述第一装载小车和第二装载小车相远离的端部，两个所述车轴对应设于所述第一装载小车和第二装载小车靠近所述车头部的一端。

5.根据权利要求4所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，所述第一装载小车与所述第二装载小车通过连接索连接，所述连接索的长度根据竹材长度确定。

6.根据权利要求1所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，单根所述轮胎架的高度与所述车轮的半径之后大于运输路径中凹凸面的最高幅度。

7.根据权利要求1所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，所述侧板与所述车体铰接，所述装载小车还包括用于锁紧所述车体与所述侧板的锁紧装置。

8.根据权利要求7所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，所述车体包括底板、垂直设于所述底板两侧的立板；

所述锁紧装置包括设于所述立板且具有凹槽的凸轴、设于所述侧板靠近所述车头部一端的连杆，所述连杆嵌设于所述凹槽内，并通过插销锁紧固定。

9.根据权利要求1所述的适于竹林间伐的集材设备，其特征在于，所述车头部从靠近所述车体一端至远离车体一端逐渐缩小。

10.一种适于竹林间伐的集材方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任意一项所述的适于竹林间伐的集材设备，包括如下步骤：

步骤S1，从山脚到山顶按一定间距砍伐一条集材道路；

步骤S2，将所述集材车停放于山下，将所述滑轮安装在山顶的固立木上，并依次安装回空索、装载小车、牵引索；

步骤S3，启动所述副卷扬装置，此时所述主卷扬装置被动转动，所述回空索牵引所述装载小车上山；

步骤S4，将砍伐并整理后的竹子捆绑在所述装载小车上，启动所述主卷扬装置，此时所述副卷扬装置被动转动，所述牵引索牵引所述装载小车下山，将竹材运送至集材车；

步骤S3和S4过程中，所述速度传感器实时检测所述副卷扬装置的转动速度，并将检测信号发送至所述控制装置，当所述速度传感器检测的副卷扬装置的转动速度大于设定值，所述控制装置控制所述副卷扬装置的刹车工作；反之，副卷扬装置的刹车不工作。

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