CN112046630A - 一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，涉及造林抚育设备技术领域；包括底盘主体、快速挂接装置、操作系统和控制系统，底盘主体两侧设置有行走机构，底盘主体上设置有柴油发动机、传动系统和防倾覆液压系统；快速挂接装置包括液压悬挂装置、液压机械臂悬挂装置、用电器快速接头；两个液压悬挂装置关于底盘前进方向对称铰接布置；液压机械臂悬挂装置与柴油发动机对称布置；用电器快速接头为防水防尘结构，且与蓄电池相连接；操作系统包括即时操纵装置、可视化显示与触控操作界面。本发明实现了机械化造林抚育的多种功能，有效的解决了传统造林抚育手段落后、劳动强度大、生产效率低下的问题。

Description

一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘

技术领域

本发明涉及造林抚育设备技术领域，特别是涉及一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘。

背景技术

我国推进大规模国土绿化行动，森林面积和森林覆盖率逐年上升。特别是人工林规模居世界首位，也是最具影响力的林产品生产和消费大国。造林抚育涵盖从幼林郁闭成林到林分成熟前，根据培育目标所采取的整地、造林、抚育采伐、补植、修枝、浇水、施肥、人工促进天然更新以及视情况进行的割灌、除草等各种辅助作业活动。

然而我国人工林造林和抚育作业多数处于地形复杂、坡度起伏大的山区丘陵地带，现有拖拉机等动力设备很难上山入林，只能依靠人力使用简单工具作业。由于造林后要进行多次抚育，抚育的工作量是造林工作量的5～6倍。实际生产中每年造林和抚育的季节短，手工操作经常出现因作业不及时而影响造林抚育质量的问题，工人劳动强度大，生产效率低，生产成本高，并且存在季节性劳动力短缺和人工成本不断上涨的突出矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，以解决上述现有技术存在的问题，实现机械化造林抚育的多种功能，有效解决传统造林抚育手段落后、劳动强度大、生产效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其结构包括底盘主体、快速挂接装置、操作系统和控制系统，所述底盘主体两侧对称设置有行走机构，所述底盘主体上设置有能够适应于爬坡作业的柴油发动机、传动系统和液压系统，所述液压系统包括防倾覆液压系统；所述快速挂接装置包括液压悬挂装置、液压机械臂悬挂装置、用电器快速接头；两个液压悬挂装置关于底盘前进方向对称铰接布置；液压机械臂悬挂装置与柴油发动机对称布置；所述用电器快速接头为防水防尘结构，且所述用电器快速接头与蓄电池相连接；所述操作系统包括即时操纵装置、可视化显示与触控操作界面；所述防倾覆液压系统包括设置于所述底盘主体下部的防后倾液压缸；

可选的，所述底盘主体的车架为伸缩液压缸式结构。

可选的，所述行走机构包括驱动轮和导向轮，所述驱动轮和导向轮设置于车架两端，所述车架设置于所述底盘主体两侧；所述柴油发动机通过减速器与所述驱动轮的轮轴连接；所述驱动轮和导向轮通过闭合的履带连接，所述车架下方安装有支重轮，所述支重轮底部位于所述履带内底部上；所述车架上方安装有托带轮，所述托带轮顶部位于所述履带内顶部上；所述履带包括履带板和履带销，相邻两个履带板之间通过所述履带销活动连接；所述履带板的两端开设有啮合孔，所述履带板通过啮合孔与所述驱动轮啮合；所述履带板中部设置有诱导齿，所述履带板外侧设有加强防滑筋；所述履带销为伸缩液压缸式结构；所述导向轮为铰接于所述底盘主体一侧的履带式摆臂机构；所述行走机构的导向轮包括铰接于所述底盘主体一侧的履带式摆臂机构；导向轮一侧连接有减震装置，所述减震装置为螺旋弹簧液压减振器。

可选的，还包括牵引装置；所述牵引装置动力终端与发动机相连，通过十字轴万向节联轴器挂接其他机具；所述液压悬挂装置突出于牵引装置布置，动力来源于液压系统，所述液压悬挂装置设置有多功能挂接头。

可选的，所述液压机械臂悬挂装置终端设置有多功能挂接头。

可选的，所述履带内设置有张紧装置，所述张紧装置位于靠近所述导向轮的一端；所述导向轮一侧连接有减震装置，所述减震装置为螺旋弹簧液压减振器。

可选的，车架横梁为伸缩液压缸式结构，通过两条液压回路来分别调节左右双侧的车架横梁长度，来调节底盘主体的宽度，分别可以向左右伸长200mm，可调节宽度从1150mm至1550mm，实现整机重心降低，提高爬坡稳定性。

可选的，所述液压系统包括液压油箱，所述液压油箱连接有比例液压阀和液压油分配器；所述液压系统通过比例液压阀和液压油分配器分为作业执行装置液压系统、行走液压系统和防倾覆液压系统；所述作业执行装置液压系统采用两个电液比例阀作为主控制阀，所述作业执行装置液压系统分别与液压悬挂装置和液压机械臂悬挂连接；所述行走液压系统连接有行走机构、转向机构和制动机构；所述行走机构、转向机构和制动机构分别位于所述驱动轮位置处；所述防倾覆液压系统包括设置于所述底盘主体下部的防后倾液压缸。

可选的，所述柴油发动机连接有润滑系统，所述润滑系统包括油底壳，所述油底壳的吸油结构用于多种工况下向所述柴油发动机供给润滑油；所述柴油发动机一端设置有散热器，所述散热器包括可逆风扇和水冷散热装置，所述柴油发动机上方设置有空气滤清器，所述空气滤清器通过高压空气隐射装置连接有涡轮增压器，所述涡轮增压器与所述柴油发动机连接。

可选的，所述操作系统包括即时操纵装置、可视化显示与触控操作界面；所述即时操纵装置为手提式遥控器；所述可视化显示与触控操作界面固定设置于机架上，所述机架固定设置于所述底盘主体上；所述机架顶部设置有摄像头，所述摄像头能够360°摆动；所述机架采用中空管制成，所述中空管内设置有导线，所述导线分别与所述可视化显示与触控操作界面和所述摄像头连接；所述底盘主体上靠近所述液压油箱的一端设置有蓄电池，所述蓄电池上安装有用电器快速接头。

可选的，所述控制系统上安装有信号接收发射装置；所述控制系统包括信号处理部分、检测部分和执行部分；所述信号处理部分包括通过无线电信号连接的远程服务操纵电脑和车载控制电脑；所述检测部分包括分布于所述底盘主体上的湿度传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、转矩传感器、转速传感器、压力传感器、位置传感器、感光传感器、气体浓度传感器等；所述执行部分包括通过电流信号控制用电器和比例电磁阀的控制器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明整体结构简单，具备搭载多种工作头作业、运输、为固定式机具提供动力的功能，从而实现机械化造林抚育的多种功能；防倾覆液压系统通过臂架感受后倾作用力，通过调节液压系统的溢流压力和阻尼作用，使防后倾装置更好的吸收臂架冲击的能量。突然卸载时，防后倾液压缸的支撑力阻止臂架的后倾趋势；悬架为半刚性悬架；通过比例液压阀控制车架的液压缸的伸缩量和伸缩速度，可以降低重心提高爬坡能力和抗颠覆性能，可以小于50°的坡面作业，也可以在某些工况下提高离地间隙。空气滤清器配置涡轮增压器并装配有高压空气隐射装置，迫使更多气体流入废气涡轮增压器，提高燃料燃烧的充分性，增大功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘结构示意图；

其中，1为散热器、2为柴油发动机、3为摄像头、4为空气滤清器、5为机架、6为蓄电池、7为用电器快速接头、8为液压油箱、9为液压机械臂悬挂、10为比例液压阀、11为液压油分配器、12为液压悬挂装置、13为导向轮、14为张紧装置、15为履带、16为减震装置、17为诱导齿、18为托带轮、19为信号接收发射装置、20为控制系统、21为车架、22为可视化显示与触控操作界面、23为支重轮、24为驱动轮、25为行走机构、转向机构和制动机构、26为履带销、27为油底壳、28为十字轴万向节连轴器、29为多功能挂接头、30为防倾覆系统、31为牵引装置、32悬架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，以解决上述现有技术存在的问题，实现机械化造林抚育的多种功能，有效解决传统造林抚育手段落后、劳动强度大、生产效率低下的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，如图1所示，包括柴油发动机2、行走机构、底盘主体、快速挂接装置、液压系统、控制系统20、操作系统及其附属结构等。柴油发动机2其润滑系统具备适应陡坡地形的能力，润滑系统的油底壳27中的吸油结构能保证发动机在任何的倾斜状态下均匀、稳定、充分的供给润滑油。散热器1使用可逆风扇进行水冷，自动反转空气流，定时清理散热器1上的残片。空气滤清器4配置涡轮增压器并装配有高压空气隐射装置，迫使更多气体流入废气涡轮增压器，提高燃料燃烧的充分性，增大功率。

行走机构主要包括履带15、驱动轮24、托带轮18、张紧装置14、减震装置16、导向轮13、支重轮23、转向机构和制动机构25。车架21下方安装有支重轮23，支重轮23底部位于履带15内底部上；车架21上方安装有托带轮18，托带轮18顶部位于履带15内顶部上。履带15由履带板和履带销26组成，履带销26将各履带板连接起来构成履带链环。履带板的两端有孔，与主动轮啮合，中部有诱导齿17，用来规正履带15，在与地面接触的一面有加强防滑筋，以提高履带板的坚固性和履带15与地面的附着力。车架横梁为伸缩液压缸式结构，通过液压回路来调节车架横梁长度，来调节底盘主体的宽度，可调节宽度从1150mm至1550mm，实现整机重心降低，提高爬坡稳定性。导向轮13为铰接于车架21一端的摆臂机构，为履带式，机具依靠调节摆臂关节适应地面变化，遇到障碍时前臂主动下放攀爬，支起地面升起从而翻越障碍。减震装置16为螺旋弹簧液压减振器，提高整机全地形通过能力。

底盘主体主要包括液压系统，液压系统包括液压油箱8，液压油箱8连接有比例液压阀10和液压油分配器11；液压系统通过比例液压阀10和液压油分配器11分为作业执行装置液压系统、行走液压系统、防倾覆液压系统，均采用采用比例液压阀10精准、远程地控制作业、行走过程以及二者之间的配合；液压油分配器11将根据不同的作业情况将液压油分配给作业机具。

行走液压系统中，采用电控液压式自动操纵系统。其换挡机构，通过比例电磁阀来调节离合器工作压力，保证换挡过程的便捷与可靠，避免任何状况下的变档熄火现象。在转向机构中，比例液压阀10分别控制两侧液压马达的转速，实现转弯角度精准可控，转弯过程灵活，能适应空间狭小、作业平台不宜展开的区域。在制动系统中，将驱动电机引入其中，制动时，驱动电机产生制动扭矩，减少制动系统的能耗；同时回收制动能量，供给蓄电池6；车架21为半刚性悬架，通过比例液压阀10控制车架21的液压缸的伸缩量和伸缩速度，可以降低重心提高爬坡能力和抗颠覆性能，也可以在作业时提高离地间隙。

作业执行装置液压系统中，采用两个电液比例阀作为主控制阀，根据控制器的的输出电流，实现工作状态下力位综合调节和位置调节两种方式响应速度快、集成程度高、稳定性好，而且易于扩展应用；两个液压悬挂装置12对称分布于整机前后两端，牵引装置31和液压悬挂装置12安装于悬架32上，牵引装置31和液压悬挂装置12上的十字轴万向节联轴器28可同时实现旋转动力和牵引动力的输出，可搭载水肥车斗、旋耕工作头、开沟犁工作头、采伐工作头等作业机具上山并实施作业；液压悬挂装置12包括多功能挂接头29，液压悬挂装置12上的十字轴万向节联轴器28安装于多功能挂接头29上，液压机械臂悬挂9与柴油发动机2对称布置，可搭载挖坑工作头、带锯式修枝工作头、割灌工作头上山并实施作业，可实现高空、狭窄地区的作业。同时可以为分布于林间的机具例如水泵、风机、提升叉车等提供动力。

防倾覆系统30加工于底盘主体下部，工作状态为被动式加载。通过臂架感受后倾作用力，通过调节液压系统的溢流压力和阻尼作用，使防后倾装置更好的吸收臂架冲击的能量。突然卸载时，防后倾液压缸的支撑力阻止臂架的后倾趋势。

操作系统主要包括即时操纵装置、可视化显示与触控操作界面22。即时操纵装置为手提式遥控器，对平台的即时动作进行调整，可实现对平台前进制动、加减速、转弯、机械臂和悬挂升降等即时动作的调整；可视化显示与触控操作界面22同时存在于底盘平台的机架5上和操作人员办公室中，将关键的运行参数显示出来，如油箱余量或蓄电池6电量、系统温度、关键部件的载荷量与转速等信息，监控行车过程地面信息，监控作业信息、故障报警。根据操作员输入任务控制参数，切换运行模式，例如延伸底盘宽度、调整离地高度、调整作业执行装置的姿态等等，也可以直接切换工作模式，机具控制器根据已经设置好的较优参数组合自动调整，例如平地模式、爬坡模式、故障或燃油不足模式。

控制系统20包括信号处理部分、检测部分、执行部分。信号处理部分中远程服务操纵电脑与车载控制电脑之间通过无线电信号接收发射装置19有稳定、精准、快速的通信，接收远程控制信息并转化为对平台相对应模块的控制指令。最大遥控距离可达1Km。

检测部分包括湿度传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、转矩传感器、转速传感器、压力传感器、位置传感器、感光传感器、气体浓度传感器等等。广泛分布于整机各个位置，与作业装备相融合，针对作业环境、作业进程、工作部件的运行等信息进行检测和监控。例如土壤含水率、光照强度、空气滤清器4和润滑油路是否堵塞、旋耕工作头工作时间、开沟深度、采伐量、轴是否正常运转、蓄电池6电量等等。定位导航功能采用北斗定位模块，实现确定目标物体相对于已知物体的相对位置、姿态以及运动状态，包括绝对位置定位和相对位置定位，确保机具不脱离遥控范围。执行部分指的是控制器通过电流信号控制用电器和比例电磁阀的流量、流速等参数，控制转向、行驶、悬挂位置等动作，以及切换作业模式。

附属机构包括机架5、摄像头3、用电器快速接头7、蓄电池6等。机架5的主体是中空管，管内部是电导线，外部用来支撑固定其他装置，例如显示屏、摄像头3等；两部摄像头3固定在机架5顶部，可实现360°摆动，监控画面角度为180°，分别对整机的前后方画面进行采集；蓄电池6上携带电器快速接头，可提供直流或交流电输出，可连接多个、多种电源插头例如：USB孔、三相孔、两相孔、针式插孔等。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其结构包括底盘主体、快速挂接装置、操作系统和控制系统，其特征在于：

所述底盘主体两侧对称设置有行走机构，所述底盘主体上设置有能够适应于爬坡作业的柴油发动机、传动系统和液压系统，所述液压系统包括防倾覆液压系统；

所述快速挂接装置包括液压悬挂装置、液压机械臂悬挂装置、用电器快速接头；两个液压悬挂装置关于底盘前进方向对称铰接布置；液压机械臂悬挂装置与柴油发动机对称布置；所述用电器快速接头为防水防尘结构，且所述用电器快速接头与蓄电池相连接；

所述操作系统包括即时操纵装置、可视化显示与触控操作界面；

所述防倾覆液压系统包括设置于所述底盘主体下部的防后倾液压缸。

2.根据权利要求1所述的一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述底盘主体的车架为伸缩液压缸式结构。

3.根据权利要求1所述的一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述行走机构包括驱动轮和导向轮，所述驱动轮和导向轮设置于车架两端，所述车架设置于所述底盘主体两侧；所述柴油发动机通过减速器与所述驱动轮的轮轴连接；所述驱动轮和导向轮通过闭合的履带连接，所述车架下方安装有支重轮，所述支重轮底部位于所述履带内底部上；所述车架上方安装有托带轮，所述托带轮顶部位于所述履带内顶部上；所述履带包括履带板和履带销，相邻两个履带板之间通过所述履带销活动连接；所述履带板的两端开设有啮合孔，所述履带板通过啮合孔与所述驱动轮啮合；所述履带板中部设置有诱导齿，所述履带板外侧设有加强防滑筋；所述履带销为伸缩液压缸式结构；所述导向轮为铰接于所述底盘主体一侧的履带式摆臂机构；所述行走机构的导向轮包括铰接于所述底盘主体一侧的履带式摆臂机构；导向轮一侧连接有减震装置，所述减震装置为螺旋弹簧液压减振器。

4.根据权利要求1所述的一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：还包括牵引装置；所述牵引装置动力终端与发动机相连，通过十字轴万向节联轴器挂接其他机具；所述液压悬挂装置突出于牵引装置布置，动力来源于液压系统，所述液压悬挂装置设置有多功能挂接头。

5.根据权利要求1所述的一种丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述液压机械臂悬挂装置终端设置有多功能挂接头。

6.根据权利要求1所述的丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述液压系统包括液压油箱，液压油箱连接有比例液压阀和液压油分配器；液压系统通过比例液压阀和液压油分配器控制快速挂接装置、作业执行装置液压系统、行走液压系统和防倾覆液压系统；所述作业执行装置液压系统采用两个电液比例阀作为主控制阀，所述作业执行装置液压系统分别与液压悬挂装置和液压机械臂悬挂连接。

7.根据权利要求1所述的丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述即时操纵装置为手提式遥控器；所述可视化显示与触控操作界面固定设置于机架上，所述机架固定设置于所述底盘主体上；所述机架顶部设置有摄像头，所述摄像头能够360°摆动；所述机架采用中空管制成，所述中空管内设置有导线，所述导线供电给可视化显示与触控操作界面和摄像头等用电器。

8.根据权利要求1所述的丘陵山地的机械化造林抚育动力底盘，其特征在于：所述控制系统包括信号处理部分、检测部分和执行部分；所述信号处理部分包括通过无线电信号连接的远程服务操纵电脑和车载控制电脑；所述检测部分包括分布于所述底盘主体上的湿度传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、转矩传感器、转速传感器、压力传感器、位置传感器、感光传感器、气体浓度传感器等；所述执行部分包括通过电流信号控制用电器和比例电磁阀的控制器。

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