林業綜合性中小型輪式拖拉機結構淺析

馬玉壯，李紹武，周祖偉

（中國一拖集團有限公司，河南 洛陽 471003）

移動設備在林場的應用中，拖拉機為動力的作業方式具機動靈活、能靠近作業點、對道路要求較低、適應復雜路況等特點，在世界各國廣泛應用。目前林業拖拉機的主要作業為集材作業，但隨著林業生態模式的發展，林業拖拉機的性能逐漸向植保、育林管理等方向發展。

1 林業拖拉機概況

1.1 集材拖拉機的分類

拖拉機集材可分為下列4種：（1）全拖式拖拉機集材。木材借專用捆木索連掛在拖拉機后面的牽引鉤上，拖拉機行駛時木材完全在地面上拖動。由于在集材過程中木材易被伐根、裸露巖石、溝壑、冰雪等障礙物卡阻，運行阻力大。這種方式往往用于農業拖拉機原木集材，現已少用。（2）半載式拖拉機集材。去分支的原木，樹梢端（小頭）搭在拖拉機后部的搭載板上，根端（大頭）在地面拖行。不去分支整體拖運時，根端在搭載板上，樹冠在地面拖動。我國東北地區主要采用此種方式。搭載板可以落下和升起，集材時用拖拉機上的絞盤和牽引索將木材拖到搭載板上，鎖緊絞盤，木材即穩固地搭載于拖拉機上。（3）半吊式拖拉機集材。木材一端懸在拖拉機后部的拱架或吊架下。拱架或吊架有的裝于拖拉機上，有的連掛于拖拉機后面，可以摘解。木材用絞盤機上的鋼索、滑輪或起重臂吊起。近年來半載式和半吊式拖拉機集材逐漸采用夾鉤或抓鉤代替用捆木索的捆掛作業。（4）全載式拖拉機集材。集材中木材完全裝載在拖拉機上或其牽引的載運裝置上。所用設備一般多帶有液壓起重臂，由拖拉機牽引或汽車載運，稱自裝全載集材機。用汽車載運時，若地形條件許可且距離不遠，有時可與運材結合，直接運到木材加工廠。這種方式主要用于北歐和北美紙漿材等短小原木的集材。中國南方也有少量應用，如手扶拖拉機牽引小型拖車。

1.2 林業拖拉機的作業環境

拖拉機集材道分主道和支道。主道宜選設在木材集中、土質堅實、整修工作量小的地帶。根據山上楞場位置、地勢條件，盡量縮短集材距離。道寬3～4.5 m，最小曲線半徑35～40 m。支道由主道兩側或一側伸向伐區各部，寬3～3.5 m，最小曲線半徑25～30 m。兩側集材時支道間距為50～70 m，一側集材時為30～45 m。

拖拉機拖曳木材多次通過集材道，特別是主道行駛，容易破壞地表，引起水土流失，在林內易損傷幼樹及保留木，故較適用于地勢平緩和坡度不超過25°的丘陵林區。集材距離不宜超過1000m，在皆伐或擇伐強度占60%以上、每木材積為0.5m3以上、每公頃出材量在150m3以上、平均集材距離為200～250m的條件下最為經濟。

集材用拖拉機正在向輪胎式和抓鉤式的方向發展。一般以輪式集材拖拉機速度較高，機動性較強，作業性能較好，油耗量較少；但輪胎易磨損扎壞，附著力較差，在雨雪季節需裝置防滑鏈。而履帶式則相反，附著力比輪式的大1.5倍，能爬較大坡度，在雪地或泥濘地區通過性能較好；但速度較低，對地表破壞較大。

2 林業綜合性中小型輪式拖拉機

2.1 適應性分析

東北林業集材工作具有明顯的季節性，伐木作業主要集中在冬季。冬季林場視野開闊、樹木含水量少、勞動力充足。相對于其他集材方式，采用輪式拖拉機集材具有機動靈活、投入少見效快，作業后又可投入到田間作業、運輸作業等通用作業的優勢。另一方面隨著國家退耕還林、封山育林等政策引導，拖拉機加裝相應的工作機構后同樣可以從事工作環境雷同的植保、育林作業。林場可以集中采購方式，以優惠價格轉售簽約用戶，也可由用戶直接購買。圖1為中國一拖集團生產的林業綜合性中馬力拖拉機。

圖1 東方紅-SG404林業綜合拖拉機

2.2 參數及配置

綜合林場特殊作業環境，地形通過性、作業需要，林業綜合性中小型輪式拖拉機（以下簡稱林業拖拉機）應具備以下配置條件（如表1）。

表1 性能配置

2.3 防護

（1）駕駛室要求：防翻滾、提供駕駛員生存空間。傳動系生根，抗擠壓，抗變形。鋼頂結構，防止斷枝、滾石墜落傷害。前鋼化擋風玻璃，視野優良，防樹枝剮蹭。駕駛室周邊鋼網防護、鋼架支撐，便于觀察后方作業環境的同時防止后方的意外傷害。鋼網的選擇要經過孔徑視覺實驗，以免在向后觀察時產生視覺眩暈。雙側無門，便于駕駛員頻繁上下車作業。駕駛室高處布置前后雙工作燈，便于在光線較差的環境中持續作業。

（2）前保險杠要求：弧線仿形設計，加裝避震彈簧，減弱機體正面沖擊載荷;引導樹木雜草等障礙物避開機體。

（3）油底殼防護要求：油底殼、管路、四驅傳動軸的一體防護，采用板材仿形并輔助筋絡加強，防止通過樹樁、石塊等障礙物時損傷油底殼等底部重要部件。

（4）其他防護要求：消聲器、空氣濾清器內置，或布置于輪輻之內的安全防護；前橋油缸的防護、燈具防護等。

2.4 工作裝置

林業拖拉機工作裝置應該具備兩大類功能，一類為采伐后的集材作業，另一類為育林、植保作業。

2.4.1 集材作業工作裝置

林業拖拉機主要從事采伐點附近零散木材的收集轉運工作。將單根或多根木材轉運至開闊平坦地區，收集成堆后由專用裝卸設備裝上運輸車輛轉運。牽引木材直徑（根部）一般在20～45 cm。林業拖拉機的主要工作是拖拽和牽引。基于此作業需要，林業拖拉機的工作裝置多為后置絞盤及托盤裝置：絞盤將倒在各種地形上的木材牽引至拖拉機托盤內；托盤將木材一端升離地面，以提高通過性和減少拖拽阻力。絞盤繩索固定鎖死以保障木材固定在升起的托盤內，開動拖拉機牽引至集材地即可。

目前林業拖拉機仍沒有進行系統的設計，市場上已有的工作裝置都比較原始。絞盤機構和托盤裝置僅能實現最基本的功能，集材作業人工付出仍然很高。一拖集團研究設計的工作裝置在功能實現上有了質的提高。首先，在絞盤設計上采用了直傳蝸輪蝸桿機構，機械效率遠高于常用的鏈條傳動機構，承受重載荷的同時又具備了自鎖功能，增加了運輸可靠性。絞盤配置汽車離合器和液壓操縱機構，絞盤可承受1t的沖擊載荷，并配有過載保護器；托盤機構的設計綜合解決了同類產品實際作業狀態下的缺點與不足，創新性地將托盤作為拖拽過程的支點，加上底部設計的地刺，將機體牢牢固定住，保障拖拉機在承受較大拉力時不后退，大大增強了拖拉機拖拽時的穩定性和作業效率，工作過程如圖2所示。托盤的弧面設計便于木材的上升和固定，置于托盤頂端的滑輪組和鎖緊裝置極大地提高了拖拽能力，并為牽引的木材固定鎖死提供了雙重保障，特別是在路遇拐彎、冰雪、樹樁沖擊的情況下對絞盤進行了很好的緩沖和保護作用。

圖2 拖拉機集材工作過程示意圖

2.4.2 育林、植保作業工作裝置

育林、植保作業包括挖坑（開溝）、運輸（運苗）、噴藥、灌溉等，工作裝置品種也不盡相同。移栽作業中，需配備挖坑器或開溝器（整機匹配爬行檔），其中挖坑器需要配置強升強降液壓機構；運輸作業中，需要配備樹苗轉運斗。要求秧苗在斗內得到充分保護并設有獨立移栽工具存放空間。車斗的設計應充分考慮樹苗、肥料運輸的通用，采用下支點后翻開合的機構，便于物料裝卸；噴藥作業中，需配備以動力輸出或氣源為動力的壓縮噴灑裝置。駕駛室背負藥箱或三點懸掛藥箱均可。駕駛室全封閉，并配備有毒氣體含量報警儀。可在駕駛室內控制噴槍高度和角度，防止藥液散落傷人。噴槍易于拆卸，便于人工噴灑與機械噴灑的快速切換。駕駛室內如無防毒措施，在噴藥作業過程中要重點監控有毒物質濃度、風向、作業區停留時長等，保障人身安全。噴藥作業中，林業拖拉機主要用于小范圍低矮樹種的病蟲害防治以及葉面施肥，所使用的藥劑必須為綠色無毒藥劑或低毒藥劑。灌溉作業中，拖拉機作業方式一種是提供動力源，從栽種地附近的溝渠、沼池中抽取水源進行灌溉，另一種方式是在水源地取水后通過背負的大容量水箱向栽種點轉運。

3 結語

隨著環境觀念的轉變、新型可持續發展戰略的實施，以及伴隨而生的生態林業、森林永續利用等理論將付諸實踐。經濟林、旅游生態林、防護林、公益林等的廣泛建設和持續性管理為林業管理設備提供了廣闊的發展空間。林業的建設與管理勢必隨著科技的進步而逐步精細化、規模化，而這一進程需要的時間尚不可推測，但就現階段以及之后的很長一段時間而言適用于丘陵、山地的中小型綜合輪式拖拉機將在林業蓬勃發展的潮流中發揮巨大的推動作用。