林业综合性中小型轮式拖拉机结构浅析

马玉壮，李绍武，周祖伟

（中国一拖集团有限公司，河南 洛阳 471003）

移动设备在林场的应用中，拖拉机为动力的作业方式具机动灵活、能靠近作业点、对道路要求较低、适应复杂路况等特点，在世界各国广泛应用。目前林业拖拉机的主要作业为集材作业，但随着林业生态模式的发展，林业拖拉机的性能逐渐向植保、育林管理等方向发展。

1 林业拖拉机概况

1.1 集材拖拉机的分类

拖拉机集材可分为下列4种：（1）全拖式拖拉机集材。木材借专用捆木索连挂在拖拉机后面的牵引钩上，拖拉机行驶时木材完全在地面上拖动。由于在集材过程中木材易被伐根、裸露岩石、沟壑、冰雪等障碍物卡阻，运行阻力大。这种方式往往用于农业拖拉机原木集材，现已少用。（2）半载式拖拉机集材。去分支的原木，树梢端（小头）搭在拖拉机后部的搭载板上，根端（大头）在地面拖行。不去分支整体拖运时，根端在搭载板上，树冠在地面拖动。我国东北地区主要采用此种方式。搭载板可以落下和升起，集材时用拖拉机上的绞盘和牵引索将木材拖到搭载板上，锁紧绞盘，木材即稳固地搭载于拖拉机上。（3）半吊式拖拉机集材。木材一端悬在拖拉机后部的拱架或吊架下。拱架或吊架有的装于拖拉机上，有的连挂于拖拉机后面，可以摘解。木材用绞盘机上的钢索、滑轮或起重臂吊起。近年来半载式和半吊式拖拉机集材逐渐采用夹钩或抓钩代替用捆木索的捆挂作业。（4）全载式拖拉机集材。集材中木材完全装载在拖拉机上或其牵引的载运装置上。所用设备一般多带有液压起重臂，由拖拉机牵引或汽车载运，称自装全载集材机。用汽车载运时，若地形条件许可且距离不远，有时可与运材结合，直接运到木材加工厂。这种方式主要用于北欧和北美纸浆材等短小原木的集材。中国南方也有少量应用，如手扶拖拉机牵引小型拖车。

1.2 林业拖拉机的作业环境

拖拉机集材道分主道和支道。主道宜选设在木材集中、土质坚实、整修工作量小的地带。根据山上楞场位置、地势条件，尽量缩短集材距离。道宽3～4.5 m，最小曲线半径35～40 m。支道由主道两侧或一侧伸向伐区各部，宽3～3.5 m，最小曲线半径25～30 m。两侧集材时支道间距为50～70 m，一侧集材时为30～45 m。

拖拉机拖曳木材多次通过集材道，特别是主道行驶，容易破坏地表，引起水土流失，在林内易损伤幼树及保留木，故较适用于地势平缓和坡度不超过25°的丘陵林区。集材距离不宜超过1000m，在皆伐或择伐强度占60%以上、每木材积为0.5m3以上、每公顷出材量在150m3以上、平均集材距离为200～250m的条件下最为经济。

集材用拖拉机正在向轮胎式和抓钩式的方向发展。一般以轮式集材拖拉机速度较高，机动性较强，作业性能较好，油耗量较少；但轮胎易磨损扎坏，附着力较差，在雨雪季节需装置防滑链。而履带式则相反，附着力比轮式的大1.5倍，能爬较大坡度，在雪地或泥泞地区通过性能较好；但速度较低，对地表破坏较大。

2 林业综合性中小型轮式拖拉机

2.1 适应性分析

东北林业集材工作具有明显的季节性，伐木作业主要集中在冬季。冬季林场视野开阔、树木含水量少、劳动力充足。相对于其他集材方式，采用轮式拖拉机集材具有机动灵活、投入少见效快，作业后又可投入到田间作业、运输作业等通用作业的优势。另一方面随着国家退耕还林、封山育林等政策引导，拖拉机加装相应的工作机构后同样可以从事工作环境雷同的植保、育林作业。林场可以集中采购方式，以优惠价格转售签约用户，也可由用户直接购买。图1为中国一拖集团生产的林业综合性中马力拖拉机。

图1 东方红-SG404林业综合拖拉机

2.2 参数及配置

综合林场特殊作业环境，地形通过性、作业需要，林业综合性中小型轮式拖拉机（以下简称林业拖拉机）应具备以下配置条件（如表1）。

表1 性能配置

2.3 防护

（1）驾驶室要求：防翻滚、提供驾驶员生存空间。传动系生根，抗挤压，抗变形。钢顶结构，防止断枝、滚石坠落伤害。前钢化挡风玻璃，视野优良，防树枝剐蹭。驾驶室周边钢网防护、钢架支撑，便于观察后方作业环境的同时防止后方的意外伤害。钢网的选择要经过孔径视觉实验，以免在向后观察时产生视觉眩晕。双侧无门，便于驾驶员频繁上下车作业。驾驶室高处布置前后双工作灯，便于在光线较差的环境中持续作业。

（2）前保险杠要求：弧线仿形设计，加装避震弹簧，减弱机体正面冲击载荷;引导树木杂草等障碍物避开机体。

（3）油底壳防护要求：油底壳、管路、四驱传动轴的一体防护，采用板材仿形并辅助筋络加强，防止通过树桩、石块等障碍物时损伤油底壳等底部重要部件。

（4）其他防护要求：消声器、空气滤清器内置，或布置于轮辐之内的安全防护；前桥油缸的防护、灯具防护等。

2.4 工作装置

林业拖拉机工作装置应该具备两大类功能，一类为采伐后的集材作业，另一类为育林、植保作业。

2.4.1 集材作业工作装置

林业拖拉机主要从事采伐点附近零散木材的收集转运工作。将单根或多根木材转运至开阔平坦地区，收集成堆后由专用装卸设备装上运输车辆转运。牵引木材直径（根部）一般在20～45 cm。林业拖拉机的主要工作是拖拽和牵引。基于此作业需要，林业拖拉机的工作装置多为后置绞盘及托盘装置：绞盘将倒在各种地形上的木材牵引至拖拉机托盘内；托盘将木材一端升离地面，以提高通过性和减少拖拽阻力。绞盘绳索固定锁死以保障木材固定在升起的托盘内，开动拖拉机牵引至集材地即可。

目前林业拖拉机仍没有进行系统的设计，市场上已有的工作装置都比较原始。绞盘机构和托盘装置仅能实现最基本的功能，集材作业人工付出仍然很高。一拖集团研究设计的工作装置在功能实现上有了质的提高。首先，在绞盘设计上采用了直传蜗轮蜗杆机构，机械效率远高于常用的链条传动机构，承受重载荷的同时又具备了自锁功能，增加了运输可靠性。绞盘配置汽车离合器和液压操纵机构，绞盘可承受1t的冲击载荷，并配有过载保护器；托盘机构的设计综合解决了同类产品实际作业状态下的缺点与不足，创新性地将托盘作为拖拽过程的支点，加上底部设计的地刺，将机体牢牢固定住，保障拖拉机在承受较大拉力时不后退，大大增强了拖拉机拖拽时的稳定性和作业效率，工作过程如图2所示。托盘的弧面设计便于木材的上升和固定，置于托盘顶端的滑轮组和锁紧装置极大地提高了拖拽能力，并为牵引的木材固定锁死提供了双重保障，特别是在路遇拐弯、冰雪、树桩冲击的情况下对绞盘进行了很好的缓冲和保护作用。

图2 拖拉机集材工作过程示意图

2.4.2 育林、植保作业工作装置

育林、植保作业包括挖坑（开沟）、运输（运苗）、喷药、灌溉等，工作装置品种也不尽相同。移栽作业中，需配备挖坑器或开沟器（整机匹配爬行档），其中挖坑器需要配置强升强降液压机构；运输作业中，需要配备树苗转运斗。要求秧苗在斗内得到充分保护并设有独立移栽工具存放空间。车斗的设计应充分考虑树苗、肥料运输的通用，采用下支点后翻开合的机构，便于物料装卸；喷药作业中，需配备以动力输出或气源为动力的压缩喷洒装置。驾驶室背负药箱或三点悬挂药箱均可。驾驶室全封闭，并配备有毒气体含量报警仪。可在驾驶室内控制喷枪高度和角度，防止药液散落伤人。喷枪易于拆卸，便于人工喷洒与机械喷洒的快速切换。驾驶室内如无防毒措施，在喷药作业过程中要重点监控有毒物质浓度、风向、作业区停留时长等，保障人身安全。喷药作业中，林业拖拉机主要用于小范围低矮树种的病虫害防治以及叶面施肥，所使用的药剂必须为绿色无毒药剂或低毒药剂。灌溉作业中，拖拉机作业方式一种是提供动力源，从栽种地附近的沟渠、沼池中抽取水源进行灌溉，另一种方式是在水源地取水后通过背负的大容量水箱向栽种点转运。

3 结语

随着环境观念的转变、新型可持续发展战略的实施，以及伴随而生的生态林业、森林永续利用等理论将付诸实践。经济林、旅游生态林、防护林、公益林等的广泛建设和持续性管理为林业管理设备提供了广阔的发展空间。林业的建设与管理势必随着科技的进步而逐步精细化、规模化，而这一进程需要的时间尚不可推测，但就现阶段以及之后的很长一段时间而言适用于丘陵、山地的中小型综合轮式拖拉机将在林业蓬勃发展的潮流中发挥巨大的推动作用。