推土机森林工况适应性设计

郑中建，张建波，刘倩倩，丁 永

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073)

推土机在森林工况作业时，主要用于运输通道开辟，伐木，清除树桩，堆集物质等作业，推土机机体后侧配置牵引架或绞车，可用于木材转运或其他牵引作业。推土机是森林施工作业的重要机械之一，在林业机械化方面发挥重要作用。

1 森林工况特点及作业分析

1.1 环境影响推土机工作性能

森林工况多为气候湿热，树木茂密的原始森林，多落叶、昆虫等。落叶、昆虫容易进入发动机舱，对推土机的性能产生影响，主要表现在：①堵塞发动机舱覆盖件进气孔，影响发动机舱气流流动，影响发动机散热；②落叶长时间堆积在发动机机体上，发动机工作时产生高温引起落叶等燃烧造成火灾；③风扇将落叶昆虫等吹到散热器上，堵塞散热器格栅，影响散热性能。

1.2 工况多变易损坏推土机

推土机伐木作业时，多用铲刀推断树木，树木倒塌方向不易控制。另外推土机在清障作业时，树枝掉落方向不易控制，树枝易掉落在推土机上，会对推土机和操作者造成伤害。主要表现有：①树枝砸落在推土机上罩上，损坏上罩和发动机进排气系统；②粗大树枝损坏推土机前护栅，进而对水箱造成伤害，影响散热性能；③推土机在森林作业时，一般配置为驾驶棚，粗大树枝落在驾驶棚上或进入，可能会对操作者造成人身伤害；④树枝倒落造成燃油箱，工作油箱等部件损坏；⑤伐木过程中产生的树桩过高，在推土机通过时，会碰撞底护板，造成底护板破坏，进而损坏发动机等部件。

1.3 推土机常规配置不能满足需求

推土机森林工况作业种类繁多，除了进行常规土方作业，还进行伐木通道开辟，伐木，清除树桩，堆集物质，木材转运或其他牵引作业。多种作业需求导致常规配置很难满足作业需求，主要表现在：①森林工况多荆棘障碍，推土机在开辟伐木道路时，采用常规推土铲很难铲除，作业效率低；②推土机伐木作业时，通常是用电锯等将树木根部剧开一部分，一种方法是用推土机铲刀推倒树木，铲刀提升高度有限，着力点较低，工作费力，且树木倒落方向均不易控制，危险系数高；③推土机配置常规绞车，牵引木头，多是让整个木头在地上滑动，由于森林路况较差，木材前部很容易被阻挡，导致运输困难。

因此，在进行推土机伐木工况适应性设计时，应充分考虑森林工况的环境特点和作业需求。首先，要做好推土机的防护设计，保护推土机不会损坏，影响推土机性能，保护操作者在作业时不会受到伤害；其次，应针对作业需求对工作装置进行适应性设计，提升作业效率。

2 推土机的防护设计

2.1 推土机设备防护

1)设计前护架，防止树枝掉落在上罩上，损坏上罩和发动机进排气（图1)。前护架为钢筋护网结构，后侧安装在驾驶棚上，前侧固定在前机罩上。

图1 推土机前护架结构

2)优化前护栅结构，防止树枝砸落时损坏前护栅。森林工况专用前护栅结构如图2 所示，为外侧密集格栅，内侧冲孔板结构，。密集格栅结构可有效增加前护栅结构强度，防止树枝碰撞时前护栅损坏。密集格栅和冲孔板双层防护，有效阻挡树枝进入，对散热器形成有效保护，同时对散热性能影响较小。

图2 前护栅结构图

3)增强底护板强度，提升防护效果。推土机常规底护板，板材厚度一般为6mm，材质为Q235，将底护板板材厚度增加至12mm，材质改为Q345。更改后底护板防护性能显著提升。

2.2 操作人员安全防护

为防止作业时树枝进入驾驶空间，对操作者造成人身伤害，设计护网进行防护。防护位置包括驾驶棚左右两侧和后侧，如图3 所示。防护网设计成双层护网结构。外层为直径12～15mm 钢筋焊接而成，网格尺寸100～150mm 方形网格，主要防护粗大树枝进入驾驶空间内，内层为直径4～6mm 钢丝编制护网，网格尺寸20～40mm 方形网格，主要作业是防止较细树枝进入驾驶空间。双层护网可对掉落树枝形成有效防护，保证操作人员安全。

图3 驾驶棚防护位置

3 推土机工作装置设计

3.1 配置推树器提升作业效率

推树器是为解决推土机在伐木作业时，着力点底，倒落方向不定的问题设计的专用工作装置。推树器安装在铲刀上，提高推倒树木时的着力点，用较小的牵引力就能够将树推倒，可以节省动力，提高推土机的伐树效率[1]。

推树器结构如图4 所示，由两个主臂、横梁和推头组成。推树器主臂后端通过两个安装座固定在铲刀推杆上，前端通过两个支撑臂固定在铲头上。推树器推头为半圆形锯齿状结构，工作时可有效抱住树木，保证树木倒落方向。

图4 推树器结构

3.2 配置梳理铲，用于清理荆棘作业。

梳理铲是一种特殊的铲刀，主要用于灌木丛、荆棘、树根等清理[2]。梳理铲结构如图5所示，除铲头外，其余部件与普通直倾铲完全一致，保证了零部件的通用性。梳理铲一般由14～18 个刀齿组成，刀齿均匀分布。借助推土机牵引力大的优势，刀齿可轻松插入土壤，可实现灌木丛、荆棘。树根等一定深度的挖掘。通过刀齿上方设计未格栅结构，方便漏土和物质堆积，同时可防止树枝等长的物体插入前机罩。

图5 梳理铲结构

3.3 配置高位导向架绞车提升转运性能

推土机绞车主要用于木材牵引运输，常规绞车导向架出绳位置低，转运时木材整根在地面拖行。由于森林伐木通道多为临时开辟，路况较差，木材前端很容易遇到障碍物，导致木材转运费时费力。

高位导向架绞车如图6 所示，绞车出绳位置较普通绞车提高1·5～2m，可达到2·3～2·8m。可将木材前端抬起后运输。避免木材前端遭遇障碍物，节省动力，同时提升转运效率。

图6 高位导向架绞车

4 结语

推土机为适应森林工况作业，需在常规推土机基础上，对推土机的防护进行设计，以防止恶劣作业工况对推土机和操作者造成伤害。同时，为提升作业效率，满足森林工况样性作业需求，需对推树器、铲刀、绞车等工作装置进行特殊设计。

本文提出的推土机防护设计和工作装置设计，已在公司160 马力、220 马力、320 马力等多种型号推土机森林工况适应版的开发设计中应用。相关产品的应用表明，采用以上设计，可有效推土机森林工况适应性，提升推土机作业效率。