林用防火隔離開帶機(jī)的研發(fā)

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(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091； 2.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086； 3.國家林業(yè)局林業(yè)機(jī)電工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150086)

研究與設(shè)計(jì)

林用防火隔離開帶機(jī)的研發(fā)

吳曉峰1，2，3，李芝茹1，2，李全罡1，2，張北航1，2，曹曦明2，3，韓立志2

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091； 2.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086； 3.國家林業(yè)局林業(yè)機(jī)電工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150086)

設(shè)計(jì)了一款防火開帶機(jī)，該機(jī)圓盤刮土裝置的設(shè)計(jì)解決了圓盤凹面的粘土附著問題，兩條順梁的創(chuàng)新設(shè)計(jì)可相互抵消橫向作用力，使整機(jī)作業(yè)平穩(wěn)；滾動(dòng)式圓盤工作機(jī)構(gòu)和液壓緩沖器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使整機(jī)具有了較高的地面仿形性，越障能力強(qiáng)及適用性廣。

防火設(shè)備；圓盤裝置；液壓緩沖結(jié)構(gòu)；高地面仿形性

Abstract：A fire barrier belt making equipment is designed，the disk scraper device unique to the equipment solving the problem of clay being attached to the disk concave，the special design of two girders offsetting the lateral forces，thereby ensuring the stable operation of the whole equipment.The design of a rolling-type risk working mechanism and a hydraulic buffer structure allows the whole equipment to have higher terrain profiling performance，stronger obstacle-surmounting ability and wider applicability.

Keywords：firefighting prevention equipment；disk device；hydraulic buffer structure；high terrain profiling performance

火災(zāi)對于林區(qū)來說是毀滅性災(zāi)害，1987年5月6日至6月2日發(fā)生的大興安嶺森林大火，是該地區(qū)有史以來受到破壞最為嚴(yán)重的一次火災(zāi)，過火林地1.33×105hm2，焚毀木材8.5×105m3，直接損失達(dá)4.5億元人民幣，間接損失達(dá)80多億元人民幣[1-2]。大火過后漠河縣城和阿木爾、圖強(qiáng)、西林吉等幾個(gè)林業(yè)局的局址及數(shù)十個(gè)林場居民區(qū)蕩然無存，數(shù)百人葬身火海[3-4]。過去幾十年每當(dāng)發(fā)生森林火災(zāi)，由于缺乏先進(jìn)的技術(shù)手段，人們在火災(zāi)面前常常顯得無能為力，只能看著火災(zāi)肆虐發(fā)展。另外，我國周邊如蒙古、俄羅斯等陸地接壤國家的森林防火滅火手段也簡單落后，曾發(fā)生過多起境外火災(zāi)蔓延越過邊界進(jìn)入我國大興安嶺等林區(qū)的情況[5]。

近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和森林資源的變化，政府加大了對森林防火工作的支持力度，林區(qū)公路的網(wǎng)絡(luò)化也為大型防火滅火設(shè)備的運(yùn)行提供了方便。目前，林區(qū)大部分青壯年外出打工，僅靠有限的專業(yè)隊(duì)伍來完成森林防火工作更需要先進(jìn)的技術(shù)裝備。因此，研制有效滅火裝備，最大限度地保護(hù)森林資源意義重大。

1 國內(nèi)外防火設(shè)備研究現(xiàn)狀

各國地面森林防火機(jī)具的種類大同小異，主要包括用于森林消防的各種車輛和手動(dòng)撲火機(jī)具，由于采用的滅火方式不同，各種機(jī)具的裝配比例差別很大。如美國、加拿大的主要撲火裝備有各種型號(hào)的水泵、推土機(jī)、油鋸、手持工具等，主要用于開設(shè)隔離帶和清理火場；澳大利亞的撲火裝備主要有各種類型的輪式森林消防車和水泵、化學(xué)滅火藥劑等[6-7]；我國則以各類滅火機(jī)、水槍、手持工具為主，其他機(jī)具為輔。目前，在提高森林防火機(jī)具機(jī)械化和現(xiàn)代化水平的同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持“預(yù)防為主，積極消滅”的森林防火方針。

2 林用防火隔離開帶機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1作業(yè)條件及工作原理

林區(qū)或國境線多為山地或丘陵地帶，地表及地面下存在大量障礙物(石頭、伐根等)且分布無規(guī)律，在這樣的自然條件下使用機(jī)械設(shè)備開設(shè)防火隔離帶非常困難，這也是當(dāng)今世界各國公認(rèn)的難題。在設(shè)計(jì)研制防火開帶機(jī)時(shí)首先需要解決的是設(shè)備的地面仿形和越障問題，以保證設(shè)備在不同的地表和地面條件下都能順利通過并正常工作。防火開帶機(jī)如圖1所示，其工作原理如下。

圖1 防火開帶機(jī)

(1)兩條順梁各自連接在連接架上，靠緩沖器結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上下擺動(dòng)。

(2)滾動(dòng)工作的圓盤可直接從障礙物上方滾動(dòng)通過。

(3)當(dāng)較大的障礙物撞擊圓盤時(shí)，依靠其彈性結(jié)構(gòu)可使受撞擊的圓盤上下跳動(dòng)。

(4)當(dāng)圓盤接觸到過大的障礙物及犁體本身的彈性結(jié)構(gòu)不足以使圓盤越過障礙物時(shí)，液壓緩沖器的緩沖功能允許順梁向上擺動(dòng)，從而使裝在順梁端部的圓盤同時(shí)抬高，從而越過障礙物。

(5)當(dāng)?shù)孛嬗刑卮蟮恼系K物時(shí)，司機(jī)通過操縱液壓分配器手柄，使順梁上的液壓油缸拉動(dòng)裝有圓盤的順梁一端抬高，只要牽引機(jī)能行駛通過，連接在其后面的開帶機(jī)就能隨之通過。

2.2 動(dòng)力選配

防火開帶機(jī)能否順利工作主要取決于牽引機(jī)的性能。經(jīng)過反復(fù)比較，120馬力(88 kW)和165馬力(121 kW)履帶式推土機(jī)的牽引力、行駛穩(wěn)定性、爬坡能力、液壓系統(tǒng)、底盤離地高度、后橋殼與開帶機(jī)的可連接程度等各項(xiàng)指標(biāo)都比較適宜，再結(jié)合廣大林區(qū)此類推土機(jī)較為常見等多方面因素，可選擇這兩種類型的推土機(jī)作為防火開帶機(jī)的牽引機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)選擇哪種動(dòng)力履帶式推土機(jī)可根據(jù)具體的工作環(huán)境來確定。

2.3 地面仿形功能

過去大多使用農(nóng)用犁鏵設(shè)備來開設(shè)防火隔離帶，但犁式設(shè)備不具備地面仿形及越障功能，選擇滾動(dòng)式圓盤工作機(jī)構(gòu)可解決越障和仿形的難題，保證了本機(jī)工作裝置具備良好的地面仿形功能。

2.4 技術(shù)創(chuàng)新

通過對圓盤刮土裝置、液壓緩沖器及圓盤彈性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，解決了圓盤凹面粘土附著問題和地面仿形越障問題，保證了作業(yè)時(shí)整機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了設(shè)備的廣泛適用性。

(1)國內(nèi)外農(nóng)用圓盤式耕地設(shè)備的一個(gè)主要問題是圓盤凹面粘土，而防火用開帶機(jī)的圓盤直徑遠(yuǎn)大于農(nóng)業(yè)機(jī)械的圓盤直徑，在滾動(dòng)翻土?xí)r如凹面粘土將嚴(yán)重影響翻土效果，本次設(shè)計(jì)的圓盤刮土裝置如圖2所示，工作時(shí)刮土針與圓盤作相對運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)表明該圓盤刮土裝置刮土效果明顯。

(2)設(shè)計(jì)的液壓緩沖器和圓盤的彈性結(jié)構(gòu)解決了地面仿形和越障的問題，液壓緩沖器的儲(chǔ)油腔與提升順梁液壓油缸的油腔相通，當(dāng)液壓缸的活塞受到地面障礙物作用時(shí)使順梁抬高，產(chǎn)生的壓力推動(dòng)液壓油通過管路進(jìn)入緩沖器儲(chǔ)油腔，以推動(dòng)活塞向裝有回位彈簧的一端移動(dòng)，起到了緩沖作用。翻越過障礙物以后圓盤下落，使順梁上的油缸活塞回到正常位置，此時(shí)液壓緩沖器油腔壓力下降，緩沖器油腔里的彈簧推動(dòng)活塞回到原來位置，緩沖作用及圓盤的彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使?jié)L動(dòng)的圓盤始終具有越過障礙物的地面仿形功能。

圖2 圓盤刮土裝置

(3)本設(shè)計(jì)在一條順梁上一前一后且凹面相背安裝有兩個(gè)圓盤，圓盤切入土壤的切入點(diǎn)接近在一條直線上，而且每個(gè)圓盤相對地面的垂直線有一定的傾角，相對順梁有一定的偏角，這一結(jié)構(gòu)可以保證圓盤切入土壤后一直向前滾動(dòng)，被翻起的土壤產(chǎn)生橫向位移，從而實(shí)現(xiàn)翻土功能。由于裝在同一順梁上的兩個(gè)圓盤凹面相背布置，當(dāng)圓盤切入土壤時(shí)兩個(gè)圓盤受到的土壤阻力方向相反，互相抵消。這樣兩個(gè)順梁上安裝的四個(gè)圓盤橫向作用力互相抵消，整個(gè)開帶機(jī)在工作時(shí)不受橫向力作用，整機(jī)處于平穩(wěn)狀態(tài)。

3 結(jié)束語

為適應(yīng)當(dāng)前森林防火“預(yù)防為主，積極消滅”的指導(dǎo)方針，研發(fā)了林用防火隔離開帶機(jī)，其是當(dāng)前林區(qū)急需的林火阻隔設(shè)備。通過對圓盤刮土裝置、液壓緩沖器及圓盤彈性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，解決了圓盤凹面粘土附著和地面仿形越障問題，保證了作業(yè)時(shí)整機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了設(shè)備的廣泛適用性。

[1] 范維澄，黃東林，王清安，等.森林火災(zāi)的機(jī)理與對策[J].中國減災(zāi)，1991，1(2)：42-44.

[2] 高素華，葉一舫.大興安嶺火災(zāi)跡地的植被與溫度場[J].林業(yè)科學(xué)，1994，30(1)：74-78.

[3] 劉學(xué)禮.綠色森林之殤—大興安嶺火災(zāi)[J].生命與災(zāi)害，2010，17(10)：36-37.

[4] 李芝茹.基于灰色系統(tǒng)理論對大興安嶺白樺低質(zhì)林改造模式的評析[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2012.

[5] 田曉瑞，舒立福.我國境外火的火環(huán)境分析[J].森林防火，2005，22(3)：24-26.

[6] 李巖泉，寇曉軍，張明遠(yuǎn)，等.國外森林航空化學(xué)滅火技術(shù)的發(fā)展[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2015，43(9)：4-5.

[7] 顧香風(fēng)，李昂.國外滅火新技術(shù)設(shè)備簡述[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010，37(7)：12-14.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

DesignandDevelopmentofForestFireBarrierBeltMakingEquipment

WUXiao-feng1，2，3，LIZhi-ru1，2，LIQuan-gang1，2，ZHANGBei-hang1，2，CAOXi-ming2，3，HANLi-zhi2

(1.Forestry New Technology Research Institute，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China； 2.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China； 3.Key Lab of Forestry Electromechanical Engineering，State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China)

2017-08-18

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)“林業(yè)用防火隔離開帶機(jī)的研制”(CAFYBB2016SY031)

吳曉峰(1967-)，男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，學(xué)士，主要從事林業(yè)機(jī)械方面的研究，E-mail：286710269@qq.com 。

S776.29

A

2095-2953(2017)10-0011-02