山地林業(yè)軌道運輸機(jī)應(yīng)用進(jìn)展

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1國外研究、應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

國外山地運輸機(jī)械研究起步較早，自動化程度較高。早在19世紀(jì)末期，國外就嘗試進(jìn)行山地運輸設(shè)備的研究，到20世紀(jì)90年代，國外林果運輸機(jī)械進(jìn)入發(fā)展成熟期，以軌道運輸車為代表的山地運輸機(jī)械在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。1.1日韓研究、應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀日本與韓國在工業(yè)上均屬于發(fā)達(dá)國家，且地形特點相似，具體表現(xiàn)為山地多、坡度大。而日本的山地運輸機(jī)械研發(fā)與使用相對較早，經(jīng)濟(jì)水平與發(fā)展水平也高于韓國。1966年，日本一家名為Nikkari的企業(yè)研發(fā)出世界上第一臺用于陡坡的單軌運輸機(jī)“MonoRack”。日本媒體將這臺設(shè)備稱為“劃時代的運輸車”［2－3］。一般的運輸機(jī)械適用于平地，在山地上使用非常不便，而軌道運輸車不受地形影響，可以在地勢較陡的山坡使用，且對周圍自然資源破壞較少。該型軌道運輸車在軌道的底面裝有齒條，與齒條嚙合的驅(qū)動輪由軌道運輸車上的發(fā)動機(jī)通過皮帶及鏈輪傳動驅(qū)動，從而實現(xiàn)運輸機(jī)在軌道上行走［4］。日本后來大力發(fā)展多用途單軌運輸機(jī)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)運輸、噴藥、施肥等作業(yè)［5］。驅(qū)動形式升級為摩擦驅(qū)動，通過橡膠輪與軌道的摩擦力驅(qū)動單軌車運行。目前“MonoRack”系列單軌運輸車仍為世界一流水平，最大裝載為3000kg，最大運行坡度為45°。1994年韓國大鉉株式會社MCK機(jī)械有限公司研發(fā)出森林單軌運輸機(jī)，并因爬坡能力強(qiáng)，運行安全平穩(wěn)，載重量大、安裝標(biāo)點隨坡就勢、拆卸方便并保護(hù)生態(tài)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于果園、林業(yè)種子園、滑翔機(jī)訓(xùn)練場、大型公園、臨時運輸物資方面。1.2歐美研究、應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀美國林果運輸機(jī)械自動化發(fā)展水平較高，地形以平原為主，林場與果園采用大規(guī)模經(jīng)營模式。林果運輸常使用農(nóng)用搬運車或拖拉機(jī)掛車機(jī)組，設(shè)備體積較大，而用于山地運輸?shù)臋C(jī)械使用較少。歐洲國家軌道運輸技術(shù)主要來源于日本與韓國，以德國、意大利、奧地利為代表的歐洲國家，山地地形較多，林場與果園采用小規(guī)模的經(jīng)營管理模式［6］。軌道運輸機(jī)被廣泛用于葡萄園果實與物料運輸、公園旅游觀光人員運輸、山地管道維保、建設(shè)施工人員材料輸送等［7］。

2國內(nèi)研究、應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

2006年，黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所戰(zhàn)廷文等承擔(dān)了948項目“森林生態(tài)型單軌運輸設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)”，首次從韓國(株)大林MONRAIL會社引進(jìn)了森林多功能單軌運輸技術(shù)，2008年完成軌道安裝與調(diào)試。這臺設(shè)備主要用于運輸觀光旅客到山頂，運輸建筑材料及生態(tài)監(jiān)測人員、儀器進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測［8］。開啟了國內(nèi)單軌運輸機(jī)在林業(yè)上的應(yīng)用研究。劉濱凡、王立海二人對森林生態(tài)型單軌車軌道嚙合機(jī)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行了闡述［9］，之后他們通過理論力學(xué)的計算，驗證了單軌車設(shè)計方案中穩(wěn)定性設(shè)計［10］。李琪等對單軌運輸車支撐機(jī)構(gòu)的振動性能進(jìn)行分析，得出采用最大工作轉(zhuǎn)速4000r/min時，軌道滿足振動要求，不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象［11］。曹軍等對森林單軌運輸車故障狀態(tài)下的制動安全性進(jìn)行了分析并提出對策［12］。王秀波等對森林單軌運輸車的安裝與安全使用進(jìn)行了研究，闡述了森林多功能單軌運輸車的總體要求及各部件安裝要求及注意事項，同時做了載客、載貨的應(yīng)用試驗［13－14］。北京林業(yè)大學(xué)李文彬、王虓等研制出BSR-1型單軌車，并采用計算、實驗與仿真三種方法，對軌道的穩(wěn)定性與輕量化進(jìn)行研究［15］。高林等基于GPRS無線通訊技術(shù)，研究單軌運輸車的定位及測速方法，以便及時掌握單軌林果運輸車的位置與速度信息［16］。丁文、霍光青為提高林用單軌運輸系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性和安全性，提出對軌道嚙合機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的必要性，闡述了林用單軌運輸系統(tǒng)軌道嚙合機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本思路［17］。劉凱等基于人機(jī)工程學(xué)理論，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立人－物－車耦合模型仿真作業(yè)環(huán)境，對林果運輸系統(tǒng)中作業(yè)舒適性與安全性進(jìn)行研究，為單軌運輸車進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計及制定科學(xué)的運輸作業(yè)方案提供依據(jù)［18］。王君文等利用虛擬樣機(jī)軟件模擬單軌車運行，通過仿真數(shù)據(jù)的研究，驗證機(jī)構(gòu)及功能設(shè)計的合理性［19］。龍萍等提出采用液壓傳動的方式驅(qū)動單軌車，在單軌車的各節(jié)掛車上均安裝液壓馬達(dá)和驅(qū)動輪，這樣每節(jié)拖車上就有獨立的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，減小了軌道車在運行時驅(qū)動輪、齒條的受力。液壓系統(tǒng)具有自動調(diào)速功能，可使單軌車在下坡時產(chǎn)生與坡度相適應(yīng)的制動力，以防止單軌車速度過快，為單軌運輸車的研制提供一定參考［20］。福建省林業(yè)科學(xué)研究院與福建智辰智能農(nóng)業(yè)裝備有公司合作，共同研發(fā)了7YD-300型無人駕駛林果軌道運輸機(jī)，如圖1所示，該運輸機(jī)具有卓越的爬坡性能，而且能長時間在載重300kg時50°的坡地或載重500kg時30°的坡地條件下長期正常工作。其已在福建省永安市的竹山、福建平和縣柚子園、沙縣金楠種植專業(yè)合作社苗圃、重慶奉節(jié)的橘園等推廣應(yīng)用，如圖2所示。2018年，高銳、嚴(yán)積淼等負(fù)責(zé)起草了中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T3166－2019《林業(yè)機(jī)械以內(nèi)燃機(jī)為動力的山地單軌運輸機(jī)》，經(jīng)國家林業(yè)和草原局批準(zhǔn)，自2020年4月1日起實施。標(biāo)準(zhǔn)對以內(nèi)燃機(jī)為動力的山地林果單圖17YD-300型無人駕駛林果軌道運輸機(jī)1.限位裝置;2.拖車;3.軌道支承柱;4.支承座;5.制動手柄;6.限速器;7.牽引車;8.軌道圖2軌道運輸機(jī)應(yīng)用場景軌運輸機(jī)進(jìn)行定義，明確其使用范圍、型號編制方法、基本參數(shù)，詳細(xì)闡述了技術(shù)要求及試驗方法，明確了標(biāo)志、包裝、使用說明書、運輸和貯存等要求。

3林果運輸機(jī)研究應(yīng)用現(xiàn)存問題與對策

3.1存在的問題及其原因。我國在林果軌道運輸車的研究上雖已取得了一定的成果，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，運輸機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域較窄，載重量較小，仍有很大的發(fā)展空間。針對我國林果運輸機(jī)械研究與應(yīng)用現(xiàn)有的問題，列舉出以下幾點，希望能對林果運輸機(jī)的發(fā)展提供借鑒作用。3.1.1林果軌道運輸車設(shè)備價格過高，阻礙更大范圍推廣應(yīng)用市面上現(xiàn)有的林果軌道運輸機(jī)價格過高，一套設(shè)備要鋪設(shè)252m的軌道，包含安裝費共需7萬元左右，這對收入微薄的農(nóng)民來說，無疑是一筆巨款。雖然從長遠(yuǎn)看，使用軌道運輸機(jī)仍然能幫助農(nóng)民降低運輸費用與解決勞動力不足的難題，但在資金有限的情況下，一次性拿出如此多的錢購買設(shè)備，許多農(nóng)民就算有使用軌道運輸機(jī)的打算，看著過高的價格也只能望而卻步。所以，過高的價格會導(dǎo)致軌道運輸機(jī)只能在小部分、經(jīng)濟(jì)實力比較雄厚的農(nóng)戶手中使用，不能大范圍推廣。3.1.2沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不利于運輸機(jī)廠家技術(shù)交流與設(shè)備推廣國內(nèi)林果軌道運輸機(jī)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)少，部分廠家根據(jù)自己設(shè)備的情況編寫了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但不同企業(yè)編寫標(biāo)準(zhǔn)選擇的參數(shù)不同，不利于市場監(jiān)管和企業(yè)互相交流，消費者也不知道哪些參數(shù)才是需要關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)，容易被不同的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混淆。如果一些不合格的廠家以次充好就會擾亂整個市場，不利于林果軌道運輸機(jī)的推廣。3.1.3林業(yè)領(lǐng)域科研投入不足我國林業(yè)機(jī)械目前的發(fā)展程度不高，特別是林果軌道運輸機(jī)械只有在竹林、油茶林、經(jīng)濟(jì)林、苗圃中有應(yīng)用，且使用數(shù)量少、區(qū)域規(guī)模小，相比于糧、棉等大型機(jī)械，其發(fā)展程度較低。從事山地林果運輸機(jī)械研究的人員本就較少，再加上政府在林業(yè)機(jī)械研發(fā)經(jīng)費的投入滿足不了實際需要，導(dǎo)致林業(yè)運輸機(jī)械發(fā)展遠(yuǎn)滯后于其他產(chǎn)業(yè)，一定程度上阻礙其發(fā)展。3.2發(fā)展對策。3.2.1開展各細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域的深入研究，以滿足實際生產(chǎn)需要軌道運輸機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，正朝著各細(xì)分市場發(fā)展，有專門用于景區(qū)旅游觀光的載人機(jī)型，有專門用于運載貨物的高載重機(jī)型，還有用于噴灑農(nóng)藥以及肥料的多功能機(jī)型。不同機(jī)型的功能需要與實際結(jié)合，才能發(fā)揮最大效用，促進(jìn)設(shè)備向?qū)嵱谩⒑糜谩⒛陀玫姆较虬l(fā)展。不同裝載物對設(shè)備也有不同的要求，根據(jù)運載物來開發(fā)相關(guān)的配套設(shè)施，也是軌道運輸機(jī)今后發(fā)展的方向之一。3.2.2針對林業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的具體需求，進(jìn)行深入研究軌道運輸機(jī)在林業(yè)上還有許多應(yīng)用潛力，針對林業(yè)領(lǐng)域中林業(yè)生產(chǎn)(竹、油茶、香榧)、旅游觀光、森林旅游、自然保護(hù)區(qū)和森林管護(hù)監(jiān)督，進(jìn)行深入研究，以滿足實際生產(chǎn)需要。軌道運輸機(jī)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，除了在原有的試點使用之外，應(yīng)該充分總結(jié)經(jīng)驗，發(fā)掘軌道運輸機(jī)在林業(yè)領(lǐng)域使用的優(yōu)勢，結(jié)合這些優(yōu)勢在林業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行更大范圍的推廣。3.2.3結(jié)合農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼及政府其他專項補(bǔ)貼，減少林農(nóng)、果農(nóng)的負(fù)擔(dān)首先需要政府政策的引導(dǎo)，行業(yè)主管部門應(yīng)多制訂出臺林業(yè)機(jī)械相關(guān)優(yōu)惠政策，積極爭取稅費優(yōu)惠，推進(jìn)信貸、林業(yè)機(jī)械補(bǔ)貼等金融扶持措施。同時降低林業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的稅收，增加補(bǔ)助，減少企業(yè)負(fù)擔(dān)。這些措施能夠降低軌道運輸機(jī)的價格，只有運輸機(jī)的價格達(dá)到農(nóng)民能夠承擔(dān)的價位，才具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)。3.2.4制訂國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)運輸機(jī)廠家技術(shù)交流與設(shè)備推廣國家應(yīng)推動制定更多的林果軌道運輸機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范軌道運輸機(jī)市場，明確軌道運輸機(jī)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，制定軌道運輸機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這不僅有利于國家對軌道運輸機(jī)進(jìn)行管理，也利于推動整個行業(yè)進(jìn)步。3.2.5加強(qiáng)科研政策支持建立林業(yè)機(jī)械研究創(chuàng)新平臺與實驗室，加大研發(fā)資金投入，加快專業(yè)人才培養(yǎng)，提高研究人員的專業(yè)技術(shù)水平。加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)開設(shè)合作項目，提升企業(yè)研發(fā)能力。與國外企業(yè)進(jìn)行跨國合作，派人員出國考察與學(xué)習(xí)，引進(jìn)國外先進(jìn)適用的技術(shù)。

作者:高銳 張偉 呂亞鳳 陳志強(qiáng) 鄭凡宇 嚴(yán)積淼 單位:國家林業(yè)和草原局北京林業(yè)機(jī)械研究所