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摘 要：覆带式山地作业机在应用中表现出安全性差、不稳性、适应性薄弱等问题，影响林地作业效率。基于此，本文提出一种优化覆带式山地作业机及其自动调平系统的设计方案，并给出具体实现措施，为森林工程工作者开展林地作业提供安全可靠的车辆设备，推动森林工程的可持续发展。
关键词：覆带式山地作业机;调平系统;作业臂
前言
自动调平系统可自动调节车辆，确保其始终处于水平位置，该功能可有效解决覆带式山地作业机存在的问题，推动森林工程的自动化发展。但关于山地作业机的动态调平研究处于空白状态，导致山地作业车辆的性能偏低，应用效果不理想。可见，对自动调平系统在山地作业机中的应用设计具有现实意义。
1 覆带式山地作业机的设计与实现
本文结合国内外覆带式山地作业机的设计经验，参照山地作业要求，进行覆带式山地作业机的优化设计。本节主要介绍底盘、车架与整机等结构的设计流程与要点。
1.1底盘设计
在开展底盘设计前，根据覆带式山地作业机的应用不足，明确山地作业机的底盘设计要求：（1）具备自动调平功能，横坡的调平需达20°，纵坡的仰角调平需达20°，俯角调平需达10°;（2）最大爬坡能力可达30°。由于我国森林地区的山地丘陵以土路为主，且存在坑洼或缓坡，要求山地作业机的底盘性能满足如下要求：（1）通过液力机械进行传动;（2）山地作业机的最高行驶速度需达25km/h。基于上述要求，本文选择徐工XE18系列小型挖掘机的底盘为基础，进行覆带式山地作业机的底盘设计，保持性能参数不变，结合覆带式山地作业机的结构大小，调节硬件参数。同时，将覆带条数设定为两条，通过轮齿式啮合实现驱动，即使处于泥泞山地环境，覆带也不会出现打滑。
1.2车架设计
车架是指覆带式山地作业机各个器件运行的基础，本节将小型挖掘机的底盘车架为基础，选择X型车架形式，但由于这类车架不能实现自动调平，需进行改装设计。本文选择自动调平系统中的“中心不动”调平策略，调节覆带式山地作业机的支腿油缸活塞杆，确保作业平台始终固定。细化来说，在覆带式山地作业机中，利用旋转铰及液压缸调节車架的横坡与纵坡找平参数，在上机架与下机架的右侧连接杆设置横坡旋转铰点;在行走架与下机架的右侧连接杆部位设置纵坡旋转铰点;在上机架与下机架的左侧设置横坡调平油缸;在行走架与下机架的左侧设置纵坡调平油缸。
1.3整机设计
在覆带式山地作业机的各项部件配置完成后，通过仿真模拟试验，分析其稳定性与安全性。在稳定性实验中，通过MOTION失效运动分析，明确整机的安全坡度角，在整机的不同旋转角度下，安全坡度角均符合标准要求，表明上述设计设备具备较高稳定性;安全性实验主要分析调平结构机架的安全性，通过ANSYS分析山地作业机机架的受力状况，实验结果表明，机架的盈利小于屈服强度，可保障安全运行[1]。
2 覆带式山地作业机自动调平系统的设计与实现
在覆带式山地作业机运行中，其自动调平系统的设计要求如下：（1）确保山地作业机在驻车或驾驶工况下均可自动调平;（2）确保自动调平系统的调平时间低于20s;（3）车辆驾驶人员可实时获取作业平台的角度参数;（4）当山地作业机处于危险状态时，自动调平系统可自动报警。基于上述要求，本文开展如下硬件与软件设计。
第一，硬件设计。硬件设计是指自动调平系统的电路设计，包括以下几项：（1）倾角信息采集电路，用于采集设备倾角信息，应用电压型双轴倾角传感器，通过AD转换电路实现倾角信息传输;（2）显示与报警电路，利用CPU进行倾角信息分析，结合分析结果进行显示与报警处理，显示硬件选择数码管;（3）驱动控制电路，自动调平系统选择电磁阀进行作为驱动控制电路的核心，应用三极管控制继电驱动电路，可进行自动调节，也支持手动控制;（4）电源电路选用LM7805与LM7812元件。
第二，软件设计。自动调平系统的软件设计选用单片机C语言开发系统，程序内部含有不同控制模块，分别负责数据分析、报警、控制与防误操作等功能。以信息采集模块为例，其软件设计要点如下：在转换器中配置AD0809芯片，通过其“EOC”管脚进行模拟量信号转换结果的呈现，在“EOC”管脚出现高位电平时，表明模拟量信号转换结束，CPU可接收数字信号，为后续倾角分析提供条件，实现数据采集的有效传输，保障自动调平系统的可靠运行[2]。
结论
综上所述，目前的覆带式山地作业机不符合森林工程作业需求，需创新设计设备及其自动调平系统。通过本文的设计参考，设计人员需做好覆带式山地作业机的底盘、车架与整机设计，并做好自动调平系统的硬件与软件设计，提升森林工程作业的安全性与自动化。
参考文献
[1]陈志强，黄世顶，张德晖等.南方丘陵山地多功能林业作业机清杂部件设计[J].福建林业科技，2018，45（02）：40-43.
[2]王芳莉，鲍向东，李广华.适用于贵州丘陵山地作业精整地机改进设计研究[J].农业机械，2017（04）：89-91.
作者简介：
张晓虎（1998-），男，山西省吕梁市人，宁夏大学机械工程学院，研究方向：交通运输.
关键词：覆带式山地作业机;调平系统;作业臂
前言
自动调平系统可自动调节车辆，确保其始终处于水平位置，该功能可有效解决覆带式山地作业机存在的问题，推动森林工程的自动化发展。但关于山地作业机的动态调平研究处于空白状态，导致山地作业车辆的性能偏低，应用效果不理想。可见，对自动调平系统在山地作业机中的应用设计具有现实意义。
1 覆带式山地作业机的设计与实现
本文结合国内外覆带式山地作业机的设计经验，参照山地作业要求，进行覆带式山地作业机的优化设计。本节主要介绍底盘、车架与整机等结构的设计流程与要点。
1.1底盘设计
在开展底盘设计前，根据覆带式山地作业机的应用不足，明确山地作业机的底盘设计要求：（1）具备自动调平功能，横坡的调平需达20°，纵坡的仰角调平需达20°，俯角调平需达10°;（2）最大爬坡能力可达30°。由于我国森林地区的山地丘陵以土路为主，且存在坑洼或缓坡，要求山地作业机的底盘性能满足如下要求：（1）通过液力机械进行传动;（2）山地作业机的最高行驶速度需达25km/h。基于上述要求，本文选择徐工XE18系列小型挖掘机的底盘为基础，进行覆带式山地作业机的底盘设计，保持性能参数不变，结合覆带式山地作业机的结构大小，调节硬件参数。同时，将覆带条数设定为两条，通过轮齿式啮合实现驱动，即使处于泥泞山地环境，覆带也不会出现打滑。
1.2车架设计
车架是指覆带式山地作业机各个器件运行的基础，本节将小型挖掘机的底盘车架为基础，选择X型车架形式，但由于这类车架不能实现自动调平，需进行改装设计。本文选择自动调平系统中的“中心不动”调平策略，调节覆带式山地作业机的支腿油缸活塞杆，确保作业平台始终固定。细化来说，在覆带式山地作业机中，利用旋转铰及液压缸调节車架的横坡与纵坡找平参数，在上机架与下机架的右侧连接杆设置横坡旋转铰点;在行走架与下机架的右侧连接杆部位设置纵坡旋转铰点;在上机架与下机架的左侧设置横坡调平油缸;在行走架与下机架的左侧设置纵坡调平油缸。
1.3整机设计
在覆带式山地作业机的各项部件配置完成后，通过仿真模拟试验，分析其稳定性与安全性。在稳定性实验中，通过MOTION失效运动分析，明确整机的安全坡度角，在整机的不同旋转角度下，安全坡度角均符合标准要求，表明上述设计设备具备较高稳定性;安全性实验主要分析调平结构机架的安全性，通过ANSYS分析山地作业机机架的受力状况，实验结果表明，机架的盈利小于屈服强度，可保障安全运行[1]。
2 覆带式山地作业机自动调平系统的设计与实现
在覆带式山地作业机运行中，其自动调平系统的设计要求如下：（1）确保山地作业机在驻车或驾驶工况下均可自动调平;（2）确保自动调平系统的调平时间低于20s;（3）车辆驾驶人员可实时获取作业平台的角度参数;（4）当山地作业机处于危险状态时，自动调平系统可自动报警。基于上述要求，本文开展如下硬件与软件设计。
第一，硬件设计。硬件设计是指自动调平系统的电路设计，包括以下几项：（1）倾角信息采集电路，用于采集设备倾角信息，应用电压型双轴倾角传感器，通过AD转换电路实现倾角信息传输;（2）显示与报警电路，利用CPU进行倾角信息分析，结合分析结果进行显示与报警处理，显示硬件选择数码管;（3）驱动控制电路，自动调平系统选择电磁阀进行作为驱动控制电路的核心，应用三极管控制继电驱动电路，可进行自动调节，也支持手动控制;（4）电源电路选用LM7805与LM7812元件。
第二，软件设计。自动调平系统的软件设计选用单片机C语言开发系统，程序内部含有不同控制模块，分别负责数据分析、报警、控制与防误操作等功能。以信息采集模块为例，其软件设计要点如下：在转换器中配置AD0809芯片，通过其“EOC”管脚进行模拟量信号转换结果的呈现，在“EOC”管脚出现高位电平时，表明模拟量信号转换结束，CPU可接收数字信号，为后续倾角分析提供条件，实现数据采集的有效传输，保障自动调平系统的可靠运行[2]。
结论
综上所述，目前的覆带式山地作业机不符合森林工程作业需求，需创新设计设备及其自动调平系统。通过本文的设计参考，设计人员需做好覆带式山地作业机的底盘、车架与整机设计，并做好自动调平系统的硬件与软件设计，提升森林工程作业的安全性与自动化。
参考文献
[1]陈志强，黄世顶，张德晖等.南方丘陵山地多功能林业作业机清杂部件设计[J].福建林业科技，2018，45（02）：40-43.
[2]王芳莉，鲍向东，李广华.适用于贵州丘陵山地作业精整地机改进设计研究[J].农业机械，2017（04）：89-91.
作者简介：
张晓虎（1998-），男，山西省吕梁市人，宁夏大学机械工程学院，研究方向：交通运输.