山地林業軌道運輸機應用進展

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1國外研究、應用發展現狀

國外山地運輸機械研究起步較早，自動化程度較高。早在19世紀末期，國外就嘗試進行山地運輸設備的研究，到20世紀90年代，國外林果運輸機械進入發展成熟期，以軌道運輸車為代表的山地運輸機械在許多領域都有應用。1.1日韓研究、應用發展現狀日本與韓國在工業上均屬于發達國家，且地形特點相似，具體表現為山地多、坡度大。而日本的山地運輸機械研發與使用相對較早，經濟水平與發展水平也高于韓國。1966年，日本一家名為Nikkari的企業研發出世界上第一臺用于陡坡的單軌運輸機“MonoRack”。日本媒體將這臺設備稱為“劃時代的運輸車”［2－3］。一般的運輸機械適用于平地，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，與齒條嚙合的驅動輪由軌道運輸車上的發動機通過皮帶及鏈輪傳動驅動，從而實現運輸機在軌道上行走［4］。日本后來大力發展多用途單軌運輸機系統，可以實現運輸、噴藥、施肥等作業［5］。驅動形式升級為摩擦驅動，通過橡膠輪與軌道的摩擦力驅動單軌車運行。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機械有限公司研發出森林單軌運輸機，并因爬坡能力強，運行安全平穩，載重量大、安裝標點隨坡就勢、拆卸方便并保護生態環境，廣泛應用于果園、林業種子園、滑翔機訓練場、大型公園、臨時運輸物資方面。1.2歐美研究、應用發展現狀美國林果運輸機械自動化發展水平較高，地形以平原為主，林場與果園采用大規模經營模式。林果運輸常使用農用搬運車或拖拉機掛車機組，設備體積較大，而用于山地運輸的機械使用較少。歐洲國家軌道運輸技術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模的經營管理模式［6］。軌道運輸機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、建設施工人員材料輸送等［7］。

2國內研究、應用發展現狀

2006年，黑龍江省森林工程與環境研究所戰廷文等承擔了948項目“森林生態型單軌運輸設備及關鍵技術的引進”，首次從韓國(株)大林MONRAIL會社引進了森林多功能單軌運輸技術，2008年完成軌道安裝與調試。這臺設備主要用于運輸觀光旅客到山頂，運輸建筑材料及生態監測人員、儀器進行生態監測［8］。開啟了國內單軌運輸機在林業上的應用研究。劉濱凡、王立海二人對森林生態型單軌車軌道嚙合機構的設計進行了闡述［9］，之后他們通過理論力學的計算，驗證了單軌車設計方案中穩定性設計［10］。李琪等對單軌運輸車支撐機構的振動性能進行分析，得出采用最大工作轉速4000r/min時，軌道滿足振動要求，不會產生共振現象［11］。曹軍等對森林單軌運輸車故障狀態下的制動安全性進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、載貨的應用試驗［13－14］。北京林業大學李文彬、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，對軌道的穩定性與輕量化進行研究［15］。高林等基于GPRS無線通訊技術，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運行的平穩性和安全性，提出對軌道嚙合機構進行優化設計的必要性，闡述了林用單軌運輸系統軌道嚙合機構優化設計的基本思路［17］。劉凱等基于人機工程學理論，利用虛擬樣機技術建立人－物－車耦合模型仿真作業環境，對林果運輸系統中作業舒適性與安全性進行研究，為單軌運輸車進一步優化設計及制定科學的運輸作業方案提供依據［18］。王君文等利用虛擬樣機軟件模擬單軌車運行，通過仿真數據的研究，驗證機構及功能設計的合理性［19］。龍萍等提出采用液壓傳動的方式驅動單軌車，在單軌車的各節掛車上均安裝液壓馬達和驅動輪，這樣每節拖車上就有獨立的驅動機構，減小了軌道車在運行時驅動輪、齒條的受力。液壓系統具有自動調速功能，可使單軌車在下坡時產生與坡度相適應的制動力，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］。福建省林業科學研究院與福建智辰智能農業裝備有公司合作，共同研發了7YD-300型無人駕駛林果軌道運輸機，如圖1所示，該運輸機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、沙縣金楠種植專業合作社苗圃、重慶奉節的橘園等推廣應用，如圖2所示。2018年，高銳、嚴積淼等負責起草了中華人民共和國林業行業標準LY/T3166－2019《林業機械以內燃機為動力的山地單軌運輸機》，經國家林業和草原局批準，自2020年4月1日起實施。標準對以內燃機為動力的山地林果單圖17YD-300型無人駕駛林果軌道運輸機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軌道運輸機應用場景軌運輸機進行定義，明確其使用范圍、型號編制方法、基本參數，詳細闡述了技術要求及試驗方法，明確了標志、包裝、使用說明書、運輸和貯存等要求。

3林果運輸機研究應用現存問題與對策

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，但與工業發達國家相比，運輸機應用領域較窄，載重量較小，仍有很大的發展空間。針對我國林果運輸機械研究與應用現有的問題，列舉出以下幾點，希望能對林果運輸機的發展提供借鑒作用。3.1.1林果軌道運輸車設備價格過高，阻礙更大范圍推廣應用市面上現有的林果軌道運輸機價格過高，一套設備要鋪設252m的軌道，包含安裝費共需7萬元左右，這對收入微薄的農民來說，無疑是一筆巨款。雖然從長遠看，使用軌道運輸機仍然能幫助農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備，許多農民就算有使用軌道運輸機的打算，看著過高的價格也只能望而卻步。所以，過高的價格會導致軌道運輸機只能在小部分、經濟實力比較雄厚的農戶手中使用，不能大范圍推廣。3.1.2沒有統一的技術標準，不利于運輸機廠家技術交流與設備推廣國內林果軌道運輸機行業技術標準少，部分廠家根據自己設備的情況編寫了企業標準，但不同企業編寫標準選擇的參數不同，不利于市場監管和企業互相交流，消費者也不知道哪些參數才是需要關注的關鍵指標，容易被不同的企業標準混淆。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的推廣。3.1.3林業領域科研投入不足我國林業機械目前的發展程度不高，特別是林果軌道運輸機械只有在竹林、油茶林、經濟林、苗圃中有應用，且使用數量少、區域規模小，相比于糧、棉等大型機械，其發展程度較低。從事山地林果運輸機械研究的人員本就較少，再加上政府在林業機械研發經費的投入滿足不了實際需要，導致林業運輸機械發展遠滯后于其他產業，一定程度上阻礙其發展。3.2發展對策。3.2.1開展各細分應用領域的深入研究，以滿足實際生產需要軌道運輸機發展到現在，正朝著各細分市場發展，有專門用于景區旅游觀光的載人機型，有專門用于運載貨物的高載重機型，還有用于噴灑農藥以及肥料的多功能機型。不同機型的功能需要與實際結合，才能發揮最大效用，促進設備向實用、好用、耐用的方向發展。不同裝載物對設備也有不同的要求，根據運載物來開發相關的配套設施，也是軌道運輸機今后發展的方向之一。3.2.2針對林業生產領域的具體需求，進行深入研究軌道運輸機在林業上還有許多應用潛力，針對林業領域中林業生產(竹、油茶、香榧)、旅游觀光、森林旅游、自然保護區和森林管護監督，進行深入研究，以滿足實際生產需要。軌道運輸機在林業領域的應用，除了在原有的試點使用之外，應該充分總結經驗，發掘軌道運輸機在林業領域使用的優勢，結合這些優勢在林業領域進行更大范圍的推廣。3.2.3結合農機補貼及政府其他專項補貼，減少林農、果農的負擔首先需要政府政策的引導，行業主管部門應多制訂出臺林業機械相關優惠政策，積極爭取稅費優惠，推進信貸、林業機械補貼等金融扶持措施。同時降低林業機械生產企業的稅收，增加補助，減少企業負擔。這些措施能夠降低軌道運輸機的價格，只有運輸機的價格達到農民能夠承擔的價位，才具備大規模推廣的基礎。3.2.4制訂國家林業行業標準，促進運輸機廠家技術交流與設備推廣國家應推動制定更多的林果軌道運輸機行業標準，規范軌道運輸機市場，明確軌道運輸機的準入標準，制定軌道運輸機行業標準，這不僅有利于國家對軌道運輸機進行管理，也利于推動整個行業進步。3.2.5加強科研政策支持建立林業機械研究創新平臺與實驗室，加大研發資金投入，加快專業人才培養，提高研究人員的專業技術水平。加強產學研合作，促進企業與科研機構、大學開設合作項目，提升企業研發能力。與國外企業進行跨國合作，派人員出國考察與學習，引進國外先進適用的技術。

作者:高銳 張偉 呂亞鳳 陳志強 鄭凡宇 嚴積淼 單位:國家林業和草原局北京林業機械研究所