多功能集材机三角履带主参数确定

森工企业在拟定采集工艺时,必然要考虑生产效率、经济效益和生态问题.在新的作业条件下,需要开发新型集材装备,既能满足木材生产又能减少对林地环境的不利影响.三角履带是融合了轮胎与履带行走机构的优点而研发的新型行走机构,能适应各种恶劣的环境.本文对多功能集材机三角履带的主参数做分类概述,三角履带的主参数主要由集材机的相关参数和环境的相关数据共同决定.运用建模的方法对5种不同集材机主参数进行计算,通过实验获得诸如坡度、伐根高度等林区作业环境数据,运用统计方法进行数据处理,然后依据以上数据通过理论推导出5种不同多功能集材机三角履带的参考值.     

三角履带式集材机的设计与分析

通过对集材机行走系统的研究,设计了一台三角履带式集材机。介绍了集材机整机结构、三角履带结构,并分析计算了牵引力、功率。利用MATLAB对车辆稳定性进行分析,发现降低质心高度、减小质心偏移距离、增加轨距可提高车辆稳定性。计算得出其空载纵向上、下坡最大行驶坡度分别为38.4°、33.2°,满载时分别为37.6°、38.1°,横向匀速直线和匀速转弯最大行驶角度为26.4°、22.8°。利用Adams对坡度为25°时车辆上、下坡及横向直线行驶运动进行仿真,结果表明:车辆有良好的爬坡能力和行驶稳定性。该研究对集材机的发展有一定参考意义。     

轮式与三角履带式集材机的爬坡性能比较

我国东北林区经过多年采伐后,现森林资源主要分布在坡度15°以上地区,这对集材机的爬坡性能要求大幅增加.通过对集材机爬坡过程进行受力分析,得到集材机牵引力、最大爬坡度、爬坡速度和能耗的表达式.对三角履带式集材机ZLY-930E和轮式集材机ZLY-925D的参数进行爬坡度、爬坡速度和能耗的计算和分析,结果表明:在多种集材路面上,三角履带式集材机都能保证空载最大爬坡度达到20°以上,而爬坡速度较低,一般不超过19km/h.轮式集材机不能保证在不同集材路面上空载最大爬坡度都能达到15°以上,但最大爬坡速度都在20 km/h以上.在冬季坡度过大不允许集材机满载通过的路面上,为适当提高集材机爬坡度,三角履带式集材机集材质量可降至2000 kg,轮式集材机集材质量可降至1 400 kg.     

基于叶片光谱反射率的毛竹氮元素含量估测研究

【目的】以福建省顺昌县大干镇的毛竹为研究对象,研究毛竹叶片氮元素含量的最优估测模型,为毛竹生长状态分析与林地土壤肥力估测提供基础。【方法】通过对毛竹叶片原始光谱、一阶微分光谱及相关的植被指数与叶片氮元素含量进行相关性分析来筛选氮元素敏感特征参数,并构建了多元线性回归模型、随机森林模型以及支持向量机模型,利用决定系数最优原则筛选3个模型中的最优模型并进行精度验证。【结果】R387、DR663、NDVIg-b(R575、R440)、SIPI、PRI和PPR 6个参数与毛竹叶片氮含量具有较为显著的相关性,基于这6个敏感参数所构建的3种模型中,多元线性回归模型与随机森林模型拟合效果较差,精度验证结果R2分别为0.4355、0.4371,惩罚因子C和核参数Sigma分别设为3和0.1的支持向量机模型估测结果最好,其实测值与预测值拟合决定系数为0.8031,总体精度为94.02%。【结论】基于R387、DR663、NDVIg-b(R575、R440)、SIPI、PRI和PPR 6个叶片光谱参数所构建的支持向量机模型能够较为准确地估测毛竹叶片氮元素含量。     

基于有限元分析的椅类家具稳定性研究

【目的】该文撰写的主要目的是为引起读者对椅类家具稳定性的重视,从设计阶段提升椅类稳定性。【方法】以弓形椅为例,运用建模法、有限元分析法以及试验验证法分析评估稳定性。【结果】分析评估的结果为弓形椅稳定性不合格,结合理论分析,提出了优化设计方案,有限元分析结果显示该优化方案稳定性显著提升,将优化后的设计方案制作样品并进行试验,试验结果再次验证了稳定性显著提升。【结论】基于两次有限元分析和试验验证得出运用有限元分析提升椅类稳定性是可行的结论。     

与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数选择

【目的】选择与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数,为进一步优化城市森林结构、改善城市森林热环境提供参考。【方法】以与城市森林降温效应相关度较高的一维度冠层结构指标(包括叶面积指数、平均叶倾角、冠层厚度、枝下高、冠高比和冠层通透度)为基础,从林内外空气流动和能量交换的角度,构建多维度城市森林冠层结构指数,通过相关分析筛选对小气候舒适度解释度较高的城市森林冠层结构指数。【结果】一维度冠层结构指标与林内舒适度(S)、舒适度相对变化(Sd)呈弱度相关关系,对S的解释力为0～30. 5%,对Sd的解释力为0～53. 5%;多维度冠层结构指数对S和Sd的解释程度明显提升,对S的解释力为0～37. 5%,对Sd的解释力为30. 9%～55. 1%;热垂直扩散结构指数和热水平扩散结构指数的协同作用对S的解释程度相对较高(43. 5%);垂直冠层指数和树冠垂直均匀指数的协同作用对Sd的解释程度最高(63. 9%)。【结论】城市森林舒适度和舒适度相对变化受多个冠层结构指标和指数共同影响,所构建的多维度冠层结构指数(包括热垂直扩散结构指数、热水平扩散结构指数、综合热扩散结构指数、垂直冠层指数、树冠均匀指数、树冠垂直均匀指数和冠层综合指数)与林内小气候舒适度及其相对变化相关性较高。     

山西省林火驱动因子及分布格局研究

【目的】研究山西省的林火驱动因子和火险分布格局,可为山西省森林防火工作提供参考。【方法】使用2010—2017年卫星监测热点数据,基于逻辑斯蒂模型和随机森林模型分析气象、地形、植被和人类活动对山西省林火发生的影响,选取山西省主要林火驱动因子,建立林火发生概率模型,并基于最优模型结果绘制山西省森林火险等级区划图,分析山西省森林火险分布格局。【结果】逻辑斯蒂模型选取的山西省主要林火驱动因子有日平均相对湿度、日照时数、日平均气温、日平均风速、海拔、坡度、距道路距离、距居民区距离;随机森林模型选取的山西省主要林火驱动因子有日平均地表气温、日平均气压、日平均相对湿度、日照时数、日平均气温、日平均风速、季度NDVI和GDP;逻辑斯蒂模型的预测准确率在84.31%～86.33%之间,随机森林模型的预测准确率在88.98%～94.37%之间。【结论】山西省主要林火驱动因子为气象因子;随机森林模型比逻辑斯蒂模型更适用于山西省林火发生概率的预测;山西省森林火险分布有明显的季节和地域差异,春季的高火险区明显多于其它季节,东部的高火险区多于西部,阳泉市、长治市、晋城市、忻州市东部、晋中市北部、吕梁市东南部和太原市中部是山西省主要高火险区。     

气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的磨削力与表面粗糙度

【目的】探究气鼓轮砂带砂光参数对磨削力的影响以及磨削力与砂光表面粗糙度的关系,为更好控制气鼓轮砂带砂光木(板)材的表面粗糙度提供理论参考。【方法】开展气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的单因素试验,运用流体腔理论建立气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型,基于有限元模型和单因素试验,探究气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差对磨削力和砂光表面粗糙度的影响,并分析磨削力与砂光表面粗糙度的关系。【结果】随着气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差增加,试件总磨削力增大,但其引起总磨削力增大的原因不同;试件接触中心节点法向应力大小主要与气鼓轮气压有关;对应同一试件的中间区域(6～59 mm),气鼓轮气压组和进给量组试件的局部磨削力近似相等,轴平行度误差组试件的局部磨削力与位置近似线性相关;气鼓轮气压对试件磨削力和表面粗糙度影响较小,进给量可较明显改善试件表面粗糙度;试件表面粗糙度与局部磨削力的线性拟合相关系数R²为0.975,与总磨削力的线性拟合相关系数R²为0.871,表面粗糙度与局部磨削力的线性相关性更好。【结论】气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型可...     

机用虎钳的快速夹紧装置设计

分析了传统机用虎钳装夹费时费力、效率低的缺点,并有针对性地设计了一种快速夹紧装置。阐述了该装置的结构和工作原理,并对其中的关键零件夹紧圆杆和弹性夹套进行了优化设计,取得了良好的效果。     

微型履带拖拉机越障性能分析

通过对微型履带拖拉机在攀爬斜坡、跨越沟道、翻越台阶等典型障碍过程中越障性能的分析,推导出微型履带拖拉机越障性能与车体相关参数之间的内在联系,并通过理论分析和Matlab仿真,得出拖拉机相关结构与位姿参数对最佳越障性能的影响;通过对履带架的有限元分析确定其能否满足使用要求,并得出提高其承载可靠性的方法,从而提高了微型履带拖拉机在山地、丘陵等复杂环境下的越障性能和行走安全性。     

林隙主被动遥感协同自动识别

【目的】研究林隙主被动遥感协同自动识别方法,为进一步量化林隙特征提供技术支持。【方法】以真彩色航空正射影像(0.2 m)和机载Li DAR(3.7点·m-2)为主被动遥感数据源,选取东北典型天然次生林——帽儿山实验林场东林施业区为研究区进行面向对象林隙识别。在面向对象分类过程中,通过对比3种分割方案(航空影像分割、Li DAR数据分割、航空影像Li DAR协同分割)、10种尺度(10~100,步长为10)确定最优分割方案及尺度参数。在最优分割结果基础上应用航空影像的光谱特征、Li DAR数据提取的高度特征及共同特征,应用支持向量机分类器(SVM)进行林隙识别。【结果】3种分割方案的最优尺度均为20;所有尺度均是基于Li DAR数据分割ED3modified(0.52±0.11)低于基于航空影像分割(0.58±0.07)与航空影像Li DAR协同数据分割(0.58±0.07)。在Li DAR数据最优尺度(20)下,采用光谱和高度共同特征的主被动识别与单独采用光谱特征的主动识别及单独使用高度特征的被动识别相比,分类精度分别提高36.71%和8.17%。【结论】3种分割方案中,基于Li DAR数据分割结果最好;使用主被动遥感协同自动识别进行林隙分类时精度最高(OA=87.73%,Kappa=0.81)。     

基于灰狼算法SVM的NIR杉木密度预测

【目的】提出一种基于灰狼算法支持向量机(GWO-SVM)的木材密度预测模型,利用近红外光谱(NIR)对杉木密度进行预测,为杉木性质定量分析提供理论依据。【方法】将109个杉木样品光谱数据和样品密度数据进行归一化,选取88个样品作为训练集、21个样品作为测试集,对2 151维光谱数据提取主成分,以主成分作为输入变量,以杉木样本密度作为输出变量,建立杉木密度多元线性回归(MLR)模型、SVM模型和GWO-SVM模型,采用决定系数(R~2)、均方误差(MSE)和平均绝对百分误差(MAPE)对3种模型的预测结果进行比较分析。【结果】对光谱数据进行主成分分析并选择5个主成分,其累积贡献率达98.7%。MLR模型的R~2为0.771 4,MSE为0.000 282 1,MAPE为3.009 23%; SVM模型的R~2为0.923 8,MSE为0.000 233 1,MAPE为2.794 50%;灰狼算法对SVM进行参数寻优,获得的最优参数分别为C=18.366 6、σ=0.043 3,GWO-SVM模型的R~2为0.919 2,MSE为0.000 183 4,MAPE为2.496 37%。3种模型的平均绝对百分误差均在可接受范围内,且GWO-SVM模型的平均绝对百分误差最小,预测效果最好。【结论】从预测精度分析,GWO-SVM模型明显优于MLR模型和SVM模型;从模型决定系数分析,GWO-SVM模型和SVM模型均优于MLR模型。灰狼算法优化支持向量机结合近红外光谱对杉木密度进行预测分析合理、高效。     

基于3-PG模型的长白落叶松生物量生长预测

【目的】基于3-PG模型预测长白落叶松生物量生长变化,为长白落叶松林分生长规律研究提供依据。【方法】以5块长白落叶松密度试验林连续28年监测数据和24块长白落叶松固定样地3期调查数据为基础,结合各组分(叶、干和根)生物量计算公式,获得每块样地不同调查时间的密度、胸径、蓄积和各组分生物量。根据密度试验林数据校正模型生理参数,结合立地参数和气象参数,通过参数率定、迭代拟合与敏感性分析方法确定长白落叶松3-PG模型的生理参数。采用决定系数(R~2)、平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)评价模型预测能力。选取冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)进行敏感性分析,并预测肥力等级(FR)为0.2、0.4和0.6时长白落叶松生物量生长变化趋势。【结果】1) 3-PG模型预测值与实测值之间R~2在0.77以上;除叶干生物量比为25.6%外,其他各指标的MRE绝对值均在10.97%以内,预测结果较可靠; 2) alpha和pRn具有较高敏感性,是模型的关键参数; 3)模型预测不同FR下的长白落叶松生物量变化符合树木生长机理过程,且各组分生物量随FR增加而增加。【结论】基于地面数据的参数率定后,3-PG模型能够很好模拟长白落叶松生物量生长变化,可作为一种有效的森林经营预测工具。对于长白落叶松3-PG模型,冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)是影响预测结果的关键参数。     

利用经验-过程混合建模方法优化华山松过程模型的参数

【目的】以基于碳平衡的过程模型CROBAS为例,提出一种结合经验模型与过程模型的混合建模方法,优化华山松过程模型CROBAS-PA的参数,探索在建模数据不足情况下预估复杂过程模型参数的有效途径。【方法】参数优化模型的目标函数设为过程模型CROBAS-PA与经验模型QUASSI 1.0在树高和生物量预测上的离差,优化模型的决策变量选取过程模型中10个随气候和树种调整的参数(树冠树叶分形维数、消光系数、比叶面积、最大光合速率、树叶衰老率、叶表面积密度、自然整枝参数、树枝边材率、树干边材衰老率和树枝边材衰老率),约束条件为过程模型参数的可行域。选用差分演化算法,采用Sobol一阶灵敏度和全局灵敏度系数进行参数敏感性分析与评估,利用平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)和平均相对误差(MRE)进行模型检验。【结果】经参数优化后的华山松过程模型CROBAS-PA的有效预测时间可达20年,树高和胸径预测值平均绝对误差分别小于1.03 m和1.19 cm,平均相对误差分别低于5.59%和2.59%。灵敏度分析显示,最大光合速率、比叶面积、消光系数、树冠树叶分形维数对树高和胸径的生长变化有明显影响,而叶表面积密度对胸径和树高的生长变化影响较小。【结论】经参数优化后的华山松过程模型CROBAS-PA可以较准确预测华山松的树高和胸径生长以及林木各器官中的碳分配,基于经验-过程混合建模方法在复杂过程模型参数预估中具有一定应用潜力。     

基于人工蜂群算法优化SVM的NIR杉木弹性模量预测

【目的】利用近红外光谱分析技术,提出一种基于人工蜂群算法优化支持向量机(ABC-SVM)的木材弹性模量预测模型,为木材弹性模量无损预测提供科学参考。【方法】以294个杉木样本为试验材料,采用常规力学方法测量样本弹性模量,采集样本近红外漫反射光谱,选择350～2 500 nm光谱段,对原始数据进行15步指数平滑和一阶导数预处理,并利用主成分分析降维处理后的数据,建立偏最小二乘回归(PLS)模型、支持向量机回归(SVR)模型和人工蜂群算法优化支持向量机(ABC-SVM)模型预测杉木弹性模量,采用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和平均绝对误差(MAE)对所建模型进行对比分析。【结果】PLS模型的R2为0.726 700、RMSE为6.744 9、MAPE为0.063 5、MAE为5.065 6; SVR模型的R2为0.935 305、RMSE为3.528 1、MAPE为0.023 7、MAE为1.840 9;将人工蜂群算法用于SVM参数寻优,获得的最优参数c=5.670 51、g=0.031 25,ABC-SVM模型的R2为0.935 371、RMSE为3.526 0、MAPE为0.023 7、MAE为1.840 0。3种模型均可对杉木弹性模量进行有效预测。【结论】1)根据决定系数(R2),SVR和ABC-SVM模型的预测性能优于PLS模型,ABC-SVM模型的预测性能最佳; 2)根据均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和平均绝对误差(MAE),3种模型的MAPE均在可接受范围内,ABC-SVM模型关于误差的各项指标均最小,基于ABC-SVM模型预测杉木弹性模量高效、科学。     

基于高频热压成型的竹集成材制备及力学性能评价

【目的】探索竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度对高频热压成型竹集成材力学性能的影响,并优化高频热压加工工艺获得力学性能较优的竹集成材,为竹集成材高频热压成型提供技术参考。【方法】设计正交试验,采用高频热压加工工艺,以酚醛树脂(PF)为胶黏剂,研究竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度4个参数变量对高频热压成型竹集成材抗弯强度和剪切强度的影响,建立抗弯强度和剪切强度数学模型,分析力学性能最优解。【结果】极差分析表明,热压参数对抗弯强度的影响顺序为热压压力、竹材含水率、热压温度和施胶量,对剪切强度的影响顺序为施胶量、竹材含水率、热压压力和热压温度;主效应分析表明,4级竹材含水率、1级热压压力、1级施胶量和3级热压温度为最佳抗弯强度的热压参数,1级竹材含水率、1级热压压力、2级施胶量和3级热压温度为最佳剪切强度的热压参数;交互分析表明,各热压参数间存在交互作用;方差分析表明,热压压力是影响竹集成材抗弯强度的最重要因素,施胶量是影响竹集成材剪切强度的最重要因素;数学模型分析得出,竹材含水率15%、热压压力2.0 MPa、施胶量260 g·m-~(-2)、热压温度130℃为抗弯强度最优解(168.51 MPa);竹材含水率10.2%、热压压力2.0 MPa、施胶量240 g·m~(-2)、热压温度130℃为剪切强度最优解(263.26 MPa)。【结论】竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度4个参数变量对高频热压成型竹集成材力学性能均有影响,提出的热压参数对竹集成材抗弯强度和剪切强度影响的数学模型,可有效反映热压参数与竹集成材力学性能间的关系,优化高频热压加工工艺生产的竹集成材,其力学性能满足相关标准和使用要求。     

无卷筒离合器的轻型绞盘机设计

为适应我国山地丘陵多、坡度陡和绞盘机作业强度大、维护不便等特点,提升绞盘机的操作性和转运能力,设计了一种无卷筒离合器的轻型绞盘机,阐述了绞盘机总体布置方案和工作原理,设计了采用齿轮传动的新型选筒机构,取代传统绞盘机的卷筒离合器,传动可靠,制造工艺简单,对选筒机构的花键轴和齿轮进行了强度校核,并对绞盘机传动系统的主要零部件进行了选型与设计,利用Matlab对绞盘机卷筒进行了轻量化优化设计,利用Solidworks进行了卷筒三维建模和有限元分析。结果表明,优化后的卷筒强度满足要求。该绞盘机采用新型的选筒机构,结构紧凑,安全可靠,整机轻量化程度高,便于运输,操作简便,可以有效提升绞盘机的工作效率。     

基于PLC的轮式采伐联合机轮毂跳动量检测系统设计

现有的轮毂跳动量检测装置只能检测轮式采伐联合机一种型号的轮毂,存在检测效率和检测精度低等问题,严重影响轮式采伐联合机的质量。在研究分析跳动量检测方法的基础上,提出以回转轴法设计基于可编程控制器(PLC)的轮毂跳动量检测系统。设计的轮毂跳动检测装置在Z轴和Y轴方向可以根据实际检测轮式采伐联合机的轮毂调整位移量,适用轮式采伐联合机不同型号的轮毂。由直线滑台机构、气动移动机构和杠杆检测机构组成的轮毂跳动检测机械结构,以轮毂跳动检测装置机械结构为载体,工件回转的检测方法为手段研究轮毂跳动检测装置检测系统,对软件系统进行模块化程序设计,传感器采集并分析测量的跳动量信号数据,触摸屏显示实时检测数据和检测结果,实现轮毂跳动的自动化检测,提高检测效率和检测精度。应用MATLAB对主轴回转偏心引起的误差进行仿真,分析表明,轮毂旋转主轴与轮毂中心不重合产生的中心距随着转角呈周期性变化,这种周期性变化与轮毂跳动相互叠加导致测量结果产生偏差。此外,还分析了主轴垂直度不高对跳动量的影响。最后对样机进行试验,结果表明:基于PLC的轮式采伐联合机的轮毂跳动检测装置检测节拍≤40s/工件,轮毂跳动量的算术平均值≤0.2 mm,性能稳定,达到预期设计效果。     

酒泉早酥红梨果实品质与土壤养分的多元分析及优化方案

【目的】探究酒泉早酥红梨园土壤养分对果实品质的影响,提出适宜生产优质早酥红梨的土壤养分优化方案,为实现早酥红梨的高质量发展提供理论依据。【方法】测定酒泉市肃州区和敦煌市早酥红梨的果实品质和土壤养分,采用描述性统计分析、相关分析和线性回归分析等方法,筛选出影响早酥红梨果实品质的主要土壤养分因子;通过建立果实品质与土壤养分关系的线性规划方程,求解获得早酥红梨果品最优时的土壤养分优化方案。【结果】酒泉早酥红梨园土壤特征为偏碱性,有机质、碱解氮含量偏低,有效磷、速效钾含量处于中等水平,交换性钙、交换性镁含量偏高,土壤肥力系数为1.18,土壤肥力等级为三级,属于一般;通过相关分析、回归分析筛选出影响早酥红梨果实品质的主要土壤养分因子为有机质、有效磷、速效钾,建立线性规划方程组求解得出早酥红梨品质达到最优时的土壤优化方案为：土壤有机质含量为21.44 g/kg、碱解氮43.96～44.46 mg/kg、有效磷30.86～55.99 mg/kg、速效钾105.67 mg/kg、交换性钙11.68～13.29 g/kg、交换性镁0.77～1.38 g/kg。【结论】在管理酒泉早酥红梨园时,根据实际情况...     

基于多角度卫星遥感的胡杨林结构参数获取

【目的】基于多角度卫星遥感(MISR)和无人机(UAV)摄影测量技术,采用简单几何光学模型(SGM)和广义简约梯度(GRG)优化方法,反演获取塔里木河下游胡杨林主要结构参数(树高、冠幅、林分密度和覆盖度)。【方法】以塔里木河下游典型河岸林为研究对象,基于野外调查、UAV倾斜摄影测量和MISR数据,构建训练集,采用SGM对场景反射进行分解模拟,获取Walthall背景反射模型参数,评价参数敏感性,建立参数回归方程,运用GRG优化算法反演得到测试集结构参数,利用无人机测量数据进行精度验证和评价。【结果】从UAV倾斜摄影测量数据中提取的树高、冠幅、林分密度数据与实测数据相比,UAV获取的树高、冠幅、林分密度与实测数据的R²分别为0.90、0.84、0.94,均方根误差(RMSE)分别为0.45 m、0.68 m、4.25株·hm^-2。SGM对训练集样地红光模拟反射值与卫星观测反射值的R²最大值为0.99、最小值为0.72、平均值为0.92;反演获取的训练样地树高和覆盖度与参考值相比,覆盖度R²达0.99,...