绞盘机结构优化设计

JS1-0.4A型便携式绞盘机存在的主要问题

JS1-0.4A型便携式绞盘机的结构如图1所示，主要由主机部件、卷筒部件、减速器部件和机架部件等组成。

根据对应用结果的调查分析，JS1-0.4A型便携式绞盘机存在的主要问题和不足体现在：

1）成本比较高；

2）动力和减速器连接通过一块类似油锯导板的撑板支撑，撑板强度不足，长时间使用撑板容易变形；

3）摆线针轮减速器制造工艺较复杂，成本较高；

4）卷筒离合器安装在卷筒中间，加工和安装工艺都较复杂；

5）人工携带时，提握用力不平衡，长距离携带时工人较容易疲劳。

JS1-0.4B型便携式绞盘机

针对JS1-0.4A型绞盘机存在的不足，对其结构进行了进一步的优化设计，形成新的便携式绞盘机JS1-0.4B。该机由皮带轮组、减速器、机架、导索架、卷筒、轴端离合器、主机固定螺栓、主机、固定环等部件组成，如图2所示。

JS1-0.4B型绞盘机的工作原理与JS1-0.4A型绞盘机的工作原理基本相同，即由油锯提供动力，经1级皮带轮减速和2级斜齿轮减速，带动卷筒及缠绕在其上的钢丝绳，实现牵引物料（拖集木材）的功能。

JS1-0.4B型便携式绞盘机结构的优化设计

1、减速装置优化

减速装置是便携式绞盘机的主要组成部分，其设计合理与否对整机的使用性能和成本都有很大影响，应该综合考虑设备使用要求及其经济性进行选择。两种绞盘机的减速装置组成相似，都是由皮带轮组和减速器组成。

JS1-0.4A型绞盘机采用摆线针轮减速器，性能虽然符合要求，但其质量较大、成本较高。经过反复比较，JS1-0.4B型绞盘机采用市场上使用较广的2级斜齿轮减速器，其外壳采用铸铝，具有重量轻、体积小、运行平稳、噪声小等优点，同时工艺简单、精度易于保证、成本低廉。两种绞盘机因采用的减速装置结构不同，其重量和成本均有明显差异。JS1-0.4B型绞盘机的减速装置重量和成本分别比JS1-0.4A型绞盘机降低36%和68%。

与JS1-0.4A型比较，JS1-0.4B型采用2级斜齿轮减速器，减速比更大（i2=57.6），因此皮带轮组减速比可以大大降低（i1=2），可减小大皮带轮直径，减轻皮带轮组重量。经皮带轮组和2级减速器减速（总减速比 i=115.2）降为适应小集中工艺的卷筒转速。当发动机转速为6000 r/min时，卷筒转速为52.1 r/min。经计算，卷筒中层绳速为0.40 m/s，相应牵引力为57.01×10³N，钢索速度与人员随拖集木跟进的速度相适应。南方林区的择伐和抚育间伐木材材积一般为0.1~0.3 m³/株，改进后的绞盘机卷筒牵引力完全能满足木材小集中作业的要求，同时适应南方林区复杂地形的使用要求。

2、离合器优化

离合器是绞盘机主要操纵部件，由于卷筒转速较慢、转矩大，所以选择牙嵌式离合器。但JS1-0.4A绞盘机卷筒离合器由于设计在卷筒里面，而卷筒内部空间狭小，不仅制造、安装离合器不方便，工艺复杂、制作成本较高，而且开合离合器的手柄结构较复杂、强度较低、安装困难。为了克服JS1-0.4A绞盘机卷筒离合器设计的不足，JS1-0.4B绞盘机卷筒离合器设计为轴端离合器。离合器安装在传动轴的轴端，被动离合器与卷筒固定连接，主动离合器一端穿过被动离合器中间孔与减速器输出轴花键滑动连接，工作时离合器手柄往里压，主被动离合器结合，动力通过减速器输出轴、离合器传递到卷筒。当离合器手柄往外压时，主被动离合器分离，传动链断开。这种离合器结构、制造工艺简单，安装方便，同时由于轴端空间充分，离合手柄安装自由，可以制成结构简单、制造方便的形状，从而既能保证工作可靠，又可有效降低制造成本。

3、传动带的调整与底盘的置换优化

带传动张紧度是影响带传动效率的重要因素。JS1-0.4A绞盘机传动带松紧度虽可以通过撑板长度调整，调节方便，但发动机和卷筒部件亦靠这个撑板连接，在工作时连接皮带轮组产生的拉力就完全作用在撑板上，而撑板是一个薄壁的悬臂梁结构，在拉力作用下容易变形，从而使动力和卷筒组件相对位置变化，两皮带轮将产生不共面现象，影响皮带传动的效率和使用寿命。JS1-0.4B绞盘机，利用油锯动力的原有握把手柄的固定螺钉孔，用高强度螺钉固定在机架上，固定结构与油锯动力原有把手机构结合，稳定可靠。当JS1-0.4B型便携式绞盘机工作时，由于牵引钢丝绳对卷筒所产生的拉力与皮带作用在卷筒上的拉力方向相反，从而一定程度上可防止皮带变松，故皮带松紧度并不需要经常调整。因此JS1-0.4B绞盘机的皮带松紧程度设计成卷筒部件与机架螺栓固定，机架上铣出长方孔与螺栓配合，使卷筒部件可沿着机架纵向调节，调节好皮带松紧后锁紧螺栓，经实际应用证明该方案可行，优点明显。

4、导索架优化

JS1-0.4B导索架设计，按照人机工程学的原理设计成倒U型，在搬运移动时可与油锯手柄配合形成双把手结构，单边手提重降低1倍。根据人体活动的耐力特征，人体用力大小与持续时间之间存在一种非线性的反比关系，因此这种设计有效降低设备使用者的搬运疲劳强度，延长工人的持续搬运时间。同时将导索架杆加大至卷筒壁内侧5mm，钢丝绳可在卷筒全长范围内均匀分布，避免出现JS1-0.4A型绞盘机钢丝绳容易缠绕成腰鼓形的现象。

20世纪70年代以来，随着液压起重机械与设备在林区的广泛应用，单纯用于装车的绞盘机的生产量已逐渐减少，但在山地林区较多的一些国家，索道绞盘机的产量仍然很大。索道绞盘机正向自行式方向发展：在欧洲主要发展以农用或林用拖拉机底盘为基础的中、小型自行式绞盘机；在美国和加拿大发展以起重机、挖掘机及牵引车辆为底盘的大型自行式绞盘机并备有钢架杆。中国正在研制中、小型自行式绞盘机。同时，绞盘机的操纵逐渐向遥控方向发展。

绞盘机由发动机、传动装置、卷筒、操作机构和底架等组成。作业时，发动机的动力经离合器、变速箱等传给卷筒，带动卷筒旋转，从而使卷筒上的钢丝绳具有一定的运动速度及牵引力，用以移动载荷。

绞盘机发动机

在供电方便的贮木场作业的常采用电动机；在伐区作业的多采用内燃机。

绞盘机卷筒的数目

卷筒的数目根据作业要求决定，有单筒、双筒、三筒以及多筒几类。中国研制的绞盘机多为双筒和三筒的。索道绞盘机的卷筒容绳量较大， 一般在500～1000米左右，钢丝绳运动速度也较大，

除配置2个以上的卷筒外，还配有摩擦卷筒。装车绞盘机的卷筒容绳量较小，一般在50～200米左右，钢丝绳运动速度也较小，常配有2个卷筒。单卷筒绞盘机只能单向牵引，主要用于木材小集中等辅助作业或单向起升、牵引作业。

缠绕卷筒均为多层光面以适应容绳量大的需要，而摩擦卷筒一般为曲面形。为使每个卷筒都能独立工作，还设有独立的卷筒离合器和卷筒制动器。

制动器还起控制速度的作用。有些索道绞盘机还装有风扇控速器，利用风扇克服空气阻力所消耗的能量来降低卷筒的转速，以达到部分控制速度的目的。卷筒离合器和制动器由杠杆或液压传动装置操纵。

绞盘机按底架型式分固定式和自行式两类：固定式绞盘机以框架式爬犁为底架，作业时用钢丝绳固定在附近的树根或地面木桩上；自行式绞盘机以拖拉机、汽车或其他车辆的底盘为底架,作业时放下支腿撑地,必要时采取临时加固措施。绞盘机技术性能的主要参数有：卷筒数、卷筒最大牵引力、卷筒容绳量、钢丝绳运动速度等。

2008年8月11日，《林用绞盘机》发布。

2009年2月1日，《林用绞盘机》实施。

以绞盘机为动力并利用其卷筒上的钢索沿地面拖曳木材的集材方式。19世纪后期最早使用的绞盘机只有一根牵引索，滑轮挂在伐根上，木材全长沿地面拖曳，称地面式或全拖式，回空则用人力或畜力。这种方式阻力较大。后来逐渐发展为滑轮高挂于树干(集材杆)上，拖曳时木材前端稍微抬离地面，从而可以越过障碍，使阻力大为减少的方式，称半拖式，在北美及苏联应用很广，中国从1953年开始也在黑龙江省带岭林区使用。 绞盘机半拖式集材的布置方式是把绞盘机和集材杆置于山上楞场中心,牵引索通过集材杆上端的滑轮后,用联接索及索环与回空索相连，伸向伐区。回空索通过伐区边缘的两个转向滑轮后，再通过集材杆上的回空滑轮回到绞盘机的回空卷筒上，形成封闭的循环钢索（见图）。集材时开动回空卷筒，将牵引索拉到要集的木材附近，捆挂工人将预先套上捆木索的木材挂到联接索的集材索环上，用信号通知绞盘机司机开动牵引卷筒，于是木材即被曳到集材杆附近。木材摘卸并挂上空捆木索后，则开动回空卷筒，将牵引索送回伐区，进行下一次集材。如此逐次将一条采伐带上的木材由远而近地集完，再转移滑车，向下一条采伐带集材。 　由于绞盘机和集材杆的位置固定，集材线路以集材杆为中心呈辐射状伸向伐区，集材带为等腰三角形，底部位于伐区边缘，即两个转向滑车间的距离，宽30～60米。集材距离取决于牵引索的长度，一般为150～350米。当集完装车线一侧伐区的木材后，根据伐区划分和集材场的布置，将绞盘机调转180°,再在装车线另一侧伐区集材。

绞盘机集材适用于地形平缓的皆伐林区，也可用于坡度较大（大于25°）的山地林区,特别在沼泽林区,夏季采用绞盘机集材更为适宜。由于机位固定，且木材系通过许多条集材线汇集到山上楞场，通过每条集材线的木材量较少，地面的破坏比拖拉机集材要轻，有利于森林更新和水土保持。但集材距离受绞盘机卷筒容绳量的限制，而且绞盘机和集材杆的安装转移也不太方便。