机械化生产是林业现代化发展的重要标志,可以提高工作效率、解放劳动力、增加作业文明程度。现代林业生产以林场为基本单位,要求作业设备一机多用,以提高机械使用率。因此,有必要研制一款适应林业现代化发展的多功能集材机。在我国林区,作业地点分散、坡度大、道路崎岖、林内障碍物复杂,对集材设备的通过性有较高要求。对比分析轮式和三角履带式多功能集材机的通过性可以为集材设备的改进升级提供参考,并为集材机的选型以及工人安全高效作业提供真实可靠的依据。本文的主要研究内容包括:①进行林区工况调研,计算并选取多功能集材机的主参数,提出优化改进方案,并使用SolidWorks建立多功能集材机虚拟样机模型。②分析轮式和三角履带式多功能集材机在松软土路和松软雪地运行时,所产生的相关的土壤力学性能参数。通过样机测量,获得影响多功能集材机通过性的几何参数,并分析其发生间隙失效时的极限条件。③首先,使用Matlab对多功能集材机爬坡性能进行理论分析;然后,利用Adams进行运动仿真,并获得整机受力情况;最后,依据理论分析和运动仿真结果,利用样机进行试验。④首先,对多功能集材机越障过程进行力学分析,计算理论参考值;其次,在RecurDyn中进行运动仿真,分析整机速度变化及受力情况;最后,依据理论分析和运动仿真结果,利用样机进行试验。根据调研数据,初选多功能集材机最小工作质量、额定牵引力、额定功率、机身尺寸、行走系统尺寸等主参数。改进整机结构得到优化方案,机身采用旋转式工作台、折弯式大臂、牵引式搭载拖车,行走系统分为轮式和三角履带式两种。研究结果表明,在松软土路和松软雪地上行驶时,三角履带式多功能集材机所产生的土壤阻力小于轮式,土壤推力、挂钩牵引力、牵引系数明显大于轮式;三角履带式多功能集材机的最小离地间隙、接近角、纵向通过角和离去角均大于轮式,但不发生顶起失效时可通过的凸起障碍地隙半径的极限尺寸小于轮式。多功能集材机沿斜坡纵向直线行驶时的最大坡度角与质心到支撑点的距离成正相关关系,与质心高度成负相关关系;沿斜坡横向匀速直线行驶时的最大工作坡度角与轨距成正相关关系,与质心高度成负相关关系。轮式多功能集材机受路面附着系数影响较大,最大爬坡角度为28°,而三角履带式最大爬坡角度为40°。由运动仿真和试验结果可知,三角履带式多功能集材机爬坡性能明显优于轮式,且运动过程中机身震动情况较轮式剧烈。多功能集材机以其前轮或前三角履带可跨越垂直障碍的高度作为整机跨越垂直障碍的衡量基准,轮式和三角履带式多功能集材机可跨越的垂直障碍的最大高度分别为450mm、750mm。跨越壕沟时,机身会发生轻微倾斜,直至行走系统接触壕沟另一侧的水平路面,轮式和三角履带式多功能集材机可跨越的壕沟的最大宽度分别为900mm、1000mm。对比运动仿真和试验结果可知,三角履带式多功能集材机受土质影响较小,越障性能更优,且越障过程中整机更为平稳、顺畅。