营林机械

19世纪末期,德国、俄国曾模仿农业机械制造了马拉林业犁、播种机和中耕机。1895年美国公布了第一个植树机专利。1931年苏联试验了第一批植树机和设计了林业犁、种子去翅机等,1957年制造了营林拖拉机。20世纪50年代以来,随着木材需要量的增长和森林采伐机械化程度的提高,各国在农业机械和木材采运机械的基础上制造了一些营林机械,并逐渐形成了独立的体系。

森林培育过程中使用的各类动力机械和作业机械的总称。主要包括拖拉机、内燃机、电动机等动力机械,以及林木种子采集机械、种子处理机械、育苗机械、林地清理机械、整地机械、造林机械、幼林抚育机械、森林抚育采伐机械、护林防火机械、病虫害防治机械等。

概况19世纪末期,德国、俄国曾模仿农业机械制造了马拉林业犁、播种机和中耕机。1895年美国公布了第一个植树机专利。1931年苏联试验了第一批植树机和设计了林业犁、种子去翅机等,1957年制造了营林拖拉机。20世纪50年代以来,随着木材需要量的增长和森林采伐机械化程度的提高,各国在农业机械和木材采运机械的基础上制造了一些营林机械,并逐渐形成了独立的体系。美国、加拿大等国因地形平坦,实行大规模经营,较多使用自走式联合机械。日本从60年代以来,用拖拉机悬挂式营林机械代替手提式机械,以减少由振动造成的职业病。苏联1981~1990年间的营林机械体系包括203种营林机械和附属设备,其中多功能作业机和多工序联合机占有重要地位。

中国曾于1953年引进了植树机和幼林松土除草机,1960年开始设计制造了半自动式投苗植树机、沙丘植树机、苗圃播种机、起苗机、挖坑机和割灌机等营林机械。

营林拖拉机营林作业的主要动力机械。它的主要特点是:机动灵活,外形尺寸小,在林中行驶不会损伤树木;装有前、后和侧方动力输出轴,以带动悬挂在不同位置上的工作装置;拖拉机重量在前轴的分布为2/3,后轴为1/3,以便在悬挂后置式营林机械时保持机组的纵向稳定性;驾驶室向前移,空出驾驶室后壁到后桥的空间,以安装绞盘机、种子箱和药粉箱等工作装备;增设低速档,以适应低速作业的要求。

采种机械主要有下列种类:①提升机具。包括爬树脚踏子、爬树梯、吊式软梯和多工位自动升降平台等。升降平台安装在拖拉机或汽车上,由钢索或液压机构控制升降。由于其机体庞大,行走不便,只适宜在平坦的疏林地、林木种子园和母树林中使用。②种子采集机。包括分离装置和收集装置。分离装置将种子从立木或伐倒木的枝条上采下,其工作部件有梳齿、剪刀、锯、钉齿滚和气流采种器等,由人力、小型汽油机或电动机带动。种子收集装置用于收集落在地面的种子,有转滚式和空气吸力式两种型式。③种子抖落机械。主要有两种:一种由偏心锤式振动子和夹紧装置组成。作业时利用夹紧装置将振动子夹固在树干上,利用振动子的振动力直接摇动树干将种子抖下(图 1)。另一种由夹紧装置、往复运动机构和传力杆组成。夹紧装置装在传力杆上端,传力杆下端与往复运动机构的滑块相连。作业时夹紧装置夹在树木粗枝上,往复运动机构经传力杆带动树枝摇动,将种子抖下。为了提高抖落机的生产率,种子抖落机多配备有种子收集机。此外还有间断气流种子抖落机和吊在直升飞机上的球果采集机,尚处于试验阶段。 种子处理机械主要包括:①球果脱粒机。有机械式和热烘式两种:机械式球果脱粒机是利用机械力将球果破碎,使种子脱出;热烘式是利用加热干燥使球果鳞片变形开裂,取出种子。②种子去翅机。是利用摩擦的方法除去种翅的机械,有干式和湿式两种。③种子清选机。利用种子不同的机械物理特性对种子进行清选和分级。

种子去翅机和种子清选机可以单机独立作业,也可和球果烘裂机一起组成球果脱粒、去翅、清选联合作业流水线,实现自动化控制。

育苗机械育苗作业使用的机械主要有下述种类。

作床机整修苗床的机械,多为拖拉机悬挂式。其结构主要由悬挂架、工作部件及传动装置等组成(图 2)。工作部件有旋耕器、步道犁和成形器。旋耕器由刀轴、刀齿、刀座组成,其安装和配置方式与旋耕机相同,由拖拉机动力输出轴带动工作。步道犁由左、右两个铧式犁体组成,耕深可以调节。成形器用于作成一定形状的苗床。作业时步道犁首先开出苗床步道,将土壤翻到床面上,然后由旋耕器将土垡粉碎,最后由成形器按一定的几何形状作出苗床。 平地筑埂机用于苗圃地和宜林地的推平或筑埂,以利于蓄水或灌溉。它由机架、横梁、纵梁、行走机构、起落机构、刮土铲等组成。刮土铲包括铲壁和铲刃,左右各一个对称配置;铲壁为圆柱形曲面,铲刃由数块锰钢板组成,用沉头螺栓固定在铲壁下部,拆装容易,便于磨刀和更换。筑埂板连接在刮土铲后端,用于挤压刮土铲堆起的土壤,形成土埂。

苗木移植机由机架、开沟器、压实轮和植苗装置组成(图 3)。植苗装置由行走轮驱动。有拖拉机牵引式、拖拉机悬挂式和自走式 3种。根据移植机械作业的机械化程度分为简单式、半自动式和自动式。简单移植机只完成开沟、覆土和压实工作。苗木需由植苗员向沟中栽植。半自动移植机装有栽植装置,除开沟、覆土和压实工作外,还可将苗木按规定的株距和深度栽在沟中,但苗木仍需由植苗员放入栽植装置的苗夹。自动移植机作业时完全不需手工操作,苗木由递苗装置自动送入栽植装置并植于沟中。苗木移植机还可用于插条。 插条机效果较好的是转盘式和埋条式。转盘式的工作原理与移植机相同。埋条式插条机由机架、地轮、传动装置,送条装置,开沟压实装置和输条装置等组成。插条箱中的插条由分条装置分出单株,由输条装置送到距地面一定高度处,然后靠自重顺导槽滑落到开沟器开出的沟中,由覆土轮覆土压实。

容器育苗设备20世纪70年代以来,随着育苗容器的不断改进和定型,出现了容器填土播种机械化设备和自动化生产作业流水线,主要包括容器仓、培养土加工设备、填土装置、播种装置、覆土装置和育苗温室等。培养土加工设备由泥炭粉碎机和传送机组成,用于生产培养土并输送到填土装置。填土装置由土箱和分土轮及夯锤组成,完成填土和捣实工序。播种装置一般采用气力式精量播种器。覆土装置由土箱和配土轮组成,对播下的种子进行覆土。育苗温室多采用塑料大棚。容器育苗生产流水线使室外育苗作业成为可由人工控制温度、湿度和光照条件的室内工厂化生产,缩短了苗木的培育时间,提高了生产率。

起苗机起苗作业包括挖苗、拔苗、清除苗根上的土壤、分级及捆包等工序。现有的起苗机多数只能完成挖苗,其他工序仍为手工作业;能完成挖苗、拔苗、抖土、计数、装箱或捆苗的多工序联合起苗机只在林业发达国家有使用(图 4)。起苗机按与拖拉机连接方式分牵引式和悬挂式两种,按作业种类分垄作起苗机、床作起苗机、大苗起苗机等。其结构形式各有差异,主要工作部件有挖苗刀、带式拔苗装置、抖土装置、输送装置和苗箱等。其中挖苗刀的入土角及水平刃夹角是影响挖苗质量的主要因素,入土角一般为15°~25°,过大会增加土壤对刀刃面的正压力及摩擦力,引起苗木根系损伤;过小挖苗刀不易入土,影响抬土和松土作用。抖土装置用于抖落苗木根部的土壤,有板式、转轮式和摆杆式等,其中摆杆式抖土装置的碎土效果较好,不伤苗、不缠根,但有惯性力,使机器产生振动。 近年来在苗圃育苗机械中,出现了多用机架和整地作床联合机、中耕追肥联合机等。多用机架可以节省大量金属,减少设备数目,提高机器利用率。采用联合机可以消除前后工序间的时间间断,减少机组的行走次数和充分利用拖拉机的拉钩功率。

林地清理机械主要有枝桠推集机、枝桠收集打捆机、除灌机、割灌机、拔根机、伐根铣切机和推土机(见农用推土机)等。

枝桠推集机将采伐后剩余的枝桠推集成堆的机械。它由推架、推齿和挂接机构成,悬挂在拖拉机前方,用油缸升降。推齿装在推架的滑槽中,由弹簧的压力将推齿压下,保持在工作位置上。碰到伐根等障碍物时,弹簧被压缩,推齿上升。越过障碍物后,弹簧使推齿恢复工作位置。

枝桠收集打捆机收集采伐后剩余枝桠、梢头等并进行打捆的机械。枝桠收集打捆机是以集材拖拉机为主机改装成的,在车体的中部安装液压臂和抓具构成收集装置,车体后部安装打捆装置,两侧有链式截锯,用油压马达驱动锯切枝桠,以保持两端平齐,便于装卸。车架前端装有叉形推集铲用于推集枝桠和排除障碍,在车体中部两侧设有走台板,便于作业人员进行打捆等辅助作业。

除灌机有压滚式、甩锤式、转刀式和铲刀式 4种。压滚式除灌机为表面装有切刀的重滚,多为拖拉机牵引式;压滚滚过时可将灌木和小树切碎,并压入土中。甩锤式除灌机是利用绕水平轴高速旋转的重锤或锤形刀将灌木击碎和切碎。遇到粗大的伐根等障碍物时重锤可以绕轴转动缩回,自动让开,以防工作部分损坏。转刀式除灌机的工作部分是绕垂直轴转动的水平切刀,切刀的内端用铰链联接在转轴的刀架上,碰到障碍物时切刀绕铰链转动,自动避让。铲刀式除灌机的工作部分为V形推铲,推铲下边装有刀片,推铲悬挂在拖拉机前方,利用拖拉机的推力将灌木铲下,并推向两侧。由小型汽油发动机带动圆盘刀或圆锯片旋转的便携式除灌机称为割灌机。

拔根机类型较多,根据拔根力的方向不同分为垂直力拔根机、水平力拔根机、倾斜力拔根机和扭力拔根机 4种。按工作部件的类型可分为:①钳式拔根机。其工作部分由两个一端互相铰结在一起的钢杆组成,钢杆内侧有锯状齿。两杆的自由端上装有滑轮。夹根索绕过两个滑轮形成三角形。拔根时将两个钢杆夹在伐根两侧,拉力索通过夹根索使钢杆夹紧伐根,将伐根拔出。②杠杆式拔根机。可用于拔根、清理倒木和石块。拔根机装在拖拉机上。拔根齿可绕轴转动。下端为拔根齿的工作部分,上端为拔根齿的加力杆。加力杆上端与液压缸推杆相连。拔根时拔根齿插入伐根下方,降下机架,使机架着地,利用液压缸拉动拔根齿的加力端,使齿绕轴转动,利用杠杆原理将根拔出。这种拔根机的拔根力很大,可达 50吨以上(图5)。③推齿式拔根机。其工作部分是装在推架上的推齿。推架利用绞盘钢索滑车系统或油压缸提升或降下。拔根时利用拖拉机推力和提升力将根拔出。拔除大伐根时,可用推齿先将侧根切断,以减少拔根阻力。

一般拔根机拔出的伐根上带有大量的土壤,地上留下较大的根穴。振动式拔根机则可抖下伐根上的土壤,不形成大根穴,并能减少拔根阻力。

伐根铣削机利用铣刀将伐根的地上部分削平,以便于其他机械进行后续作业的机械。铣削下来的木片可抛散在林中作为绿肥,也可运出作为综合利用的原料。

整地机械苗圃育苗和宜林地造林前均需进行整地作业。主要的林业整地机械有铧式犁、圆盘犁、旋耕机、圆盘耙及钉齿耙、弹齿耙(见耙)等。森林采伐迹地用的整地机械具有较大强度,且装有安全装置,以防止遇到障碍物时损伤工作部件。

造林机械常用的有挖坑机、植树机、直播造林播种机和飞机直播装置(见农业航空)等。为促进森林天然更新,在采伐迹地及疏林地上还使用地被搔除松土机和松土播种联合机。

在土层较厚的山坡地可利用筑梯田机修筑反坡梯田。筑梯田机有单铲式、组合铲式和旋转式3种,多悬挂在履带式拖拉机前方。单铲式筑梯田机的推铲在水平和垂直面内的位置可根据作业条件进行调节。组合铲式筑梯田机的推铲由固定推铲和活动推铲两部分组成。活动推铲的位置可以根据工作情况调节,采用这种结构能减少工作阻力并增加机械的横向稳定性。旋转式筑梯田机的工作部件由旋转切土刀和螺旋推土器组成。

幼林抚育机械根据林木生长发育的不同阶段,采用相应的机械进行抚育。幼林郁闭前主要采用除草松土机进行中耕抚育作业。根据机械的工作目的,可分为行间除草松土机和株行间除草松土机;按工作部件可分为3 种类型:①铲式除草松土机。有牵引式和悬挂式两种。由机架、安装工作铲的横梁、支持轮、起落深浅调节机构、换向机构和不同型式的工作铲组成(见中耕机械)。②株行间除草松土机。对人工幼林的行间和株间进行除草和松土的机械,由圆盘组和钉齿滚两部分组成。圆盘组由按一定间隔装在方轴上的数个圆盘组成,圆盘面与前进方向成一偏角,对树木行间进行松土除草。钉齿滚每两个成一组,配置在树木行的两侧,用以进行株间的松土和除草。③旋耕式除草机。工作部件为装有刀片的旋耕刀。作业时由发动机经传动装置驱动旋转刀片,在切碎土壤的同时切断杂草,并将其混入松土层。旋转式除草机的工作效率高,作业质量好,且能防止缠挂杂草。

森林抚育采伐机械包括油锯、割灌机、手扶抚育伐木机和立木修枝机等。

手扶抚育伐木机由机架、单履带式行走装置、发动机、蜗轮蜗杆减速器、操纵机构、锯木装置等组成。行走时,履带和锯板同地面成25°的仰角,驱动轮离开地面,仅拉紧轮同地面接触,故具有较好的通过性和灵活性。锯木时,履带全面同地面接触,以增强作业时的稳定性。可在30°以下的坡地上作业,能伐直径2~18厘米的树木。

立木修枝机多以油锯发动机作动力,锯切装置采用链锯,全部装置装在环形框架上,框架上装有斜向配置的胶轮,胶轮由发动机驱动旋转。修枝时把框架绕装在树干上,胶轮旋转时,修枝机绕树干沿螺旋线向上爬行,链锯将枝桠锯下。近年来在立木修枝机的基础上制造了立木修枝剥皮机,在修枝机的框架上增设了铣刀式剥皮装置,机器上升时链锯进行修枝,下降时铣刀将树皮剥下。

次生林和人工林的改造一般采用除灌机、割灌机等。

森林病虫害防治机械种类很多,有喷雾机、喷粉机、弥雾机、烟雾机等(见植物保护机械)。

护林防火设备包括通讯设备、森林火灾探测仪、开带机、移动式水泵、运水车、消防车、灭火器等。消防车可用于喷水灭火,也可用于喷洒灭火剂和形成林火隔离带。开带机用于开出生土化地带,以防止林火蔓延。在缺乏水源地区,可使用抛土灭火机,利用其旋转切土装置将土壤掘起并抛向火头、扑灭林火。20世纪60年代以来,飞机灭火及人工降雨灭火装置已逐渐扩大使用。

发展趋势新型材料的采用将减轻便携式营林机械的重量,并增大功率。采用低振动发动机和防振技术,可减少振动对人体的为害;改进发动机吸排气系统和提高机械的加工和装配精度,可降低噪音。采用自动监视和调节装置,以提高机械的作业质量;利用液压和电子技术提高机械的自动化程度,以减轻工人的劳动强度,以及多功用机架和多工序联合机的推广使用;容器育苗生产和栽植机械化设备的进一步应用等,也都是今后营林机械的发展方向,并将为向全盘机械化和自动化过渡创造条件。此外,随着人机工程学的研究结果广泛用于营林机械的改进,工人的劳动条件和安全性将得到明显的改善。由此营林作业的工艺将发生根本性的改变,营林机械的体系、工作原理和结构设计等也将冲破现有传统,提高到一个新的水平。

相关词汇

林木种子
升降平台
林木种子园
自动化控制
苗木移植机
塑料大棚
生产流水线
农用推土机
集材拖拉机
汽油发动机
履带式拖拉机
森林抚育采伐
新型材料
电脑版