林業(yè)機(jī)械

機(jī) 械在林業(yè)生產(chǎn)中的使用始于木材搬運(yùn)。1892年，第一臺(tái)拖拉機(jī)在美國問世后，很快就在林區(qū)獲得應(yīng)用，但由于不適應(yīng)林區(qū)復(fù)雜的自然條件，效率較低。19世紀(jì)后期，仿效采礦工業(yè)，在林區(qū)開始使用鐵軌道、木軌道和簡易車輛搬運(yùn)木材。20世紀(jì)初，森林鐵道開始用于木材運(yùn)輸。

1913年，美國制成蒸汽機(jī)集材絞盤機(jī)，1914年德國制成第一臺(tái)雙人動(dòng)力鏈鋸。從此林區(qū)開始用動(dòng)力鋸鋸木和用絞盤機(jī)拖集木材。

二十世紀(jì)40年代末期，前蘇聯(lián)制造出履帶式集材拖拉機(jī)。1957年，第一批四輪驅(qū)動(dòng)、折腰轉(zhuǎn)向的輪式集材拖拉機(jī)問世，因速度快、重量輕、耗油少、效率高而獲得迅速發(fā)展。50年代末期，各主要林業(yè)國都實(shí)現(xiàn)了木材生產(chǎn)機(jī)械化。

二十世紀(jì)60年代以來，隨著汽車工業(yè)和林區(qū)道路網(wǎng)的發(fā)展，汽車運(yùn)材逐漸取代費(fèi)用昂貴的森林鐵道運(yùn)材。運(yùn)材汽車發(fā)展成為具有隨車液壓起重臂的自裝集運(yùn)材汽車，并與拖車組成汽車列車。60年代后期出現(xiàn)的伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機(jī)，是木材生產(chǎn)機(jī)械化的重大發(fā)展。

中國林業(yè)機(jī)械與發(fā)達(dá)國家相比，還處于弱勢(shì)地位。為縮小與林業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距，80年代中期，在研制樹木移植機(jī)時(shí),為了保證設(shè)計(jì)的合理性和先進(jìn)性，一方面對(duì)其關(guān)鍵部件--鏟刀機(jī)械的入土過程和入土阻力，進(jìn)行深入地理論分析。同時(shí)依據(jù)相似理論，利用模型鏟進(jìn)行了大量的模擬試驗(yàn)，獲得了計(jì)算樹木移植機(jī)下鏟阻力的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)原型鏟驗(yàn)證，其計(jì)算精度完全達(dá)到了國際上土壤一機(jī)器系統(tǒng)力學(xué)的通用允差值。

90年代前期，中國科學(xué)家致力于林木種子介電分選機(jī)理的研究、木材削片機(jī)連續(xù)切削理論的探討，為林業(yè)機(jī)械基礎(chǔ)理論研究開辟了新的途徑。

在林業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的研制上突出一個(gè)"新"字，是中國林業(yè)機(jī)械發(fā)展一貫奉行的準(zhǔn)則。沒有創(chuàng)新，林業(yè)機(jī)械就不可能發(fā)展。70年代初在林業(yè)機(jī)械廠蹲點(diǎn)時(shí)，中國第一臺(tái)國產(chǎn)矮把油鋸的設(shè)計(jì)成功，70年代中期,中國背負(fù)式森林滅火機(jī)投入研制，年代末國內(nèi)剛剛開始進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)候，中國制定了第一批架空索道及其附件的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入80年代，中國針對(duì)城市綠化中大徑級(jí)樹木特別是常綠樹的移植的難點(diǎn),研制成功了新型4YS-80樹木移植機(jī)，可以帶土球移植徑級(jí)10厘米的樹木、成活率100%、效率較人工操作提高50倍以上，填補(bǔ)了中國園林機(jī)械的一項(xiàng)重要空白。

營林機(jī)械因?yàn)榱帜旧a(chǎn)周期長，作業(yè)條件復(fù)雜和投資大，收益慢的緣故而發(fā)展緩慢。1888年，在美國出現(xiàn)第一臺(tái)植樹機(jī)，因結(jié)構(gòu)不夠完善，未能普遍使用。二十世紀(jì)20年代前后，德國生產(chǎn)的林業(yè)整地機(jī)械開始由畜力牽引過渡到拖拉機(jī)牽引。70年代以來，由于人工造林日益受到重視，營林集約化程度提高，營林機(jī)械的發(fā)展才逐步加快。

營林機(jī)械包括種子采集和處理、林地清理、整地育苗、中幼林撫育和林木保護(hù)等作業(yè)用的機(jī)械。其中常用的有采種機(jī)、割灌機(jī)、挖坑機(jī)、筑床機(jī)、插條機(jī)和植樹機(jī)等。

林業(yè)機(jī)械是用于營林(包括造林、育林和護(hù)林)、木材切削和林業(yè)起重輸送的機(jī)械。廣義的林業(yè)機(jī)械還包括木材加工機(jī)械、人造板機(jī)械和林產(chǎn)化工設(shè)備等綜合利用機(jī)械。

林業(yè)機(jī)械大多是在移動(dòng)情況下進(jìn)行露天作業(yè)，因受自然條件的影響而具有一定的區(qū)域性。林業(yè)機(jī)械對(duì)于加快綠化速度、擴(kuò)大森林資源和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)都有重要意義。

常見的有拖拉機(jī)懸掛式筑床機(jī)，由機(jī)架、臥式旋耕器、左右步道犁和整形器等組成，能同時(shí)完成整地、筑床兩道工序。

又稱插穗機(jī)。常見的拋射式插條機(jī)由拖拉機(jī)牽引，由機(jī)架、地輪、傳動(dòng)裝置、供條裝置、分條裝置、運(yùn)條裝置、開溝壓實(shí)裝置和貯條箱等組成。穗條經(jīng)分條、運(yùn)條裝置送至一定高度，借慣性作用被拋入導(dǎo)穗槽，沿槽下滑至距地面約25毫米處時(shí)以約4米/秒的速度拋射至開溝器開出的栽植溝,隨即由壓實(shí)輪壓實(shí)插穗周圍的土壤。

多為拖拉機(jī)懸掛式，由固定在機(jī)架上的U型刀和抖土器組成、底刀和側(cè)刀從要求的深度切開苗木根部的土壤并將苗木挺起，動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)的螺旋抖土器抖落在苗根上的土壤。

用振動(dòng)方法采種的機(jī)械。因樹木的果實(shí)和種子形態(tài)大小差別很大，樹木生長的地形條件也大不相同，多年來采種人一直使用上樹機(jī)具，如上樹腳扣、上樹梯和升降機(jī)等。70年代出現(xiàn)振動(dòng)采種機(jī)。它的工作裝置安裝在拖拉機(jī)或其他行走或動(dòng)力機(jī)械上，用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頭，產(chǎn)生振落效果而不損傷采種樹。采集的球果或種子再經(jīng)處理機(jī)械進(jìn)行干燥、脫粒、去翅和清選。

造林和撫育幼林用的機(jī)械，可用于林地清理、幼林撫育、次生林撫育與間伐、割灌木、割草和伐小徑木，是小型輕便的機(jī)械。一般可分為側(cè)掛式和背負(fù)式。①側(cè)掛式割灌機(jī):又稱硬軸割灌機(jī)，其結(jié)構(gòu)是在長約1.5米的套有鋁合金套管的傳動(dòng)軸一端配置 0.75~1.85千瓦的汽油機(jī)和離合器，另一端安裝由減速器和圓鋸片(或刀片)組成的工作頭。機(jī)具側(cè)掛在操作者肩下，揮動(dòng)裝有手柄的傳動(dòng)軸，高速(4500~5000轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)的刀具即能切割灌木、雜草。以尼龍繩代替刀具亦能割草。②背負(fù)式割灌機(jī):又稱軟軸割灌機(jī)。旋切刀具由軟軸傳動(dòng)，對(duì)地形的適應(yīng)性較前者為好。在割灌機(jī)上增設(shè)一些附屬裝置和設(shè)備，還可用于收割稻麥、抽水、鉆孔、磨鋸齒等，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

割灌機(jī)是造林和撫育幼林用的機(jī)械，一般多用于林地清理、幼林撫育、次生林撫育與間伐、割灌木、割草和伐小徑木，是小型輕便的機(jī)械。在割灌機(jī)上增設(shè)一些附屬裝置和設(shè)備后，還可用于收割稻麥、抽水、鉆孔、磨鋸齒等，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

機(jī)械化植樹造林的主要設(shè)備，多與拖拉機(jī)配套使用。植樹機(jī)分為連續(xù)開溝式、間斷開溝式和選擇挖坑式3種。連續(xù)開溝式和間斷開溝式植樹機(jī):工作時(shí)，開溝器切開、破碎和推移土壤形成連續(xù)(或間斷)的栽植溝。苗木按規(guī)定的栽植深度和株距被栽入溝內(nèi)，覆土壓實(shí)輪隨即推擁苗木周圍的土壤并壓實(shí)。

山地和丘陵地區(qū)造林整地的主要設(shè)備。分為拖拉機(jī)懸掛式和手提式。①拖拉機(jī)懸掛式挖坑機(jī):分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩類。前者由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸、減速器驅(qū)動(dòng)螺旋鉆頭旋轉(zhuǎn)而挖坑，后者由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。挖坑直徑通常為50~80厘米。②手提式挖坑機(jī):它由小型汽油機(jī)、減速器、離合器和螺旋鉆頭組成，機(jī)重10~15千克，兩人或一人操縱。挖坑直徑通常為15~35厘米。

選擇挖坑式植樹機(jī)出現(xiàn)于70年代，其結(jié)構(gòu)原理與連續(xù)開溝式和間斷開溝式大不相同，植苗員可在適宜栽植的點(diǎn)上操縱植樹器挖坑植樹，從而提高了機(jī)器的機(jī)動(dòng)性和對(duì)不同地面的適應(yīng)性。

一種保護(hù)林木的小型機(jī)械，用于防治病蟲害,多為手提式或背負(fù)式,由燃燒、冷卻系統(tǒng)、燃油、空氣供給系統(tǒng)，藥劑供劑系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)組成。它的工作原理是利用脈沖噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)噴發(fā)的高溫高速氣體的熱能、動(dòng)能和灼熱的金屬表面，使液態(tài)油溶性藥劑劇烈蒸發(fā)霧化。高速氣流與相對(duì)靜止的空氣相撞擊，擴(kuò)散成白色煙霧，隨自然氣流彌漫和滲透到待防治林木的各處。

以汽油機(jī)為動(dòng)力的手持式鏈鋸,用于伐木、打枝和造材。油鋸根據(jù)需要可制成長把和短把兩類。它由發(fā)動(dòng)機(jī)(1.5~3千瓦)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鋸木機(jī)構(gòu)和操縱裝置組成。鋸木機(jī)構(gòu)的鋸鏈?zhǔn)乔邢鞑考?，用合金鋼制成的切削齒與連接片按順序排列，并由鏈軸鉸接成環(huán)狀鏈條。 在驅(qū)動(dòng)鏈輪的驅(qū)動(dòng)下，鋸鏈的左右切削齒沿鋸導(dǎo)板的導(dǎo)槽高速回轉(zhuǎn)而鋸木。伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機(jī)用于伐區(qū)作業(yè)(伐木、打枝、歸堆、集材和短途運(yùn)材等)的多工序機(jī)器。它運(yùn)用農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的原理,將傳統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立工序合并,由2~3臺(tái)甚至一臺(tái)機(jī)器來完成。應(yīng)用較多的是由伐木歸堆機(jī)、打枝造材機(jī)和自裝集材機(jī)組成的三機(jī)一套體系。

木材生產(chǎn)切削機(jī)械包括伐木、打枝、造材、剝皮和削片用的機(jī)械。例如伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機(jī)就是用于伐區(qū)作業(yè)的多工序機(jī)器。它運(yùn)用農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的原理，將傳統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立工序合并，由2~3臺(tái)甚至一臺(tái)機(jī)器來完成。

這類機(jī)械包括集材、裝卸、選材、歸楞、出河等作業(yè)用的機(jī)械，主要有森林鐵道和機(jī)車車輛、林用汽車、拖拉機(jī)、絞盤機(jī)等。 絞盤機(jī)用于山地架空索道集運(yùn)木材和貯木場裝卸作業(yè)，分為固定式和自行式兩種。①固定式絞盤機(jī):多由撬式框形底架、動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)、卷筒和操縱機(jī)構(gòu)組成。②自行式絞盤機(jī):卷筒等工作裝置安裝在拖拉機(jī)底盤、挖掘機(jī)底盤或?qū)Ｓ玫妆P上，由動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)。索道用的絞盤機(jī)通常配有用于架設(shè)索道的液壓升降金屬架桿、2個(gè)纏繞卷筒和1個(gè)摩擦卷筒。自行式絞盤機(jī)有取代固定式絞盤機(jī)的趨勢(shì)。

林業(yè)起重輸送機(jī)械包括集材、裝卸、選材、歸楞、出河等作業(yè)用的機(jī)械，主要有森林鐵道和機(jī)車車輛、林用汽車、拖拉機(jī)、絞盤機(jī)等。

林業(yè)機(jī)械化的發(fā)展程度和水平因不同的國家和不同的工序而有差異。在營林機(jī)械化方面，各國機(jī)械化程度都比較低的是林木種實(shí)采集作業(yè)，而一般以育苗作業(yè)的機(jī)械化程度和水平為最高，通常采用有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行。中國近年來研制出的苗圃播種機(jī)、苗木移植機(jī)、插條機(jī)和起苗機(jī)等多種專用機(jī)械和一些多工序聯(lián)合機(jī)械，進(jìn)一步提高了苗圃的機(jī)械化水平。北美、北歐各國和日本等采用溫室容器育苗，有利于機(jī)械化和自動(dòng)化。在營造人工林的作業(yè)中，平原地區(qū)的整地、植苗造林已使用機(jī)械;山地造林除用飛機(jī)直播外,機(jī)械化程度還很低。在森林撫育方面，歐洲一些國家用疏伐聯(lián)合機(jī)進(jìn)行伐木和集材。森林火災(zāi)是威脅森林的一個(gè)嚴(yán)重問題，中國現(xiàn)用瞭望臺(tái)、飛機(jī)巡邏和紅外線探火儀發(fā)現(xiàn)火情，但滅火機(jī)械水平較低。美國、加拿大普遍使用飛機(jī)滅火。病蟲害防治的機(jī)械化程度則各國均較高(見植物保護(hù)機(jī)械)。

在森林采伐運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化方面，伐木和造林在中國使用油鋸，打枝主要靠手工。坡度在20°以下的林區(qū)使用輪式或履帶式集材拖拉機(jī)集材;坡度較大的山地林場由絞盤機(jī)驅(qū)動(dòng)集材架空索道作業(yè)。山上楞場的歸楞和裝車作業(yè)，主要使用架桿起重機(jī)、木材裝載機(jī)和裝車索道等設(shè)備。北美、北歐各國和蘇聯(lián)的平原林區(qū)廣泛使用伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機(jī)。木材運(yùn)輸包括陸運(yùn)和水運(yùn)的機(jī)械化程度均較高。目前世界各國森鐵運(yùn)材和水運(yùn)的比重逐漸減少，汽車運(yùn)材比重增加，并向大功率列車化方向發(fā)展。在中國，比較典型的貯木場機(jī)械化作業(yè)是:運(yùn)到貯木場的原條由裝卸橋卸到卸車臺(tái)上，然后通過傳送機(jī)送到造材機(jī)造材。加工好的原木再通過選材傳送機(jī)和拋木器卸到指定的存放架上，同類原木積到一定數(shù)量后由裝卸橋送去歸楞或裝車。