林業(yè)機械

機 械在林業(yè)生產(chǎn)中的使用始于木材搬運。1892年，第一臺拖拉機在美國問世后，很快就在林區(qū)獲得應用，但由于不適應林區(qū)復雜的自然條件，效率較低。19世紀后期，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木材。20世紀初，森林鐵道開始用于木材運輸。

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

二十世紀40年代末期，前蘇聯(lián)制造出履帶式集材拖拉機。1957年，第一批四輪驅(qū)動、折腰轉(zhuǎn)向的輪式集材拖拉機問世，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)國都實現(xiàn)了木材生產(chǎn)機械化。

二十世紀60年代以來，隨著汽車工業(yè)和林區(qū)道路網(wǎng)的發(fā)展，汽車運材逐漸取代費用昂貴的森林鐵道運材。運材汽車發(fā)展成為具有隨車液壓起重臂的自裝集運材汽車，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，是木材生產(chǎn)機械化的重大發(fā)展。

中國林業(yè)機械與發(fā)達國家相比，還處于弱勢地位。為縮小與林業(yè)發(fā)達國家的差距，80年代中期，在研制樹木移植機時,為了保證設計的合理性和先進性，一方面對其關鍵部件--鏟刀機械的入土過程和入土阻力，進行深入地理論分析。同時依據(jù)相似理論，利用模型鏟進行了大量的模擬試驗，獲得了計算樹木移植機下鏟阻力的數(shù)學模型，經(jīng)原型鏟驗證，其計算精度完全達到了國際上土壤一機器系統(tǒng)力學的通用允差值。

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

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

營林機械因為林木生產(chǎn)周期長，作業(yè)條件復雜和投資大，收益慢的緣故而發(fā)展緩慢。1888年，在美國出現(xiàn)第一臺植樹機，因結構不夠完善，未能普遍使用。二十世紀20年代前后，德國生產(chǎn)的林業(yè)整地機械開始由畜力牽引過渡到拖拉機牽引。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，營林機械的發(fā)展才逐步加快。

營林機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等作業(yè)用的機械。其中常用的有采種機、割灌機、挖坑機、筑床機、插條機和植樹機等。

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

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

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

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

多為拖拉機懸掛式，由固定在機架上的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，動力輸出軸驅(qū)動的螺旋抖土器抖落在苗根上的土壤。

用振動方法采種的機械。因樹木的果實和種子形態(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具，如上樹腳扣、上樹梯和升降機等。70年代出現(xiàn)振動采種機。它的工作裝置安裝在拖拉機或其他行走或動力機械上，用油馬達驅(qū)動振動頭，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)處理機械進行干燥、脫粒、去翅和清選。

造林和撫育幼林用的機械，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，是小型輕便的機械。一般可分為側(cè)掛式和背負式。①側(cè)掛式割灌機:又稱硬軸割灌機，其結構是在長約1.5米的套有鋁合金套管的傳動軸一端配置 0.75~1.85千瓦的汽油機和離合器，另一端安裝由減速器和圓鋸片(或刀片)組成的工作頭。機具側(cè)掛在操作者肩下，揮動裝有手柄的傳動軸，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背負式割灌機:又稱軟軸割灌機。旋切刀具由軟軸傳動，對地形的適應性較前者為好。在割灌機上增設一些附屬裝置和設備，還可用于收割稻麥、抽水、鉆孔、磨鋸齒等，實現(xiàn)一機多用。

割灌機是造林和撫育幼林用的機械，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，是小型輕便的機械。在割灌機上增設一些附屬裝置和設備后，還可用于收割稻麥、抽水、鉆孔、磨鋸齒等，實現(xiàn)一機多用。

機械化植樹造林的主要設備，多與拖拉機配套使用。植樹機分為連續(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:工作時，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)，覆土壓實輪隨即推擁苗木周圍的土壤并壓實。

山地和丘陵地區(qū)造林整地的主要設備。分為拖拉機懸掛式和手提式。①拖拉機懸掛式挖坑機:分為機械傳動和液壓傳動兩類。前者由拖拉機動力輸出軸經(jīng)傳動軸、減速器驅(qū)動螺旋鉆頭旋轉(zhuǎn)而挖坑，后者由液壓系統(tǒng)驅(qū)動油馬達帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)。挖坑直徑通常為50~80厘米。②手提式挖坑機:它由小型汽油機、減速器、離合器和螺旋鉆頭組成，機重10~15千克，兩人或一人操縱。挖坑直徑通常為15~35厘米。

選擇挖坑式植樹機出現(xiàn)于70年代，其結構原理與連續(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上操縱植樹器挖坑植樹，從而提高了機器的機動性和對不同地面的適應性。

一種保護林木的小型機械，用于防治病蟲害,多為手提式或背負式,由燃燒、冷卻系統(tǒng)、燃油、空氣供給系統(tǒng)，藥劑供劑系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)組成。它的工作原理是利用脈沖噴氣式發(fā)動機噴發(fā)的高溫高速氣體的熱能、動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。高速氣流與相對靜止的空氣相撞擊，擴散成白色煙霧，隨自然氣流彌漫和滲透到待防治林木的各處。

以汽油機為動力的手持式鏈鋸,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)動機(1.5~3千瓦)、傳動機構、鋸木機構和操縱裝置組成。鋸木機構的鋸鏈是切削部件，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)動鏈輪的驅(qū)動下，鋸鏈的左右切削齒沿鋸導板的導槽高速回轉(zhuǎn)而鋸木。伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機用于伐區(qū)作業(yè)(伐木、打枝、歸堆、集材和短途運材等)的多工序機器。它運用農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機的原理,將傳統(tǒng)的各個獨立工序合并,由2~3臺甚至一臺機器來完成。應用較多的是由伐木歸堆機、打枝造材機和自裝集材機組成的三機一套體系。

木材生產(chǎn)切削機械包括伐木、打枝、造材、剝皮和削片用的機械。例如伐區(qū)作業(yè)聯(lián)合機就是用于伐區(qū)作業(yè)的多工序機器。它運用農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機的原理，將傳統(tǒng)的各個獨立工序合并，由2~3臺甚至一臺機器來完成。

這類機械包括集材、裝卸、選材、歸楞、出河等作業(yè)用的機械，主要有森林鐵道和機車車輛、林用汽車、拖拉機、絞盤機等。 絞盤機用于山地架空索道集運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:多由撬式框形底架、動力機、傳動減速機構、卷筒和操縱機構組成。②自行式絞盤機:卷筒等工作裝置安裝在拖拉機底盤、挖掘機底盤或?qū)Ｓ玫妆P上，由動力輸出軸驅(qū)動。索道用的絞盤機通常配有用于架設索道的液壓升降金屬架桿、2個纏繞卷筒和1個摩擦卷筒。自行式絞盤機有取代固定式絞盤機的趨勢。

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

林業(yè)機械化的發(fā)展程度和水平因不同的國家和不同的工序而有差異。在營林機械化方面，各國機械化程度都比較低的是林木種實采集作業(yè)，而一般以育苗作業(yè)的機械化程度和水平為最高，通常采用有關的農(nóng)業(yè)機械進行。中國近年來研制出的苗圃播種機、苗木移植機、插條機和起苗機等多種專用機械和一些多工序聯(lián)合機械，進一步提高了苗圃的機械化水平。北美、北歐各國和日本等采用溫室容器育苗，有利于機械化和自動化。在營造人工林的作業(yè)中，平原地區(qū)的整地、植苗造林已使用機械;山地造林除用飛機直播外,機械化程度還很低。在森林撫育方面，歐洲一些國家用疏伐聯(lián)合機進行伐木和集材。森林火災是威脅森林的一個嚴重問題，中國現(xiàn)用瞭望臺、飛機巡邏和紅外線探火儀發(fā)現(xiàn)火情，但滅火機械水平較低。美國、加拿大普遍使用飛機滅火。病蟲害防治的機械化程度則各國均較高(見植物保護機械)。

在森林采伐運輸?shù)臋C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集材;坡度較大的山地林場由絞盤機驅(qū)動集材架空索道作業(yè)。山上楞場的歸楞和裝車作業(yè)，主要使用架桿起重機、木材裝載機和裝車索道等設備。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。木材運輸包括陸運和水運的機械化程度均較高。目前世界各國森鐵運材和水運的比重逐漸減少，汽車運材比重增加，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械化作業(yè)是:運到貯木場的原條由裝卸橋卸到卸車臺上，然后通過傳送機送到造材機造材。加工好的原木再通過選材傳送機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。