馬文斌， 童翠云， 張 萌， 張 磊， 楊 光

(1.西寧市湟水林場(chǎng)，青海 西寧 810000；2.安徽神劍科技股份有限公司，安徽 合肥 230022；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091)

我國(guó)的林木資源非常豐富，在林木撫育、造林育苗、城市綠化更新作業(yè)工作中，其中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)就是林木枝椏修剪，它直接影響樹(shù)木的生長(zhǎng)、成材、結(jié)實(shí)率以及城市綠化和交通道路等[1]。適時(shí)的枝椏修剪可促進(jìn)光合作用，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，減少病蟲(chóng)害發(fā)生；減去徒長(zhǎng)枝，控制枝條方向，使樹(shù)木美觀，可滿足觀賞要求；在每年休眠期，采用截頂強(qiáng)制修剪的方法，剪除喬木和灌木下面的枝條，促使新枝萌發(fā)旺盛[2]。傳統(tǒng)的高枝修剪方式是人工架梯使用修剪工具進(jìn)行修剪，在這種工作方式中，不僅作業(yè)條件差，體力消耗大，效率低，而且很不安全，存在修剪工人從樹(shù)枝上墜落傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。高枝修剪采用機(jī)械化手段，即主要采用汽油機(jī)或者電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，工作頭部分安裝在操縱桿上，工作者直接站在地面上或通過(guò)升降臺(tái)進(jìn)行修剪工作。這種修剪手段對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)效率，保障勞動(dòng)安全起著重要的作用[3]。隨著城市建設(shè)步伐的加快，人們對(duì)綠化景觀效果和綠化養(yǎng)護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)的要求也越來(lái)越高，給林木枝椏撫育設(shè)備提出了更高的要求，高枝修剪在修剪撫育管理工作中占有很大比重，是喬木、灌木管理中關(guān)鍵性的技術(shù)措施之一，如何提高高枝修剪的機(jī)械化水平，成為亟待解決的問(wèn)題。

高枝鋸被廣泛應(yīng)用于園林、苗圃、林場(chǎng)綠化修枝作業(yè)；根據(jù)動(dòng)力源可分為手動(dòng)、小型汽油(柴油)、電動(dòng)、液壓形式。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，苗木嫁接苗前需在截頂后進(jìn)行嫁接作業(yè)，截頂工作量大，目前我國(guó)苗圃撫育平頭作業(yè)中多采用斜切方式，鋸片與水平面夾角約30°～60°，平頭后切口傷疤大、撫育修枝后樹(shù)木恢復(fù)期長(zhǎng)、恢復(fù)效果不好，苗圃平頭作業(yè)如圖1所示，通過(guò)掌握修剪設(shè)備特性及修剪影響因素，開(kāi)展林木平頭高枝鋸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使鋸片在平頭作業(yè)時(shí)鋸片垂直切入樹(shù)干，保證切口傷疤最小，選用與之匹配的動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)機(jī)具的合理配置，提高修剪穩(wěn)定性，研制的高枝鋸適用于苗圃撫育修枝、造林育苗修枝、城市綠化更新及修剪工作，可高效、高質(zhì)量、機(jī)械化完成撫育修枝管理工作。

圖1 苗圃平頭作業(yè)

1 多角度修枝鋸設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)造

多角度高枝鋸主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、鋸切頭、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，采用三節(jié)鋁管對(duì)插可實(shí)現(xiàn)不同高度樹(shù)枝切割，設(shè)計(jì)大容量鋰電池作為動(dòng)力源，環(huán)保的同時(shí)增加設(shè)備續(xù)航時(shí)間，設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

1.2 頭部可多角度調(diào)節(jié)進(jìn)行切割

通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)鏈鋸切割角度調(diào)節(jié)功能，鋸切頭可實(shí)現(xiàn)0°～90°角度調(diào)節(jié)，減小切口傷疤，可以縮短撫育修枝后樹(shù)木恢復(fù)期，角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)1.鏈輪；2.大齒輪；3.電機(jī)齒輪；4.直流無(wú)刷電機(jī)

圖4 角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)三維圖

1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

以外轉(zhuǎn)子電機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)斜齒輪減速機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，從而增大切割扭矩，在垂直切割過(guò)程中避免夾刀具，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.齒輪軸；2.大齒輪；3.深溝球軸承；4.小齒輪；5.深溝球軸承；6.直流無(wú)刷電機(jī)

1.4 潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)

鋸鏈在使用過(guò)程中摩擦產(chǎn)生大量熱量，須設(shè)置合理的潤(rùn)滑系統(tǒng)，由于在實(shí)際工作過(guò)程中切割機(jī)構(gòu)角度在范圍內(nèi)變化，潤(rùn)滑系統(tǒng)需防止漏油。通過(guò)前期調(diào)研與資料收集，現(xiàn)有高枝鋸的供油裝置經(jīng)常出現(xiàn)漏油問(wèn)題，受此影響高枝鋸使用過(guò)程中易出現(xiàn)潤(rùn)滑效果差、環(huán)境污染等問(wèn)題。

本機(jī)設(shè)計(jì)解決方案如圖6所示，壺體上蓋設(shè)有油壺蓋，油壺蓋內(nèi)設(shè)有油壺蓋密封圈，油壺蓋下固定有吊環(huán)，吊環(huán)下部卡在壺體內(nèi)，油壺蓋頂部固定有橡膠堵頭，橡膠堵頭下端為圓錐形，橡膠堵頭中部開(kāi)有階梯孔，塑料堵頭內(nèi)固定有橡膠堵頭，塑料堵頭中部開(kāi)有通孔，通孔直徑小于1 mm，壺體底部設(shè)有連出到油泵的出油口。油壺蓋密封圈保證油壺蓋和壺體之間具有良好的密封性。橡膠堵頭和塑料堵頭的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)油壺蓋旋緊后，空氣仍能通過(guò)橡膠堵頭和塑料堵頭進(jìn)入壺體內(nèi)，壺體內(nèi)氣壓跟外界大氣壓一致，同時(shí)油卻不能通過(guò)橡膠堵頭和塑料堵頭流出，透氣不漏油同時(shí)保證油泵順利抽油。

圖6 潤(rùn)滑系統(tǒng)防漏油壺1.塑料堵頭；2.橡膠堵頭；3.油壺蓋；4.油壺蓋密封圈；5.吊環(huán)；6.壺體；7.出油口

2 結(jié)論

(1)利用齒輪角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鏈鋸切割角度調(diào)節(jié)功能，鋸切頭可實(shí)現(xiàn)0°～90°角度調(diào)節(jié)，滿足不同切面切割，同時(shí)可減小切口傷疤，縮短撫育修枝后樹(shù)木恢復(fù)期。

(2)采用無(wú)刷電機(jī)與斜齒輪減速機(jī)構(gòu)，效率比普通直流電機(jī)效率提升30%，從而增大切割扭矩，在垂直切割過(guò)程中避免夾刀具，增加操作體驗(yàn)感。

(3)設(shè)計(jì)合理的潤(rùn)滑系統(tǒng)，在修枝鋸各種角度操作下，保證油泵順利抽油的同時(shí)潤(rùn)滑油不會(huì)從油壺漏出，避免出現(xiàn)潤(rùn)滑油流失、環(huán)境污染等問(wèn)題。