沈 琳

(上海上園苗木有限公司,上海 200023)

園林機(jī)械指用于園林生產(chǎn)、施工和養(yǎng)護(hù)的各種機(jī)械設(shè)備,適用于樹木挖掘、種植、移植、修剪整形和病蟲害防治等。 隨著全國園林建設(shè)的蓬勃開展,我國園林綠化工作逐漸由單一的人工作業(yè)向半機(jī)械化、機(jī)械化、自動(dòng)化過渡,園林機(jī)械也經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展階段[ 1]。 我國“十三五”期間園林機(jī)械供應(yīng)國際市場的產(chǎn)值從20 億美元逐步增加到25 億美元,用于園林綠地建植和養(yǎng)護(hù)的設(shè)備由20%左右增加到50%以上[ 2]。 從實(shí)際應(yīng)用來看,挖坑(穴)機(jī)、植樹機(jī)、樹木移植機(jī)和綠籬修剪機(jī)等園林機(jī)械的類型比較多[ 3],用于修剪整形、病蟲害防治和灌溉的中小型機(jī)械,由于價(jià)格不高、攜帶方便且使用頻次高,容易被國內(nèi)園林企業(yè)和操作工人接受。 隨著挖樹機(jī)、高空作業(yè)平臺(tái)等園林機(jī)械的應(yīng)用,修剪類機(jī)械、移植類機(jī)械、土壤翻耕類機(jī)械等常用園林機(jī)械也逐漸向操作便捷性、功能多樣性、高效節(jié)能性、設(shè)備智能化等方向發(fā)展[ 4]。

園林綠化是一項(xiàng)長期性的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施工程,往往需要投入大量的人力、物力、財(cái)力。 目前,大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的城市綠化建設(shè)及養(yǎng)護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)[ 5-8],現(xiàn)代化苗圃常常以機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化的樹木種植和管理技術(shù)來有效降低人工成本,例如,荷蘭尤登豪特苗圃由25 人管理200 萬m2苗圃;德國布魯斯苗圃配備3—5 人來滿足33.3 萬m2的生產(chǎn);在意大利萬木齊公司,平均1 人即可完成25 萬m2的工作任務(wù)。 近年來,國內(nèi)苗圃育苗技術(shù)有了較快發(fā)展,但苗圃機(jī)械化推進(jìn)緩慢,仍然以人工操作為主,難以適應(yīng)現(xiàn)代化苗圃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

因此,本研究通過引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的樹木挖掘、裝卸、登高修剪等關(guān)鍵作業(yè)機(jī)械,在苗圃進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐,分析提出推進(jìn)苗圃機(jī)械化的建議,以期填補(bǔ)國內(nèi)苗圃在園林機(jī)械化應(yīng)用研究方面的空白,為園林機(jī)械新裝備在苗圃的應(yīng)用起到示范和借鑒作用。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象

樹木挖掘、裝卸、登高修剪是園林綠化生產(chǎn)和養(yǎng)護(hù)的重要環(huán)節(jié),也是苗圃生產(chǎn)鏈中需要擴(kuò)大機(jī)械操作的核心環(huán)節(jié)。 本次選取的研究對(duì)象包括三類13 臺(tái)園林機(jī)械,分別為滑移裝載機(jī)、挖掘機(jī)、挖樹機(jī)機(jī)頭、包夾、吊臂以及高空作業(yè)平臺(tái)(表1)。 滑移裝載機(jī)主要用于滑移和動(dòng)力操作,挖樹機(jī)機(jī)頭主要用于帶土球樹木的挖取,挖掘機(jī)主要用于樹木挖掘、裝卸、吊裝移動(dòng),挖樹機(jī)機(jī)頭需要和滑移裝載機(jī)或挖掘機(jī)掛接使用,包夾主要用于抓取樹木,吊臂主要用于懸掛樹木并吊運(yùn),包夾和吊臂需要和滑移裝載機(jī)或挖掘機(jī)掛接使用,高空作業(yè)平臺(tái)車主要用于樹木的高空修剪。 13 臺(tái)園林機(jī)械均選取國內(nèi)外應(yīng)用較多的機(jī)械品牌,例如Bobcat 牌、Dutchman 牌、三一牌、常青牌、海倫哲牌等[ 9-12]。

表1 研究對(duì)象信息Table 1 Information of the research objects

1.2 研究方法

研究內(nèi)容包括苗圃內(nèi)樹木挖掘、樹木裝卸和登高修剪等機(jī)械化操作的專項(xiàng)工作,應(yīng)用數(shù)據(jù)獲取方法主要包括現(xiàn)場觀測和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),綜合苗圃2019 年、2020 年、2021 年的機(jī)械實(shí)際使用情況,確定應(yīng)用數(shù)據(jù)。 部分研究對(duì)象由于操作場地較大、應(yīng)用周期分散,以抽樣的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。 綜合效能比=機(jī)械運(yùn)作效率∕人工運(yùn)行效率×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹木挖掘相關(guān)機(jī)械的適用性比較

主要選用滑移裝載機(jī)掛接挖樹機(jī)機(jī)頭或挖掘機(jī)掛接挖樹機(jī)機(jī)頭進(jìn)行樹木挖掘。 滑移裝載機(jī)是利用兩側(cè)車輪線速度差而實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的輪式專用底盤設(shè)備,適合作業(yè)場地狹小、地面起伏不平等場所的移動(dòng),挖樹機(jī)機(jī)頭可于作業(yè)現(xiàn)場隨機(jī)快速更換或掛接各種工作裝置,以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容。國內(nèi)常青公司制造的挖樹機(jī)器通過快換裝置,將挖樹機(jī)機(jī)頭掛接在滑移裝載機(jī)或挖掘機(jī)上,用于帶土球樹木的挖掘[ 12]。 加拿大的Dutchman Industries 制造了很多系列的挖樹機(jī)機(jī)頭,可以與拖拉機(jī)、裝載機(jī)、滑移裝載機(jī)以及汽車配套使用[ 13]。 挖掘時(shí),由液壓裝置帶動(dòng)刀鏟組件向下挖切樹木周圍的土壤和根系,挖掘的樹木土球完整、根系損傷少,大大提升了樹木的養(yǎng)護(hù)作業(yè)效率和移栽成活率,但機(jī)械本身與機(jī)頭的適配性存在差異。

A-1 滑移裝載機(jī)自身質(zhì)量為2 779 kg,額定裝載量為858 kg,a-1 挖樹機(jī)機(jī)頭質(zhì)量為635 kg,二者掛接使用,可承載土球質(zhì)量僅為408 kg,僅適用于胸徑6—10 cm 的樹木挖掘。

a-2 挖樹機(jī)機(jī)頭質(zhì)量為952 kg、a-3 挖樹機(jī)機(jī)頭質(zhì)量為1 134 kg、a-4 挖樹機(jī)機(jī)頭質(zhì)量為1 315 kg,它們均接近或大于A-1 滑移裝載機(jī)的最大載重量,因此這些機(jī)頭與A-1 滑移裝載機(jī)均不適配,無法掛接使用。

A-2 滑移裝載機(jī)可以掛接a-2、a-3 機(jī)頭,能用于胸徑8—15 cm 的樹木挖掘;A-3 滑移裝載機(jī)可以掛接a-3、a-4 機(jī)頭,能用于胸徑10—18 cm 的樹木挖掘。 C-1 挖掘機(jī)只能掛接c-1 挖樹機(jī)機(jī)頭,可挖土球直徑范圍為80—96 cm,僅適用于胸徑8—12 cm 的樹木挖掘(表2)。

表2 樹木挖掘機(jī)械的適配情況Table 2 Adaptation of tree digging machinery

b-1 包夾與A-1、A-2、A-3 滑移裝載機(jī)掛接,適合于園林工程、苗圃、農(nóng)場、牧場等場地,夾頭裝有橡膠襯墊,能高效抓取樹木、石塊等物并移動(dòng);d-1、d-2 吊臂與A-1、A-2、A-3 滑移裝載機(jī)掛接,可在移動(dòng)中吊掛抓取樹木。 在苗圃的實(shí)際應(yīng)用中,b-1 包夾和d-1、d-2 吊臂的使用率還不高。 樹木裝卸、吊裝移動(dòng)的工作常常會(huì)應(yīng)用吊機(jī),以節(jié)省樹木的滑移運(yùn)輸時(shí)長。

2.2 履帶式機(jī)械與輪胎式機(jī)械的比較

園林機(jī)械一般需要深入苗圃內(nèi)部作業(yè),履帶式機(jī)械爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎掉頭方便,作業(yè)效果與本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相關(guān),對(duì)土壤質(zhì)地要求較低,使用區(qū)域廣,總體來說作業(yè)性能良好[ 14]。

如表3 所示,A-3 滑移裝載機(jī)為輪胎式機(jī)械,掛接a-3 挖樹機(jī)機(jī)頭后質(zhì)量達(dá)到6 425 kg、掛接a-4 挖樹機(jī)機(jī)頭后質(zhì)量達(dá)到6 606 kg,C-1 挖掘機(jī)同樣屬于輪胎式機(jī)械,掛接c-1 挖樹機(jī)機(jī)頭后質(zhì)量高達(dá)8 330 kg,這兩種輪胎式機(jī)械在實(shí)際使用過程中,極易產(chǎn)生輪胎打滑和機(jī)械陷入現(xiàn)象。 因此,輪胎式機(jī)械不適用于現(xiàn)有的苗圃,履帶式機(jī)械更具備在苗圃大面積推廣的可行性。

表3 履帶式機(jī)械與輪胎式機(jī)械的參數(shù)Table 3 Parameters between crawler machinery and tire machinery

此外,c-1 挖樹機(jī)機(jī)頭應(yīng)適配C-1 挖掘機(jī)使用,與A-1、A-2、A-3 滑移裝載機(jī)均不適配,無法交叉掛接使用。 C-1 挖掘機(jī)掛接c-1 挖樹機(jī)機(jī)頭僅適用于胸徑8—12 cm 的樹木挖掘工作(表3),且機(jī)頭可達(dá)作業(yè)高度為170 cm,低于a-2、a-3 和a-4 挖樹機(jī)機(jī)頭,在挖掘樹木的應(yīng)用中適用范圍最小、使用率最低。

2.3 高空作業(yè)平臺(tái)的適用性分析

苗圃在培養(yǎng)高大樹木的過程中,不進(jìn)行系統(tǒng)修剪很難維系優(yōu)良的三級(jí)分支甚至四級(jí)分支的樹木形態(tài)。 高空作業(yè)平臺(tái)是一種將操作人員升高到接近樹冠高度的升降設(shè)備,通過使用高空作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行登高修剪,可以滿足不同的樹木造型和修剪需求。

B-1 高空作業(yè)平臺(tái)機(jī)身長度為3.76 m,高度為2 m,最大作業(yè)高度可達(dá)13 m,在最大作業(yè)幅度達(dá)到6.5 m 時(shí)的作業(yè)高度可達(dá)6.7 m(表4)。 現(xiàn)有苗圃的樹木種植密度普遍比較高,因未考慮到大型機(jī)械操作和通行空間的需求,像高空作業(yè)平臺(tái)這樣的設(shè)備難以深入苗圃內(nèi)部工作。 高空作業(yè)平臺(tái)更適用于規(guī)模化種植的行道樹苗圃,該類苗圃的樹木分支點(diǎn)高度和種植間距都有標(biāo)準(zhǔn)化要求,如分支點(diǎn)高度需大于2 m,種植間距不小于6.7 m,可滿足B-1 高空作業(yè)平臺(tái)的最小操作空間需求。

表4 高空作業(yè)平臺(tái)的相關(guān)參數(shù)Table 4 Relevant parameters of aerial work platform truck

2.4 園林機(jī)械與人工的效能比分析

提高苗圃機(jī)械化程度是克服人力成本增長給苗圃經(jīng)營帶來負(fù)效應(yīng)的最有效途徑。 以機(jī)械挖掘樹木與人工挖掘進(jìn)行效能比分析,使用A-2 滑移裝載機(jī)掛接a-2 機(jī)頭移植胸徑10 cm 的樹木,平均一天能挖掘96 株樹木,是4 名挖掘工人工作效率的6 倍。 機(jī)械挖掘樹木能夠快速將樹木根系切斷并保證土球完整,經(jīng)計(jì)算,綜合效能比達(dá)600%,挖掘單株樹木的運(yùn)行成本相較人工節(jié)約66.67%(表5)。 綜合計(jì)算,從苗圃生產(chǎn)到樹木養(yǎng)護(hù),應(yīng)用機(jī)械挖掘樹木能節(jié)約50%—80%的運(yùn)行成本。 機(jī)械挖掘樹木在極大提高樹木挖掘工作效率、節(jié)約勞動(dòng)力成本的同時(shí),還能提升樹木品質(zhì),增加樹木的移植成活率。

表5 機(jī)械挖掘與人工挖掘的比較分析Table 5 Comparative analysis of mechanical excavation and manual excavation

3 討論

苗圃養(yǎng)護(hù)機(jī)械新裝備的應(yīng)用能夠克服人力成本的增長,有效提升苗圃工作效率,提升樹木品質(zhì)。 已經(jīng)應(yīng)用的三類園林機(jī)械新裝備中,樹木挖掘機(jī)械的使用效率最高,滑移裝載機(jī)掛接挖樹機(jī)機(jī)頭的適用性優(yōu)于挖掘機(jī)掛接挖樹機(jī)機(jī)頭,A-2 滑移裝載機(jī)掛接a-2 挖樹機(jī)機(jī)頭的使用,綜合效能比最高。

用于高空修剪的高空作業(yè)平臺(tái)車由于現(xiàn)有苗圃沒有足夠的通行空間,適用性受到影響,建議應(yīng)用在規(guī)?；N植的行道樹苗圃。 此外,小型的裝卸設(shè)備使用率還不高。 樹木品種越來越多樣化,樹木培育逐漸從數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變,只有走多種機(jī)械相結(jié)合的現(xiàn)代化苗圃發(fā)展道路,才能滿足日益復(fù)雜的市場需求。

3.1 苗圃規(guī)劃時(shí)充分考慮機(jī)械操作空間

園林機(jī)械化是以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)為基礎(chǔ),苗圃規(guī)劃時(shí)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念,加強(qiáng)對(duì)機(jī)械操作環(huán)境的地域特征設(shè)計(jì),將適宜的樹木種類和規(guī)格與整體環(huán)境、氣候條件、操作空間結(jié)合起來,提升園林機(jī)械的適用范圍。 還應(yīng)當(dāng)更加重視專業(yè)化分工,提高園林機(jī)械化新設(shè)備的工作效率,縮短樹木離開土壤生長環(huán)境的周期,提高科技生產(chǎn)水平。

3.2 使用功能由單一性向多樣性發(fā)展

提升園林機(jī)械的多功能化配置,將功能單一的機(jī)械升級(jí)為一機(jī)多用、可裝卸多分機(jī)的機(jī)械裝備,確保機(jī)械發(fā)揮最大的效益和價(jià)值。 為了應(yīng)對(duì)各種場地條件,挖掘機(jī)械可根據(jù)苗圃生產(chǎn)需求,自行更換不同機(jī)頭,如滑移裝載機(jī)掛接機(jī)頭可進(jìn)行升級(jí)改造,成為挖掘和包扎土球一體化或包扎樹冠一體化的機(jī)械。 一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的功能越齊全、用途越廣泛,機(jī)械應(yīng)用的普及率才會(huì)越高。

3.3 加大作業(yè)人員培訓(xùn)力度

在國外發(fā)達(dá)國家,苗圃專業(yè)技能工人操作機(jī)械設(shè)備即可完成完整的工作流程。 為了真正體現(xiàn)出園林機(jī)械帶來的便捷,一方面,應(yīng)對(duì)作業(yè)人員開展針對(duì)性的技能培訓(xùn),發(fā)展創(chuàng)造安全管理、規(guī)范操作的市場環(huán)境,形成健康有效的產(chǎn)業(yè)化模式;另一方面,應(yīng)不斷改進(jìn)機(jī)械制造工藝,降低成本[ 15],簡化操作流程,讓作業(yè)人員通過簡單的培訓(xùn)就能輕松地上手操作。

3.4 注重節(jié)能環(huán)保方面的改進(jìn)

高效節(jié)能、安全環(huán)保是對(duì)園林機(jī)械的必然要求。 對(duì)園林機(jī)械進(jìn)行科學(xué)生態(tài)設(shè)計(jì),將園林機(jī)械與智能化技術(shù)進(jìn)行融合,積極探索清潔能源的利用,提升能源及材料有效利用率,有效降低產(chǎn)品成本及材料消耗[ 16-18]。 如可將汽油柴油類的燃油式機(jī)械逐步更新到充電式機(jī)械,以此降低對(duì)城市環(huán)境的影響,提升經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。 安全是使用的前提,在使用園林機(jī)械的過程中,應(yīng)經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),排除安全隱患,保障作業(yè)人員安全。

綜上,應(yīng)當(dāng)高效地選擇和使用園林機(jī)械新裝備,并不斷優(yōu)化升級(jí),提升機(jī)械設(shè)備在苗圃應(yīng)用的適用范圍和使用效能,起到降本增效的作用,促進(jìn)現(xiàn)代苗圃機(jī)械化水平的提高。