戴智明, 陸雙莉, 梁少湖, 施昭鴻, 陳小東, 廖逸雯, 黃文浩

(廣東鑫華資環(huán)科技有限公司,廣東 江門 529020)

我國是世界上人工林造林面積最大的國家[1-2]。2022年全國造林面積383萬hm2,全國森林覆蓋率達24.02%,森林蓄積量達194.93億m3[3]。近年來,隨著國家生態(tài)安全戰(zhàn)略的提出以及生態(tài)修復的緊迫性,林業(yè)發(fā)展進入快車道,造林需求不斷增加[4-6]。當前,仍以傳統(tǒng)人工造林為主,尤其是山區(qū)造林,采用人工挖孔,其勞動強度較大,并且效率較低[7-9]。機械化造林能夠有效提高造林效率、降低造林成本,對于林業(yè)高質量發(fā)展意義重大。

目前,螺旋式鉆孔設備在機械化造林中應用較為廣泛。但由于其結構復雜以及體積較大,不易運上山,給造林工作造成一定的阻力[10-11]。此外,在立地條件較差的區(qū)域,特別是含小石礫較多的南方地區(qū),螺旋式鉆孔設備的螺旋式挖孔鉆頭碰到小石礫或樹根時,容易出現(xiàn)難以繼續(xù)下鉆、鉆頭易損壞等問題。因此,研究設計一種利用節(jié)能電源作為動力的鏈式切割挖孔機,是在山區(qū)開展高效造林的需要。

1 設計與原理

1.1 結構設計

鏈式切割挖孔機包括外殼、插接安裝式電池、動力裝置、鏈式切割挖泥裝置、定位支架、加濕裝置以及控制器,插接安裝式電池、動力裝置、鏈式切割挖泥裝置、定位支架、加濕裝置以及控制器安裝于外殼,如圖1所示。

圖1 鏈式切割挖孔機結構示意圖1.外殼;2.插接安裝式電池;3.動力裝置;4.鏈式切割挖泥裝置;5.定位支架;6.加濕裝置;7.控制器;8.電機;9.縱向被動鏈輪;10.縱向變速器;11.橫向變速器

其中,動力裝置包括有電機以及變速器裝置,變速器裝置包括有縱向變速器以及橫向變速器,縱向變速器以及橫向變速器機座與外殼連接;電機通過變速裝置與鏈式切割挖泥裝置連接,插接安裝式電池通過控制器與電機連接,利用插接安裝式電池向電機提供電源,通過控制器控制電機驅動鏈式切割挖泥裝置挖孔,降低植樹挖孔的勞動強度,其在山地前期備耕植樹打穴工作中有較廣泛的應用前景。確保植樹大圩的深度和質量,是開展高質量造林前提,并能提高植樹挖孔的效率。

挖泥裝置包括縱向鏈式切割挖泥裝置以及橫向鏈式切割挖泥裝置,如圖2所示,縱向鏈式切割挖泥裝置包括縱向切割鏈條、縱向主動鏈輪、縱向被動鏈輪、縱向傳動輪以及縱向傳動軸。縱向傳動軸與縱向傳動輪以及縱向主動鏈輪固定連接,縱向傳動軸安裝于外殼的軸承上?？v向被動鏈輪安裝于外殼的固定板的軸承上,縱向變速器通過其主傳動輪以及主傳動帶與縱向傳動輪連接,縱向主動鏈輪通過縱向切割鏈條與縱向被動鏈輪連接;橫向鏈式切割挖泥裝置包括有橫向切割鏈條、橫向主動鏈輪以及橫向被動鏈輪、橫向傳動輪以及橫向傳動軸。橫向傳動軸與橫向傳動輪以及橫向主動鏈輪固定連接,橫向傳動軸以及橫向被動鏈輪安裝于外殼的固定板的軸承上?？v向傳動軸的輔助輪通過輔助傳送帶與橫向變速器的縱向傳送帶輪連接,橫向變速器的橫向傳送帶輪通過橫向傳送帶與橫向傳動輪連接,橫向被動鏈輪設有多個,橫向主動鏈輪通過橫向切割鏈條與多個橫向被動鏈輪連接;控制器設有控制線與水泵以及電機連接,用于控制電機以及水泵的工作;插接安裝式電池設有太陽能電池板,以方便向插接安裝式電池充電。

圖2 鏈式切割挖孔機挖泥裝置1.縱向切割鏈條;2.縱向主動鏈輪;3.縱向傳動輪;4.以及縱向傳動軸;5.橫向切割鏈條;6.橫向主動鏈輪;7.以及橫向被動鏈輪;8.橫向傳動輪;9.橫向變速器;10.橫向傳動軸

1.2 工作原理

使用清潔能源的插接安裝式電池作為電機電源,利用電機通過縱向變速器以及橫向變速器驅動縱向切割鏈條以及橫向切割鏈條轉動,利用縱向切割鏈條以及橫向切割鏈條對地面的橫向以及縱向切割挖孔和泥土輸送,縱向切割鏈條以及橫向切割鏈條具有較強的切割能力,于鏈條上設置由硬質合金構成的切割刀齒,遇到樹根或較硬礫石也能切割,更硬的礫石則自動轉向、停止以保護鏈條。同時于鏈條上設置送泥刮刀,以實施對被切割泥土的輸送,解決了螺旋式挖孔鉆頭不能切割石頭或者能力差的問題,降低了上山挖孔植樹勞動強度,提高了挖孔植樹的效率,如圖3所示。

圖3 鏈式切割挖孔機切割裝置1.切割刀齒;2.多個送泥刮刀;3多個接鏈板

1.3 工作流程

(1)鏈式切割挖孔機挖孔時,先將定位支架插接安裝于外殼上,并利用定位支架將鏈式切割挖泥裝置調節(jié)到合適的位置,利用定位支架控制挖孔的深度。

(2)通過控制器控制電機運行,利用電機通過縱向變速器以及橫向變速器驅動縱向切割鏈條、橫向切割鏈條旋轉,利用縱向切割鏈條以及橫向切割鏈條上的切割刀齒以及送泥刮刀對地面泥土或者石頭進行縱向和橫向切割以及將泥土輸送出地面,以達到于山上地面挖孔植樹的目的。

(3)在挖孔切割時,也可把處于泥土中的樹根、細小樹枝等切割并挖出孔內(nèi),起到清空孔內(nèi)樹根的作用,為挖孔后的種樹提供有效的清理。

2 結論

(1)本設計可使用利用清潔能源(電能、太陽能)的插接安裝式電池向電機提供電源,利用電機控制挖孔機工作。降低了使用內(nèi)燃機的污染、安全風險。

(2)本設計通過鏈式切割挖泥裝置的縱向切割鏈條以及橫向切割鏈條對泥土或者泥土中的石頭進行切割挖掘以及輸送,實現(xiàn)縱向和橫向同步切割泥土和挖出泥土輸送出孔外地面的目的,挖孔作業(yè)效率比傳統(tǒng)方式只能一次單向挖孔的效率至少提高一倍以上,降低了山區(qū)挖孔植樹勞動強度,提高了挖孔植樹的效率;同時,在挖孔后依次堆入肥料、種樹、孔內(nèi)填滿泥土的種樹過程中,把挖孔過程中切割輸出足夠細膩及有一定濕度的泥土再次放入孔內(nèi)填滿種樹,可以實現(xiàn)更高效和快速的種樹,提高種樹的成活率。

(3)本設計的鏈式切割造林挖孔機結構解決了傳統(tǒng)的螺旋式挖孔鉆頭切割石頭能力差以及人工挖孔勞動強度大和效率問題,具有良好的穩(wěn)定性以及可靠性,是解決傳統(tǒng)山區(qū)上造林困難、效率差等缺陷的一種可行的技術方案。