營林機械的應用及發展探究

王巖巖 王猛猛 孫悅 潘成芳

摘要：指出了林業發展是我國生態文明建設的根本，而營林機械在林業發展中有著至關重要的意義。從我國林業的基本情況出發，闡述了營林機械在林木撫育、森林保護及木材采運等方面的應用現狀，探討了營林機械未來在系統化、綠色化、人性化、專業化等方面的發展前景。

關鍵詞：林業;營林機械;林木撫育;木材采運

中圖分類號：S776

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0235-04

1引言

改革開放以來，我國經濟發展迅速，大大改善了民生。同時，由于經濟的快速發展，競爭激烈，人們對于利益的追求導致亂砍濫發的現象發生，林業資源銳減，破壞了人與自然的和諧，進而引發大氣污染，水土流失等一系列生態問題。為實現林業資源的可持續發展，應狠抓生態環境問題，《林業發展“十三五”規劃》提出“十三五”時期是加快林業轉型升級，全面推進林業改革發展的關鍵時期。黨的“十九大”的勝利召開關于林業提到必須加快林業現代化，推動增長綠色化。為實現這一目標，必須以科學發展觀、生態文明建設為核心戰略思想，響應國家號召，積極退耕還林，開荒造林，封山育林，大力發展營林機械盡早實現林業工作現代化。

2國家林業概況

根據國家第8次森林資源調查結果得知全國森林面積2.08億hm2，森林覆蓋率21.63%。活立木總蓄積164.33億m3，森林蓄積151.37億m2。天然林面積l.22億hm2，蓄積122.96億m3;人工林面積0.69億hm2，蓄積24.83億m3。森林面積和森林蓄積分別位居世界第5位和第6位，人工林面積仍居世界首位。與上次調查結果相比，森林面積增加，森林覆蓋率上升;森林每公頃蓄積量、每公頃年均生長量均增加。結果表明，經過幾十年來的不懈努力，我國在林業建設方面取得了巨大的成就，森林資源數量持續增長，森林質量明顯提升，森林的生態效應進一步加強，由此可見黨中央從我國基本國情出發制定的政策的優越性。

盡管隨著育林、造林和護林意識的逐漸提高，但是營林工作的不科學，營林技術的不成熟依舊導致生態環境出現了不同程度的破壞。營林機械作為林業發展不可或缺的重要一環，促進了營林工作朝著穩定化、現代化以及科學化方向發展。在當前的營林生產中營林機械的應用不僅顯著地提高了工作的效率，還節省了大量的人力和物力，為社會節約了大量的勞動力資源，帶動社會其他行業的發展，實現了資源的重新優化分配。營林工作的機械化，使人與機械共同參與營林作業，從營林作業所有環節的操作都需要人的參與發展到現如今營林機械作為營林工作的直接參與者，使用者只需要通過控制營林機械來間接進行營林作業，使使用者大大減輕了勞動強度，營林生產的成本大大降低從而徹底解放勞動生產力，提高林業工作的經濟效益。

3營林機械的應用現狀

3.1林木撫育方面

3.1.1整地挖坑機

整地挖坑機，也稱穴狀整地機，主要用于穴狀造林、果樹栽植、地面挖坑。3JDWZ-50型機電一體化挖坑整地機由牡丹江林業科學院研究所設計，根據營林工作中挖坑整地作業的需求，研制的一種能在20。坡以下造林地進行挖坑整地作業的機械，機電技術相結合，使機械部件減少，因此由機械磨損，配合及變形產生的誤差大為減小，同時采用電子技術實現自動控制，校正補償有外界干擾因素引起的動態誤差，實現純機械結構所無法達到的精度。采用電氣保護線路，使安全性和可靠性都有一定的提高。此外，機械作業效率是人工作業效率的五倍之多。與傳統挖坑機相比，它的結構精簡，精度高，適應性強，安全可靠，效率高（圖1）。

3.1.2割灌機

割灌機是造林和撫育用的幼林機械，多用于林地清理、林木撫育與間伐、切割直徑18cm以內的多種林木和雜草。其結構緊湊、操作靈便，是一種比較理想的撫育機械。使用割灌機可減輕勞動強度，提高工作效率，保證作業質量;加快林木的撫育速度，提高森林經營水平。

北京林業大學俞國勝等老師研制出的5GZ-1100型自行手扶式割灌機，該機器的行走機構為具有兩個行走輪的手扶式機構。發動機通過皮帶輪傳動驅動兩行走輪，同時將動力傳遞給灌木切割裝置進行切割。它可以通過人工調節作用在扶手上的力來改變切割裝置離地距離從而切割不同高度的灌木。此外，北京林業大學工學院王飛等老師研制的適用于沙地的步進手扶圓鋸片式割灌木機，該機器設計了超越離合器式鏈傳動裝置來實現切割高度的調節。根據沙地灌木生長的特點，為了更好地適應沙地地形，圓鋸片采用中間高，兩側低的方式進行切割（圖2）。

如圖3所示的HONDA CQ35型割灌機，具有良好的啟動性、低油耗和低噪聲。輕量的防震構造，平衡好，符合人體工程學的握柄，長時間作業也不易疲勞。國產系列的3GC-1.5割灌機是柳州索羅小型動力機廠開發的產品，功率1.47kW，轉速6000r/min，質量10kg，切割生產率30cm2/s（國際要求25cm2/s），切割燃油消耗率80g/m2（國際要求110g/m2），把手手感振動值14g/s2，耳旁噪聲93dB（A）（國標要求98dB（A））。

3.1.3整枝機

合理高效的整枝是促進樹木高效生長的重要撫育作業。通過整枝提高枝下高，使樹冠通風透光，光合作用得到加強，減少病蟲害的發生，有利于樹木的生長。

為解決人工整枝的高強度高負荷作業問題，由東北林業大學聯合吉林省林業科學研究院研制出了一種新型的5XB-6型便攜式人工林立木整枝機，采用旋轉切削的方式最為省力，切削極限速度高達18000r/min，其切削刃線速度達到12.25m/s，設有防護板，防止修剪整枝過程中的碎屑旋出危及到操作人員的人身安全。因此該機械切削樹枝速度快，效率高，操作的安全可靠性較好。近些年來，遙控自動整枝機的研究越來越熱，它是一種將整枝機環抱在樹干上，通過手持遙控器進行無線遙控而實現自動整枝作業的便攜式機械。首先由人工將夾持裝置夾緊于樹木之上，啟動電機后，由無線遙控發出指令控制其繞著螺旋線攀爬至需要整枝的位置對樹木進行修剪。該機器采用橡膠輪，在攀爬及下降樹木過程中遠離樹干以減少對樹木的傷害。同時輪胎式的驅動機構將行走輪與樹干形成一定的角度，通過橡膠輪與樹木表面產生的摩擦力來驅動其爬升下降，整枝工作連續進行大大提高了工作效率（圖4）。

3.2森林保護方面

森林保護的內容主要包括森林火災的防治和病蟲害防治工作。森林防火方面，由長春光機所、吉林省林業廳和長春市第四光學儀器廠共同研制的JSH-136型監視儀（圖5），監測范圍較廣，可以對十幾公里半徑范圍內的森林狀況進行監測，給森林檢測工作帶來了巨大的便利。此外，無人機監測系統也越來越廣泛地應用于森林防火監測領域，無人機能夠實時對地面進行巡查檢測（圖6）;具有較高的環境適應性，可在危險復雜等地形進行巡回監察獲取遙感信息;還可以對森林火災現場信息進行采集傳輸以便消防人員更迅速的做出滅火決策;火災情況下無人機還可穿透煙霧進行人員搜救。森林滅火器有MSWB12高壓脈沖水霧滅火器和SP-05式森林滅火水霧噴射器。MSWB12高壓脈沖水霧滅火器是北京蜀安消防設備有限公司研制的滅火器材（見圖7），這種滅火器材利用壓縮空氣作為動力，在高壓氣體驅動下噴出高速水霧，使其沖入火源中心懸浮在燃燒氣體中，使燃燒物快速降溫直至熄滅，從而達到有效的滅火效果。該公司還研制了SP-05式森林滅火水霧噴射器，它是一種具有高強度噴射能力的滅火器材。該滅火噴射器能在遠距離對森林火災進行噴射達到滅火目的，是其他滅火工具所不能相比的（圖8）。

常用于病蟲害防治的營林機械是BG305D打孔注藥機，由國家森林病蟲害防治總站監制的一種輕便、高效、靈活的植物保護機械，主要用于高大樹木的注藥防治使用。注入樹體的藥液隨樹液的流動輸送到樹體的各個部位，達到殺蟲目的，具有裝卸鉆頭靈活、用藥節省、藥效長、不殺傷天敵、不污染環境、不受氣候條件的影響、兼治多種害蟲等優點（圖9）。

3.3木材采運方面

國內林業采伐機械主要是電鋸。電鋸是一種傳統的開采機械，使用過程中會消耗勞動者大量體力，還有著隨時可能因為誤操作導致受傷的潛在危險。隨著科技水平的不斷提升，林業聯合采伐機在林業開發中的應用逐漸受到重視，電鋸逐漸被其所取代。

林木聯合采伐機是一種多功能、高自動化、高效率的林木采伐機械。在林業作業中，林木聯合采伐機彰顯出它無比的優越性。2017年，北京林業大學工學院教授劉晉浩導師項目組研制的WCFJ30-1的“多功能輪式林木聯合采育機”試制成功（圖10）。多功能采育機是我國首次研制出的具有自主知識產權的，集伐木、打枝、造材、扒皮、歸楞和裝車等多項功能于一體的自行式裝備，可應用于人工林采伐撫育機械化作業。輪式底盤通過性強，并且因其與地表接觸面積較小故而對地表損傷較小。該裝備在輪式底盤上配備作業范圍較大的機械臂，再在機械臂末端裝配多功能聯合采育工作裝置，可在人工控制下靈活作業。采伐、打枝和造材的徑級為30cm，機械臂具有多個自由度，可在空間范圍內任意活動，作業范圍為11m，持續作業時間超過5h。目前，此機器已在廣西欽州桉樹人工林項目實驗基地和廣東湛江雷州半島的桉樹人工林實驗基地應用。人工使用電鋸工作效率約為1m/h，而聯合采育機的工作效率約14m3/h，遠遠超過傳統開采功率。聯合采育機的使用使得林業采育作業的工作成本大大降低，利潤值便與之對應地上升，不僅大大提高了工作效率，還提高了經濟效益和社會效益。

4營林機械的發展前景

隨著科學技術的進步，機械化生產逐漸取代人工生產成為現代社會生產的標志。這就要求營林機械必須進行系統的分配，才能更好地對其進行管理、使用及維修。林業機械系統化是指多種器械設備在實現某一功能上相輔相成，協調運轉，完成預期的林業生產目標。我國作為發展中國家近年來綜合國力的提高有目共睹，而綜合國力的增強必定以犧牲環境為代價，這便讓綠色環保成為各行業產品研發的首要要求，因此營林機械的發展要以“生態效益優先”為原則，堅持生態效益，經濟效益和社會效益相統一，努力實現營林機械可持續的綠色發展。基于我國營林機械水平較低、發展緩慢的特點，我國應當吸收國外營林機械的發展經驗，學習國外林業機械的前進技術，并在此基礎上進行自主創新研發。從發展層面來說未來的營林機械也會向輕便化、低污染、低噪音且低危害性等方向發展。此外，人是營林工作的主體，營林機械是人進行高效工作必需的勞動工具。為了能使操作員在舒適高效的環境工作，有人工參與環節的器械的設計都應該符合人機工程學，最大化減輕人的身體負擔，實現整個系統的和諧人機關系，綜合效能達到最優。

5結語

大力推動林業改革和轉變林業生產方式都需要倚靠營林機械。而我國林業還處在由傳統林業向現代林業轉變的初期階段，在當前的情勢之下，我國的營林機械發展應當合理借鑒國外營林機械發展經驗與教訓，在不斷地摸索與試驗中找到適合我國基本國情的發展方式。營林機械的投入應當充分發揮其自身的優勢，使得林業資源被科學合理并且最大化的保護以及利用。

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