多功能植樹(shù)機(jī)設(shè)計(jì)與研究

王詩(shī)臣 彭亞楠 李淳哲 劉璇 張坤 肖詩(shī)婕 鄭思琦 李鏨 汪子翔 龔麗娟 吳昊 徐飛

【摘?要】本文基于我國(guó)沙漠治理林木種植效率低、成活率低，造林效益不高和植樹(shù)造林資源浪費(fèi)大的現(xiàn)狀。本文設(shè)計(jì)的自行式多功能沙漠植樹(shù)機(jī)，以小型柴油機(jī)為源動(dòng)力，通過(guò)傳感器及控制系統(tǒng)，根據(jù)不同的沙質(zhì)，能夠定距離、定深度高效打孔植樹(shù)，與傳統(tǒng)沙漠植樹(shù)方法相比，植樹(shù)效率大幅提高，較大程度地降低植樹(shù)成本，提高植樹(shù)效益。

【關(guān)鍵詞】多功能植樹(shù)機(jī);自行式;沙漠植樹(shù);鉆孔機(jī)構(gòu)

1.研究的目的和意義

土地沙漠化是我國(guó)乃至當(dāng)今世界一個(gè)重要的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，提高干旱沙地造林成活率和保存率，高效深栽造林設(shè)備的研究就顯得尤為重要[1]。我國(guó)植樹(shù)仍主要靠體力勞動(dòng)進(jìn)行栽植，資源浪費(fèi)大，栽植成活率和效率低，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響植樹(shù)的效率和進(jìn)度[2]。由于我國(guó)的勞動(dòng)力市場(chǎng)處于從體力勞動(dòng)到技術(shù)勞動(dòng)的轉(zhuǎn)型階段[3]，人工勞動(dòng)成本增加，且單純靠體力勞動(dòng)已很難滿足林業(yè)快速發(fā)展的需求。為了解決造林效益不高和植樹(shù)造林資源浪費(fèi)大、栽植成活率和效率低的現(xiàn)狀[4]，本文設(shè)計(jì)研究植樹(shù)機(jī)對(duì)沙漠植樹(shù)造林具有重要意義。

2.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

本課題的自行式沙漠植樹(shù)機(jī)采用傳感器測(cè)距系統(tǒng)、顯示器操作系統(tǒng)、小型柴油機(jī)提供動(dòng)力;帶有車架，微型12V、24V直流減速電機(jī)，小型發(fā)電機(jī)，電啟動(dòng)四沖程打孔機(jī)，水平校正器，配重器，自行設(shè)計(jì)剎車裝置，直行控制器，車輪等主要部件，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

柴油機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)前輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)植樹(shù)機(jī)向前行走，前輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)鉆孔機(jī)構(gòu)由鉆孔機(jī)構(gòu)掛架吊裝在車架吊杠上，掛架上安裝直流電動(dòng)機(jī)、螺桿、導(dǎo)杠。通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)動(dòng)，利用螺桿螺母副帶動(dòng)連接法蘭沿著導(dǎo)杠上、下移動(dòng)，進(jìn)而控制鉆頭實(shí)現(xiàn)向下推進(jìn)打孔和向上提升運(yùn)動(dòng)。連接法蘭上安裝導(dǎo)向螺母、導(dǎo)套、柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)?？梢酝ㄟ^(guò)控制連接法蘭高度進(jìn)而控制打孔深度。打孔機(jī)需要打孔時(shí)，打開(kāi)柴油機(jī)控制開(kāi)關(guān)，讓柴油機(jī)運(yùn)行，柴油機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)打孔，同時(shí)通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并給蓄電池充電。蓄電池為直流電動(dòng)機(jī)提供電源，提高能源利用率，在鉆孔機(jī)構(gòu)掛架下部設(shè)置有平衡調(diào)節(jié)裝置，保證打孔機(jī)鉆頭自動(dòng)處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，并降低打孔機(jī)構(gòu)的重心。

3.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本課題所研究的自行式沙漠植樹(shù)機(jī)與目前所存在的植樹(shù)打孔方式相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即：第一，節(jié)省人力，多功能植樹(shù)機(jī)運(yùn)行采用自行式，自身配有動(dòng)力系統(tǒng)，無(wú)需人機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低。第二，打孔效率高，在理論和實(shí)驗(yàn)操作中，植樹(shù)機(jī)最深鉆孔深度為110cm，鉆孔直徑為5～90cm，完全滿足大多數(shù)情況下植樹(shù)需求。為防止地形因素導(dǎo)致打孔產(chǎn)生偏差，植樹(shù)機(jī)中裝有水平校正裝置，且鉆孔速度最快為15孔/min，植樹(shù)成活率與一般沙漠植樹(shù)打孔方式相比提高100%[5]，并且可做到定距離直線植樹(shù)。第三，能源利用率高、使用成本低。

4.總結(jié)

本課題的多功能植樹(shù)機(jī)節(jié)省人力，打孔效率高，可適用于復(fù)雜地形環(huán)境和多種地形工作。本課題的多功能植樹(shù)機(jī)在一定程度上彌補(bǔ)了目前我國(guó)在植樹(shù)打孔裝置的不足，在植樹(shù)打孔的速率、效率，種樹(shù)成活率、使用成本和靈活使用等方面都具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。本文設(shè)計(jì)的多功能植樹(shù)機(jī)產(chǎn)品發(fā)展空間需求大，在未來(lái)可創(chuàng)造十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜晨龍、俞國(guó)勝.高效深栽造林鉆孔機(jī)的研制與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013年9月，第29卷，第18期：75-81.

[2]高穎.農(nóng)村富余勞動(dòng)力的供需變動(dòng)及分析.人口研究，2008，32，（5）：83-90.

[3]李金夫、劉萬(wàn)毅、高作寧等.中國(guó)治沙與沙漠植樹(shù)專利技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展評(píng)述[J].2002年，第1期;41.

[4]喬磊、李立國(guó).淺談沙漠地區(qū)植樹(shù)造林存在的問(wèn)題和技術(shù)對(duì)策[J].林業(yè)科技，2016.8 期，第33卷;94.

[5]王彤.提高沙漠植樹(shù)造林成活率技術(shù)[J]，新疆農(nóng)業(yè)科技，2016年01月;28.

（作者單位：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)）