國(guó)內(nèi)外樹(shù)木移植機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

趙德金，郭艷玲 ，宋文龍

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040，2.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

目前，帶土球樹(shù)木移植法是園林苗木移栽中成活率最高的方法，采用人工取苗進(jìn)行移植，需要?jiǎng)趧?dòng)力多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、成本高，而且施工中很難免鋸斷根系，容易造成苗木根系的意外損害，而且還需要吊車，汽車等設(shè)備輔助。樹(shù)木移植的關(guān)鍵是保證移植樹(shù)木的成活率。樹(shù)木移植機(jī)是一種集機(jī)械和液壓控制技術(shù)為一體的機(jī)械裝備。實(shí)踐表明，樹(shù)木移植機(jī)能保證樹(shù)木根部土球的完整，從而保證了樹(shù)木的成活率。采用樹(shù)木移植機(jī)進(jìn)行移植，則對(duì)于短距離樹(shù)木移植，一臺(tái)先進(jìn)樹(shù)木移植機(jī)就可以完成挖坑、挖樹(shù)、運(yùn)輸、栽培、澆水等操作，對(duì)于長(zhǎng)距離，批量樹(shù)木移植，則可采用將挖掘好的樹(shù)進(jìn)行套袋，防止土球松散和保水，然后成批用汽車運(yùn)輸去目的地進(jìn)行栽培。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)中后期就開(kāi)始了這方面的研究，已經(jīng)生產(chǎn)出了一系列的樹(shù)木移栽設(shè)備，具有樹(shù)木移植效率高、成活率高、操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)［1－8］。我國(guó)也在20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始了樹(shù)木移植機(jī)械的研究［9］，目前我國(guó)也生產(chǎn)出了自主研發(fā)的高效率的樹(shù)木移植機(jī)械產(chǎn)品。

1 樹(shù)木移植機(jī)的用途和類型

1.1 樹(shù)木移植機(jī)的用途

(1)由于建筑樓房、公路擴(kuò)展以及其他工程導(dǎo)致需要將一些樹(shù)木進(jìn)行移植以免對(duì)現(xiàn)有的樹(shù)木造成破壞的場(chǎng)合。

(2)一些樹(shù)木的成長(zhǎng)影響到了周圍其他設(shè)施，需要將樹(shù)木轉(zhuǎn)移的情形。

(3)改變或擴(kuò)展現(xiàn)有的園林規(guī)劃，需要對(duì)樹(shù)木進(jìn)行移植的情形。

(4)對(duì)于新開(kāi)發(fā)的公路、小區(qū)以及校區(qū)建設(shè)，能快速進(jìn)行樹(shù)木移植，完成園林規(guī)劃。

1.2 樹(shù)木移植機(jī)的類型 目前，我國(guó)樹(shù)木移植機(jī)的研究工作已取得重大進(jìn)展，已經(jīng)生產(chǎn)出了自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家樹(shù)木移植機(jī)械的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，種類型號(hào)很多，如果按挖掘鏟的形狀可分為直鏟式、弧形鏟式和半圓球形鏟;按照配套動(dòng)力的掛接方式可分為車載式樹(shù)木移植機(jī)、汽車拖車、輪式或履帶式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)樹(shù)木移植機(jī);拖拉機(jī)后懸掛以及拖拉機(jī)側(cè)懸掛，還有多桿機(jī)械臂式液壓驅(qū)動(dòng)樹(shù)苗移植機(jī)械;按照鏟的數(shù)量可分為兩鏟式、三鏟式、四鏟式和六鏟式。

2 國(guó)內(nèi)外樹(shù)木移植機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)樹(shù)木移植機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)，樹(shù)木移植機(jī)研究工作大約在20世紀(jì)70年代末期，20世紀(jì)80年代北京林業(yè)大學(xué)顧正平和張英彥對(duì)樹(shù)木移植機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。21世紀(jì)初，我國(guó)內(nèi)蒙古赤峰市赤田農(nóng)林機(jī)械制造廠和高等院校及研究所共同研制的可用于苗圃、園林工程綠化和大樹(shù)移栽的挖樹(shù)機(jī)，江蘇省豐壘果蔬特種機(jī)械研制有限公司也研制出了新型挖樹(shù)機(jī)械，還有山東曲阜匯眾機(jī)械設(shè)備有限公司等企業(yè)制造的便攜式樹(shù)木移栽機(jī)［10－12］。

(1)北京林業(yè)大學(xué)顧正平和張英彥20世紀(jì)80年代末通過(guò)對(duì)樹(shù)木移植機(jī)的研究并導(dǎo)出了模型鏟下鏟阻力的經(jīng)驗(yàn)公式。1987年由北京林業(yè)大學(xué)研制的4YS－80型懸掛式樹(shù)木移植機(jī)于1987年9月12日在北京通過(guò)鑒定。這種機(jī)具有4個(gè)組合型的鏟刀，能與鐵牛－55和東方紅－75配套使用，能挖最大樹(shù)苗胸徑為10 cm，土球最大直徑為0.8～0.9 m，高度為0.6～0.7 m，3～5 min內(nèi)能挖一棵樹(shù)，大大提高了工作效率，為后來(lái)樹(shù)木移植機(jī)械的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

(2)內(nèi)蒙古赤峰亞美非生態(tài)科技發(fā)展有限公司最新研制的挖樹(shù)機(jī)如圖1所示。該機(jī)可用于苗木公司、綠化公司、園林公司小型樹(shù)木、大型樹(shù)木移栽綠化，效果好。挖樹(shù)機(jī)由23.205 kW(30PS)以上挖掘機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制機(jī)械動(dòng)作。可挖樹(shù)木直徑為10～30 cm、土球直徑60～150 cm、深度40～90 cm的綠化樹(shù)，同時(shí)也可挖直徑60～120 cm的樹(shù)坑。挖掘速度為25棵/h左右，效率高，樹(shù)木根系和土壤形成的土球保持完整，移栽后的樹(shù)木成活率高。可根據(jù)用戶要求，經(jīng)改裝后也可用69.615 kW(90PS)以上的拖拉機(jī)作為動(dòng)力。

圖1 4WS－120挖樹(shù)機(jī)

圖2 豐壘牌4YS系列挖樹(shù)機(jī)

圖3 斷根機(jī)

(3)江蘇省豐壘果蔬特種機(jī)械研制有限公司研制的豐壘牌4YS系列挖樹(shù)機(jī)如圖2所示。該系列機(jī)械主要用于林木移栽過(guò)程中根球的挖取，裝桶或淘汰林木的采伐更新，也可用于林木移植，還可挖樹(shù)坑，栽樹(shù)，裝車。挖樹(shù)鏟采用半圓筒形雙鏟結(jié)構(gòu)，動(dòng)力采用機(jī)械傳動(dòng)，底盤(pán)采用橡膠履帶、鋼制履帶、四輪驅(qū)動(dòng)多種形式，結(jié)構(gòu)由左右半圓桶鏟，挖掘過(guò)程由液壓控制，挖掘速度為30～50棵/h左右。可挖掘胸徑為5～35 cm的樹(shù)木，土球直徑40～160 cm，各種樹(shù)種都可使用，是林業(yè)、苗木、園林綠化的好幫手，解決了雇傭勞動(dòng)力難的問(wèn)題。

(4)山東曲阜匯眾機(jī)械設(shè)備有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的便攜式斷根移植挖樹(shù)機(jī)如圖3所示。該機(jī)能較好地提高人工挖苗的效率及提高苗木的成活率。他可輕松地切入各種含砂石的復(fù)雜土壤，主要用于苗圃，園林工程，高山取苗等苗木移栽過(guò)程中帶土球的挖取、裝桶或淘汰林木的采伐更新。該機(jī)特點(diǎn)是作業(yè)范圍廣，可以為胸徑2～40 cm的樹(shù)斷根，采用單人便攜式操作、重量輕，使用方便，不受空間范圍的限制，最大程度保留苗木的根系及鍋形土球，不傷根系，極大地提高了苗木移植的成活率。苗木挖掘時(shí)斷根起苗快，幾分鐘可完成土球的挖掘工作，缺點(diǎn)是需要人力或其他設(shè)備輔助運(yùn)輸和移栽。

3 國(guó)外樹(shù)木移植機(jī)的發(fā)展

國(guó)外樹(shù)木移植機(jī)械的研究比我國(guó)起步要早，技術(shù)比較成熟，產(chǎn)品已經(jīng)呈系列化，而且多樣化。制造樹(shù)木移植機(jī)械的公司有美國(guó)Big－John公司，加拿大Holt Tree Spades公司，加拿大Lemar Tree Spades公司，加拿大的Dutchman Industries公司，德國(guó)的Optimal公司，還有荷蘭的Damcon公司，另外俄羅斯和日本也制造了先進(jìn)的樹(shù)木移植機(jī)械［13－19］。

(1)美國(guó)Big-John公司生產(chǎn)研究大樹(shù)移植機(jī)已有35年的歷史，產(chǎn)品有車載式(圖4)、汽車拖車式(圖5)、輪式前懸掛式(圖6);還配備臨時(shí)存放帶土球大樹(shù)的漏斗(圖7)。對(duì)于車載式樹(shù)木移植機(jī)械一般用于移植大樹(shù)，進(jìn)行挖坑、挖樹(shù)、運(yùn)輸以及栽樹(shù)以及澆灌一整套操作。最新產(chǎn)品還裝備有攝像頭輔助駕駛員準(zhǔn)確定位。車載式樹(shù)木移植機(jī)能挖掘胸徑為80～360 mm的樹(shù)木，最大土球直徑為254 cm，深度可達(dá)173 cm，水箱容量1 500 L;汽車拖車式能挖掘胸徑為80～180 mm的樹(shù)木，最多土球直徑為160 cm，深度可達(dá)135 cm;輪式前懸掛式能挖掘胸徑為80～300 mm，最多土球直徑為230 cm，深度可達(dá)150 cm。

圖4 車載樹(shù)木移植機(jī)

圖5 拖車式樹(shù)木移植機(jī)

圖6 裝載機(jī)式樹(shù)木移植機(jī)

(2)加拿大Holt Tree Spades公司1957年開(kāi)始制造了第一臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)如圖8所示。這臺(tái)樹(shù)木移植機(jī)是人力操作的四鏟式，最大能挖掘直徑為30 cm土球。到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一家大公司，其挖掘土球直接范圍從60～366 cm，能制造可以和多種動(dòng)力輸出設(shè)備配套使用的50多個(gè)品種的樹(shù)木移植機(jī)，與滑移裝載機(jī)配套使用的可挖掘土球直徑為132 cm(圖9);與挖掘機(jī)配套使用的可挖掘土球直徑為188 cm(圖10);與汽車配套使用的可挖掘土球直徑為239 cm，還有拖拉機(jī)后懸掛樹(shù)木移植機(jī)(圖11)。拖車式六鏟大型樹(shù)木移植機(jī)最大可挖掘土球直徑為366 cm，有的還裝備有操縱桿，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)以及輸入和輸出結(jié)構(gòu)等。動(dòng)力足，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可在含有沙石的土壤中進(jìn)行挖掘操作。

(3)荷蘭Damcon公司制造的樹(shù)木移植機(jī)種類也較多，有半圓筒立鏟式挖樹(shù)機(jī)如圖12所示。工作過(guò)程，圓筒鏟挖到指定深度之后，U形鏟刀切斷土球周圍根系形成土球，U形鏟拖住土球底部，將土球和樹(shù)取出。還有球面鏟刀式樹(shù)木移植機(jī)如圖13所示，可與起重機(jī)和輪式裝載機(jī)配套使用，用于移植根系范圍較大的樹(shù)木，土球直徑范圍可達(dá)到150～250 cm。圖14是幼苗移栽機(jī);圖15是用于壟距較窄的側(cè)懸掛式挖樹(shù)機(jī);圖16是U形鏟式挖樹(shù)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，挖掘土球直徑范圍從18～200 cm。

(4)加拿大的Dutchman Industries制造了很多系列樹(shù)木移植機(jī)，可與拖拉機(jī)、裝載機(jī)、滑移裝載機(jī)以及汽車配套使用，主要產(chǎn)品包括平頭鏟式如圖17所示。該機(jī)主要用于挖掘淺根系樹(shù)木;圓弧鏟式(圖18)以及與拖拉機(jī)配套使用的三點(diǎn)懸掛式等多種樹(shù)木移植設(shè)備，車載式可挖土球直徑范圍120～254 cm。

圖7 拖車漏斗

圖8 手動(dòng)挖樹(shù)機(jī)

圖9 滑移裝載機(jī)式挖樹(shù)機(jī)

圖10 挖掘機(jī)式挖樹(shù)機(jī)

圖11 拖拉機(jī)后懸掛挖樹(shù)機(jī)

圖12 半圓筒立鏟式挖樹(shù)機(jī)

圖13 球面鏟挖樹(shù)機(jī)

圖14 KLR－300幼苗移栽機(jī)

圖15 KLR－501側(cè)懸掛挖樹(shù)機(jī)

圖16 FZ－160U形鏟挖樹(shù)機(jī)

圖17 平頭鏟挖樹(shù)機(jī)

圖18 弧形鏟挖樹(shù)機(jī)

(5)德國(guó)的Optimal公司制造樹(shù)木移植機(jī)械已經(jīng)有四十多年的歷史了，能挖掘土球直徑36～250 cm，主要制造與裝載機(jī)汽車滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)械。圖19所示的是一款與汽車配套使用的樹(shù)木移植機(jī)，Optimal公司挖樹(shù)鏟的運(yùn)動(dòng)控制方法獨(dú)特，采用了短滑道控制，挖樹(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)挖樹(shù)鏟的液壓桿與地面幾乎垂直，這樣就大大減少了挖樹(shù)機(jī)的空間尺寸，挖掘鏟的角度可調(diào)整，挖掘過(guò)程中采用液壓鎖緊兩活動(dòng)鏟，安全可靠。

圖19 KLR-2500型挖樹(shù)機(jī)

(6)加拿大Lemar Tree Spades公司制造三鏟和四鏟多種系列的和裝載機(jī)以及滑移裝載機(jī)配套使用的樹(shù)木移植機(jī)，挖掘土球直徑范圍46～152 cm，可挖掘土球直徑為152 mm的挖樹(shù)機(jī)每個(gè)挖樹(shù)鏟的下鏟力可以達(dá)到200 kN。結(jié)構(gòu)框架采用15 mm厚的鋼板，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，挖樹(shù)鏟開(kāi)口兩個(gè)鏟的鎖緊裝置采用雙鎖固定，使移植機(jī)挖樹(shù)過(guò)程中更加穩(wěn)定。車載式挖掘土球直徑180 cm。其產(chǎn)品的特點(diǎn)是，不需要常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)，使其工作時(shí)間長(zhǎng)并且發(fā)揮其效力。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)提高駕駛員的視野，使操作人員可清晰看見(jiàn)樹(shù)木挖掘的細(xì)節(jié)，使操作簡(jiǎn)便，提高效率。挖樹(shù)鏟重疊結(jié)構(gòu)，可切斷殘根，省去人工切斷殘根的工序，減少勞動(dòng)力并提高效率。

4 樹(shù)木移植機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

目前我國(guó)對(duì)于樹(shù)木移植機(jī)械的制造技術(shù)的研究剛剛起步，在生產(chǎn)實(shí)踐上還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要去研究。國(guó)外樹(shù)木移植機(jī)械發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國(guó)外的企業(yè)從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，使樹(shù)木移植機(jī)的操控更加完美。下面將從操控，挖樹(shù)機(jī)與移植樹(shù)木匹配問(wèn)題以及樹(shù)木移植機(jī)的穩(wěn)定和壽命方面討論一下樹(shù)木移植機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

4.1 操控靈活性 目前很多樹(shù)木移植機(jī)操控都是通過(guò)很多控制手柄操控挖樹(shù)鏟機(jī)構(gòu)的上升、下降等操作，對(duì)于車載式樹(shù)木移植機(jī)控制手柄一般都在駕駛室外部，這就需要駕駛員駕駛汽車定位挖樹(shù)鏟之后，然后由操作員在駕駛室外通過(guò)控制手柄進(jìn)行挖樹(shù)的操作。而對(duì)于裝載機(jī)由于是樹(shù)木移植機(jī)位于駕駛室的前方，駕駛員對(duì)于挖樹(shù)過(guò)程視野比較好，可將控制手柄放置在駕駛室里。這方面可以通過(guò)視頻影像技術(shù)在樹(shù)木移植機(jī)上安裝攝像頭，可輔助駕駛員迅速進(jìn)行挖樹(shù)鏟的定位和挖樹(shù)操作，提高挖樹(shù)的效率。

4.2 樹(shù)木移植機(jī)型號(hào)與樹(shù)種的匹配 由于樹(shù)木的品種很多，根系的生長(zhǎng)習(xí)性也不一樣，如根系的深淺以及其分布的區(qū)域的差異，以及與之相對(duì)應(yīng)的樹(shù)的胸徑差異等。這些因素直接影響移植樹(shù)木的成活率。那么就得對(duì)樹(shù)木根系范圍與成活率的關(guān)系進(jìn)行研究，確定匹配的樹(shù)木移植機(jī)械，從而保證樹(shù)木移栽的成活率，又能節(jié)省能源，例如淺根系樹(shù)木挖大坑等。

4.3 向穩(wěn)定高效方向發(fā)展 樹(shù)木移植機(jī)的工作場(chǎng)合是土壤，工作時(shí)挖樹(shù)鏟機(jī)構(gòu)受到的載荷很大，對(duì)于挖樹(shù)機(jī)的工作部件的要求也較高，因此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其工作過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用壽命因素。目前很多挖樹(shù)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)例如挖樹(shù)鏟總成的運(yùn)動(dòng)滑道采用固體潤(rùn)滑或材料的自潤(rùn)滑，減少了維護(hù)保養(yǎng)，從而提高了設(shè)備的使用效率。另外還得加強(qiáng)研究挖樹(shù)鏟的強(qiáng)度、耐磨性以及其耐疲勞特性的研究，提高挖樹(shù)鏟的使用壽命。

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［18］Holt Tree Spades ltd［EB/OL］.http://www.holttreespades.com/.

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