树木采伐定向倾倒调控器的设计和应用

曹生莹

(甘肃省天祝县林业局，甘肃 天祝 733299)

在树木采伐过程中，树木旁边如有建筑物、道路、输电线等设施时，在采伐过程中需要树木按一定的方向倒入空旷地块，避开旁边设施，以防树木采伐倾倒后砸坏建筑物、阻断道路和压断输电线路，对周边的设施造成破坏。目前，人们在采伐树木时为了让树木按照一定的方向倾倒，在采伐前爬上树，将绳子拴在树干顶端。采伐时，通过多人合力拽拉绳子，使树木沿着绳子拽拉方向倾倒。此方法需要多人合力才能完成，且在爬树拴绳过程中容易坠落，造成人员伤亡，并且费时、费力。在树木采伐过程中也有动用吊车提拉树干后进行采伐[1]，但同样需要将人吊到树干顶部拴绳打环后将树干和吊车吊钩相连，在树林密集和交通不便的地方，吊车无法到达采伐现场，不能发挥作用，且采伐成本高[2-4]。国外也设计和制造了多功能拥抱式重型采伐设备，集采伐、切割和运输为一体，但同样受到采伐地的限制，只适用于地势平坦、交通便利和集中连片采伐[5-6]。在雇工难和雇工成本居高不下、安全生产高于一切的今天，迫切需要提高树木采伐的安全性和高效性。为此设计了树木采伐定向倾倒调控器，伐木者站在地上安装后，就可实现树木的定向倾倒，操作方便，而且成本低廉，安全省力。

1 树木采伐定向倾倒调控器的设计及使用

树木采伐定向倾倒调控器整体由卡环Ⅰ、拉板Ⅰ、顶板、拉板Ⅱ、卡环Ⅱ和千斤顶组成，树木采伐定向倾倒调控器整体结构示意图如图1所示。顶板两端装有拉板Ⅰ和拉板Ⅱ，底端装有千斤顶。拉板Ⅰ和拉板Ⅱ的另一端分别和卡环Ⅰ和卡环Ⅱ连接。卡环Ⅰ和拉板Ⅰ之间、顶板和拉板Ⅰ、拉板Ⅱ之间、拉板Ⅱ和卡环Ⅱ之间分别通过活页结构连接，互相之间可自由旋转。卡环Ⅰ和卡环Ⅱ均呈“C”形，卡环Ⅰ和卡环Ⅱ两端均设有螺孔，可通过螺栓将两端连接起来。千斤顶底端设有锥形刺。卡环Ⅰ和卡环Ⅱ由厚度5 mm钢圈制成，拉板Ⅰ、顶板、拉板Ⅱ由10 mm钢板制成。顶板底端和千斤顶的活塞顶端通过焊接连接。

图1 树木采伐定向倾倒调控器整体结构示意图1.卡环Ⅰ；2.拉板Ⅰ；3.顶板；4.拉板Ⅱ；5.卡环Ⅱ；6.千斤顶

树木采伐定向倾倒调控器实施示意图如图2所示。采伐树木时，将树木采伐定向倾倒调控器的两个卡环Ⅰ和卡环Ⅱ分别用螺栓固定在树干上，然后将电锯垂直于千斤顶的底端切割树干，边切割边打压

图2 树木采伐定向倾倒调控器实施示意图1.卡环Ⅰ；2.拉板Ⅰ；3.顶板；4.拉板Ⅱ；5.卡环Ⅱ；6.千斤顶；7.树干

千斤顶，千斤顶的底端顶住树干，千斤顶的底端锥状刺扎人树皮，千斤顶的活塞上移，推动顶板上移，顶板拉动拉板Ⅰ和拉板Ⅱ上移，树干上的锯口张开，树干弯曲，向安装树木采伐定向倾倒调控器的一侧倾倒。要改变树木倾倒方向时，只需调整树木采伐定向倾倒调控器在树干上的安装方位即可实现。

2 试验与分析

2.1 试验地概况

试验地设在甘肃省天祝藏族自治县华藏寺镇金强川，该地为峡谷盆地，金强河穿流而过，属高原季风气候区，年平均气温2.4 ℃，年极端最高气温35.4 ℃，最低气温-15 ℃，≥10 ℃积温2 556.6 d·℃，海拔2 050 m。无霜期135～150 d，年平均降水量360 mm，年均日照时数2 731.4 h。土壤为沙壤土，土层厚40～80 cm。试验地金强河两岸分布2 000 hm2青杨(PopuluscathayanaRegd.)人工林，树龄40年左右，是天祝地区最大的人工林集中分布地。为了提高林木的抚育水平，改善光照条件，促进林木健康生长，近年对稠密的林地和枯死木进行择伐。但受林内道路、建筑、输电、通信线路的影响，采伐难度大，成本高。

2.2 试验材料与方法

树木采伐时，设立田间对比试验，分别采用传统人工拉绳采伐和设计的树木采伐定向倾倒调控器采伐。

传统人工拉绳采伐：采伐时人爬上树干，在树干顶端拴2条绳子，每条绳子末端1个人沿树木倾倒方向呈三角形拽拉绳子，1人手持汽油链锯(油锯)切割树干，树木沿绳子拽拉方向中线倾倒。

树木采伐定向倾倒调控器采伐：采伐时在树干上安装树木采伐定向倾倒器，1人手持汽油链锯(油锯)边切割树干边打压树木采伐定向倾倒调控器千斤顶，树干在树木采伐定向倾倒调控器的牵引下沿锯口弯曲，向安装树木采伐定向倾倒调控器的一侧倾倒。

不同采伐方法随机抽取胸径50 cm的青杨50株，指定相同的倾倒方向，采伐结束后统计采伐时间(h)、计算采伐效率(株/人·h)和成本(元/株)。采伐效率(株/人·h)=采伐株数÷采伐人员数÷采伐时间，采伐成本(元/株)=采伐雇工费÷采伐株数，并对不同采伐方法的安全风险进行直观评价，用高、中、低进行描述。试验地一个青壮年劳动力每天工作10 h的雇工费是150元。统计数据采用Excel 2007和DPS 6.01软件统计分析。

2.3 树木采伐不同方式应用效果对比分析

树木采伐不同方式应用效果对比见表1。由表1可见，传统人工拉绳采伐和应用树木采伐定向倾倒调控器采伐差异较大。传统人工拉绳采伐使用的采伐工具主要是油锯和绳索，至少需要3人协力配合才能完成采伐(其中2人拽绳，1人持油锯切割)，采伐效率和成本分别为0.83株/人·h和18元/株，且采伐过程中需要爬树栓绳，存在坠落风险，在树木倾倒后拽拉绳索人员避让不及时存在被砸伤的风险，安全风险评价为高。应用树木采伐定向倾倒调控器采伐使用的采伐工具主要是油锯和树木采伐定向倾倒调控器，站在地上只需1人就能完成采伐，采伐效率为3.00株/人·h，较传统人工拉绳采伐提高了261.45%，采伐成本为5元/株，较传统人工拉伸采伐降低了72.22%，且安全风险低。

表1 树木采伐不同方式应用效果对比

3 结论

在森林抚育、输电线路周边树木除险等作业设计中都会涉及树木采伐，我国树木生长地多为山地，交通不便，且采伐地点、树种、树形和数量多样化，这些都对采伐效率、成本和安全性提出新的要求。采伐工具是采伐作业中最重要的因子，其先进性直接影响采伐效率、采伐成本和安全性。本文设计的树木采伐定向倾倒调控器制作简单，成本低廉，携带方便，操作简单，能实现树木的定向倾倒，保护了伐木者人身安全和周边设施的安全性，具有一定的推广应用前景。