一种园林绿化多角度修枝锯的设计

马文斌， 童翠云， 张 萌， 张 磊， 杨 光

(1.西宁市湟水林场，青海 西宁 810000；2.安徽神剑科技股份有限公司，安徽 合肥 230022；3.中国林业科学研究院木材工业研究所，北京 100091)

我国的林木资源非常丰富，在林木抚育、造林育苗、城市绿化更新作业工作中，其中一个非常重要的环节就是林木枝桠修剪，它直接影响树木的生长、成材、结实率以及城市绿化和交通道路等[1]。适时的枝桠修剪可促进光合作用，增强树势，减少病虫害发生；减去徒长枝，控制枝条方向，使树木美观，可满足观赏要求；在每年休眠期，采用截顶强制修剪的方法，剪除乔木和灌木下面的枝条，促使新枝萌发旺盛[2]。传统的高枝修剪方式是人工架梯使用修剪工具进行修剪，在这种工作方式中，不仅作业条件差，体力消耗大，效率低，而且很不安全，存在修剪工人从树枝上坠落伤亡的风险。高枝修剪采用机械化手段，即主要采用汽油机或者电动机作为动力源，工作头部分安装在操纵杆上，工作者直接站在地面上或通过升降台进行修剪工作。这种修剪手段对减轻劳动强度，改善劳动环境，提高劳动效率，保障劳动安全起着重要的作用[3]。随着城市建设步伐的加快，人们对绿化景观效果和绿化养护管理标准的要求也越来越高，给林木枝桠抚育设备提出了更高的要求，高枝修剪在修剪抚育管理工作中占有很大比重，是乔木、灌木管理中关键性的技术措施之一，如何提高高枝修剪的机械化水平，成为亟待解决的问题。

高枝锯被广泛应用于园林、苗圃、林场绿化修枝作业；根据动力源可分为手动、小型汽油(柴油)、电动、液压形式。通过调研发现，苗木嫁接苗前需在截顶后进行嫁接作业，截顶工作量大，目前我国苗圃抚育平头作业中多采用斜切方式，锯片与水平面夹角约30°～60°，平头后切口伤疤大、抚育修枝后树木恢复期长、恢复效果不好，苗圃平头作业如图1所示，通过掌握修剪设备特性及修剪影响因素，开展林木平头高枝锯的结构设计方案，使锯片在平头作业时锯片垂直切入树干，保证切口伤疤最小，选用与之匹配的动力源，实现机具的合理配置，提高修剪稳定性，研制的高枝锯适用于苗圃抚育修枝、造林育苗修枝、城市绿化更新及修剪工作，可高效、高质量、机械化完成抚育修枝管理工作。

图1 苗圃平头作业

1 多角度修枝锯设计

1.1 构造

多角度高枝锯主要包括驱动电机组件、锯切头、角度调节机构，采用三节铝管对插可实现不同高度树枝切割，设计大容量锂电池作为动力源，环保的同时增加设备续航时间，设备总体结构如图2所示。

图2 设备总体结构

1.2 头部可多角度调节进行切割

通过角度调节装置可实现链锯切割角度调节功能，锯切头可实现0°～90°角度调节，减小切口伤疤，可以缩短抚育修枝后树木恢复期，角度调节结构如图3所示，其三维结构如图4所示。

图3 角度调节结构1.链轮；2.大齿轮；3.电机齿轮；4.直流无刷电机

图4 角度调节结构三维图

1.3 传动机构

以外转子电机为动力源，通过斜齿轮减速机构传递动力，从而增大切割扭矩，在垂直切割过程中避免夹刀具，传动机构如图5所示。

图5 传动机构1.齿轮轴；2.大齿轮；3.深沟球轴承；4.小齿轮；5.深沟球轴承；6.直流无刷电机

1.4 润滑机构

锯链在使用过程中摩擦产生大量热量，须设置合理的润滑系统，由于在实际工作过程中切割机构角度在范围内变化，润滑系统需防止漏油。通过前期调研与资料收集，现有高枝锯的供油装置经常出现漏油问题，受此影响高枝锯使用过程中易出现润滑效果差、环境污染等问题。

本机设计解决方案如图6所示，壶体上盖设有油壶盖，油壶盖内设有油壶盖密封圈，油壶盖下固定有吊环，吊环下部卡在壶体内，油壶盖顶部固定有橡胶堵头，橡胶堵头下端为圆锥形，橡胶堵头中部开有阶梯孔，塑料堵头内固定有橡胶堵头，塑料堵头中部开有通孔，通孔直径小于1 mm，壶体底部设有连出到油泵的出油口。油壶盖密封圈保证油壶盖和壶体之间具有良好的密封性。橡胶堵头和塑料堵头的设计可以实现油壶盖旋紧后，空气仍能通过橡胶堵头和塑料堵头进入壶体内，壶体内气压跟外界大气压一致，同时油却不能通过橡胶堵头和塑料堵头流出，透气不漏油同时保证油泵顺利抽油。

图6 润滑系统防漏油壶1.塑料堵头；2.橡胶堵头；3.油壶盖；4.油壶盖密封圈；5.吊环；6.壶体；7.出油口

2 结论

(1)利用齿轮角度调节机构，实现链锯切割角度调节功能，锯切头可实现0°～90°角度调节，满足不同切面切割，同时可减小切口伤疤，缩短抚育修枝后树木恢复期。

(2)采用无刷电机与斜齿轮减速机构，效率比普通直流电机效率提升30%，从而增大切割扭矩，在垂直切割过程中避免夹刀具，增加操作体验感。

(3)设计合理的润滑系统，在修枝锯各种角度操作下，保证油泵顺利抽油的同时润滑油不会从油壶漏出，避免出现润滑油流失、环境污染等问题。