一种链式切割造林挖孔机的设计

戴智明, 陆双莉, 梁少湖, 施昭鸿, 陈小东, 廖逸雯, 黄文浩

(广东鑫华资环科技有限公司,广东 江门 529020)

我国是世界上人工林造林面积最大的国家[1-2]。2022年全国造林面积383万hm2,全国森林覆盖率达24.02%,森林蓄积量达194.93亿m3[3]。近年来,随着国家生态安全战略的提出以及生态修复的紧迫性,林业发展进入快车道,造林需求不断增加[4-6]。当前,仍以传统人工造林为主,尤其是山区造林,采用人工挖孔,其劳动强度较大,并且效率较低[7-9]。机械化造林能够有效提高造林效率、降低造林成本,对于林业高质量发展意义重大。

目前,螺旋式钻孔设备在机械化造林中应用较为广泛。但由于其结构复杂以及体积较大,不易运上山,给造林工作造成一定的阻力[10-11]。此外,在立地条件较差的区域,特别是含小石砾较多的南方地区,螺旋式钻孔设备的螺旋式挖孔钻头碰到小石砾或树根时,容易出现难以继续下钻、钻头易损坏等问题。因此,研究设计一种利用节能电源作为动力的链式切割挖孔机,是在山区开展高效造林的需要。

1 设计与原理

1.1 结构设计

链式切割挖孔机包括外壳、插接安装式电池、动力装置、链式切割挖泥装置、定位支架、加湿装置以及控制器,插接安装式电池、动力装置、链式切割挖泥装置、定位支架、加湿装置以及控制器安装于外壳,如图1所示。

图1 链式切割挖孔机结构示意图1.外壳;2.插接安装式电池;3.动力装置;4.链式切割挖泥装置;5.定位支架;6.加湿装置;7.控制器;8.电机;9.纵向被动链轮;10.纵向变速器;11.横向变速器

其中,动力装置包括有电机以及变速器装置,变速器装置包括有纵向变速器以及横向变速器,纵向变速器以及横向变速器机座与外壳连接;电机通过变速装置与链式切割挖泥装置连接,插接安装式电池通过控制器与电机连接,利用插接安装式电池向电机提供电源,通过控制器控制电机驱动链式切割挖泥装置挖孔,降低植树挖孔的劳动强度,其在山地前期备耕植树打穴工作中有较广泛的应用前景。确保植树大圩的深度和质量,是开展高质量造林前提,并能提高植树挖孔的效率。

挖泥装置包括纵向链式切割挖泥装置以及横向链式切割挖泥装置,如图2所示,纵向链式切割挖泥装置包括纵向切割链条、纵向主动链轮、纵向被动链轮、纵向传动轮以及纵向传动轴。纵向传动轴与纵向传动轮以及纵向主动链轮固定连接,纵向传动轴安装于外壳的轴承上。纵向被动链轮安装于外壳的固定板的轴承上,纵向变速器通过其主传动轮以及主传动带与纵向传动轮连接,纵向主动链轮通过纵向切割链条与纵向被动链轮连接;横向链式切割挖泥装置包括有横向切割链条、横向主动链轮以及横向被动链轮、横向传动轮以及横向传动轴。横向传动轴与横向传动轮以及横向主动链轮固定连接,横向传动轴以及横向被动链轮安装于外壳的固定板的轴承上。纵向传动轴的辅助轮通过辅助传送带与横向变速器的纵向传送带轮连接,横向变速器的横向传送带轮通过横向传送带与横向传动轮连接,横向被动链轮设有多个,横向主动链轮通过横向切割链条与多个横向被动链轮连接;控制器设有控制线与水泵以及电机连接,用于控制电机以及水泵的工作;插接安装式电池设有太阳能电池板,以方便向插接安装式电池充电。

图2 链式切割挖孔机挖泥装置1.纵向切割链条;2.纵向主动链轮;3.纵向传动轮;4.以及纵向传动轴;5.横向切割链条;6.横向主动链轮;7.以及横向被动链轮;8.横向传动轮;9.横向变速器;10.横向传动轴

1.2 工作原理

使用清洁能源的插接安装式电池作为电机电源,利用电机通过纵向变速器以及横向变速器驱动纵向切割链条以及横向切割链条转动,利用纵向切割链条以及横向切割链条对地面的横向以及纵向切割挖孔和泥土输送,纵向切割链条以及横向切割链条具有较强的切割能力,于链条上设置由硬质合金构成的切割刀齿,遇到树根或较硬砾石也能切割,更硬的砾石则自动转向、停止以保护链条。同时于链条上设置送泥刮刀,以实施对被切割泥土的输送,解决了螺旋式挖孔钻头不能切割石头或者能力差的问题,降低了上山挖孔植树劳动强度,提高了挖孔植树的效率,如图3所示。

图3 链式切割挖孔机切割装置1.切割刀齿;2.多个送泥刮刀;3多个接链板

1.3 工作流程

(1)链式切割挖孔机挖孔时,先将定位支架插接安装于外壳上,并利用定位支架将链式切割挖泥装置调节到合适的位置,利用定位支架控制挖孔的深度。

(2)通过控制器控制电机运行,利用电机通过纵向变速器以及横向变速器驱动纵向切割链条、横向切割链条旋转,利用纵向切割链条以及横向切割链条上的切割刀齿以及送泥刮刀对地面泥土或者石头进行纵向和横向切割以及将泥土输送出地面,以达到于山上地面挖孔植树的目的。

(3)在挖孔切割时,也可把处于泥土中的树根、细小树枝等切割并挖出孔内,起到清空孔内树根的作用,为挖孔后的种树提供有效的清理。

2 结论

(1)本设计可使用利用清洁能源(电能、太阳能)的插接安装式电池向电机提供电源,利用电机控制挖孔机工作。降低了使用内燃机的污染、安全风险。

(2)本设计通过链式切割挖泥装置的纵向切割链条以及横向切割链条对泥土或者泥土中的石头进行切割挖掘以及输送,实现纵向和横向同步切割泥土和挖出泥土输送出孔外地面的目的,挖孔作业效率比传统方式只能一次单向挖孔的效率至少提高一倍以上,降低了山区挖孔植树劳动强度,提高了挖孔植树的效率;同时,在挖孔后依次堆入肥料、种树、孔内填满泥土的种树过程中,把挖孔过程中切割输出足够细腻及有一定湿度的泥土再次放入孔内填满种树,可以实现更高效和快速的种树,提高种树的成活率。

(3)本设计的链式切割造林挖孔机结构解决了传统的螺旋式挖孔钻头切割石头能力差以及人工挖孔劳动强度大和效率问题,具有良好的稳定性以及可靠性,是解决传统山区上造林困难、效率差等缺陷的一种可行的技术方案。