營林機械
正文
森林培育過程中使用的各類動力機械和作業機械的總稱。主要包括拖拉機、內燃機、電動機等動力機械，以及林木種子採集機械、種子處理機械、育苗機械、林地清理機械、整地機械、造林機械、幼林撫育機械、森林撫育採伐機械、護林防火機械、病蟲害防治機械等。概況 19世紀末期，德國、俄國曾模仿農業機械製造了馬拉林業犁、播種機和中耕機。1895年美國公布了第一個植樹機專利。1931年蘇聯試驗了第一批植樹機和設計了林業犁、種子去翅機等，1957年製造了營林拖拉機。20世紀50年代以來，隨著木材需要量的增長和森林採伐機械化程度的提高，各國在農業機械和木材採運機械的基礎上製造了一些營林機械，並逐漸形成了獨立的體系。美國、加拿大等國因地形平坦，實行大規模經營，較多使用自走式聯合機械。日本從60年代以來，用拖拉機懸掛式營林機械代替手提式機械，以減少由振動造成的職業病。蘇聯1981～1990年間的營林機械體系包括203種營林機械和附屬設備，其中多功能作業機和多工序聯合機占有重要地位。
中國曾於1953年引進了植樹機和幼林鬆土除草機，1960年開始設計製造了半自動式投苗植樹機、沙丘植樹機、苗圃播種機、起苗機、挖坑機和割灌機等營林機械。
營林拖拉機 營林作業的主要動力機械。它的主要特點是:機動靈活,外形尺寸小，在林中行駛不會損傷樹木；裝有前、後和側方動力輸出軸，以帶動懸掛在不同位置上的工作裝置；拖拉機重量在前軸的分布為2/3,後軸為1/3,以便在懸掛後置式營林機械時保持機組的縱向穩定性；駕駛室向前移，空出駕駛室後壁到後橋的空間，以安裝絞盤機、種子箱和藥粉箱等工作裝備；增設低速檔，以適應低速作業的要求。
採種機械 主要有下列種類：①提升機具。包括爬樹腳踏子、爬樹梯、吊式軟梯和多工位自動升降平台等。升降平台安裝在拖拉機或汽車上，由鋼索或液壓機構控制升降。由於其機體龐大,行走不便,只適宜在平坦的疏林地、林木種子園和母樹林中使用。②種子採集機。包括分離裝置和收集裝置。分離裝置將種子從立木或伐倒木的枝條上採下，其工作部件有梳齒、剪刀、鋸、釘齒滾和氣流採種器等，由人力、小型汽油機或電動機帶動。種子收集裝置用於收集落在地面的種子，有轉滾式和空氣吸力式兩種型式。③種子抖落機械。主要有兩種：一種由偏心錘式振動子和夾緊裝置組成。作業時利用夾緊裝置將振動子夾固在樹幹上，利用振動子的振動力直接搖動樹幹將種子抖下(圖 1)。另一種由夾緊裝置、往復運動機構和傳力桿組成。夾緊裝置裝在傳力桿上端，傳力桿下端與往復運動機構的滑塊相連。作業時夾緊裝置夾在樹木粗枝上，往復運動機構經傳力桿帶動樹枝搖動，將種子抖下。為了提高抖落機的生產率，種子抖落機多配備有種子收集機。此外還有間斷氣流種子抖落機和吊在直升飛機上的球果採集機，尚處於試驗階段。 種子處理機械 主要包括：①球果脫粒機。有機械式和熱烘式兩種：機械式球果脫粒機是利用機械力將球果破碎，使種子脫出；熱烘式是利用加熱乾燥使球果鱗片變形開裂，取出種子。②種子去翅機。是利用摩擦的方法除去種翅的機械，有乾式和濕式兩種。③種子清選機。利用種子不同的機械物理特性對種子進行清選和分級。
種子去翅機和種子清選機可以單機獨立作業，也可和球果烘裂機一起組成球果脫粒、去翅、清選聯合作業流水線，實現自動化控制。
育苗機械 育苗作業使用的機械主要有下述種類。
作床機 整修苗床的機械，多為拖拉機懸掛式。其結構主要由懸掛架、工作部件及傳動裝置等組成（圖 2）。工作部件有鏇耕器、步道犁和成形器。鏇耕器由刀軸、刀齒、刀座組成，其安裝和配置方式與鏇耕機相同，由拖拉機動力輸出軸帶動工作。步道犁由左、右兩個鏵式犁體組成，耕深可以調節。成形器用於作成一定形狀的苗床。作業時步道犁首先開出苗床步道，將土壤翻到床面上，然後由鏇耕器將土垡粉碎，最後由成形器按一定的幾何形狀作出苗床。 平地築埂機 用於苗圃地和宜林地的推平或築埂，以利於蓄水或灌溉。它由機架、橫樑、縱梁、行走機構、起落機構、刮土鏟等組成。刮土鏟包括鏟壁和鏟刃，左右各一個對稱配置；鏟壁為圓柱形曲面，鏟刃由數塊錳鋼板組成，用沉頭螺栓固定在鏟壁下部，拆裝容易，便於磨刀和更換。築埂板連線在刮土鏟後端，用於擠壓刮土鏟堆起的土壤，形成土埂。
苗木移植機 由機架、開溝器、壓實輪和植苗裝置組成(圖 3)。植苗裝置由行走輪驅動。有拖拉機牽引式、拖拉機懸掛式和自走式 3種。根據移植機械作業的機械化程度分為簡單式、半自動式和自動式。簡單移植機只完成開溝、覆土和壓實工作。苗木需由植苗員向溝中栽植。半自動移植機裝有栽植裝置，除開溝、覆土和壓實工作外，還可將苗木按規定的株距和深度栽在溝中，但苗木仍需由植苗員放入栽植裝置的苗夾。自動移植機作業時完全不需手工操作，苗木由遞苗裝置自動送入栽植裝置並植於溝中。苗木移植機還可用於插條。 插條機 效果較好的是轉盤式和埋條式。轉盤式的工作原理與移植機相同。埋條式插條機由機架、地輪、傳動裝置，送條裝置，開溝壓實裝置和輸條裝置等組成。插條箱中的插條由分條裝置分出單株，由輸條裝置送到距地面一定高度處，然後靠自重順導槽滑落到開溝器開出的溝中，由覆土輪覆土壓實。
容器育苗設備 20世紀70年代以來，隨著育苗容器的不斷改進和定型，出現了容器填土播種機械化設備和自動化生產作業流水線，主要包括容器倉、培養土加工設備、填土裝置、播種裝置、覆土裝置和育苗溫室等。培養土加工設備由泥炭粉碎機和傳送機組成，用於生產培養土並輸送到填土裝置。填土裝置由土箱和分土輪及夯錘組成，完成填土和搗實工序。播種裝置一般採用氣力式精量播種器。覆土裝置由土箱和配土輪組成，對播下的種子進行覆土。育苗溫室多採用塑膠大棚。容器育苗生產流水線使室外育苗作業成為可由人工控制溫度、濕度和光照條件的室內工廠化生產，縮短了苗木的培育時間，提高了生產率。
起苗機 起苗作業包括挖苗、拔苗、清除苗根上的土壤、分級及捆包等工序。現有的起苗機多數只能完成挖苗，其他工序仍為手工作業；能完成挖苗、拔苗、抖土、計數、裝箱或捆苗的多工序聯合起苗機只在林業已開發國家有使用(圖 4)。起苗機按與拖拉機連線方式分牽引式和懸掛式兩種，按作業種類分壟作起苗機、床作起苗機、大苗起苗機等。其結構形式各有差異，主要工作部件有挖苗刀、帶式拔苗裝置、抖土裝置、輸送裝置和苗箱等。其中挖苗刀的入土角及水平刃夾角是影響挖苗質量的主要因素,入土角一般為15°～25°,過大會增加土壤對刀刃面的正壓力及摩擦力，引起苗木根系損傷；過小挖苗刀不易入土，影響抬土和鬆土作用。抖土裝置用於抖落苗木根部的土壤，有板式、轉輪式和擺桿式等，其中擺桿式抖土裝置的碎土效果較好，不傷苗、不纏根，但有慣性力，使機器產生振動。 近年來在苗圃育苗機械中，出現了多用機架和整地作床聯合機、中耕追肥聯合機等。多用機架可以節省大量金屬，減少設備數目，提高機器利用率。採用聯合機可以消除前後工序間的時間間斷，減少機組的行走次數和充分利用拖拉機的拉鉤功率。
林地清理機械 主要有枝椏推集機、枝椏收集打捆機、除灌機、割灌機、拔根機、伐根銑切機和推土機(見農用推土機)等。
枝椏推集機 將採伐後剩餘的枝椏推集成堆的機械。它由推架、推齒和掛接機構成，懸掛在拖拉機前方，用油缸升降。推齒裝在推架的滑槽中，由彈簧的壓力將推齒壓下，保持在工作位置上。碰到伐根等障礙物時，彈簧被壓縮，推齒上升。越過障礙物後，彈簧使推齒恢復工作位置。
枝椏收集打捆機 收集採伐後剩餘枝椏、梢頭等並進行打捆的機械。枝椏收集打捆機是以集材拖拉機為主機改裝成的，在車體的中部安裝液壓臂和抓具構成收集裝置，車體後部安裝打捆裝置，兩側有鏈式截鋸，用油壓馬達驅動鋸切枝椏，以保持兩端平齊，便於裝卸。車架前端裝有叉形推集鏟用於推集枝椏和排除障礙，在車體中部兩側設有走台板，便於作業人員進行打捆等輔助作業。
除灌機 有壓滾式、甩錘式、轉刀式和鏟刀式 4種。壓滾式除灌機為表面裝有切刀的重滾，多為拖拉機牽引式；壓滾滾過時可將灌木和小樹切碎，並壓入土中。甩錘式除灌機是利用繞水平軸高速鏇轉的重錘或錘形刀將灌木擊碎和切碎。遇到粗大的伐根等障礙物時重錘可以繞軸轉動縮回，自動讓開，以防工作部分損壞。轉刀式除灌機的工作部分是繞垂直軸轉動的水平切刀，切刀的內端用鉸鏈聯接在轉軸的刀架上，碰到障礙物時切刀繞鉸鏈轉動,自動避讓。鏟刀式除灌機的工作部分為V形推鏟，推鏟下邊裝有刀片，推鏟懸掛在拖拉機前方，利用拖拉機的推力將灌木鏟下，並推向兩側。由小型汽油發動機帶動圓盤刀或圓鋸片鏇轉的攜帶型除灌機稱為割灌機。
拔根機 類型較多，根據拔根力的方向不同分為垂直力拔根機、水平力拔根機、傾斜力拔根機和扭力拔根機 4種。按工作部件的類型可分為：①鉗式拔根機。其工作部分由兩個一端互相鉸結在一起的鋼桿組成，鋼桿內側有鋸狀齒。兩桿的自由端上裝有滑輪。夾根索繞過兩個滑輪形成三角形。拔根時將兩個鋼桿夾在伐根兩側，拉力索通過夾根索使鋼桿夾緊伐根，將伐根拔出。②槓桿式拔根機。可用於拔根、清理倒木和石塊。拔根機裝在拖拉機上。拔根齒可繞軸轉動。下端為拔根齒的工作部分，上端為拔根齒的加力桿。加力桿上端與液壓缸推桿相連。拔根時拔根齒插入伐根下方，降下機架，使機架著地，利用液壓缸拉動拔根齒的加力端，使齒繞軸轉動，利用槓桿原理將根拔出。這種拔根機的拔根力很大，可達 50噸以上（圖5）。③推齒式拔根機。其工作部分是裝在推架上的推齒。推架利用絞盤鋼索滑車系統或油壓缸提升或降下。拔根時利用拖拉機推力和提升力將根拔出。拔除大伐根時，可用推齒先將側根切斷，以減少拔根阻力。
一般拔根機拔出的伐根上帶有大量的土壤，地上留下較大的根穴。振動式拔根機則可抖下伐根上的土壤，不形成大根穴，並能減少拔根阻力。
伐根銑削機 利用銑刀將伐根的地上部分削平，以便於其他機械進行後續作業的機械。銑削下來的木片可拋散在林中作為綠肥，也可運出作為綜合利用的原料。
整地機械 苗圃育苗和宜林地造林前均需進行整地作業。主要的林業整地機械有鏵式犁、圓盤犁、鏇耕機、圓盤耙及釘齒耙、彈齒耙（見耙）等。森林採伐跡地用的整地機械具有較大強度，且裝有安全裝置，以防止遇到障礙物時損傷工作部件。
造林機械 常用的有挖坑機、植樹機、直播造林播種機和飛機直播裝置（見農業航空）等。為促進森林天然更新，在採伐跡地及疏林地上還使用地被搔除鬆土機和鬆土播種聯合機。
在土層較厚的山坡地可利用築梯田機修築反坡梯田。築梯田機有單鏟式、組合鏟式和鏇轉式3種,多懸掛在履帶式拖拉機前方。單鏟式築梯田機的推鏟在水平和垂直面內的位置可根據作業條件進行調節。組合鏟式築梯田機的推鏟由固定推鏟和活動推鏟兩部分組成。活動推鏟的位置可以根據工作情況調節，採用這種結構能減少工作阻力並增加機械的橫向穩定性。鏇轉式築梯田機的工作部件由鏇轉切土刀和螺鏇推土器組成。
幼林撫育機械 根據林木生長發育的不同階段，採用相應的機械進行撫育。幼林鬱閉前主要採用除草鬆土機進行中耕撫育作業。根據機械的工作目的，可分為行間除草鬆土機和株行間除草鬆土機；按工作部件可分為3 種類型：①鏟式除草鬆土機。有牽引式和懸掛式兩種。由機架、安裝工作鏟的橫樑、支持輪、起落深淺調節機構、換向機構和不同型式的工作鏟組成（見中耕機械）。②株行間除草鬆土機。對人工幼林的行間和株間進行除草和鬆土的機械，由圓盤組和釘齒滾兩部分組成。圓盤組由按一定間隔裝在方軸上的數個圓盤組成，圓盤面與前進方向成一偏角，對樹木行間進行鬆土除草。釘齒滾每兩個成一組，配置在樹木行的兩側，用以進行株間的鬆土和除草。③鏇耕式除草機。工作部件為裝有刀片的鏇耕刀。作業時由發動機經傳動裝置驅動鏇轉刀片，在切碎土壤的同時切斷雜草，並將其混入鬆土層。鏇轉式除草機的工作效率高，作業質量好，且能防止纏掛雜草。
森林撫育採伐機械 包括油鋸、割灌機、手扶撫育伐木機和立木修枝機等。
手扶撫育伐木機 由機架、單履帶式行走裝置、發動機、蝸輪蝸桿減速器、操縱機構、鋸木裝置等組成。行走時，履帶和鋸板同地面成25°的仰角，驅動輪離開地面，僅拉緊輪同地面接觸，故具有較好的通過性和靈活性。鋸木時，履帶全面同地面接觸，以增強作業時的穩定性。可在30°以下的坡地上作業,能伐直徑2～18厘米的樹木。
立木修枝機 多以油鋸發動機作動力，鋸切裝置採用鏈鋸，全部裝置裝在環形框架上，框架上裝有斜向配置的膠輪，膠輪由發動機驅動鏇轉。修枝時把框架繞裝在樹幹上，膠輪鏇轉時，修枝機繞樹幹沿螺鏇線向上爬行，鏈鋸將枝椏鋸下。近年來在立木修枝機的基礎上製造了立木修枝剝皮機，在修枝機的框架上增設了銑刀式剝皮裝置，機器上升時鏈鋸進行修枝，下降時銑刀將樹皮剝下。
次生林和人工林的改造一般採用除灌機、割灌機等。
森林病蟲害防治機械 種類很多，有噴霧機、噴粉機、彌霧機、煙霧機等（見植物保護機械）。
護林防火設備 包括通訊設備、森林火災探測儀、開帶機、移動式水泵、運水車、消防車、滅火器等。消防車可用於噴水滅火，也可用於噴灑滅火劑和形成林火隔離帶。開帶機用於開出生土化地帶，以防止林火蔓延。在缺乏水源地區，可使用拋土滅火機，利用其鏇轉切土裝置將土壤掘起並拋向火頭、撲滅林火。20世紀60年代以來，飛機滅火及人工降雨滅火裝置已逐漸擴大使用。
發展趨勢 新型材料的採用將減輕攜帶型營林機械的重量,並增大功率。採用低振動發動機和防振技術,可減少振動對人體的為害；改進發動機吸排氣系統和提高機械的加工和裝配精度，可降低噪音。採用自動監視和調節裝置，以提高機械的作業質量；利用液壓和電子技術提高機械的自動化程度，以減輕工人的勞動強度，以及多功用機架和多工序聯合機的推廣使用；容器育苗生產和栽植機械化設備的進一步套用等，也都是今後營林機械的發展方向，並將為向全盤機械化和自動化過渡創造條件。此外，隨著人機工程學的研究結果廣泛用於營林機械的改進，工人的勞動條件和安全性將得到明顯的改善。由此營林作業的工藝將發生根本性的改變，營林機械的體系、工作原理和結構設計等也將衝破現有傳統，提高到一個新的水平。
