电驱轻型树枝修剪机关键部件设计

[摘要]: 随着林木种植面积的不断扩大，我国对于林木的管理方式也提出了更高的要求，其中很重要的一点就是对树木进行剪枝。不过我国修枝机械的研究起步较晚，与国外发达国家存在一定差距。目前，我国的修枝普遍存在作业效率低下，修枝效果等问题。因此，针对国内修枝机械存在的问题，发明一种自动化程度高、成本低廉、操作性良好、安全性高的树枝修剪机器人，对于林木修枝机械的发展是具有推动作用的。

关键词：爬树机器人 修枝机械 林木剪枝 链锯

1、课题研究目的和意义

近年来我国树木种植面积越来越大，林业种植面积年增长高达3.73%，成为近二十年以来世界上森林面积增长最多的国家。在森林资源不断增长的同时，我国林业产业总产值也增长了几十倍，成为世界上林业发展最快的国家。随着林木种植面积的不断扩大，我国对于林木的管理方式也提出了更高的要求，其中很重要的一点就是对树木进行剪枝^[1]。

树木修枝是森林抚育制度的重要措施，对于树木的生长、成材都有非常积极的意义。随着树木的不断成长，会长出许多分枝。通过不断修剪树枝，可以有效得调节树干的营养生长和生殖生长之间的矛盾，使营养物质能够合理分配，延缓树木衰老，有益于树木成材^[1]。对树枝进行合理修剪，可促进树木更好的生长，使树木更加笔直甚至提高其韧性，增加林木经营收入；修剪使树冠处于通风透光的状态，改善光合作用。除此之外，树木的修枝工作也会影响到电讯线路、城市绿化等的安全。因此修理树枝是林业管理的重要内容，而树枝的修剪质量对树木的健康生长极为关键。

但是迄今为止，我国的修枝作业效率低下，工人劳动强度较大，修枝效果较差，还普遍存在由于切口不整洁引起坏枝、病枝等问题，与国外差距非常显著。其中很重要的原因就是我国目前还是以手工修枝为主，机械化水平低。我国林木常用的修枝机械主要有手持式、车载式。手持式分为无动力修枝锯和有动力修枝锯两种。无动力修枝锯主要是伸缩高枝锯，对常用手锯进行简单改良，安装工作杆，使用简单，造价较低，但是其修枝高度较低，并且经常出现夹锯、断锯等问题；有动力修枝锯动力有电动、气压传动、液压传动、小型汽油机和小型柴油机等，通过传动轴带动修枝锯进行作业，存在振动幅度大、机体大和噪声大等问题，其中维修保养的要求也比较高；车载式修枝机主要是伸缩臂式或折臂式，通过车子将工作人员抬升到指定树枝周围，进行人工修枝作业，存在劳动强度大、安全性差等问题，几乎等同于人工作业，自动化程度不高^[2]。

因此，针对国内修枝机械存在的诸多问题，发明一种自动化程度较高、成本低廉、操作性良好、安全性高的树枝修剪机器人，对于林木修枝机械的发展是具有推动作用的。项目的成功研究，将会大大推进我国林木修枝的自动化水平和产业化进程，以便更好的为服务生产，造福社会，促进国家森林抚育制度的进一步推广。

2、国内外研究现状

目前林木修剪机械种类较多，现在主要有手持背负式、车载式以及自动式等多种形式。手持背负式修剪机具有操作简单、方便携带等的特点，成为目前国内市场上使用的主流^[3]。手持背负式修剪机根据动力源分类，主要有电动、气压传动、液压传动、小型汽油机和小型柴油机等，其中以小型汽油机为动力居多^[4]。手持式修剪机发展迅速，工作装置也由最初的剪刀，发展到现在的圆锯片、液压剪、导板链锯和往复锯条等装置。车载式主要是伸缩臂式或者折臂式，在臂端安装液压剪枝锯或液压剪等剪枝装置，通过剪枝装置的上下左右伸缩运动实现其剪枝功能。除此之外，也有依靠自动升降台将工作人员抬升到指定树枝周围，依靠人力实现高空修剪。

2.1国内研究现状

修枝作业方式大致分为两种：机械化修枝和人力修枝。我国的树木修剪机械相较西方国家研究起步较晚，大约在上个世纪70年代末，国内修剪机械的研究才受到一定的关注^[5]。因此我国仍以传统的人力修枝为主，常见的人力修枝有以下几种方式，如图2-1所示。工作人员手持修枝锯、修枝剪等工具攀爬到树木高处进行修枝2.工作人员通过升降台被运送到树枝附近进行修剪3.工作人员手持装有加长杆的剪枝工具对侧枝进行修剪或者手持长杆敲打树木侧枝进行修整枝条。人力修剪枝条普遍存在工作强度较大、效率低下等问题，甚至会出现安全事故^[6]。