CN103070033A - 一种杨树自动修枝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种杨树自动修枝装置，包括：攀爬机构、旋转机构和修枝锯执行机构。攀爬机构集驱动与压紧功能于一体，在保证车轮压紧树干的同时，为机器爬升提供所需动力；旋转机构通过连接支撑杆固定在攀爬机构的上部，实现绕树干的整周转动；修枝锯执行机构固定在旋转机构上，修枝锯电机及圆盘锯在电动推杆的作用下可在径向方向进给，到达所需剪枝位置，修枝锯高速旋转沿树枝侧向锯切，完成修枝操作。该杨树自动修枝装置结构简单、操作方便、定位准确，并且修枝自动化程度高，无需人工直接参与，安全性好。能够实现贴近主干进行修枝，有利于减小枝桩长度，减少死节，提高木材质量。

Description

一种杨树自动修枝装置

技术领域

本发明属于林业机械范围，尤其是一种应用于杨树的自动修枝装置。

背景技术

我国杨树人工林总面积为700多万公顷，居世界第一。随着杨树速生林的发展和扩大，对杨树栽培不仅要求速生、丰产，而且还要求其木材优质，出材率高。合理适时的修枝可以促进树木的生长，提高树木的通直度和圆满度；同时，修枝还可以改善林木的生长环境，如通风透光条件，减轻病虫害和风雪灾害，改善林木防火条件，增加林木经营收入。杨树树体高大修枝成本高，很多地区存在着修枝方法不当甚至不修枝等现象，其主要原因是我国目前的林区剪枝机器相对比较落后，存在安全性差、劳动强度大、修枝效率低下、修枝质量差、修枝高度达不到要求等问题。

目前林业常用修枝工具有手锯、砍刀、手持高位修枝剪以及小型机械整枝设备等，能方便快捷地修剪细小枝条，并且造价低廉，使用简单，但是其修枝高度只有5-7米左右，由于杨树中上部修枝高度一般要求达到8～13米，因而存在修剪高度不够的问题。若采用加长杆，因其刚度不足，易导致剪枝刀晃动，难以定位，且修枝口不平滑，不利于修枝口愈合，易形成死节；而大型整枝设备一般用于城市园林的高大树木的修枝操作，需2-3个工作人员同时操作才能完成修枝，且对工作环境要求比较高，在一些道路不好或林木比较密集的地方，高空工作车也无法展开，因而不适合用于林区的林业生产。

杨树修枝主要是修除从主干上萌发的中下部所有净消耗性侧枝枝条，形成合理的枝条结构和冠高比，其修枝高度最高可达13米。因此依据其修枝农艺要求，研究杨树自动修枝装置具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有杨树修枝工具修枝高度不足、劳动强度大、工作效率低、操作不便及安全性差，大型修枝机械无法适用于杨树林内的较小操作空间等问题，本发明提供一种自动化程度高、操作简便、使用方便的杨树自动修枝装置。

本发明所采用的技术方案是：一种杨树自动修枝装置，包括：攀爬机构、旋转机构和修枝锯执行机构。所述的攀爬机构集驱动与压紧功能于一体，在保证驱动轮和抱紧轮压紧树干的同时，为机器爬升和下降提供所需驱动力；所述的旋转机构通过连接支撑杆固定在攀爬机构的上部，实现绕树干的整周转动；所述的修枝锯执行机构固定在旋转机构上，修枝锯电机及修枝锯在电动推杆的作用下到达所需修枝的侧枝位置，修枝锯沿侧向锯切，完成修枝操作。

所述的攀爬机构包括圆形机架、爬升子机构和抱紧子机构。所述的爬升子机构与抱紧子机构分别装配在圆形机架上。所述的圆形机架是攀爬机构的支撑骨架，分为左部半圆形框架、右部半圆形框架和四个连接支撑腿。左、右半圆形框架的一末端通过框架铰链连接，可实现左、右半圆形框架的打开与闭合。左、右半圆形框架封闭工作时，另一末端通过框架锁紧销轴固定，形成一个圆形框架。所述的圆形框架的内侧焊接三组销孔座且每组销孔座之间相隔120°呈圆周分布，每组分成上下两排对称安装，每排含两个销孔座。所述的连接支撑腿由连接支撑杆和万向轮组成。圆形框架的外侧边沿每相隔90°开有一个穿孔，共四个穿孔，用于连接安装四个连接支撑杆。

所述的爬升子机构包括驱动腿、驱动电机、驱动轮与驱动链条。所述驱动腿中间部位为电机框架，用于固定驱动电机；驱动腿的一端为驱动轮支架；驱动腿的另一端呈V型结构，通过销轴连接在圆形框架上排的两个销孔座上；圆形框架上排三个销孔座组各连接一驱动腿。所述的驱动电机通过紧固螺丝固定在驱动腿电机框架上，驱动电机轴上安装电机链轮；所述的驱动轮通过轮轴安装在驱动轮支架上，轮轴末端安装驱动轮链轮；所选用的电机链轮直径小于驱动轮链轮，驱动链条安装在电机链轮与驱动轮链轮上，传递动力。

所述的抱紧子机构包括抱紧腿、抱紧轮、拉紧推杆与拉紧弹簧。所述抱紧腿的近圆形框架端呈V型结构，通过销轴连接在圆形机架下排的两个销孔座上；圆形框架下排三个销孔座组各连接一抱紧腿，抱紧腿的长度与驱动腿长度相等。抱紧腿的另一端安装抱紧轮支架，所述的抱紧轮通过轮轴安装在抱紧轮支架上，；所述驱动腿上的电机框架及抱紧腿中间部位焊接有角铁构成的驱动腿推杆支架和抱紧腿推杆支架，所述拉紧推杆安装在驱动腿推杆支架和抱紧腿推杆支架上；所述拉紧弹簧的一端通过销轴连接在抱紧腿推杆支架上，另一端与所述拉紧推杆缸筒相固接；拉紧推杆轴一端可活动的套装在拉紧推杆缸筒内，另一端通过销轴与驱动腿推杆支架连接。

所述的旋转机构包括转盘结构和回转平台子机构。所述的转盘结构包括圆形轨道、滑道和转盘链条。所述的圆形轨道由左半圆形轨道与右半圆形轨道配合而成。左、右半圆形轨道的一末端通过轨道铰链连接，可实现左、右半圆形轨道的打开与闭合，圆形轨道的直径与圆形框架直径相等，开口方向与圆形框架保持一致。左、右半圆形轨道封闭工作时，另一末端通过轨道锁紧销轴固定。所述的滑道为在圆形轨道内外边缘开设的凹槽，滑道分为三条，其中链条滑道和支承滑道布置在圆形轨道外缘面上，压轮滑道布置在圆形轨道内缘面上。所述的转盘链条放置在链条滑道内，其两端固定在半圆形轨道上。所述转盘结构底部托板外侧每相隔90°呈圆周分布也开有四个穿孔，连接支撑杆穿过托板和圆形框架相对应的穿孔分别与托板和圆形框架焊接，从而将攀爬机构与旋转机构上下平行连接在一起，旋转机构在攀爬机构的上部；连接支撑杆的下端安装万向轮。

所述的回转平台子机构由平板底座、回转电机、回转链轮、回转压轮及扇形滑轨构成。所述的平板底座一端开有两个电机轴孔，另一端焊接两根滚轮销轴。所述的回转电机放置于平板底座上，电机轴穿过电机轴孔。所述回转链轮固接在电机轴末端，回转链轮与转盘链条啮合。所述的回转压轮连接在滚轮销轴上，压紧于圆形轨道的压轮滑道中。所述的扇形滑轨固接在平板底座的底部位置，扇形滑轨插放在圆形轨道上的支承滑道内。

所述的修枝锯执行机构包括光轴座、修枝锯电机、修枝锯和径向进给推杆。所述的光轴座上开有两个光轴孔，两条光轴可活动的套接在光轴孔内，两条光轴近修枝锯端固接在修枝锯电机外壳后端面上；所述径向进给推杆缸筒末端通过销轴固定在推杆固定座上，推杆固定座固接在光轴座的远修枝锯端。径向进给推杆轴末端通过销轴固接在推杆轴固定座上，推杆轴固定座焊接于修枝锯电机外壳的后端面上。通过径向进给推杆的推杆轴运动带动修枝锯电机及修枝锯沿光轴方向做径向进给。所述修枝锯安放在修枝锯电机轴上。光轴座近修枝锯端通过光轴座合页固定在回转平台子机构的平板底座上，光轴座另一端通过紧固螺栓与回转平台子机构的平板底座连接，通过调整紧固螺栓可以调整光轴座与平板底座的间距从而调整光轴座与平板底座的倾角，以调整修枝锯与树干的锯切角度。所述修枝锯可以采用圆盘锯或往复锯。

本发明一种杨树自动修枝装置的有益效果是：1、针对杨树修枝农艺要求，修枝自动化程度高，工作效率高且成本较低，剪枝作业无需人工直接参与，安全性好；2、采用具有驱动腿、抱紧腿和框架结构的攀爬结构，爬升过程稳定，结构简单、重量轻、操作方便、定位准确；3、采用旋转机构，方便定位树干上的侧枝位置，并能配合进给修枝锯随动锯切。4、采用上述修枝锯执行机构，可调整锯切角度，能实现贴近主干进行修枝，有利于减小枝桩长度，减少死节，并且修枝口平滑，有利于修枝口愈合，因而能提高木材质量。

附图说明

图1是杨树自动修枝装置的结构示意图。

图2是攀爬机构的局部剖视图。

图3是攀爬机构中左、右半圆形框架的装配图。

图4是转盘结构左、右半圆形轨道装配的局部剖视图。

图5是回转平台子机构的结构图。

图6是修枝锯执行机构的结构图。

图7是爬树过程示意图。

图中：1万向轮、2连接支撑杆、3驱动电机、4驱动轮支架、5驱动轮、6驱动轮链轮、7驱动链条、8电机链轮、9电机框架、10紧固螺丝、11抱紧轮支架、12抱紧轮、13销孔座组、14左部半圆形框架、15框架铰链、16右部半圆形框架、17框架锁紧销轴、18压轮滑道、19链条滑道、20支承滑道、21左半圆形轨道、22轨道铰链、23右半圆形轨道、24托板、25轨道锁紧销轴、26回转链轮、27扇形滑轨、28回转电机轴、29平板底座、30回转电机、31滚轮销轴、32回转压轮、33光轴座、34光轴、35推杆固定座、36径向进给推杆缸筒、37径向进给推杆、38推杆轴固定座、39修枝锯、40修枝锯电机轴、41修枝锯电机、42转盘链条、43驱动腿推杆支架、44拉紧推杆轴、45拉紧推杆缸筒、46拉紧弹簧、47抱紧腿推杆支架、48光轴座合页

具体实施方式

一种杨树自动修枝装置如图1所示，包括：攀爬机构、旋转机构和修枝锯执行机构。攀爬机构集驱动与压紧功能于一体，在保证车轮压紧树干的同时，为机器爬升提供所需动力；所述的旋转机构包括转盘结构和回转平台子机构。转盘结构通过连接支撑杆固定在攀爬机构的上部，圆形轨道的应用为回转平台提供360°的旋转要求。回转平台子机构放置于转盘结构之上，两者通过相关配合连接在一起，回转电机为回转平台提供动力，使其可绕转盘结构自由回转；修枝锯执行机构连接在回转平台子机构上，修枝锯电机及修枝锯在电动推杆的作用下可在径向方向往复进给，到达所需剪枝位置，完成剪枝。

所述的攀爬机构如图2所示，包括圆形机架、爬升子机构和抱紧子机构。所述的爬升子机构与抱紧子机构分别装配在圆形机架上。所述的圆形机架是攀爬机构的支撑骨架，分为左部半圆形框架14、右部半圆形框架16和四个连接支撑腿。左、右半圆形框架的一末端通过框架铰链15连接，可实现左、右半圆形框架的打开与闭合。左、右半圆形框架封闭工作时，另一末端通过框架锁紧销轴17固定。所述圆形框架的内侧焊接上下两排对称的销孔座组13，每排分布三组销孔座且每组销孔座之间相隔120°呈圆周分布，每组含两个销孔座。所述的连接支撑腿由连接支撑杆2和万向轮1组成。圆形框架的外侧边沿相隔90°开有四个穿孔，连接支撑杆2通过穿孔与圆形框架焊接在一起，其末端安装万向轮1。

所述的爬升子机构包括驱动腿、驱动电机3、驱动轮5与驱动链条7。所述驱动腿中间部位为电机框架9，用于固定驱动电机3。驱动腿的近圆形框架端呈V型结构，通过销轴连接在圆形框架上排的销孔座组13上，上排三个销孔座组13各连接一驱动腿。驱动腿的近驱动轮端为驱动轮支架4；所述的驱动电机3通过紧固螺丝10固定在驱动腿电机框架9上，驱动电机3轴上安装电机链轮8；所述的驱动轮5通过轮轴安装在驱动轮支架4，轮轴末端安装驱动轮链轮6；所选用的电机链轮8直径小于驱动轮链轮6，驱动链条7安装在电机链轮8与驱动轮链轮6上，传递动力。

所述的抱紧子机构包括抱紧腿、抱紧轮12、拉紧推杆与拉紧弹簧46。所述抱紧腿的近圆形框架端呈V型结构，通过销轴连接在圆形框架下排的销孔座组13上，下排三个销孔座组13各连接一抱紧腿。抱紧腿的近抱紧轮端为抱紧轮支架11，所述的抱紧轮12通过轮轴安装在抱紧轮支架11上；所述驱动腿上的电机框架9及抱紧腿中间部位焊接有角铁，所述拉紧弹簧46的一端通过销轴连接在抱紧腿推杆支架47上，另一端与所述拉紧推杆缸筒45末端相固接，而拉紧推杆轴44末端通过销轴与驱动腿推杆支架43连接。

所述的旋转机构包括转盘结构和回转平台子机构。所述的转盘结构如图4所示，包括圆形轨道、滑道和转盘链条42。所述的圆形轨道由左半圆形轨道21与右半圆形轨道23配合而成，开口方向与圆形机架开口方向保持一致。左、右半圆形轨道的一末端通过轨道铰链22连接，可实现左、右半圆形轨道的打开与闭合。左、右半圆形轨道封闭工作时，另一末端通过轨道锁紧销轴25固定。所述的滑道为在圆形轨道内外边缘开设的凹槽，滑道分为三条，其中链条滑道19和支承滑道20布置在圆形轨道外缘面上，链条滑道19在支承滑道20的上面；压轮滑道18布置在圆形轨道内缘面上。所述的转盘链条42放置在链条滑道19内，其两端固定在半圆形轨道上。所述转盘结构底部托板24外侧开有四个穿孔，连接支撑杆2同时穿过托板和圆形框架上的穿孔与托板24和圆形机架焊接在一起，从而将攀爬机构与旋转机构连接在一起。

所述的回转平台子机构如图5所示，由平板底座29、回转电机30、回转链轮26、回转压轮32及扇形滑轨27构成。所述的平板底座29一端开有两个电机轴孔，另一端焊接两根滚轮销轴31。所述的回转电机30放置于平板底座29上，回转电机轴28穿过电机轴孔。所述回转链轮26固接在回转电机轴28末端，回转链轮26与转盘链条42啮合。所述的回转压轮32连接在滚轮销轴31上，回转压轮的厚度稍小于压轮滑道的宽度，可以压紧于圆形轨道的压轮滑道18中滑动而不脱落。所述的扇形滑轨27固接在平板底座29的底部位置，扇形滑轨27可活动的安装在圆形轨道上的支承滑道20内。

所述的修枝锯执行机构如图6所示，包括光轴座33、修枝锯电机41及修枝锯39和径向进给推杆。所述的光轴座33固定在回转平台子机构的平板底座29上，光轴座33上开有两个光轴孔，两条光轴放置于光轴孔内，两条光轴34近修枝锯39端固接在修枝锯电机41外壳后端面上；所述径向进给推杆缸筒36末端通过销轴固定在推杆固定座35上，推杆固定座35固接在光轴座33的远修枝锯39端。径向进给推杆37末端通过销轴固接在推杆轴固定座上，推杆轴固定座38焊接于修枝锯电机41外壳的后端面上。所述修枝锯39安放在修枝锯电机轴40上。在径向进给推杆的作用下，可以带动光轴在光轴座内做径向运动，从而带动修枝锯根据树枝的远近调整距离；光轴座33近修枝锯39端通过光轴座合页48固定在回转平台子机构的平板底座29上，通过调整另一端紧固螺栓可以调整光轴座的倾角，从调整修枝锯39与树干的锯切角度。所述修枝锯39可以采用圆盘锯或往复锯。

本发明的结构尺寸应根据杨树的最大和最小胸径确定，但抱紧腿、驱动腿长度需相等。

【0030】本发明一种杨树自动修枝装置所需动力由可移动电源如发电机、大容量蓄电池提供，修枝锯电机所需交流电可由电源逆变工作产生，驱动电机和电动推杆一般可选用12伏或24伏直流电源。

本发明的工作过程如下：

1、准备阶段：将驱动腿和抱紧腿打开至最大角度，拆下框架锁紧销轴17和轨道锁紧销轴25，使自动修枝装置左半部分与右半部分绕铰链转动，将机器呈打开状态，移动自动修枝装置至目标树干，使自动修枝装置套放于目标树干上，合拢机器装上框架锁紧销轴17和轨道锁紧销轴25。

2、爬升阶段：启动自动修枝装置，攀爬机构的电动推杆收缩，使驱动轮与抱紧轮从三个不同方向压紧树干。驱动电机工作，电机链轮8通过驱动链条7带动驱动轮链轮6转动，从而驱动轮5带动自动修枝装置缓慢爬升。在攀爬过程中若树干凹凸不平时，拉紧弹簧46可使自动修枝装置具备一定的越障能力，使其可顺利通过（如图7所示）。；

3、修枝阶段：自动修枝装置爬升到合适高度遇到枝干时，回转电机30工作，带动回转平台子机构旋转至枝干侧方位置。径向进给推杆37将修枝锯39推出，使修枝锯39贴近树干，修枝锯电机高速旋转锯切，配合回转平台子机构的旋转，从侧方锯掉树枝，径向进给推杆37将修枝锯39收回。

Claims (1)

1.一种杨树自动修枝装置，其特征在于包括：攀爬机构、旋转机构和修枝锯执行机构；

所述的攀爬机构包括圆形机架、爬升子机构和抱紧子机构；所述的爬升子机构与抱紧子机构分别装配在圆形机架上；所述的圆形机架是攀爬机构的支撑骨架，分为左部半圆形框架、右部半圆形框架和四个连接支撑腿；左、右半圆形框架的一末端通过框架铰链连接，可实现左、右半圆形框架的打开与闭合；左、右半圆形框架封闭工作时，另一末端通过框架锁紧销轴固定；所述的圆形框架的内侧焊接三组销孔座且每组销孔座之间相隔120°呈圆周分布，每组分成上下两排对称安装，每排含两个销孔座；所述的连接支撑腿由连接支撑杆和万向轮组成；圆形框架的外侧边沿每相隔90°开有一个穿孔，共四个穿孔，用于连接安装四个连接支撑杆；所述的爬升子机构包括驱动腿、驱动电机、驱动轮与驱动链条；所述驱动腿中间部位为电机框架，用于固定驱动电机；驱动腿的一端为驱动轮支架；驱动腿的另一端呈V型结构，通过销轴连接在圆形框架上排的两个销孔座上；圆形框架上排三个销孔座组各连接一驱动腿；所述的驱动电机通过紧固螺丝固定在驱动腿电机框架上，驱动电机轴上安装电机链轮；所述的驱动轮通过轮轴安装在驱动轮支架上，轮轴末端安装驱动轮链轮；所选用的电机链轮直径小于驱动轮链轮，驱动链条安装在电机链轮与驱动轮链轮上；所述的抱紧子机构包括抱紧腿、抱紧轮、拉紧推杆与拉紧弹簧；所述抱紧腿的近圆形框架端呈V型结构，通过销轴连接在圆形机架下排的两个销孔座上；圆形框架下排三个销孔座组各连接一抱紧腿，抱紧腿的长度与驱动腿长度相等；抱紧腿的另一端安装抱紧轮支架，所述的抱紧轮通过轮轴安装在抱紧轮支架上，；所述驱动腿上的电机框架及抱紧腿中间部位焊接有角铁构成的驱动腿推杆支架和抱紧腿推杆支架，所述拉紧推杆安装在驱动腿推杆支架和抱紧腿推杆支架上；所述拉紧弹簧的一端通过销轴连接在抱紧腿推杆支架上，另一端与所述拉紧推杆缸筒相固接；拉紧推杆轴一端可活动的套装在拉紧推杆缸筒内，另一端通过销轴与驱动腿推杆支架连接；

所述的旋转机构包括转盘结构和回转平台子机构；所述的转盘结构包括圆形轨道、滑道和转盘链条；所述的圆形轨道由左半圆形轨道与右半圆形轨道配合而成；左、右半圆形轨道的一末端通过轨道铰链连接，可实现左、右半圆形轨道的打开与闭合，圆形轨道的直径与圆形框架直径相等，开口方向与圆形框架开口方向保持一致；左、右半圆形轨道封闭工作时，另一末端通过轨道锁紧销轴固定；所述的滑道为在圆形轨道内外边缘开设的凹槽，滑道分为三条，其中链条滑道和支承滑道布置在圆形轨道外缘面上，压轮滑道布置在圆形轨道内缘面上；所述的转盘链条放置在链条滑道内，其两端固定在半圆形轨道上；所述转盘结构底部托板外侧每相隔90°呈圆周分布也开有四个穿孔，连接支撑杆穿过托板和圆形框架相对应的穿孔分别与托板和圆形框架焊接，从而将攀爬机构与旋转机构上下平行连接在一起，旋转机构在攀爬机构的上部；连接支撑杆的下端安装万向轮；所述的回转平台子机构由平板底座、回转电机、回转链轮、回转压轮及扇形滑轨构成；所述的平板底座一端开有两个电机轴孔，另一端焊接两根滚轮销轴；所述的回转电机放置于平板底座上，电机轴穿过电机轴孔；所述回转链轮固接在电机轴末端，回转链轮与转盘链条啮合；所述的回转压轮连接在滚轮销轴上，压紧于圆形轨道的压轮滑道中；所述的扇形滑轨固接在平板底座的底部位置，扇形滑轨插放在圆形轨道上的支承滑道内；

所述的修枝锯执行机构包括光轴座、修枝锯电机、修枝锯和径向进给推杆；所述的光轴座上开有两个光轴孔，两条光轴可活动的套接在光轴孔内，两条光轴近修枝锯端固接在修枝锯电机外壳后端面上；所述径向进给推杆缸筒末端通过销轴固定在推杆固定座上，推杆固定座固接在光轴座的远修枝锯端；径向进给推杆轴末端通过销轴固接在推杆轴固定座上，推杆轴固定座焊接于修枝锯电机外壳的后端面上；通过径向进给推杆的推杆轴运动带动修枝锯电机及修枝锯沿光轴方向做径向进给；所述修枝锯安放在修枝锯电机轴上；光轴座近修枝锯端通过光轴座合页固定在回转平台子机构的平板底座上，光轴座另一端通过紧固螺栓与回转平台子机构的平板底座连接，通过调整紧固螺栓可以调整光轴座与平板底座的间距从而调整光轴座与平板底座的倾角，以调整修枝锯与树干的锯切角度；所述修枝锯可以采用圆盘锯或往复锯。

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