JP6470831B1 - 樹木伐採機 - Google Patents

Abstract

【課題】切断する樹木に曲げモーメントを付加して、樹木を切断する負荷を低減し、低出力の切断機構で樹木を切断することができる樹木伐採機を提供する。
【解決手段】樹木伐採機１０は、自走式作業機のアームに装着される本体フレーム２０、本体フレーム２０に起立状に且つ傾動自在に設けられた傾動フレーム２１、傾動フレーム２１に設けられ、立向き状態の樹木を把持する把持機構２２、把持機構２２により樹木を把持した状態で、本体フレーム２０に対して傾動フレーム２１を傾動駆動して樹木に曲げモーメントを付加する油圧式傾動機構２３、本体フレーム２０に設けられ、油圧式傾動機構２３により曲げモーメントを付加した樹木を、曲げモーメントにより張力が付加された側から切断する切断機構を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は樹木伐採機に関し、特に、樹木に曲げモーメントを付加し、その樹木を切断することができる樹木伐採機に関する。

従来より、自走式作業機のアームに装着されるアタッチメントとして種々の樹木伐採機が実用化されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１の樹木伐採機では、樹木が１つのグラップルにより把持され、そのグラップルの下側で樹木がチェーンソーにより切断され、特許文献２の樹木伐採機では、樹木が上下１対のグラップルにより把持され、それら１対のグラップルの間で樹木が回転刃ドラムにより破砕される。

尚、特許文献１の樹木伐採機では、チェーンソーがケース体に対して回動し得るように装着され、更にケース体が支持体に対して回動し得るように装着されている（図１，図３）。また、特許文献２の樹木伐採機では、回転刃ドラムが油圧シリンダによって前後に移動駆動される（図５，図６）。

特開２００３−８８２５８号公報 特開２００１−１８６８２１号公報

樹木伐採機を用いて比較的太い樹木や硬い樹木を伐採する場合、樹木を切断する負荷（切断力）が大きくなり、依って、樹木切断の作業能率を高めるためには、特許文献１の樹木伐採機のようなチェーンソー等を有する高出力の切断機構が必要となる。
本発明の目的は、樹木に曲げモーメントを付加して、その樹木を切断する負荷（切断力）を低減することができる樹木伐採機を提供すること、低出力の切断機構で樹木を切断することができる樹木伐採機を提供すること、等である。

請求項１の発明は、作業機のアームに装着される本体フレームを有する樹木伐採機において、前記本体フレームに起立状に且つ傾動自在に設けられた傾動フレームと、前記傾動フレームに設けられ、立向き状態の樹木を把持する把持機構と、前記把持機構により樹木を把持した状態で、前記本体フレームに対して前記傾動フレームを傾動駆動して樹木に曲げモーメントを付加する油圧式傾動機構と、前記本体フレームに設けられ、前記油圧式傾動機構により曲げモーメントを付加した樹木を、曲げモーメントにより張力が付加された側から切断する切断機構とを備えたことを特徴とする。

上記構成の樹木伐採機によれば、傾動フレームが本体フレームに起立状に且つ傾動自在に設けられ、この傾動フレームに設けられた把持機構により立向き状態の樹木が把持され、この状態で、油圧式傾動機構により本体フレームに対して傾動フレームが傾動駆動されて、樹木に曲げモーメントが付加される。そして、本体フレームに設けられた切断機構により、その樹木が曲げモーメントにより張力が付加された側から切断されるので、樹木を切断する負荷（切断力）を低減することができ、低出力の切断機構で樹木を切断することができ、樹木切断の作業効率を高めることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記把持機構は、上下に離隔配置された１対の油圧駆動式のグラップルを有することを特徴とする。
上記構成の樹木伐採機によれば、特に下側のグラップルにより、樹木の切断する部位に曲げモーメントを確実に付加することができ、１対のグラップルにより、切断された樹木を確実に安定的に保持することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記切断機構は、切断刃と、切断刃を所定ストローク直線的にガイドするガイド機構と、切断刃を平行移動的に作動させる切断用油圧シリンダとを有することを特徴とする。
上記構成の樹木伐採機によれば、低出力の切断機構とすることができ、その切断機構で樹木を切断することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記油圧式傾動機構は、前記本体フレームと前記傾動フレームに両端部が夫々回動自在に連結された傾動用油圧シリンダを有することを特徴とする。
上記構成の樹木伐採機によれば、本体フレームに対する傾動フレームの傾動駆動を強力な駆動力で行い、樹木に曲げモーメントを確実に付加することができる。

本発明の樹木伐採機によれば、樹木に曲げモーメントを付加して、その樹木を切断する負荷（切断力）を低減し、低出力の切断機構で樹木を切断することができる。

本発明の実施例に係る樹木伐採機を備えた自走式作業機の側面図である。 樹木伐採機の要部側面図であり、（ａ）が傾動フレームが傾動していない状態を示し、（ｂ）が傾動フレームが傾動した状態を示す。 図２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。樹木伐採機の要部背面図である。 樹木伐採機の要部背面図である。 樹木伐採機の要部横断面図である。 樹木伐採機の切断機構の要部正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 樹木伐採機のグラップルの平面図である。 樹木伐採機の油圧駆動制御系を示すブロック図である。 樹木を把持した状態の作業行程図である。 樹木に曲げモーメントを付加した状態の作業行程図である。 樹木を切断した状態の作業行程図である。 切断した状態を鉛直姿勢に戻した状態の作業行程図である。

以下、発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。尚、自走式作業機の運転部から視た前後・左右・上下を前後・左右・上下として説明する。

図１に示すように、自走式作業機１は、１対のクローラ２ａを有する下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた運転部３ａを有する上部旋回体３と、上部旋回体３から前方へ延びる作業装置４とを備えている。上部旋回体３の後部には、油圧ポンプと油圧ポンプを駆動するエンジンとを含む油圧発生装置５が搭載されている。

作業装置４は、上部旋回体３に基端部が枢支されたブーム６と、上部旋回体３に対してブーム６を回動させる左右１対の第１油圧シリンダ７と、ブーム６の先端部に基端側部分が枢支されたアーム８と、ブーム６に対してアーム８を回動させる第２油圧シリンダ９と、アーム８の先端部に枢支されアタッチメントとして装着された樹木伐採機１０と、アーム８に対して樹木伐採機１０を回動させる第３油圧シリンダ１１とを備えている。

第１油圧シリンダ７の両端部が上部旋回体３とブーム６に夫々回動自在に連結され、第２油圧シリンダ９の両端部がブーム６とアーム８に夫々回動自在に連結され、第３油圧シリンダ１１の両端部がアーム８とリンク１２，１３の基端部に夫々連結されている。アーム８の先端部に樹木伐採機１０のホルダ１４が枢支され、リンク１２の下端部がアーム８に、リンク１３の下端部がホルダ１４に夫々回動自在に連結されている。

自走式作業機１は、下部走行体２による走行、上部旋回体３の旋回、及び油圧シリンダ７，９，１１によるブーム６とアーム８と樹木伐採機１０の回動により、樹木伐採機１０を樹木Ｔの根本近くに移動させ、その樹木Ｔを樹木伐採機１０によって切断し伐採する（図１０〜図１３）。

樹木伐採機１０について説明する。
図１〜図８に示すように、樹木伐採機１０は、アーム８にホルダ１４を介して装着された本体フレーム２０と、本体フレーム２０に起立状に且つ傾動自在に設けられた傾動フレーム２１と、傾動フレーム２１に設けられ、立向き状態の樹木Ｔを把持する把持機構２２と、把持機構２２により樹木を把持した状態で、本体フレーム２０に対して傾動フレーム２１を傾動駆動して樹木に曲げモーメントを付加する油圧式傾動機構２３と、本体フレーム２０に設けられ、油圧式傾動機構２３により曲げモーメントを付加した樹木Ｔを、曲げモーメントにより張力が付加された側から切断する切断機構２４とを備えている。

図２〜図６に示すように、本体フレーム２０は、左右１対の前後方向に延びる縦フレーム３０と、１対の縦フレーム３０の後部同士を連結する左右方向に延びる横フレーム３１とを有し、平面視にて前方開のコ字状に形成され、１対の縦フレーム３０間に樹木Ｔを受け入れる。１対の縦フレーム３０に切断機構２４の１対の切断用油圧シリンダ６２が夫々装着され、１対の縦フレーム３０間に切断機構２４の切断刃６０が配置される。ここで、ホルダ１４の前部は２股部１４ａに形成され、その２股部１４ａが１対の縦フレーム３０の上面部に結合されている。

図２〜図４に示すように、傾動フレーム２１は、左右方向に所定の厚みを有し、横フレーム３１から上方へ延びるように設けられている。横フレーム３１には、左右２枚の鉛直の支持板３５ａからなる連結支持部３５が、横フレーム３１の上面よりも上方へ突出するように左右１対設けられ、傾動フレーム２１の下端部が、これら１対のフレーム支持部３５の間に位置し、１対のフレーム連結部３５に左右方向に向く軸３６ａ、及びこの軸３６ａが挿通された軸受け３６ｂを介して回動自在に連結されている。

図２、図８に示すように、把持機構２２は、上下に離隔配置された１対の油圧駆動式のグラップル４０，４１を有する。下側のグラップル４１は、上側のグラップル４０よりも上下方向の厚みが大きくなるように構成されている。尚、１対のグラップル４０，４１について、他の構成は基本的に同じであるため、同一符号を付して説明する。

各グラップル４０，４１は、左右１対の把持部材４３と、１対の把持部材４３を開閉させる複動型の把持用油圧シリンダ４４とを有する。１対の把持部材４３は左右対称に形成され、１対の把持部材４３の後端部が、夫々傾動フレーム２１の前部に設けられた把持連結部４５に上下方向に向く１対の軸４６を介して回動自在に連結されている。

把持連結部４５は、傾動フレーム２１の本体部に固定された上下２枚の略水平の支持板４５ａからなり、各把持部材４３の後端部が２枚の支持板４５ａの間に配置され軸４６により枢支されている。１対の把持部材４３の後端側には１対のシリンダ連結部４３ａが夫々設けられ、これら１対のシリンダ連結部４３ａに、把持用油圧シリンダ４４の両端部（シリンダ本体とピストンロッド）が夫々上下方向に向く１対の軸４７を介して回動自在に連結されている。

図８の実線は、把持用油圧シリンダ４４が収縮駆動され、１対の把持部材４３が略最大限開放した状態を示し、この状態で、１対の縦フレーム３０間に受け入れた樹木Ｔを１対の把持部材４３間に位置させ、その状態で、把持用油圧シリンダが伸長駆動されると、１対の把持部材４３が閉じるように回動されて樹木Ｔを把持する。

図２、図４に示すように、油圧式傾動機構２３は、本体フレーム２０と傾動フレーム２１に両端部が夫々回動自在に連結された左右１対の複動型の傾動用油圧シリンダ５０（チルトシリンダ５０）を有する。各傾動用油圧シリンダ５０の上端部（ピストンロッド）は、傾動フレーム２１の中央部に左右方向に向く軸５１を介して連結されている。

各傾動用油圧シリンダ５０の下端部（シリンダ本体）は、横フレーム３１に設けられた連結支持部３５に左右方向に向く軸５２を介して連結されている。前記のように、連結支持部３５は、左右２枚の鉛直の支持板３５ａからなり、各傾動用油圧シリンダ５０の下端部が、傾動フレームの回動軸３６ａよりも後側において、これら２枚の支持板３５ａ間に配置され軸５２により枢支されている。

図２（ａ）は、傾動フレーム２１が本体フレーム２０に対して略鉛直姿勢になっている状態を示し、図２（ｂ）は、傾動フレーム２１が本体フレーム２０に対して前方へ傾動した姿勢になっている状態を示している。傾動フレーム２１が略鉛直姿勢になっている状態で、把持機構２２により樹木Ｔが把持され、その後、傾動用油圧シリンダ５０が伸長駆動されると、傾動フレーム２１を前方へ傾ける力が把持機構２２を介して樹木Ｔに加わることで、樹木Ｔに曲げモーメントが付加され、樹木Ｔの後側部分に張力が付加される。

図５〜図７に示すように、切断機構２４は、切断刃６０と、切断刃６０を所定ストローク直線的にガイドするガイド機構６１と、切断刃６０を平行移動的に作動させる左右１対の複動型の切断用油圧シリンダ６２とを有する。

切断刃６０は略矩形板状に形成され、その前端の刃先部６０ａが１対の縦フレーム３０間に位置し、後方へ凹む湾曲形状に形成されている。ガイド機構６１においては、左右１対の円筒状の摺動ブロック６５が設けられ、切断刃６０の左右両端部が１対の摺動ブロック６５に結合保持され、これら１対の摺動ブロック６５が１対の縦フレーム３０に夫々前後方向へ摺動自在にガイド支持され、切断刃６０が図５に仮想線で示す非作動位置と実線で示す作動位置とにわたって直線的にガイドされる。

１対の切断用油圧シリンダ６２は、夫々、そのシリンダ本体６２ａが１対の縦フレーム３０の後部に取付けられ、それらシリンダ本体６２ａから前方へ延びる１対のピストンロッド６２ａの前端部が、１対の摺動ブロック６５に挿通され円筒状結合材６５ａを介して結合され、１対の切断用油圧シリンダ６２が伸縮駆動されることで、切断刃６０を非作動位置と作動位置とにわたって作動させる。

切断刃６０が非作動位置にあるとき、１対の縦フレーム３０間に樹木Ｔを受け入れ、また、把持機構２２により樹木Ｔが把持され、また、油圧式傾動機構２３により樹木Ｔに曲げモーメントが付加され、この状態で、切断刃６０が非作動位置から作動位置に作動され、樹木Ｔを後側から、つまり張力が付加された側から切断する。

自走式作業機１の油圧駆動制御系について説明すると、図９に示すように、自走式作業機１の制御装置７０は、運転部３ａに設けられた運転操作部７１による操作指令を受けて、油圧発生装置５、及び油圧回路７２を制御し、操作指令に応じた油圧シリンダ５，７，９，１１，４４，５０，６２に油圧発生装置５から油圧回路７２を介して油圧を供給し、操作指令に応じたムーブ６、アーム８、樹木伐採機１０；把持機構２２、傾動駆動機構２３、切断機構２４を作動させる。

以上説明した樹木伐採機１０を備えた自走式作業機１で樹木を伐採する作業行程について説明する。
先ず、図１０に示すように、下部走行体２による走行、上部旋回体３の旋回、及び油圧シリンダ７，９，１１によるブーム６とアーム８と樹木伐採機１０の回動により、樹木伐採機１０を樹木Ｔの根本近くに移動させる。

ここで、樹木伐採機１０において、傾動フレーム２０を略鉛直姿勢にし（図２（ａ））、各グラップル４０，４１の１対の把持部材４３を略最大限開放させ（図８実線）、切断刃６０を非作動位置に位置させて（図５仮想線）、樹木Ｔを本体フレーム２０の１対の縦フレーム３０間に受け入れ、樹木Ｔを１対の把持部材４３間に位置させる。その後、各グラップル４０，４１において、把持用油圧シリンダ４４により、１対の把持部材４３が閉じるように回動されて、グラップル４０，４１により樹木Ｔが把持される。

次に、図１１に示すように、油圧式傾動機構２３の１対の傾動用油圧シリンダ５０により、本体フレーム２０に対して傾動フレーム２１が前方へ傾動駆動され、傾動フレーム２１を前方へ傾ける力が１対のグラップル４０，４１を介して樹木Ｔに加わることで、樹木Ｔを傾かせ、その根本と下側のグラップル４１との間の部分（以下、根本近傍部分という）を前方へ撓ませて、その樹木Ｔの根本近傍部分に曲げモーメントを付加し、樹木Ｔの根本近傍部分の後側部分に張力を付加することができる。

次に、切断機構２４の１対の切断用油圧シリンダ６２により、切断刃６０が非作動位置から作動位置に作動され、図１２に示すように、この切断刃６０により樹木Ｔの根本近傍部分が後側部分から切断される。切断された樹木Ｔは、傾いた状態でもグラップル４０，４１により確実に保持される。

次に、図１３に示すように、油圧式傾動機構２３の１対の傾動用油圧シリンダ５０により、本体フレーム２０に対して傾動フレーム２１が略鉛直姿勢となるように戻され、これにより、グラップル４０，４１により保持された樹木Ｔも略鉛直姿勢になる。その後、下部走行体２による走行や、上部旋回体３の旋回や、ブーム６とアーム８と樹木伐採機１０の回動等により、その樹木Ｔを移動させ、グラップル４０，４１を開放して、所定の場所に樹木Ｔを放置することになる。

尚、比較的太い樹木や硬い樹木を切断する場合には、図１１に示すように、樹木Ｔの根本近傍部分に曲げモーメントを付加するが、比較的細い樹木や柔かい樹木を切断する場合には、樹木Ｔの根本近傍部分に曲げモーメントを付加しないで、その樹木Ｔを切断刃６０により切断することができる。

この樹木伐採機１１によれば、傾動フレーム２１が本体フレーム２０に起立状に且つ傾動自在に設けられ、この傾動フレーム２１に設けられた把持機構２２により立向き状態の樹木Ｔを把持し、この状態で、油圧式傾動機構２３により本体フレーム２０に対して傾動フレーム２１を傾動駆動して、樹木Ｔに曲げモーメントを付加することができる。そして、本体フレーム２０に設けられた切断機構２４により、その樹木Ｔを曲げモーメントにより張力が付加された側から切断することができるので、樹木Ｔを切断する負荷（切断力）を低減することができ、低出力の切断機構２４で樹木Ｔを切断することができ、樹木切断の作業効率を高めることができる。

また、把持機構２２は、上下に離隔配置された１対の油圧駆動式のグラップル４０，４１を有するので、特に下側のグラップル４１により、樹木Ｔの切断する部位に曲げモーメントを確実に付加することができ、１対のグラップル４０，４１により、切断された樹木Ｔを確実に安定的に保持することができる。

また、切断機構２４は、切断刃６０と、切断刃６０を所定ストローク直線的にガイドするガイド機構６１と、切断刃６０を平行移動的に作動させる１対の切断用油圧シリンダ６２とを有するので、低出力の切断機構２４とすることができ、その切断機構２４で樹木Ｔを切断することができる。

また、油圧式傾動機構２４は、本体フレーム２０と傾動フレーム２１に両端部が夫々回動自在に連結された１対の傾動用油圧シリンダ５０を有するので、本体フレーム２０に対する傾動フレーム２１の傾動駆動を強力な駆動力で行い、樹木Ｔに曲げモーメントを確実に付加することができる。

尚、アーム８に対して樹木伐採機１０を旋回させる旋回装置を設けてもよい。そうすると、曲がった樹木Ｔにも確実に曲げモーメントを付加し、その樹木Ｔを切断することができるし、樹木Ｔの切断だけでなく、倒れた樹木Ｔを１対のグラップル４０，４１で把持して他の場所へ移送することも容易になる。

また、例えば、把持機構２２においては、１対のグラップル４０，４１の一方（例えば、上側のグラップル４０）を省略してもよいし、切断機構２４においては、チェーンソーや電動式丸鋸等の高出力の切断機構とすることもできる。尚、本考案の趣旨を逸脱しない範囲において、その他種々の変更を付加して実施することができる。

１ 自走式作業機（作業機）
８ アーム
１０ 樹木伐採機
２０ 本体フレーム
２１ 傾動フレーム
２２ 把持機構
２３ 油圧式傾動機構
２４ 切断機構
４０，４１ グラップル
５０ 傾動用油圧シリンダ
６０ 切断刃
６１ ガイド機構
６２ 切断用油圧シリンダ

Claims (4)

1. 作業機のアームに装着される本体フレームを有する樹木伐採機において、
   前記本体フレームに起立状に且つ傾動自在に設けられた傾動フレームと、
   前記傾動フレームに設けられ、立向き状態の樹木を把持する把持機構と、
   前記把持機構により樹木を把持した状態で、前記本体フレームに対して前記傾動フレームを傾動駆動して樹木に曲げモーメントを付加する油圧式傾動機構と、
   前記本体フレームに設けられ、前記油圧式傾動機構により曲げモーメントを付加した樹木を、曲げモーメントにより張力が付加された側から切断する切断機構と、
   を備えたことを特徴とする樹木伐採機。
2. 前記把持機構は、上下に離隔配置された１対の油圧駆動式のグラップルを有することを特徴とする請求項１に記載の樹木伐採機。
3. 前記切断機構は、切断刃と、切断刃を所定ストローク直線的にガイドするガイド機構と、切断刃を平行移動的に作動させる切断用油圧シリンダとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の樹木伐採機。
4. 前記油圧式傾動機構は、前記本体フレームと前記傾動フレームに両端部が夫々回動自在に連結された傾動用油圧シリンダを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の樹木伐採機。