趙德金，郭艷玲 ，宋文龍

(1.東北林業(yè)大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱 150040，2.延邊大學工學院，吉林延吉 133002)

目前，帶土球樹木移植法是園林苗木移栽中成活率最高的方法，采用人工取苗進行移植，需要勞動力多、勞動強度大、工作效率低、成本高，而且施工中很難免鋸斷根系，容易造成苗木根系的意外損害，而且還需要吊車，汽車等設備輔助。樹木移植的關鍵是保證移植樹木的成活率。樹木移植機是一種集機械和液壓控制技術為一體的機械裝備。實踐表明，樹木移植機能保證樹木根部土球的完整，從而保證了樹木的成活率。采用樹木移植機進行移植，則對于短距離樹木移植，一臺先進樹木移植機就可以完成挖坑、挖樹、運輸、栽培、澆水等操作，對于長距離，批量樹木移植，則可采用將挖掘好的樹進行套袋，防止土球松散和保水，然后成批用汽車運輸去目的地進行栽培。歐美等發(fā)達國家早在20世紀中后期就開始了這方面的研究，已經(jīng)生產(chǎn)出了一系列的樹木移栽設備，具有樹木移植效率高、成活率高、操作簡單、勞動強度小等優(yōu)點［1－8］。我國也在20世紀70年代后期開始了樹木移植機械的研究［9］，目前我國也生產(chǎn)出了自主研發(fā)的高效率的樹木移植機械產(chǎn)品。

1 樹木移植機的用途和類型

1.1 樹木移植機的用途

(1)由于建筑樓房、公路擴展以及其他工程導致需要將一些樹木進行移植以免對現(xiàn)有的樹木造成破壞的場合。

(2)一些樹木的成長影響到了周圍其他設施，需要將樹木轉移的情形。

(3)改變或擴展現(xiàn)有的園林規(guī)劃，需要對樹木進行移植的情形。

(4)對于新開發(fā)的公路、小區(qū)以及校區(qū)建設，能快速進行樹木移植，完成園林規(guī)劃。

1.2 樹木移植機的類型 目前，我國樹木移植機的研究工作已取得重大進展，已經(jīng)生產(chǎn)出了自主產(chǎn)權的產(chǎn)品。國外發(fā)達國家樹木移植機械的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，種類型號很多，如果按挖掘鏟的形狀可分為直鏟式、弧形鏟式和半圓球形鏟;按照配套動力的掛接方式可分為車載式樹木移植機、汽車拖車、輪式或履帶式裝載機驅動樹木移植機;拖拉機后懸掛以及拖拉機側懸掛，還有多桿機械臂式液壓驅動樹苗移植機械;按照鏟的數(shù)量可分為兩鏟式、三鏟式、四鏟式和六鏟式。

2 國內外樹木移植機械的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內樹木移植機的發(fā)展現(xiàn)狀 在國內，樹木移植機研究工作大約在20世紀70年代末期，20世紀80年代北京林業(yè)大學顧正平和張英彥對樹木移植機進行了試驗研究。21世紀初，我國內蒙古赤峰市赤田農林機械制造廠和高等院校及研究所共同研制的可用于苗圃、園林工程綠化和大樹移栽的挖樹機，江蘇省豐壘果蔬特種機械研制有限公司也研制出了新型挖樹機械，還有山東曲阜匯眾機械設備有限公司等企業(yè)制造的便攜式樹木移栽機［10－12］。

(1)北京林業(yè)大學顧正平和張英彥20世紀80年代末通過對樹木移植機的研究并導出了模型鏟下鏟阻力的經(jīng)驗公式。1987年由北京林業(yè)大學研制的4YS－80型懸掛式樹木移植機于1987年9月12日在北京通過鑒定。這種機具有4個組合型的鏟刀，能與鐵牛－55和東方紅－75配套使用，能挖最大樹苗胸徑為10 cm，土球最大直徑為0.8～0.9 m，高度為0.6～0.7 m，3～5 min內能挖一棵樹，大大提高了工作效率，為后來樹木移植機械的設計奠定了基礎。

(2)內蒙古赤峰亞美非生態(tài)科技發(fā)展有限公司最新研制的挖樹機如圖1所示。該機可用于苗木公司、綠化公司、園林公司小型樹木、大型樹木移栽綠化，效果好。挖樹機由23.205 kW(30PS)以上挖掘機作為動力，通過液壓系統(tǒng)控制機械動作?？赏跇淠局睆綖?0～30 cm、土球直徑60～150 cm、深度40～90 cm的綠化樹，同時也可挖直徑60～120 cm的樹坑。挖掘速度為25棵/h左右，效率高，樹木根系和土壤形成的土球保持完整，移栽后的樹木成活率高?？筛鶕?jù)用戶要求，經(jīng)改裝后也可用69.615 kW(90PS)以上的拖拉機作為動力。

圖1 4WS－120挖樹機

圖2 豐壘牌4YS系列挖樹機

圖3 斷根機

(3)江蘇省豐壘果蔬特種機械研制有限公司研制的豐壘牌4YS系列挖樹機如圖2所示。該系列機械主要用于林木移栽過程中根球的挖取，裝桶或淘汰林木的采伐更新，也可用于林木移植，還可挖樹坑，栽樹，裝車。挖樹鏟采用半圓筒形雙鏟結構，動力采用機械傳動，底盤采用橡膠履帶、鋼制履帶、四輪驅動多種形式，結構由左右半圓桶鏟，挖掘過程由液壓控制，挖掘速度為30～50棵/h左右?？赏诰蛐貜綖?～35 cm的樹木，土球直徑40～160 cm，各種樹種都可使用，是林業(yè)、苗木、園林綠化的好幫手，解決了雇傭勞動力難的問題。

(4)山東曲阜匯眾機械設備有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的便攜式斷根移植挖樹機如圖3所示。該機能較好地提高人工挖苗的效率及提高苗木的成活率。他可輕松地切入各種含砂石的復雜土壤，主要用于苗圃，園林工程，高山取苗等苗木移栽過程中帶土球的挖取、裝桶或淘汰林木的采伐更新。該機特點是作業(yè)范圍廣，可以為胸徑2～40 cm的樹斷根，采用單人便攜式操作、重量輕，使用方便，不受空間范圍的限制，最大程度保留苗木的根系及鍋形土球，不傷根系，極大地提高了苗木移植的成活率。苗木挖掘時斷根起苗快，幾分鐘可完成土球的挖掘工作，缺點是需要人力或其他設備輔助運輸和移栽。

3 國外樹木移植機的發(fā)展

國外樹木移植機械的研究比我國起步要早，技術比較成熟，產(chǎn)品已經(jīng)呈系列化，而且多樣化。制造樹木移植機械的公司有美國Big－John公司，加拿大Holt Tree Spades公司，加拿大Lemar Tree Spades公司，加拿大的Dutchman Industries公司，德國的Optimal公司，還有荷蘭的Damcon公司，另外俄羅斯和日本也制造了先進的樹木移植機械［13－19］。

(1)美國Big-John公司生產(chǎn)研究大樹移植機已有35年的歷史，產(chǎn)品有車載式(圖4)、汽車拖車式(圖5)、輪式前懸掛式(圖6);還配備臨時存放帶土球大樹的漏斗(圖7)。對于車載式樹木移植機械一般用于移植大樹，進行挖坑、挖樹、運輸以及栽樹以及澆灌一整套操作。最新產(chǎn)品還裝備有攝像頭輔助駕駛員準確定位。車載式樹木移植機能挖掘胸徑為80～360 mm的樹木，最大土球直徑為254 cm，深度可達173 cm，水箱容量1 500 L;汽車拖車式能挖掘胸徑為80～180 mm的樹木，最多土球直徑為160 cm，深度可達135 cm;輪式前懸掛式能挖掘胸徑為80～300 mm，最多土球直徑為230 cm，深度可達150 cm。

圖4 車載樹木移植機

圖5 拖車式樹木移植機

圖6 裝載機式樹木移植機

(2)加拿大Holt Tree Spades公司1957年開始制造了第一臺樹木移植機如圖8所示。這臺樹木移植機是人力操作的四鏟式，最大能挖掘直徑為30 cm土球。到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一家大公司，其挖掘土球直接范圍從60～366 cm，能制造可以和多種動力輸出設備配套使用的50多個品種的樹木移植機，與滑移裝載機配套使用的可挖掘土球直徑為132 cm(圖9);與挖掘機配套使用的可挖掘土球直徑為188 cm(圖10);與汽車配套使用的可挖掘土球直徑為239 cm，還有拖拉機后懸掛樹木移植機(圖11)。拖車式六鏟大型樹木移植機最大可挖掘土球直徑為366 cm，有的還裝備有操縱桿，關節(jié)結構以及輸入和輸出結構等。動力足，結構穩(wěn)定，可在含有沙石的土壤中進行挖掘操作。

(3)荷蘭Damcon公司制造的樹木移植機種類也較多，有半圓筒立鏟式挖樹機如圖12所示。工作過程，圓筒鏟挖到指定深度之后，U形鏟刀切斷土球周圍根系形成土球，U形鏟拖住土球底部，將土球和樹取出。還有球面鏟刀式樹木移植機如圖13所示，可與起重機和輪式裝載機配套使用，用于移植根系范圍較大的樹木，土球直徑范圍可達到150～250 cm。圖14是幼苗移栽機;圖15是用于壟距較窄的側懸掛式挖樹機;圖16是U形鏟式挖樹機，其結構簡單，挖掘土球直徑范圍從18～200 cm。

(4)加拿大的Dutchman Industries制造了很多系列樹木移植機，可與拖拉機、裝載機、滑移裝載機以及汽車配套使用，主要產(chǎn)品包括平頭鏟式如圖17所示。該機主要用于挖掘淺根系樹木;圓弧鏟式(圖18)以及與拖拉機配套使用的三點懸掛式等多種樹木移植設備，車載式可挖土球直徑范圍120～254 cm。

圖7 拖車漏斗

圖8 手動挖樹機

圖9 滑移裝載機式挖樹機

圖10 挖掘機式挖樹機

圖11 拖拉機后懸掛挖樹機

圖12 半圓筒立鏟式挖樹機

圖13 球面鏟挖樹機

圖14 KLR－300幼苗移栽機

圖15 KLR－501側懸掛挖樹機

圖16 FZ－160U形鏟挖樹機

圖17 平頭鏟挖樹機

圖18 弧形鏟挖樹機

(5)德國的Optimal公司制造樹木移植機械已經(jīng)有四十多年的歷史了，能挖掘土球直徑36～250 cm，主要制造與裝載機汽車滑移裝載機配套使用的樹木移植機械。圖19所示的是一款與汽車配套使用的樹木移植機，Optimal公司挖樹鏟的運動控制方法獨特，采用了短滑道控制，挖樹時，驅動挖樹鏟的液壓桿與地面幾乎垂直，這樣就大大減少了挖樹機的空間尺寸，挖掘鏟的角度可調整，挖掘過程中采用液壓鎖緊兩活動鏟，安全可靠。

圖19 KLR-2500型挖樹機

(6)加拿大Lemar Tree Spades公司制造三鏟和四鏟多種系列的和裝載機以及滑移裝載機配套使用的樹木移植機，挖掘土球直徑范圍46～152 cm，可挖掘土球直徑為152 mm的挖樹機每個挖樹鏟的下鏟力可以達到200 kN。結構框架采用15 mm厚的鋼板，因此結構穩(wěn)定，挖樹鏟開口兩個鏟的鎖緊裝置采用雙鎖固定，使移植機挖樹過程中更加穩(wěn)定。車載式挖掘土球直徑180 cm。其產(chǎn)品的特點是，不需要常規(guī)維護保養(yǎng)，使其工作時間長并且發(fā)揮其效力。通過優(yōu)化結構提高駕駛員的視野，使操作人員可清晰看見樹木挖掘的細節(jié)，使操作簡便，提高效率。挖樹鏟重疊結構，可切斷殘根，省去人工切斷殘根的工序，減少勞動力并提高效率。

4 樹木移植機的發(fā)展趨勢

目前我國對于樹木移植機械的制造技術的研究剛剛起步，在生產(chǎn)實踐上還有很多關鍵技術需要去研究。國外樹木移植機械發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國外的企業(yè)從實踐中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，使樹木移植機的操控更加完美。下面將從操控，挖樹機與移植樹木匹配問題以及樹木移植機的穩(wěn)定和壽命方面討論一下樹木移植機的發(fā)展趨勢。

4.1 操控靈活性 目前很多樹木移植機操控都是通過很多控制手柄操控挖樹鏟機構的上升、下降等操作，對于車載式樹木移植機控制手柄一般都在駕駛室外部，這就需要駕駛員駕駛汽車定位挖樹鏟之后，然后由操作員在駕駛室外通過控制手柄進行挖樹的操作。而對于裝載機由于是樹木移植機位于駕駛室的前方，駕駛員對于挖樹過程視野比較好，可將控制手柄放置在駕駛室里。這方面可以通過視頻影像技術在樹木移植機上安裝攝像頭，可輔助駕駛員迅速進行挖樹鏟的定位和挖樹操作，提高挖樹的效率。

4.2 樹木移植機型號與樹種的匹配 由于樹木的品種很多，根系的生長習性也不一樣，如根系的深淺以及其分布的區(qū)域的差異，以及與之相對應的樹的胸徑差異等。這些因素直接影響移植樹木的成活率。那么就得對樹木根系范圍與成活率的關系進行研究，確定匹配的樹木移植機械，從而保證樹木移栽的成活率，又能節(jié)省能源，例如淺根系樹木挖大坑等。

4.3 向穩(wěn)定高效方向發(fā)展 樹木移植機的工作場合是土壤，工作時挖樹鏟機構受到的載荷很大，對于挖樹機的工作部件的要求也較高，因此設計時要考慮其工作過程中結構的穩(wěn)定性和使用壽命因素。目前很多挖樹機的傳動機構例如挖樹鏟總成的運動滑道采用固體潤滑或材料的自潤滑，減少了維護保養(yǎng)，從而提高了設備的使用效率。另外還得加強研究挖樹鏟的強度、耐磨性以及其耐疲勞特性的研究，提高挖樹鏟的使用壽命。

［1］顧正平，沈瑞珍.樹木栽植與養(yǎng)護機械發(fā)展概況［J］.世界林業(yè)研究，2005，18(4):40 －44.

［2］于建國，屈錦衛(wèi).國內外挖坑機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.農機化研究，2006(12):38－41.

［3］賀漫媚，楊偉兒，張喬松.我國大樹移植的現(xiàn)狀與對策［J］.廣州園林，2006，28(2):29 －34.

［4］宋代平，王正祥，張云秀，等.生態(tài)植樹機發(fā)展綜述［J］.林業(yè)機械與木工設備，2004，32(4):4 －6.

［5］李耀明，陳航，徐立章.林木移栽機鏟刀臂的有限元分析與結構改進［J］.工業(yè)設計學報，2007，14(5):378 －382.

［6］“Tree Planting and Transplanting”，Kramer Tree Specialists，West Chicago，IL［EB/OL］.http://kramertree.com/Tree%20Planting/transpla.htm.

［7］University of Minnesota Soil Testing Laboratory［EB/OL］.http://soiltest.coafes.umn.edu/.

［8］Virginia State University Cooperative Extension and Virginia Tech，"Transplanting Trees and Shrubs"，Diane Relf，August 1996［EB/OL］.http://www.ext.vt.edu/departments/envirohort/articles/woody_ornamentals/transtas.html.

［9］張英彥，顧正平.直鏟式樹木移植機下鏟阻力的探討［J］.北京林業(yè)大學學報，1988(2):38－45.

［10］江蘇省豐壘果蔬特種機械研制有限公司，產(chǎn)品展示［EB/OL］.http://jsfljx.web1.asiae.com/.

［11］顧正平，張英彥.模型鏟預測樹木移植機下鏟阻力的研究［J］.林業(yè)科學，1988，24(2):185 －194.

［12］植樹機網(wǎng)［EB/OL］.http://www.tfjj.com/prox.aspx?id=154.

［13］Dutchmaster Nurseries Ltd，3735 Sideline 16 Brougham，ON.Canada L0H 1A0［EB/OL］.http://www.dutchmasternurseries.com.

［14］Lemar Tree Spade［EB/OL］.http://www.lemarweb.com/site/products/spades.2013.

［15］ Dutchman Truck Spade［EB/OL］.http://www.dutchmantruckspade.com/.2013.

［16］Truck Mounted Transplanters［EB/OL］.http://big － john.com/cms/product－information/.2013.

［17］ Tree spade［EB/OL］.http://www.damcon.nl/en/machines/tree －spades/.

［18］Holt Tree Spades ltd［EB/OL］.http://www.holttreespades.com/.

［19］Prichard＇s Nursery Equipment － Optimal Tree Spades［EB/OL］.http://optimaltreespades.com/.