智能化集成系统直角坐标型灌木切割机技术应用案例

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智能化集成系统直角坐标型灌木切割机技术应用案例我国灌木收割多以人工砍伐、小型背负式割灌机等小动力割灌机作业为主，由于灌木枝条分散、弹性大等特点，不仅劳动强度大、效率低，而且安全性差，工人很容易受伤，不能满足大规模割灌作业需求，已经成为制约我国灌木林的收割作业及营林抚育健康发展的重要因素。自从“天保工程”政策实施以来，加速发展丰产速生林工作是当今要务，其营林抚育及整地任务十分繁重。

目录

一、应用场景

我国灌木收割多以人工砍伐、小型背负式割灌机等小动力割灌机作业为主，由于灌木枝条分散、弹性大等特点，不仅劳动强度大、效率低，而且安全性差，工人很容易受伤，不能满足大规模割灌作业需求，已经成为制约我国灌木林的收割作业及营林抚育健康发展的重要因素。自从“天保工程”政策实施以来，加速发展丰产速生林工作是当今要务，其营林抚育及整地任务十分繁重。

2021年在东北林业大学帽儿山实验林场，小兴安岭带岭林业实验局、大兴安岭新林林业局开展技术推广和应用。有效提高了天然林、次生林及人工林中幼龄林抚育工作、秋季整地工作、采伐前期清理工作等作业效率及安全性。

二、主要解决的问题

智能化集成系统直角坐标型灌木切割机动力是由小型履带拖拉机提供，既可以便于在林间穿梭，又可有效解决以往配套动力不足、在复杂地形行走困难等问题；该灌木切割机智能集成了多机协同控制系统，可有效解决图像定向识别灌乔定点分拣，规划避让乔木路径、随动拾取收集灌条、造材捆扎并行转运及对割灌留茬高度随地形地势自适应调整等问题。

三、技术要点

该技术可在环境复杂的条件下进行灌木切割作业，实现其高效割灌平茬、图像定向识别定点，规划避让乔木路径、随动拾取收集灌条、造材捆扎并行转运等主要功能。该装置既能提升其割灌速度和割后灌条平整度，又有效地减少人工作业量，改善工作条件，并提高生产效率且减少对环境的破坏。

1、多片类行星型齿刀联动旋转切割平台液压水平升降系统。 解决多片类行星型齿刀联动旋转切割平台水平升降调节与留茬高度控制问题，满足整机结构强度、林间回转等要求。多片类行星型齿刀联动旋转切割平台与小型履带拖拉机液压前三点悬挂结构匹配设计，整体调整多片类行星型齿刀联动旋转切割平台的升降。工作时三点悬挂系统置于浮动位置，调整上连杆机构使多片类行星型齿刀联动旋转切割平台水平。通过左右液压缸调节多片类行星型齿刀联动旋转切割平台切割方向，设定切割角度。通过平行四连杆机构与与林业特种车液压前三点悬挂结构连接，确保在不同坡度地形条件下其切割灌木喂入角度不变，满足割后灌条平整度一致性。

2、液压执行机构及控制系统。切割灌木装置液压控制系统采用电液伺服与比例控制方案，电液比例阀内具有集成电子放大器，输入端的给定信号和角位移传感器，反馈输入信号比较后形成控制信号，经调节和功率放大后控制电液伺服比例，因而对多片类行星型齿刀联动旋转切割平台最大的回转实现闭环控制。

3、多片类行星型齿刀联动旋转切割平台轨迹规划控制系统。该系统自动寻迹的光电检测元器件通过对林间地形平整趋势的走向进行预测，然后经过逻辑处理，自动控制电机正反转实现方向转换。

（1）采用PLC控制软件框架，控制多片类行星型齿刀联动旋转切割平台瞬时转速和转角位置、整体机架横移位置及其转角位置等，为闭环控制提供反馈数据。

（2）采用嵌入式机器视觉系统支持多相机林间同步视觉检测，满足灌木图像定向识别乔木定点分拣的要求。

4、割后灌条随动拾取、输送、捆扎并行转运系统。切割后的灌条通过偏心滚筒弹齿拾取装置送至螺旋推运平台，经过横向移动机构强制推送造材捆扎机构，在借助并行转运系统将其抛送铺放到两侧，完成灌条的随动拾取、输送、捆扎、转抛等一体化作业。

四、应用成效

该技术应用于中幼龄林抚育作业中，可以提高生产效率，降低生产成本，大幅度减轻林业工人的劳动强度，减少资源消耗，提高林业科技贡献率，对加速林业产业发展和森林营建，实现森林可持续经营等具有巨大的作用。同时，将推动经济高质量发展，根据相关统计，东北林区中幼龄林抚育达0.3亿亩/年，按每台机器每年完成3000亩的森林面积生产效率计算，每年所需的割灌抚育装备将达到上万台套，产生直接经济价值过亿元。

五、适用范围

该技术主要应用在天然林、次生林及人工林的抚育工作中。