技术领域
[0001] 本实用新型涉及伐木机械设备技术领域，尤其涉及一种自动升降式高空伐木设备。
背景技术
[0002] 在人类社会发展中，人类对资源的利用成为一种常态，其中木材是地球给予人类的重要资源之一。人类对木材资源的利用拥有悠久历史。目前，人类对木材资源的获取方式依然以人工砍伐为主，对于大、中型树木的砍伐普遍存在效率低、难度大、危险系数高等不利因素，成为制约该行业发展的
瓶颈难题。对于大、中型树木的砍伐方式一般为：伐木工人爬上树干，将顶端树干先用绳子拴住，然后用
电锯锯断树干，树干在所拴绳子的拽引下自由下落，以此重复动作，实现对高大树木
自上而下、一节一节的渐进式砍伐。这种砍伐方式需要耗费大量的人
力、物力，相对效率较低，作业受刮
风等天气因素影响较大，且伐木工人完全依靠体力攀爬到树木顶端，在顶端长时间
支撑且频繁锯断上面树段，势必造成体力巨大消耗易造成体力不支，常常造成坠地伤亡危险。同时，锯断的树段倒置方向难以确定，易造成对伐木工人的砸伤，且树干高空落下的不确定性也会对地面建筑造成一定破坏。目前国内用于解决上述问题的砍伐设备稀少，能将高空树上砍伐过程与被锯切下来的树段平稳落地相集成的设备尚属空白。
[0003] CN 201810379973-9公开了一种无人攀爬式伐树辅助系绳装置，内杆的上端端部固定设置有用于对绳索的进行导向并在内杆转动驱动下使绳索的两端穿过U形驱动件，在不用人工爬树情况下将牵引绳套在树木顶端。虽然该实用新型不需要伐木工人爬树即可将牵引绳套在树木顶端，确保树木在砍伐时进行定向掉落，但是没有树木砍伐功能，依然还需要人工砍伐，且树干掉落速度无法稳定控制，造成对地面建筑强烈冲击破坏无法避免。
[0004] CN 201810246514-3提出的一种抱紧式砍树
机器人。依靠动轮接杆抱住树干，在主动轮驱动下实现机器人在树干上移动，进而使机器人运动至待伐
位置，最后利用电锯将树干锯断，以此方式完成伐木。虽然该伐木机器人能够自动砍伐，但未解决砍伐后的树木平稳掉落问题，对地面建筑造成冲击破坏，且有时会威胁地面工人的生命安全。实用新型内容
[0005] 为了克服
现有技术的不足，本实用新型提供一种自动升降式高空伐木设备。将自动伐木和被伐断树干稳定降落功能相结合，大大降低伐木工人工作的危险性，提高伐木效率，降低劳动成本，有效防止高空落下的树干对地面建筑的冲击破坏。
[0006] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
[0007] 一种自动升降式高空伐木设备，包括
汽车、起重臂、总卷扬、自降抱爪、固定抱爪、旋转
支架Ⅰ、旋转支架Ⅱ、固定支架与电锯；所述起重臂为可旋转、可伸缩的液压臂，起重臂与总卷扬安装于起重臂控制台上，控制台以可旋转的方式安装于车体上；固定抱爪安装在固定支架上，固定支架铰接在起重臂端部，固定支架与起重臂之间设置有液压杆，通过液压杆调整固定支架的铰接
角度；自降抱爪由总
钢丝绳牵引安装在旋转支架Ⅱ的固定槽内，总
钢丝绳牵引自降抱爪下落，旋转支架Ⅱ的底端铰接在旋转支架Ⅰ上，旋转支架Ⅰ以可旋转方式安装在固定支架上方；电锯安装在固定抱爪与自降抱爪之间。
[0008] 所述旋转支架Ⅰ通过
轴承安装在固定支架上，旋转支架Ⅰ与支架旋转
齿轮相连，支架旋转齿轮由支架旋转
电机带动。
[0009] 还包括支架调整卷扬，所述支架调整卷扬钢丝绳与旋转支架Ⅱ顶端相连，卷扬用于调整旋转支架Ⅰ与旋转支架Ⅱ的开合角度。
[0010] 所述旋转支架Ⅱ设有U型支架，U型支架中部设有定
滑轮；总卷扬钢丝绳绕过调向滑轮与U型支架中部定滑轮与自降抱爪相连。
[0011] 所述固定抱爪包括两组抱爪，每组抱爪包括固定抱爪主体、抱爪Ⅰ、抱爪Ⅱ、抱爪
连杆与自
锁齿条；抱爪Ⅰ与抱爪连杆一端中部铰接，抱爪连杆另一端与抱爪主体铰接，抱爪Ⅱ通过同样的方式利用另一抱爪连杆与抱爪主体相连；抱爪Ⅰ与抱爪Ⅱ以及自锁齿条形成复合
铰链，通过自锁齿条的移动完成固定抱爪的抱紧与松开动作。
[0012] 还包括齿条连杆、调整螺丝、调整
螺母与调整电机；两组抱爪的自锁齿条与齿条连杆相连，齿条连杆与调整螺丝相连，调整螺丝与调整螺母配合，调整电机与调整螺母通过齿轮
啮合；调整电机带动调整螺母旋转，进而带动自锁齿条移动。
[0013] 还包括自锁卡钳、压缩复位
弹簧、解锁连杆，电机驱动解锁旋盘；自锁卡钳一端与自锁齿条咬合，另一端铰接在抱爪主体上，二者间设有
复位弹簧，促使自锁卡钳单向锁死齿条，电机与解锁旋盘相连，解锁连杆连接自锁卡钳与解锁旋盘，自锁卡钳在电机驱动下压缩复位弹簧完成解锁动作。
[0014] 所述自锁卡钳的齿形为梯形，自锁齿条的齿形与之相应。
[0015] 所述自降抱爪包括两组抱爪、自锁卡钳、复位弹簧与解锁连杆；每组抱爪包括固定报爪主体、抱爪Ⅰ、抱爪Ⅱ、抱爪连杆与自锁齿条；抱爪Ⅰ与抱爪连杆一端中部铰接，抱爪连杆另一端与抱爪主体铰接，抱爪Ⅱ通过同样的方式利用另一抱爪连杆与抱爪主体相连；抱爪Ⅰ与抱爪Ⅱ以及自锁齿条形成复合铰链，通过自锁齿条的移动完成固定抱爪的抱紧与松开动作。
[0016] 自锁卡钳一端与自锁齿条咬合，另一端铰接在抱爪主体上，二者间设有复位弹簧，促使自锁卡钳单向锁死齿条，电机与解锁旋盘相连，解锁连杆连接自锁卡钳与解锁旋盘，自锁卡钳在电机驱动下压缩复位弹簧完成解锁动作。
[0017] 所述自锁齿条与总卷扬钢丝绳相连，自降抱爪在钢丝绳的牵引下完成降落。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0019] (1)本实用新型汽车、起重臂、总卷扬、自降抱爪、固定抱爪、旋转支架Ⅰ、旋转支架Ⅱ、固定支架与电锯，自降抱爪、固定抱爪、旋转支架Ⅰ、旋转支架Ⅱ、固定支架与电锯构成了自降装置；本实用新型通过起重臂的伸缩及角度调整将自降装置调整至合适砍伐位置，在抱爪抱紧树干时，起重臂、树干、地面三者形成三角形结构，增强设备工作时的
稳定性。
[0020] (2)本实用新型固定抱爪上方的树干由电锯锯断，抱紧被伐树段的自降抱爪在旋转支架Ⅰ、Ⅱ配合下调整到合适位置，由总卷扬钢丝绳牵引着抱紧树段的自降抱爪平稳着陆；整个伐木过程均由机械完成，可节省不必要的人力劳动，有效降低伐木工作的危险性，大幅度的提高了伐木效率。
[0021] (3)本实用新型由由总卷扬钢丝绳牵引着抱紧树段的自降抱爪平稳着陆，有效防止高空落下的树干对地面的冲击破坏，避免高空落下的树干砸伤作业人员，提高了伐木作业的安全性。
附图说明
[0022] 图1是本实用新型立体结构示意图；
[0023] 图2是本实用新型自降装置结构示意图；
[0024] 图3是本实用新型固定抱爪结构示意图；
[0025] 图4是本实用新型固定抱爪的自锁机构结构示意局部放大图；
[0026] 图5是本实用新型固定抱爪
螺纹丝杠传动结构示意图；
[0027] 图6是本实用新型自降抱爪结构示意图
[0028] 图7是本实用新型自降抱爪螺纹丝杠传动结构示意局部放大图；
[0029] 图8是本实用新型自降抱爪螺纹丝杠传动结构示意图；
[0030] 图9是本实用新型自降抱爪自锁机构结构示意图；
[0031] 图10是本实用新型固定、自降抱爪卡钳机构结构示意图；
[0032] 图11是本实用新型起重臂结构示意图；
[0033] 图12是本实用新型自锁齿条滑道结构示意剖视图；
[0034] 图13是本实用新型支架旋转齿轮结构示意局部放大图。
[0035] 图中：1-自降抱爪 2-电锯 3-固定抱爪 4-固定支架调节液压杆 5-起重臂调节液压杆 6-车体 7-起重臂控制台 8-总钢丝绳 9-起重臂 10-固定支架 11-自降装置 12-支架调整卷扬电机 13-支架调整卷扬卷筒 14-支架调整卷扬钢丝绳 15-旋转支架Ⅱ 16-自降抱爪 17-支架旋转电机 18-减速器 19-支架旋转齿轮 20-旋转支架Ⅰ 21-自降抱爪调整电机 22-齿轮 23-总钢丝绳调向滑轮 24-固定抱爪主体 25-抱爪Ⅰ 26-抱爪Ⅱ 27-抱爪连杆 28-自锁齿条 29-解锁旋盘 30-电机固定架 31-调整电机 32-调整螺丝 33-调整螺母固定
外壳 34-齿条连杆 35-解锁连杆 36-自锁卡钳 37-复位弹簧 38-止推轴承 39-电机齿轮 40-深沟球轴承 41-调整螺母 42-自降抱爪主体 43-抱爪 44-抱爪连杆 45-自锁齿条 46-自锁卡钳 47-钢丝绳 48-调整螺丝 49-齿条连杆 50-解锁连杆 51-复位弹簧 52-止推轴承 53-调整螺母 54-深沟球轴承 55-调整螺母固定外壳 56-解锁旋盘 57-矩形方管Ⅰ 58-矩形方管Ⅱ 59-矩形方管Ⅲ 60-矩形方管Ⅳ 61-总钢丝绳卷扬
具体实施方式
[0036] 下面对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本实用新型的范围：
[0037] 如图1所示，一种自动升降式高空伐木设备，包括车体6，起重臂9和自降装置11三部分。车体6用于运输伐木设备，实现伐木设备位置和角度的灵活调整；起重臂9用于将自降装置11调整至所需的砍伐位置和砍伐高度，砍伐作业过程中，自降装置11上的抱爪会抱紧树干，地面、树干、伸缩液压臂9三者形成三角形结构，增强砍伐设备工作时的稳定性；自降装置11主要完成抱紧树干、树木自动砍伐和将已经砍伐下来的树干平稳放下，安全着陆。
[0038] 如图1、图11所示，车体上设置有起重臂控制台7，起重臂9，起重臂9结构上通过渐变尺寸的矩形方管I57、矩形方管II58、矩形方管III59、矩形方管IV60相互嵌套，通过
液压缸伸缩带动方管之间的移动实现起重臂的伸缩动作。起重臂9通过旋转副安装于起重臂控制台7上，可实现二者的自由角度旋转。起重臂9与起重臂控制台7之间设置有调整液压缸5，通过调整调整液压缸5的伸缩实现起重臂9与地面的夹角调整。起重臂9与调整液压缸5相互配合工作，将固连于起重臂9顶端的自降装置11调整到不同的空间位置，以便对不同位置和高度的树木进行砍伐作业。
[0039] 当起重臂调整至合适位置后，自降装置11中的固定抱爪3和自降抱爪1分别在各自电机驱动下锁住待伐树干，使起重臂、地面、树干三者形成三角形结构，增强设备在伐木、调整、下降过程中的作业稳定性；自降抱爪1、固定抱爪3分别从上至下依次将树干抱住，启动电锯2将固定抱爪3以上的树干锯断，之后由自降装置11将树干调整合适位置合角度后在钢丝绳8的牵引下平稳的将树干降落至地面。
[0040] 如图2-13所示，自降装置11包括支架调整卷扬电机12，支架调整卷扬卷筒13，支架调整卷扬钢丝绳14，旋转支架Ⅰ20，支架旋转电机17，减速器18，支架旋转齿轮19，旋转支架Ⅱ15，自降抱爪1，自降抱爪调整电机21，总钢丝绳8，总钢丝绳调向滑轮23，同类滑轮设置2组共四个。
[0041] 旋转支架Ⅰ20竖直放置，与被伐树干相互平行，旋转支架Ⅰ20通过止推轴承安装于固定支架10上方，二者之间可绕竖直方向自由旋转。旋转支架Ⅰ20下端固连支架旋转齿轮19，固定支架10上安装有支架旋转电机17及减速器18，支架旋转电机17经减速器18传动，驱动支架旋转齿轮19旋转，使旋转支架Ⅰ20沿着竖直方向轴旋转90角，目的使由自降抱爪1抱紧的被伐树段整体偏离原来的位置90度角，防止被伐树段在放平过程中与固定抱爪3发生碰撞干涉。
[0042] 旋转支架Ⅱ15通过销轴与旋转支架Ⅰ20的下方形成旋转副，可绕销轴自由旋转，与竖直放置的旋转支架Ⅰ20张合所需角度，旋转支架Ⅱ15初始状态与旋转支架Ⅰ20贴合在一起，当被伐木材下落时，可根据需要调整张合角度。旋转支架Ⅰ20顶端两侧各设置有支架调整卷扬系统，由12、13、14组成，支架调整卷扬钢丝绳14与旋转支架Ⅱ15自由端相连，支架调整卷扬电机12带动支架调整卷扬卷筒13旋转，使卷扬钢丝绳14卷曲进而调整旋转支架Ⅱ15与旋转支架Ⅰ20之间夹角，从而实现将已锯断树干放平动作。
[0043] 自降抱爪1由总钢丝绳8牵引，使自降报爪1腕部与旋转支架Ⅱ15的矩形槽相互配合嵌套。在旋转支架Ⅰ20和旋转支架Ⅱ15相互配合下，将已锯断的树干调整至合适位置并放平，由总钢丝绳8牵引着抱紧被伐树干的自降抱爪1整体平稳下降到地面。另外，为了使总钢丝绳8输送下降过程中不与旋转支架Ⅰ20发生干涉滑蹭，专
门设计2组四个钢丝绳调向滑轮23，安装于旋转支架Ⅰ20，每一组由两个滑轮和两个安装支架组成，滑轮支架与旋转支架Ⅰ20可自由旋转，以适应总钢丝绳当前位置和角度
自动调节滑轮的
姿态，从而保证总钢丝绳传动顺畅。在旋转支架Ⅱ15上固定有2个U形支架，在U形支架顶端中部分别设置有定滑轮，总钢丝绳8绕过不同的定滑轮与自降抱爪1连接。
[0044] 固定抱爪具体结构设计分别如图3、4、5、12所示，包括：固定抱爪主体24，抱爪Ⅰ25，抱爪Ⅱ26，抱爪连杆27，自锁齿条28，解锁旋盘29，电机固定架30，调整电机31，调整螺丝32，调整螺母固定外壳33，齿条连杆34，解锁连杆35，自锁卡钳36，复位弹簧37，止推轴承38，电机齿轮39，深沟球轴承40，调整螺母41。
[0045] 固定抱爪3中的单个抱爪、抱爪主体24、抱爪连杆27、自锁齿条28四者形成
连杆机构。电机31提供动力，通过
齿轮传动带动调整螺母41转动，螺母本身轴向固定，导致调整螺丝32轴向移动，拉动齿条连杆34运动，从而拉动自锁齿条28移动，进而带动抱爪完成抱紧和松开动作。
[0046] 如图10所示，抱爪Ⅰ25、抱爪Ⅱ26分别与抱爪连杆27形成转动铰链，抱爪Ⅰ25、抱爪Ⅱ26、自锁齿条28形成共同的复合铰链，抱爪连杆27分别与抱爪主体24形成复合铰链，抱爪Ⅰ25、抱爪Ⅱ26形成
夹钳结构，抱爪内侧设置凸凹沟纹，以增大抱爪夹持力。固定抱爪为上、下两组，上、下对称设置于抱爪主体两侧，上、下抱爪的自锁齿条通过齿条连杆34连接，保证两对抱爪同步动作。
[0047] 当固定抱爪3抱紧树干时，自锁卡钳36在弹簧力的作用下与自锁齿条28相互咬合，使其处于自锁状态。当需要松开时，电机驱动解锁旋盘29旋转，通过解锁连杆35带动自锁卡钳36压缩复位弹簧37，使自锁卡钳36与自锁齿条28脱离咬合状态，松开抱爪。自锁齿条28与抱爪主体24以梯形轨道相互配合，实现二者之间的自由滑动。
[0048] 自降抱爪具体结构设计分别如图6、7、8、9、10所示，自降抱爪1包括：自降抱爪主体42，抱爪43，抱爪连杆44，自锁齿条45，自锁卡钳46，总钢丝绳8，调整螺丝48，齿条连杆49，解锁连杆50，复位弹簧51，止推轴承52，调整螺母53，调整螺母固定外壳55，深沟球轴承54，解锁旋盘56。
[0049] 自降抱爪1的抱爪机构、齿条自锁机构的动作原理与固定抱爪3相同，但自降抱爪1在上、下自锁齿条上加装钢丝绳接头47，与钢丝绳8相连。自降抱爪1在钢丝绳8的牵引下完成抱爪抱住被伐树段并将其平稳下落至地面，然后松开抱爪、复位进行下一次砍伐动作。总钢丝绳8与自锁齿条45连接在一起，在抱住被伐树段下落时，因抱爪与树干自重，使抱爪抱紧工作更加牢固。
[0050] 本实用新型的工作原理与工作过程为：
[0051] 首先将车体6开到与被伐树木相邻的适当位置，通过伸缩液压臂9将自降装置11调整至所需的砍伐位置和砍伐高度，通过调整调整液压缸5的伸缩实现伸缩液压臂9与地面的夹角调整。
[0052] 当液压臂调整至合适位置后，自降装置11中的固定抱爪3和自降抱爪1分别在各自电机驱动下锁住待伐树干，使液压臂、地面、树干三者形成三角形结构，增强设备在伐木、调整、下降过程中的作业稳定性；固定抱爪3的调整通过电机31提供动力，通过齿轮传动带动调整螺母41转动，螺母本身轴向固定，导致调整螺丝32轴向移动，拉动齿条连杆34运动，从而拉动自锁齿条28移动，进而带动抱爪完成抱紧和松开动作。
[0053] 当固定抱爪3抱紧树干时，自锁卡钳36在弹簧力的作用下与自锁齿条28相互咬合，使其处于自锁状态。自降抱爪1抱紧和松开动作与固定抱爪3相同。
[0054] 启动电锯2将固定抱爪3以上的树干锯断。由支架旋转电机17带动减速器18驱动支架旋转齿轮19旋转，使旋转支架Ⅰ20沿着竖直方向轴旋转90角，使自降抱爪1抱紧的被伐树段整体偏离原来的位置90度角，防止被伐树段在放平过程中与固定抱爪3发生碰撞干涉。
[0055] 启动旋转支架Ⅰ20顶端两侧支架调整卷扬系统。支架调整卷扬电机12带动支架调整卷扬卷筒13旋转，使卷扬钢丝绳14卷曲进而调整旋转支架Ⅱ15与旋转支架Ⅰ20之间夹角，从而实现将已锯断树干放平动作。由总钢丝绳卷扬61带动总钢丝绳8牵引着抱紧被伐树干的自降抱爪1整体平稳下降到地面。
[0056] 需要松开自降抱爪1，通过电机驱动解锁旋盘56旋转，通过解锁连杆50带动自锁卡钳46压缩复位弹簧51，使自锁卡钳46与自锁齿条45脱离咬合状态，松开抱爪。然后由总体钢丝绳卷扬61带动总钢丝绳8牵引自降抱爪1复位，通过液压伸缩臂调整砍伐位置和砍伐高度，再次重复以上砍伐动作，直至砍伐作业完成。
[0057] 本实用新型将自动伐木和被伐断树干稳定降落功能相结合，大大降低伐木工人工作的危险性，提高伐木效率，降低劳动成本，有效防止高空落下的树干对地面建筑的冲击破坏。
[0058] 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
