作者；张毅
1 采伐头简介
采伐联合机主要由底盘、机械臂和采伐头组成，而采伐头是采伐联合机中最重要的部分，它通过液压马达连接在机械臂前端，具有伐木、打枝、量材、造材、归楞等功能。采伐头结构示意图如图1所示，主要由回转马达、打枝刀、测距辊、驱动辊、锯切机构和夹抱机构等组成，另外还包括采伐头主体、主体上盖、润滑油箱、液压缸、蓄能器和控制器等。其集多种作业功能于一体，具有自动化程度高、作业效率高等优点。
2 采伐头的发展现状
在北美、北欧等一些林业发达国家，由于他们最早开始对采伐联合机的研究，因此掌握着采伐头的最前沿技术，采伐头在林业发达国家已经得到广泛应用。而我国相对落后了几十年的发展时间，如今在我国采伐头的应用还很少。
2.1 国外采伐头的发展现状
20世纪10年代中期，林区开始使用动力锯锯木和绞盘机集材。到50年代末期，各主要林业国便实现了木材生产机械化。采伐头也于此时开始出现，但最早出现的采伐头结构和功能都比较简单，只是为了支撑或夹抱树木以方便对树木的安全砍伐，如图2所示。
20世纪60年代是林业采运机械发展的重大时期，也是采伐头开始发展的年代，伐木刀具的加入使采伐头成为能真正伐木的装备，图3、图4为该时期出现的采伐头。这时采伐头在机械结构上已经形成了基本框架，含有夹抱机构和锯切机构，其基本原理是通过液压缸推动剪刀式刀片以切断树木，相对于早期伐木最常用的油锯能大大减轻伐木工人的劳动量，提高伐木效率，是伐木作业从人工到机械化的一大跨步。但此时的采伐头功能较为单一，多工序一体化的采伐头还未出现。
20世纪70年代，各国纷纷研制出能完成两道工序的各种联合机，如伐木归堆机、伐木打枝机、伐木集材机和集材装车机等。这时的联合机采伐头功能开始实现组合，使伐木机械作业效率、工艺水平和功率更高，人员劳动强度更低，且采伐头在轮式和履带式底盘上都得以安装应用。相比传统的伐木剪（见图5），此时还出现了两种新的锯切机构形式：铣刀式和链锯式（见图6、图7），由于链锯式的锯切效果和效率都优于剪刀式和铣刀式，如今成为锯切机构的主要形式。
自70年代中期到80年代采伐联合机得到了普遍应用，并发展了全新的生产工艺和完整的机器体系，研究多用途的通用底盘，创新设计出能集中更多功能的采伐头并提高其控制性能，以实现生产过程的全盘机械化和操纵自动化。
80年代后期的林业采伐机械在北欧、北美和前苏联等林业发达国家得到了快速的发展，且作业所占比重达到一半左右。该时期的采伐头能够满足很多不同作业的需求，品种、数量也都得到大幅度的提高，进一步完善了采伐联合机的结构和实用功能，使伐区采伐作业全盘机械化进入快速发展时期。
到90年代，采伐联合机得到了更进一步的发展和普及。此时的采伐头基本上已经完全发展为集多工序为一体的综合型采伐头，通过电脑来完成采伐操控，从而对树木进行伐木、打枝，并根据需要对树木进行造材作业，并且此时的采伐树径可达Q50 mm～Q60mm，极大地增加了作业效率和范围。图8为90年代设计的一种采伐头。该采伐头的销轴可绕纵轴线转动，也可通过液压缸实现俯仰动作，使得采伐头更便于作业定位。此外，在该采伐头上还增加了辊轮和打枝刀，当辊轮带动伐断的树木在采伐头内窜动时，打枝刀便可完成打枝作业。
进入21世纪，森林采运作业的机械化已经占有非常大的比例，尤其在林业机械发达国家实现了完全机械化。采伐头在结构和电液控制技术方面都已经比较完善，完全能够满足大多数采伐作业的需要，采伐树木的径级可达到P90 cm。以2003年美国的Lester D．Oilund设计的一种采伐头为例，如图9所示，该采伐头能完成伐木、打枝、量材、造材作业，水平转动、俯仰、辊轮、打枝刀、抱爪、链锯等全部执行动作均依靠液压驱动，极大地提高了各执行机构的控制精度和作业效率。
如今，国外的采伐头已经进入了智能化发展阶段，控制车载电脑可检测采伐头工作状态、控制造材参数、记录树木的长度和直径、计算采伐树木总体积等等。随着现代电子技术、计算机技术、人工智能、液压和传感器技术等的快速发展，使采伐头向着信息化、智能化方向发展，进一步提高了采伐联合机的高科技含量。
2.2 国内采伐头的发展现状
由于我国林业产业发展相对落后，尤其在机械化技术上的严重滞后，采伐头的研究还处于初级阶段，尚不具备完整可行的技术，并且功能也相对单一，对于实际生产应用还有一段距离。
近几年，东北林业大学对采伐头的研究相对较多，主要集中于对采伐联合机机械手的研究，机械手则包括机械臂和采伐头。研究的主要内容包括机械手的运动学和动力学分析、有限元仿真分析和电液控制系统分析，着力于提高采伐头的定位精度，设计实际可靠的液压驱动控制系统，努力实现采伐、打枝和造材的全自动化作业。
由于国内对林业机械化的重视程度和投入力度还远远不够，研究进程太慢，在采伐头技术上还存在很大的不足，尤其在联合作业的可靠结构和电液控制上都还达不到实际生产的要求，而国外多功能联合采伐机械价格都比较昂贵且不完全适用于国内林木的生产。因此解决采伐头的技术问题，生产出适合我国环境的采伐联合机非常必要。
3 采伐头的发展趋势
林业产业和机械化的发展大大促进了采伐联合机的需求、应用和发展。采伐头的发展趋势具有以下特点：
(1)多功能化。采伐头能集成一体化完成伐木、打枝、去皮、量材、造材、归楞甚至切片等多项工序，极大地提高了采伐效率。
(2)智能化与自动化。采伐头的作业可通过电脑精准自动化控制，根据提前设置好的控制参数最优化作业，此外还能实现远程无线操控作业。
(3)信息化。车载控制系统可将采伐所需信息传递到采伐头操控系统以操控作业。同时，采伐头会收集采伐数据，传递给车载电脑和远程控制点，并输出一些需要操作人员了解的信息。
(4)电液控制高效化。为提高作业效率，进一步的电液控制系统设计必须更加高效化，缩短作业反应时间与工作装置返程时间。
(5)节能与环保。采伐头工作时一般都需要很大的功率支撑，其节能性的高低直接决定了采伐联合机的经济性和实用性，因此，研究节能型的采伐头系统将有力提高其竞争优势。伐机是当前性能最好的采伐机械，而作为采伐机的关键部件，采伐头的设计直接决定了采伐机械的性能。综述了国内外采伐头的发展历程与现状，介绍了不同时期的采伐头发展技术、特点及其优缺点；通过国内外发展对比看出我国采伐头技术与国际先进技术之间的差距所在；并指出采伐头的发展趋势。
5摘要：多功能联合采 当前，林木采伐量的需求越来越大，在机械逐渐代替人工劳动力的时代，森林采伐机械也将担负更艰巨的任务。多功能联合采伐机是目前功能最为综合、完善的森林采伐机械，采伐头是其最关键、技术难度最大的部分，它的发展也直接决定了采伐机的发展。
