用于将树皮从原木上移除的装置和方法与流程

本发明实施例涉及用于将树皮从原木上移除的剥皮装置(debarking apparatus，树皮移除装置)，其中，使堆叠在彼此上方的原木彼此之间以及与设置在剥皮装置上的磨削部件之间反复摩擦。原木之间以及原木与磨削部件之间的粗糙摩擦接触导致将树皮从原木上去除或移除。

背景技术：

剥皮后的木材对制造用于造纸生产的木浆是必不可少的。

目前，机械化和半机械化剥皮系统用于树木原木的剥皮领域，然而，每种系统都有其相关的缺点。

机械化剥皮系统的一个示例是伐木机/剥皮机装置，其安装在20吨重量级的挖掘机上，用于将树皮从原木上切除。机械化剥皮系统可实现高生产率，因为其要求更少的人力，但提供高产出率。然而，机械化剥皮系统较为昂贵，使用寿命短，而且会导致不规则形状原木的破损。

半机械化系统能产生破损较少且质量较高的剥皮原木。然而，半机械化系统要求更多的人力，对人身安全构成危险，并导致生产力低下。

因此，理想的是提供可解决上述问题及其他问题的用于将树皮从原木上移除的装置。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，公开了用于将树皮从原木上移除的装置。该装置包括：底座；

安装在所述底座上的多个原木支撑部件，所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件都具有分别接合至多个支座的多个大致倾斜的横向相对侧边，其中所述多个原木支撑部件由通道隔开，所述通道构造成供机械化抓斗(grapple，抓钩)进出；

多个纵向相对侧边，所述多个纵向相对侧边布置成与所述多个原木支撑部件协作以将所述原木保持在所述多个原木支撑部件中；

设置在所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件上的多个磨削部件，所述磨削部件构造成用于将树皮从所述原木上磨掉，其中，所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件都具有允许被磨掉的树皮碎屑从中穿过的多个开口；以及

设置在所述多个纵向相对侧边的任意侧边上的至少一个树皮收集器，所述树皮收集器构造成用于从所述原木移除悬垂的树皮。

在某些实施例中，所述多个磨削部件是不连续的，且所述多个磨削部件中的每个磨削部件都包括至少一个磨削元件。

在某些实施例中，所述多个磨削部件中的每个磨削部件均可包括锯齿轮廓、螺纹轮廓和半圆轮廓中的一种。

在某些实施例中，所述多个磨削部件以相对于所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件的横轴线对角的角度布置。

在某些实施例中，每个磨削部件都包括多个磨削元件，且所述多个磨削部件中的每个磨削部件均具有凹凸不平的表面。

在某些实施例中，所述磨削部件可移除地安装在多个狭槽中，所述狭槽设置在所述多个原木支撑部件的每个原木支撑部件处且沿着每个原木支撑部件设置。

在某些实施例中，所述树皮收集器包括切口形凸出构件和锯齿形凸出构件中的一种。

在某些实施例中，横向相对的侧边和支座包括基本向下渐缩的U-型截面，其中，横向相对的侧边和支座包括通过焊接相互连接的多个管状构件。

在某些实施例中，其中，横向相对的侧边相对于竖直平面呈大约20°角度的倾斜，而纵向相对的侧边相对于竖直平面呈大约10°角度的倾斜。

在某些实施例中，所述多个磨削部件具有不均匀的截面。

在某些实施例中，所述磨削部件的直径为待剥皮原木的直径的至少25％。

根据本发明的一方面，提供了用于将树皮从原木上移除的方法。该方法包括：

将多个原木运送至安装在底座上的多个原木支撑部件上，所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件都具有分别接合至多个支座的多个大致倾斜的横向相对侧边，其中所述多个原木支撑部件由通道隔开，所述通道没有所述多个原木支撑部件，并且多个纵向相对侧边被布置成与所述多个原木支撑部件协作，以将所述原木保持在所述多个原木支撑部件中；

通过所述通道，抓取位于原木堆顶部下面的一小堆原木；

沿所述多个原木支撑部件的内表面交替地推拉所述小堆原木，包括使原木彼此磨削以及使原木与设置在所述多个原木支撑部件中的每个原木支撑部件上的多个磨削部件磨削；以及

允许磨掉的树皮碎屑通过设置在所述多个原木支撑部件处的多个开口。

在方法的某些实施例中，抓取小堆原木包括利用抓斗抓取小堆原木。

在某些实施例中，该方法还包括：在交替地推拉所述小堆原木后，通过使所述原木从设置在所述多个纵向相对侧边中的任意侧边上的至少一个树皮收集器上经过而移除悬垂在所述原木上的树皮。

在某些实施例中，该方法还包括：在交替地推拉所述小堆原木后，将所述原木从所述多个原木支撑部件中运送出去。

在某些实施例中，该方法还包括：通过对所述装置进行翻转、翻动、摇动、摇晃中的一种来移除树皮碎屑。

根据本发明的一方面，一种系统包括：

用于将树皮从原木上移除的装置；

具有抓斗的挖掘机，所述抓斗构造成用于紧靠所述多个原木支撑部件的内表面交替推拉原木，以将树皮从所述原木上磨掉，并且所述抓斗进一步构造成用于使原木从设置在所述多个纵向相对侧边上的至少一个树皮收集器上经过，以从所述原木移除悬垂的树皮。

在某些实施例中，用于将树皮从原木上移除的装置通过绳索连接至挖掘机并由挖掘机在地面上拖曳。

附图说明

将参考附图对本发明进行详细描述，附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例所述的剥皮装置的透视图；

图2示出了图1所示装置的顶视图；

图3为图1至图2所示的装置中的磨削部件的局部特写图；

图4A(i)示出了磨削部件的一个示例的侧视图；

图4A(ii)示出了图4A(i)的顶视图；

图4A(iii)示出了图4A(i)的透视图；

图4B(i)示出了磨削部件的另一示例的侧视图；

图4B(ii)示出了图4B(i)的顶视图；

图4B(iii)示出了图4B(i)的透视图；

图4C(i)示出了磨削部件的又一示例的侧视图；

图4C(ii)示出了图4C(i)的顶视图；

图4C(iii)示出了图4C(i)的透视图；

图5A和图5B示出了可移除地安装在多个狭槽中的磨削部件的不同示例；

图6为原木正被支撑在磨削部件上的示意性截面图。

图7A示出了具有树皮收集器的一个示例的剥皮装置；

图7B为图7A所示树皮收集器的特写图；

图7C示出了具有树皮收集器的另一示例的剥皮装置；

图7D为图7C所示树皮收集器的特写图；

图8为说明根据本发明一个实施例所述的剥皮方法的流程图；

图9A至9J示出了使用机械化抓斗的原木进行剥皮；

图10示出拖曳一剥皮装置的抓斗挖掘机；

图11A和图11B示出了用于将拖曳绳索附接至剥皮装置的不同方式；

图12A和12B示出带轮子的不同剥皮装置。

具体实施方式

在下文的描述中，列出了很多具体细节，以提供对本发明不同说明性实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，无需这些具体细节的一些或全部即可实践本发明的实施例。应理解，本文使用的术语仅为描述具体实施例之目的，并不意在限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记在若干视图中指代相同或类似的功能或特征。

当用在说明书和权利要求中时，除非另有规定，否则术语“纵向”、“横向”仅表示指代相同元件的不同方向和/或空间布置，并不意在暗示如此描述的元件必须成指定的尺寸比例或角度关系。

参考图1至图2，图1至图2示出了根据本发明一个实施例所述的用于将树皮从原木上移除的装置100。

装置100包括底座110，底座110构造成用于为装置100提供稳定的支撑，并在装置100的部署过程中将装置100的其余部件或部分或其他部件或部分抬离地面。底座110可具有空腔或空间，该空腔或空间布置成与装置100的其余部分协作，以接收剥皮过程中产生的树皮碎屑。更具体地说，在运送过程中该装置利用底架来接收树皮碎屑。底座110可设置有安装在其上的轮子(见图12A和12B)，以用于运送该装置100。带轮子的装置100适用于穿过起伏地形(undulating terrain，丘陵地带)。轮子还可包含致动器，以在穿过不平坦的区域时应付这些地形。

装置100至少还包括多个原木支撑部件120，所述原木支撑部件构造成用于在剥皮过程中容纳原木并提供磨削布置，用于在剥皮过程中将树皮从原木上移除。原木支撑部件120安装在底座110上。每个原木支撑部件都具有分别接合至或焊接至支座124a-124c的多个大致倾斜的横向相对侧边120a-120c。这种布置为每个原木支撑部件提供了开放式顶部，用于将原木运送到装置100中或从装置100中运送出来。在图1至图2所示的装置100中，横向相对侧边120a-120c和支座124a-124c包括基本向下渐缩的U-型截面。横向相对侧边120a-120c可相对于竖直平面以大约20°的角度倾斜。

原木支撑部件120被通道130隔开或者通道130介于多个原木支撑部件120之间，通道130没有原木支撑部件120或者说通道130不属于原木支撑部件120一部分。提供该通道130使得机械化抓斗能访问容纳在原木支撑部件120中的原木，而不会损坏原木支撑部件120和装置100。

每个原木支撑部件120都具有多个开口128，开口128具有适当的尺寸，以允许从原木上移除的被磨掉的树皮碎屑通过多个开口128，以便收集在底座110的空腔中和/或收集到装置100的外部，如收集到地面上。多个开口128允许在剥皮过程中清除被磨掉的较小树皮碎屑，从而减少被磨掉的树皮碎屑在多个原木支撑部件120中的堆积。不希望被磨掉的树皮碎屑堆积，因为这会妨碍原木之间的摩擦接触，进而降低磨削或摩擦效果，还会妨碍原木与多个原木支撑部件120之间的摩擦接触，进而降低剥皮过程的效率。

多个原木支撑部件120的磨削布置包括多个磨削部件125，所述磨削部件构造成用于在反复摩擦接触后将树皮从原木上移除或去除。

图3示出图1至图2所示的装置100的多个磨削部件125的局部特写图。多个磨削部件125中的每个磨削部件均包括至少一个磨削元件126。所述多个磨削部件125可相对于每个原木支撑部件120的横轴线对角的角度布置，并进一步布置成间隔的或不连续的布置。通过对角地布置多个磨削部件125中的每个磨削部件，增加了与原木的接触面积，因为对角布置像“钩子”一般起作用，以钩住原木的突出或不均匀表面。即使在原木表面的每个部位具有不均匀尺寸的情况下，磨削部件125的间隔的或不连续的布置也改善了磨削。

磨削部件的其他布置也是同样可以的。图4A(i)、图4A(ii)和图4A(iii)示出了以连续布置方式设置的多个磨削部件125中每个磨削部件的一个示例，每个磨削部件均具有至少一个磨削元件126，其中，每个磨削元件均具有半圆轮廓和粗糙或纹理表面。图4B(i)、图4B(ii)和图4B(iii)示出了不连续或间隔布置的磨削部件的另一示例，其中，多个磨削部件125中的每个磨削部件均具有锯齿轮廓和平滑面。本领域技术人员容易理解，锯齿轮廓可包括粗糙或纹理表面，以进一步加强磨削效果。图4C(i)、4C(ii)和4C(iii)示出了不连续或间隔布置的磨削部件的另一示例，其中，每个磨削部件均具有螺纹轮廓。更具体地说，多个磨削部件125中的每个磨削部件均为螺纹钢筋的一部分。

图5A和图5B示出可移除地安装在多个狭槽中的磨削部件的不同示例，所述狭槽设置在多个原木支撑部件120中的每个原木支撑部件处且沿每个原木支撑部件设置。多个磨削部件125中的每个磨削部件均安置在多个狭槽中的每个狭槽中，并通过适当的紧固件(如螺母和螺钉)固定至狭槽。因此，可通过移除磨损的磨削部件并将新的磨削部件安装在狭槽中来替换磨损的磨削部件。

图6示出了一个示例，其中，磨削元件126的直径(d1)约为5cm，用于对直径(d2)约达20cm的原木进行剥皮，即，d1为d2的至少25％。磨削元件126的宽度可为约7.5cm至10cm，但不限于这些尺寸。

在某些其他实施例中，磨削部件或元件可呈现其他形状、布置、表面纹理和/或相对于待剥皮原木的尺寸比例。

参考图1和图2，装置100还包括布置成多个纵向相对侧边140，所述多个纵向相对侧边与多个原木支撑部件120协作以将原木保持在多个原木支撑部件120中。在图1至3所示的装置100中，纵向相对侧边140包括至少一个壁142、板或表面，其基本没有开口，或具有的开口的尺寸适当地制定成防止原木端部穿过装置100的纵向端部或通过装置100的纵向端部掉落。纵向相对侧边140可相对于竖直平面以大约10°的角度倾斜。

每个纵向相对侧边140处可装有至少一个树皮收集器127，特别是，树皮收集器装在纵向相对侧边的最上部处。所述至少一个树皮收集器127构造成用于当几乎完成剥皮的原木正经过略高于树皮收集器127的上方时，拦截悬垂的树皮210，并随着原木进一步经过树皮收集器127上方而将悬垂的树皮210从原木上断开、分离或移除。树皮收集器127能够以切口形凸出构件127(见图7A和7B)或锯齿形凸出构件127(见图7C和7D)的形式提供。

参考图1和图2，装置100还可包括至少一个眼板150(或吊耳)，其接合至或焊接至装置100的适当部分，如底座、横向相对侧边120a-120c、纵向相对侧边140。眼板150允许通过绞车、吊车或带有抓斗附件的挖掘机运送装置100。图10示出了在地面上拖曳或运送装置100的挖掘机910。挖掘机910通过绳索或链条连接至装置100，该绳索或链条穿过装置100的眼板150。作为眼板的替选，可在装置100的适当部分装狭槽，用于固定拖曳绳索或绞车。参考图11A，狭槽可适当地位于装置的前部或端部处。

图1至图3所示的装置100采用刚性管状构件(如钢管)构造而成，所述刚性管状构件通过焊接彼此相互连接。在某些其他实施例中，装置100可采用具有其他轮廓或形状的刚性构件、或者板、块，或上述各项的任意组合构造而成。

为说明之目的，图1至图3所示的装置100可具有在最大部分处测得的下列尺寸：5.5m(长度)、2.9m(宽度)、2.2m(高度)。将多个原木支撑部件120隔开的通道130可为沿装置100长度的1.5m。

下面参考图8和图9A至图9J。图8示出了描述根据本发明一个实施例所述的用于将树皮从原木上移除的方法的流程图800。图9A至图9J示出了使用与上文所述树皮移除装置(bark removal apparatus，剥皮装置)100结合的机械化抓斗920对原木进行剥皮。

在步骤802中，布置带有机械化抓斗920的挖掘机910、待剥皮的原木(如原木段或原木堆10)、以及树皮移除装置100。图9A和图9B示出了这样一种布置，其中，待剥皮原木堆10放置在一侧，且树皮移除装置100布置成由机械化抓斗访问。挖掘机910置于堆放待剥皮原木段的位置与堆放已剥皮原木12的位置之间。

在步骤804中，由机械化抓斗920从原木堆10中抓取待剥皮的小堆原木段14，并将其运送至树皮移除装置的多个原木支撑部件120(见图9C和9D)。被运送的小堆原木段14被堆成一大堆。

在步骤806中，抓取小堆原木14(见图9E)。如果抓取到的小堆位于大堆顶部下面或位于大堆的底部处，这可以帮助在步骤806中调换和分布原木。

在步骤808中，沿多个原木支撑部件120的内表面交替地推拉正被抓取的小堆原木14(见图9E和9F)。这种推拉动作类似于限制在装置100的基本向下渐缩的U-型配置的磨削空间内的滚转或摇篮运动。重复的推拉动作在原木之间以及在原木与多个原木支撑部件120上的每个磨削部件125之间造成粗糙的摩擦接触，这就将树皮从原木上移除。在进行推拉动作之前从大堆的顶部下面或底部处抓取小堆原木允许其余未抓取的原木与抓取的小堆原木交换位置，使大堆中的原木可以沿多个原木支撑部件120重新分布，以便进行更均匀的处理。允许磨掉的树皮碎屑通过设置在多个原木支撑部件120处的多个开口128，以防止树皮碎屑在多个原木支撑部件120中堆积。

在步骤810中，通过使原木和悬垂的树皮210以略高于树皮移除装置100的纵向相对侧边的上方的方式经过，将所有悬垂的树皮210从原木上移除。随着原木进一步经过纵向相对侧边，悬垂的树皮210被布置在纵向相对侧边上的至少一个树皮收集器127钩住，并与原木分开。移除悬垂的树皮210后，原木基本上完成剥皮。图9G示出了原木正经过图7A所示的剥皮装置。图9H和图9I示出了原木正经过图7C所示的剥皮装置。本领域技术人员可以理解，已移除的树皮杂乱无章，使悬垂的树皮210的移除略显困难。挖掘机驾驶员可使用抓斗保持住(retain)小堆原木14，然后使已移除的树皮滑动至原木的一侧或一端。这样，大部分悬垂的树皮210都悬垂在原木的一侧，并在经过纵向相对侧边140时容易被至少一个树皮收集器127钩住。

在步骤812中，已剥皮原木12从所述多个原木支撑部件120中被运出(见图9J)。可选地，可手动清理具有残余树皮或桠枝的已剥皮原木12，以移除残余树皮、桠枝等。

在步骤814中，将剥皮装置中的剩余树皮碎屑清理出去。在经过了原木堆10的若干个剥皮循环后，残余树皮或树皮碎屑可能留在多个原木支撑部件120上。因此，机械化抓斗抓在装置100上的任何适当位置上，提起剥皮装置，然后翻动、摇动、摇晃、倾斜或翻转剥皮装置，以从装置中清空树皮碎屑。这是为随后的剥皮做准备，因为树皮碎屑在剥皮装置中的堆积会妨碍剥皮效率。只需在剥皮装置中累积的树皮碎屑足够多时，才用机械化抓斗对剥皮装置进行翻动、摇动、摇晃、倾斜或翻转，以将树皮碎屑清理出去。

参考图9A和9B，其中提供了用于将树皮从原木上移除的系统。该系统包括：根据前文所述的用于将树皮从原木10上移除的装置100；以及具有抓斗920的挖掘机910，抓斗920构造成通过紧靠着多个原木支撑部件120的内表面交替推拉原木10，包括使原木10彼此磨削以及与多个磨削部件125进行磨削，而从原木10移除树皮。

参考图10，其中，装置100通过穿过眼板150的绳索或链条连接至挖掘机910，并被挖掘机910在地面上拖曳。装置100还可连接至其他组的装置，以形成被挖掘机910拖曳的一系列布置。图11A示出了设置在装置100中的狭槽，用于附接拖曳绳索。图11B示出用于防止拖曳绳索横向运动的限位器。

本发明适用于对下列木材进行剥皮，所述木材包括但不限于：马占相思树、厚荚相思树和桉树。待剥皮的原木可具有约4m、2.5m的长度或上述两者之间的任意长度。使用本发明所述的装置可以移除原木上约85％的树皮，且损坏更少。

根据下文可以理解本发明的实施例相比于现有工艺和装置的特别优势。

(a)在现有剥皮工艺中，残留在已剥皮原木上的无用树皮、桠枝、树枝和树叶会被运送至工厂，而且会影响木材转换成木浆的输出水平。利用本发明，剥皮后，这些无用的材料也将从原木上移除。偶尔会发生手动清理的功能。

(b)对原木表面的损伤(纤维损伤)明显更少，因为剥皮程序在原木之间产生摩擦，因而不会对木材进行机械磨削。木片质量将优于机械化工艺。

(c)现有半机械化剥皮工艺是劳力密集型的，需要15人的小组，并对人身安全构成危险，因为该工艺是手动进行的，且露天接触。利用本发明，剥皮工艺所需劳动力更少，危险性更低，因为该工艺只需要带有固定抓斗的挖掘机，以及2至3人进行手动清理以将剩余树皮从已剥皮原木上剥离。

(d)根据每天工作7小时、每天的生产率14m³、转换率0.81的基线计算，现有剥皮工艺能实现79T/单位的输出。

(e)相比之下，本发明需要的资金投资远低于现有机械化剥皮。在一些实施例中，本发明可能比现有机械化剥皮系统便宜约50％。例如，现有机械化剥皮(剥皮机头)的成本通常约为15亿印尼盾，而本发明浮筒的成本约为5100万印尼盾。

(f)现有收割机/剥皮机装置的使用寿命约为3年，且需要20吨重量级的挖掘机。本发明的装置成本低，而且易修理，需要10吨至15吨重量级的挖掘机。更低吨位设备的使用还将约40％的燃油节省变为80％。

(g)手动剥皮能达到约4m³/人/小时的生产率。现有机械化收割机能达到每小时约7.4m³至12.34m³的生产率。利用本发明，能达到每小时约9.2m³至12m³的平均生产率。

(h)本发明既能对幼龄木材进行剥皮，也能对干枯木材进行剥皮。幼龄木材纹理中的含湿量或含水量会防止原木变得易裂，而干枯木材的纹理中倾向于有裂纹。当纹理开裂后，原木的形状变得不同心，使原木较难处理，也较难将原木转换为木片。

(i)本发明提高了将大量已剥皮原木运送通过起伏地形的容易度，因为多个单位的树皮移除装置(浮筒)能彼此连接，并被拖曳至道路。

(j)不同于现有的机械化剥皮工艺，本发明不需要两个机械化设备，只需要一个机械化设备就能将原木运送到树皮移除装置，然后在装置中对原木进行剥皮。

要理解的是，上述实施例和特征应视为例示性的而非限制性的。思考说明书并实践本发明后，很多其他实施例对本领域技术人员是显而易见的。因此，应参考随附的权利要求以及这些权利要求的等同物的完整范围确定本发明的范围。此外，使用的一些术语仅为描述清晰之目的，并不限制本发明的公开实施例。