種植裝置和方法

專利名稱：種植裝置和方法
技術領域：
本發明大體涉及與農業和林業領域相關的種植，更特別地，涉及 樹木插條等的種植。
背景技術：
樹木可以采伐和用作建筑材料和/或燃料，并且可以進行處理以便 制造紙和/或紙板以及許多其它以木材為基礎的產品。栽種新樹木以代 替采伐的樹木以便重新補足和保持森林是預期和需要的。
許多雜交樹可以由取自現有樹木的切片("插條")繁殖。這些切 片或插條大體可以從苗圃獲得，其形式為具有多個位于其上的萌芽位 置的枝條。枝條可以根據當地樹木類型和栽培技術具有多種長度和直 徑。
通過用手在預期位置將插條妒入或打入地下的手動栽種插條是緩 慢的、極為勞動密集的并且大體成本昂貴。插條可以需要在預定間隔 和適當的預定深度進行小心栽種。
已經嘗試采用機械化栽種，但是早期原型的植樹機具有圓形插條 打入裝置，該打入裝置帶有切向安裝的錘頭，所述錘頭以基本上弧形 運動方式敲擊插條，以便在種植機移動時將它們打入地里。這會損壞 插條，并且大體使栽種后的插條以與豎直方向成不預期角度的方式傾 斜。此外，這種植樹機的地面速度必須與打入裝置的旋轉速度極為匹 配，從而限制了栽種速度。
一種機械化種植裝置通過使用制動器和樞轉機構以臨時停止種植 機的一部分相對于框架的運動，以便在拉動所述框架經過地面時使驅 動柱塞相對于地面保持水平靜止來豎直地栽種樹木。在這種種植裝置 中，液壓缸的柱塞臂可以向下配置以將樹木插條驅動地打入地里。當使用液壓柱塞臂將插條推入地下時，向下驅動插條的速率會受到柱塞 臂本身速率的限制。這會限制插條栽種速率(例如，單位時間內栽種 插條的數量)，為了將柱塞臂向下驅動到足夠速度會使用大量液壓動 力。這種裝置驅動插條的速率經常需要在栽種插條之前例如通過使用
犁刀或其它栽種平整(preparation)裝置平整地面土壤，以便將插條 栽種到適當的深度。
因為每當要栽種插條時樞轉機構會伸出和縮回，這種種植裝置還 可以通過限制種植裝置框架和/或驅動柱塞沿栽種方向穿過地面移動 的速率來降低插條栽種速率。這種種植裝置對在具有堅硬、多石或干 旱的地形條件以及其它條件的區域內栽種插條來說也是不夠用的。


本發明的特征和優點通過下文參照附圖詳細描述的具體實施方式
將變得更加明顯，其中
圖l顯示了根據本發明實施例的種植裝置。
圖2A顯示了種植裝置，其具有根據本發明實施例的處于第一位 置的彈回單元。
圖2B顯示了圖2A所示的種植裝置，其具有根據本發明實施例的
處于第二位置的彈回單元。
圖3是根據本發明實施例的彈回單元下部的側視圖。
圖4是根據本發明實施例的種植裝置的橫截面視圖。
圖5A是根據本發明實施例的處于閉合位置的觸發機構的示意圖。
圖5B是根據本發明實施例的處于打開位置的圖5A所示觸發機構
的示意圖。
圖6是包括可與本發明的各種種植裝置實施例一起使用的可編程 邏輯控制器(PLC)的框圖。
圖7是根據本發明用于栽種樹木插條的方法實施例的框圖。
具體實施方式
本發明包括用于在地里栽種樹木插條、樹苗等的多種方法和裝置 實施例。 一個這種方法實施例包括提供具有框架的種植裝置，所述種 植裝置包括大體豎直取向的筒和可在所述筒內滑動的夯錘，所述夯錘 用于推動放置于所述筒內具有一定長度的插條。所述方法包括使夯錘 加速，使插條與夯錘接觸，和將插條推動到一定速度，從而使插條動 量足以使插條穿透未平整的地面，使得插條穿透地面的深度為插條長
度的至少80%。
在各種實施例中，筒相對于框架固定并且在將插條射穿地面期間 相對于地面移動。例如，在各種實施例中，例如牽引車的車輛可以連 接到種植裝置(例如，利用三點聯結裝置)以使種植機在地面上移動。 實施例不限于三點連接。例如，種植裝置可以是能夠相對于被連接的 車輛上升和下降(例如，通過液壓升降機或其它提升機構)的浮動式， 承栽一部分自重(例如，在輪子或軌道上)的半浮動式，或者承栽全 部或幾乎全部自重的拖車式。
在這樣的實施例中，當插條射穿地面時，筒例如以車輛速度移動 穿過地面，當夯錘與插條接觸時，例如，筒沿著車輛移動方向相對于 地面不是保持固定的。例如，在一些實施例中，牽引車可以大約8英 尺/秒的速度拉動種植裝置。在這種實施例中，根據本發明的各種種植 裝置實施例可以沿基本豎直方向將樹木插條射入地里，同時以牽引車 的速度，例如8英尺/秒沿行進方向移動。
在此使用時，基本豎直方向包括相對于豎直方向達到20度的角 度。然而，根據本發明的各種種植裝置能夠以相對于豎直方向小于20 度的角度，例如，相對于豎直方向15度、10度、5度或更小的角度栽 種樹木插條。實施例不限于這些實例，例如，本發明的一些種植裝置 實施例能夠以相對于豎直方向大于20度的角度栽種插條。
在各種實施例中，夯錘可以與樹木插條接觸，直到樹木插條穿透 地面達到特定深度，例如達到插條長度的80%的深度。在這種實施例 中，樹木插條的動量可以定義為包括計算樹木插條動量的夯錘的動量。 在一些實施例中，樹木插條動量是插條本身的動量。在一些實施例中，夯錘在插條穿透地面時不與樹木插條接觸。在 這種實施例中，夯錘可以與插條接觸并且將插條加速到足夠的速度， 使得在達到足夠速度時，插條的動量足以使插條穿透地面適當的種植 深度，而不會與夯錘進一步接觸。也就是說，在各種實施例中，夯錘 在樹木插條穿透地面時可以與樹木插條接觸或不接觸。在一些實施例
中，插條加速到至少100英尺/秒、200英尺/秒或300英尺/秒的速度， 但是實施例不限于特定的樹木插條速度，因為足夠的速度可以取決于 各種因素，包括土壤條件和/或類型、樹木插條尺寸、適合/預期的種 植深度、和/或使種植機移動的車輛的移動速度、以及其它因素。
在各種實施例中，樹木插條可以是冷卻的插條。也就是說，在各 種實施例中，樹木插條可以在穿透地面之前冷卻。可以通過不同方式 冷卻插條，并且插條可以冷卻到不同溫度。例如，在各種實施例中， 插條可以冷卻到等于水的水點或冰點附近的溫度。在其它實施例中， 插條可以冷卻到低于或高于水的冰點的溫度。
使插條冷卻可以提供多種優點。例如，使插條冷卻可以增大插條 剛性，這使插條在栽種時不易彎曲和/或折斷。增大插條剛性可以通過 將插條加速到低于栽種未冷卻插條所用的速度而允許將插條栽種到足 夠的深度。 一旦插條被冷卻或冷凍，增大的剛性還可以允許插條(其 在以給定速度穿透地面時易于彎曲/折斷)以給定速度栽種。
在各種實施例中，使樹木插條冷卻可以包括冷凍樹木插條，使得 在栽種插條時，所述插條的至少一部分包括位于其上的冰。在一些實 施例中，插條的一部分或整個插條可以包裹在冰中。形成在冷凍插條 上和/或冷凍插條周圍的冰可以具有各種厚度(例如，0.5亳米、l亳米 或2毫米，以及其它厚度)。
栽種帶冰插條可以提供多個優點。例如，如上所述，插條剛性可 以增大，這可以在栽種期間減少或防止插條的彎曲和/或折斷。另外，
用。在一些實施例中，冰可以在其中包括各種養分以在水融化時給插 條提供養分。
9本發明的各種實施例可用于栽種樹苗，例如針葉樹樹苗或其它根 莖。例如，要栽種的樹苗可以冷凍成大體圓柱形冰結構，使得冷凍結
構與樹木插條相似。大體圓柱形冰結構可以具有各種直徑，例如0.5 英寸、1英寸或1.5英寸以及其它直徑。在這種實施例中，圓柱形冷凍 樹苗被認為是這里使用的"樹木插條"。
在各種實施例中，用于使夯錘加速的裝置是彈回單元。例如，在 各種實施例中，種植裝置可以包括沿豎直方向固定連接到框架的樹木 插條加速單元。在這種實施例中，加速單元可以包括可移動穿過中空 的豎直柱狀物，例如筒的夯錘，以及連接到所述夯錘頂端的彈回單元。 在各種方法實施例中，所述方法可以包括致動加速單元，彈回單元使 夯錘向下移動抵靠樹木插條以使樹木插條向下加速移動，使得在加速 單元以特定速度移動穿過地面時，樹木插條基本豎直地栽種在地里。 在各種實施例中，加速單元在其被致動時以至少8英尺/秒的速度移動 穿過地面。
在各種實施例中，大量樹木插條可以按每秒至少一個樹木插條的 速率基本豎直地栽種到地里。在一些實施例中，框架可以包括一個以 上的種植裝置，例如2、 4、 6或更多個裝置以方便每次栽種一行以上 的插條。在這種實施例中，大量樹木插條可以按照每秒每行至少一個 樹木插條的速率基本豎直地栽種到地里，例如，可以每秒栽種2、 4、 6或更多行。
在彈回單元提供夯錘/樹木插條加速裝置的實施例中，彈回單元可 以具有由彈性構件連接的上部和下部，所述彈性構件可以從伸長位置 移動到未伸長位置以使夯錘(以及夯錘接觸插條之后的樹木插條)加 速。在各種實施例中，彈回單元可以使用一個或多個螺簧或片簧(例 如，碳樹脂彎成的片簧)以及其它裝置以對夯錘提供向下加速度。
在各種實施例中，種植裝置可以包括提升機構，其可以具有連接 于其上的觸發機構。在這種實施例中，觸發機構可以與夯錘頂端接合， 彈回單元的上部可以向上移動到第一位置，例如，移動到彈性構件伸 長的位置。在這樣一些實施例中，加速單元可以例如通過觸發機構與夯錘脫離接合而致動，使得夯錘通過彈回單元的彈回力向下推動到第 二位置，例如彈性構件未伸長的位置。在一些實施例中，加速單元可 以通過使觸發機構移動抵靠如下進一步所述的脫離構件而致動。
在各種實施例中，向下彈回力可以使彈回單元的上部和/或夯錘以 各種速率移動，所述速率取決于例如彈性構件組分和/或彈性構件伸長 距離的因素以及各種其它因素。舉例來說，彈性構件的組分可以是天
然橡膠或彈性聚合物以及其它組分，彈性構件可以伸長例如6英寸、9
英寸或12英寸的各種距離以及其它距離。在一些實施例中，向下作用
力可以使夯錘加速到230英尺/秒的速率。然而，實施例不限于這些示
例性組分、距離或速率。例如，在各種高速種植裝置實施例中，夯錘
可以加速到230英尺/秒以上和/或以下的各種速度以便栽種樹木插條。
在各種實施例中，在致動加速單元之前，處于豎直位置的樹木插
條傳送到位于筒底端上的狹槽。同樣，在一些實施例中，可以致動加
速單元，使得夯錘底端在加速單元致動時與樹木插條頂端距離不超過
2英寸(例如，插條和夯錘之間的間距在致動時小于2英寸)。實施例
不限于特定間距，適當的距離可以根據包括夯錘加速度、插條尺寸等 的各種因素變化。
本發明的實施例不限于使夯錘加速的裝置為彈回單元的種植方法 和/或裝置。例如，用于使夯錘加速，例如致動加速單元的裝置可以是 例如空氣的氣體壓縮或者例如丙烷或柴油或可燃氣體混合物的氣體燃 燒。
圖1顯示了根據本發明實施例的種植裝置。在這個實施例中，種 植裝置100包括提升單元101、例如筒120的中空的豎直柱狀物、和 彈回單元150。
在圖l所示的實施例中，提升單元101包括液壓缸，其可以沿豎 直方向安裝到種植裝置的框架上。在這個實施例中，液壓缸的柱塞臂 103 (活塞)連接到一對細長的平行板104。成對的細長平行板中的每 一個連接到面板161，觸發機構165樞轉安裝到所述面板之間以圍繞 銷167樞轉。當在此使用時，彈回單元(例如，彈回單元150)和觸發機構(例如，觸發機構165)可以統稱為"樹木插條加速單元"或簡 稱為"加速單元"。
本發明的實施例不局限于包括液壓缸的提升單元。例如，提升單 元可以包括氣動提升機構或其它提升機構。
在各種實施例中，觸發機構165可以滑動連接到中空的豎直筒120 以在其上豎直的移動。在圖l所示的實施例中，筒120包括豎直的側 狹縫107，觸發機構165可以在所述豎直的側狹縫中移動。觸發機構 可以利用彈簧128或其它張力提供構件偏壓到閉合位置，并且可以在 打開和閉合位置之間樞轉。下面參照圖5A-5B更詳細地描述觸發機構 實施例。
在圖l所示的實施例中，彈回單元150定位在筒120的下端附近。 在這個實施例中，所述筒包括樹木插條接收狹槽(如圖2A-2B所示) 以接收樹木插條。在各種實施例中，夯錘(如圖4和5A-5B所示)豎 直地穿過筒以接觸樹木插條并使樹木插條加速至使得插條動量足以將 插條射穿地面一適當的深度，例如插條長度的大約80%或90%位于地 面以下的深度。在各種實施例中，夯錘與插條保持接觸，從而可以使 用夯錘動量將插條推入到地下的適當深度。
如圖4和5A-5B所示，夯錘可以具有各種長度(例如，8英寸、 12英寸、20英寸)、直徑(例如，l英寸、1.25英寸、1.5英寸)、組 分(例如，各種金屬或塑料)和形狀(例如，細長柱體)，其可以取決 于包括樹木插條尺寸或夯錘向下加速度的各種因素以及其它因素。
本發明的種植機實施例可用于將不同尺寸的樹木插條基本豎直地 栽種到地里。例如，樹木插條可以具有大約0.25-1.0英寸的直徑和大 約8-20英寸的長度；但是，本發明不限于具有這些尺寸的樹木插條。
在各種實施例中，以及如圖l的實施例所示，彈回單元150包括 上部160，所述上部滑動地連接到筒120,以便在筒上、在第一位置和 第二位置之間豎直地移動。在各種實施例中，以及如圖4和5A-5B更 清楚顯示的那樣，彈回單元150的上部160可以在靠近夯錘頂端的位 置處連接到夯錘。
12如圖l的實施例所示，彈回單元150可以包括從彈回單元的上部 160連接到彈回單元的下部170的彈性構件155,以便提供向下的彈回 力以使上部從第一位置移動到第二位置，如下文參照圖2A-2B描述的 那樣。如上所述，彈性構件可以由致密橡膠(dense rubber)或具有 高彈簧常數的各種其它彈性材料制造。
在各種實施例中，彈回單元的下部可以安裝到種植裝置的框架上，
下方向移動經過第二位置。在圖1所示的實施例中，彈回單元的下部 安裝到框架174的一部分。盡管只顯示了框架的一部分，但是讀者應 當認識到，種植裝置100的框架可以在位于所述裝置上的各種其它位 置處連接到所述裝置，從而在栽種期間提供穩定性。此外，框架可以 連接到例如2個或2個以上的多個種植裝置100上，并且框架可以不 連接到彈回單元的下部，如圖l的實施例所示。
在圖l所示的實施例中，下部止擋件是一對減震橡膠輪152。在 這種實施例中，下部止擋件可以在加速單元致動時，例如當夯錘由觸 發機構釋放時接收彈回單元的上部，從而防止上部移動經過第二位置。 在各種實施例中，減震輪可以由高阻尼橡膠或其它適當的減震材料制 造。
在各種實施例中，減震輪或多個減震輪可以旋轉地安裝到框架。 在這種實施例中，減震輪可以如此定位，使得當種植裝置穿過地面時 由地面提供旋轉，或者減震輪可以離開地面定位，其中旋轉由電機或 其它適當裝置提供。減震輪或多個減震輪可以具有水平方向或略微與 水平方向傾斜的旋轉軸，并且可以在減震輪移動經過地面的實施例中
壓實樹木插條周圍的土壤。
在各種實施例中，彈回單元的上部還可以包括止擋件。在這種實 施例中，上部的止擋件可以與下部的止擋件接合，從而防止上部移動 經過第二位置。防止上部移動經過第二位置可以通過限制夯錘移動的 距離而有助于樹木插條的適當種植深度。
舉例來說，下部止擋件可以如此定位，使得當彈回單元的上部處
13于第二位置時(例如，當彈回單元未伸長并且夯錘的向下運動停止時)， 夯錘底部位于地面以上特定距離處。例如，在一些實施例中，下部的 止擋件如此定位，使得當彈回單元的上部處于第二位置時，夯錘位于 地面以上大約1英寸的距離處。在這樣一些實施例中，樹木插條可以 栽種到地面以上l英寸的深度。也就是說，夯錘可以與插條保持接觸， 直到插條栽種到使1英寸的插條保留在地面以上的深度為止。
在這個實施例中，彈回單元150的上部止擋件是一對具有凹形下 表面的金屬緩沖滑腳154。每當彈性構件使上部從第一位置移動到第 二位置時，緩沖滑腳的曲率可以有助于在滑腳與減震輪接合時適當的 傳熱。實施例不限于止擋件的數目、組分或類型。
在各種實施例中，提升裝置101可用于使觸發機構165下降以接 合夯錘頂端，如圖4和5A-5B所示，并且可用于使彈回單元150的上 部160上升到第一位置(例如，彈性構件155伸長的位置，如圖2A 所示)。
在各種實施例中，當彈回單元的上部到達第一位置以允許向下的 彈回力將上部向下推動到第二位置(例如，彈性構件155未伸長的位 置，如圖2B所示)時，加速單元致動，例如觸發機構與夯錘脫離接 合，使得夯錘接觸樹木插條并使插條向下加速，使得樹木插條基本豎 直地栽種到地里。
在各種實施例中，加速單元致動，同時加速單元(例如，筒120、 彈回單元150和觸發器165)移動穿過地面。也就是說，在各種實施 例中，加速單元不停止相對于地面的移動。在各種實施例中，當種植 裝置移動穿過地面時，加速單元相對于框架在水平平面內保持固定。 值得注意的是，例如夯錘和彈回單元的加速單元的部分可以相對于框 架和地面在豎直平面內移動，但是相對于框架在水平平面內保持固定。
在各種實施例中，致動加速單元導致夯錘使樹木插條向下加速到 這樣一個速率，例如至少200英尺/秒的速度。實施例并不限于此。也 就是說，在各種實施例中，致動加速單元會導致夯錘使樹木插條向下 加速到小于200英尺/秒的速度。
14在各種實施例中，以及如下文參照圖6所述，可以利用一個或多 個可編程邏輯控制器(PLC)對種植裝置的操作進行控制。PLC可以 接收來自可以位于種植裝置上或周圍的各個位置處的各種傳感器(例 如，接近傳感器、運動傳感器和/或溫度傳感器，以及其它傳感器)和 其它電氣部件(例如，開關)的電氣輸入。各種傳感器可以對PLC提 供與夯錘和/或觸發機構(例如，觸發器165)的物理位置和/或速度、 接收狹槽中樹木插條的存在、和/或樹木插條在射入地里時的位置/取 向有關的信息，以及各種其它信息。PLC還可以使用各種接收到的輸 入信號以便控制各種輸出部件，例如用于操作與提升單元、彈回單元 和/或插條進給裝置相關的液力的電控閥，以及其它液壓部件。例如， PLC可以控制液壓缸101使觸發操作機構165下降以接合夯錘并使觸 發機構165上升。
如圖l所示，在各種實施例中，種植裝置100的液壓缸101的柱 塞103不作為將樹木插條射入地里的夯錘使用。使用液壓柱塞將夯錘 加速到與插條接觸可以防止插條在夯錘的向下加速度受到限制時(這 會導致插條彎曲和/或折斷)達到足夠的速度。在各種實施例中，以及 如這里所述，液壓缸柱塞103可用于使觸發機構165下降以便接合夯 錘。還可以利用柱塞103使夯錘110 (即，與觸發機構接合的夯錘) 上升到致動加速單元(例如，夯錘與觸發機構脫離接合)的位置，以 便使樹木插條加速到一個速度，該速度使得插條動量足以將插條射入 到地面足夠的種植深度。在這種實施例中，由于不使用液壓動力將液 壓柱塞向下迅速地加速，因此可以節省和/或儲存液壓動力。
如上所述，在各種實施例中，種植裝置IOO可以將樹木插條豎直 地栽種到地里，同時豎直的筒120相對于框架固定并且在種植裝置移 動穿過地面時相對于地面移動。例如，在一個實施例中，種植裝置100 可以大約8英尺/秒的速度在牽引車(未顯示)后面拉動。在這種實施 例中，當框架、豎直筒和夯錘保持牽引車的移動速度(例如，8英尺/ 秒)時，種植裝置IOO可以將樹木插條基本豎直地推入地里。在這種 實施例中，當觸發機構165與處于第一位置的夯錘脫離接合時，例如當加速單元致動時，加速裝置(例如，彈性構件或氣體燃燒)可以將
夯錘加速到大約230英尺/秒的速度。
在一些實施例中，有利的是，通過改變加速裝置可以改變夯錘和/ 或插條達到的向下速度。本發明實施例的一個優點包括能夠減少和/ 或防止插條彎曲或折斷，如果插條根據各種因素未加速到足夠的速度， 例如大于200英尺/秒的速度的話，就會發生插條彎曲或折斷。作為一 個實例，改變加速裝置包括改變彈性構件的尺寸和/或組分和/或第一 和第二位置之間的距離(例如,當觸發機構脫離接合時，彈性構件在 彈回之前伸長的長度)。適當的向下夯錘速度可以取決于包括種植機 (或牽引車)經過地面的移動速度，樹木插條的直徑或者土壤類型的 各種因素，以及其它因素。
作為確定適當的向下夯錘速度或者向下的插條速度的實例，考慮 這樣的種植裝置，其每秒種植一個12英寸的插條，同時該裝置以8 英尺(例如，96英寸)/秒移動。假定如果種植裝置在從插條穿透地面 直到插條栽種到地里適當深度(例如，10英寸)的時間內移動超過0.5 英寸，插條將受損(例如，折斷或彎曲)。在這個實例中，為了防止插 條受損，插條必須在大約5毫秒的時間內栽種到10英寸的深度。因此， 插條射入地里的適當向下速度應當為至少2,000英寸(例如，170英尺) /秒，以便在不損壞插條的情況下將插條栽種到10英寸的深度。值得 注意的是，該實例的適當向下夯錘速度可以取決于例如土壤類型、插 條尺寸、預期的插條栽種速率和/或裝置移動速度的各種因素，以及其 它因素。
在使用可燃氣體或氣體混合物使夯錘加速的實施例中，夯錘的向 下速度可以取決于例如氣體類型/組分或壓力的各種可調節因素，以及 其它因素。
如上所述，本發明的各種種植裝置(例如種植裝置100)的實施 例中使樹木插條加速以使它們沿豎直方向充分栽種到地里的栽種速度 會減少或消除平整地面的需要。例如，在各種實施例中，種植裝置的 彈回單元150可以將樹木插條向下推動到無需使用例如犁刀輪的開溝裝置就足以栽種插條的速度，例如大于100英尺/秒。
在各種實施例中，種植系統可以包括一個以上的種植裝置。例如， 在一個實施例中，種植系統的框架包括橫向隔開的六個種植裝置，從 而可以栽種六行樹木插條。在這種實施例中，種植裝置可以構造為以 大約1個樹木插條/秒/行的速率栽種樹木插條，使得所述系統可以每
秒栽種大約6個插條。種植裝置可以相互關聯或單獨地操作(例如， 一部分或全部種植裝置可以同時使樹木插條向下加速)。在一些系統實 施例中，多個種植裝置可以定位在具有"V"設計(如本領域技術人員 已知的那樣)的種植系統框架上。
在本發明的各種實施例中，種植機可以包括存儲幾個待栽種樹木 插條的儲料器。插條可以從樹木插條進給裝置接收到筒120的接收狹 槽(例如，如圖2A-2B所示的狹槽209)中。在一個實施例中，樹木 插條進給裝置可以包括一對隔開適當距離(例如，0.75英寸、l英寸、 1.5英寸)的平行板，從而安裝在彈回機構的減震止擋件之間以使插條 沿豎直取向輸送到筒內的狹槽(例如，如圖2A-2B所示的狹槽209) 中。在各種實施例中，樹木插條進給裝置可以被種植裝置的PLC液壓 地操作和控制。
在各種實施例中，接收在筒內的插條可以在不受豎直支撐的情況 下向下加速。也就是說，在各種實施例中，種植機構造為使觸發機構 幾乎與要輸送給筒的插條同時(例如，在0,15秒、0.2秒、0.25秒或 0.30秒的短延時，以及其它時間延時之后)致動(例如，打開或脫離 接合)。在這種實施例中，與下列事實，即夯錘可以通過彈性構件的彈 回力向下加速到大約200-250英尺/秒的速度相關的該短延時會導致夯 錘在插條由于重力落下相當距離之前與插條頂端接觸。
如前所述，框架可以連接到例如牽引車的車輛上和/或在車輛之后 拉動。在這種實施例中，車輛可以包括例如液壓泵和/或馬達的各種部 件以操作高速種植裝置100的各種部件(例如，提升單元101、彈回 單元150和/或樹木插條進給裝置，以及其它部件)。
同樣，在一些實施例中，種植機和/或與其相連的車輛可以包括全
17地確定車輛和/或種植機的實時位置和/或速 度。在這種實施例中，信號可以由GPS產生并且發送給種植裝置的 PLC以使所述裝置在預定位置或坐標處栽種樹木插條。在各種實施例 中，GPS速度可以輸入到PLC電路中，并且在種植裝置或其加速單 元要致動，即當觸發器要打開或與夯錘脫離接合時適時使用。
圖2A和2B顯示了一種種植裝置，其具有根據本發明實施例的分 別處于第一位置和第二位置的彈回單元。在圖2A-2B所示的實施例中， 彈回單元250包括上部260和下部270，所述上部滑動地連接到中空 的豎直柱狀物(例如，筒220)，所述下部旋轉地安裝到處于固定豎直 位置的種植裝置200的框架。在這個實施例中，彈回單元250包括彈 性構件255，其從上部260連接到下部270，從而提供向下的彈回力以 使上部從第一位置(圖2A)加速到第二位置(圖2B)。
如下文參照圖4和5A-5B所述，上部260可以連接到夯錘，所述 夯錘可以在夯錘頂端(例如，如圖5A-5B所示的觸發器卡爪682 )與 觸發機構265接合并且上升到如圖2A所示的第一位置。隨后，觸發 機構可以致動，例如與夯錘脫離接合，從而允許彈性構件255彈回， 將上部260 (和夯錘)迅速地向下拉動，直到上部的止擋件254與下 部的止擋件252在如圖2B所示的第二位置處接合為止。
本發明的實施例不限于圖2A和2B所示的彈回單元。例如，夯錘 210 (例如，上部260)可以通過除了所示彈性構件255之外的裝置向 下加速。在各種實施例中，彈性構件可以是具有足夠高的彈簧常數的 一個或多個螺簧和/或片簧，從而對夯錘提供足以栽種樹木插條的向下 力口速度。
在圖2B所示的實施例中，夯錘210的一部分顯示為豎直延伸穿 過狹槽209。圖4和5A-5B詳細顯示了夯錘。
圖3是根據本發明實施例的彈回單元下部的側視圖。在圖3所示 的實施例中，彈回單元的下部370包括一對減震輪352。在這個實施 例中，每個減震輪旋轉地安裝到與所述框架相連的托架374上，從而 使每個減震輪可以圍繞軸376旋轉。在這個實施例中，減震輪定位成
18在高速種植裝置的操作期間沿地面旋轉。在一些實施例中，減震輪可 以不旋轉地安裝和/或可以在栽種操作期間離開地面定位。
在圖3所示的實施例中，托架374包括與彈性構件355相連的銷 378。彈性構件可以各種方式和在各種其它位置處連接到下部370。
圖4是根據本發明實施例的種植裝置的橫截面視圖。在圖4所示 的實施例中，種植裝置包括筒420，夯錘410移動穿過所述筒。圖4 的實施例還包括如上所述的彈回單元450。
如圖4的實施例所示和如下文參照圖5A-5B所述，彈回單元的上 部460可以連接到夯錘410的頂端。在各種實施例中，以及如圖4所 示，彈回單元的上部460可以在夯錘410頂端處連接到觸發器卡爪482 之下。觸發器卡爪482可以與觸發機構465接合/脫離接合。下面參照 圖5A-5B更詳細地討論觸發器卡爪和觸發機構的相互作用。
在圖4所示的實施例中，豎直筒420包括位于筒下端的樹木插條 接收狹槽409。在各種種植機實施例的操作期間，樹木插條沿豎直取 向從樹木插條進給裝置(未顯示)接收到狹槽409中，并且推動達到 一個速度，該速度使得插條動量足以使插條射入未平整的地面，使得 插條穿透地面到適當/預期的深度。
例如，上部460可以豎直向上地移動到第一位置(例如，圖2A 所示的位置)，從而在伸長的彈性構件455中產生張力。觸發機構隨后 可以與夯錘410的觸發器卡爪482脫離接合，使得上部460 (和夯錘 410)迅速向下拉動到第二位置(例如，圖2B所示位置)，在所述第 二位置，緩沖滑腳454與彈回機構的下部470的減震器452接合。在 觸發機構的頂端向上移動抵靠脫離構件474時可以發生觸發機構的脫 離接合或致動。脫離構件474可以是安裝在豎直筒420內部的圓柱形 構件，如圖4和5A-5B所示。可選地，可以使用PLC控制觸發機構 的打開/關閉(即，接合/脫離接合，或者致動)。
圖5A和5B分別顯示了處于閉合和打開位置的觸發機構的實施 例。在圖5A和5B所示的實施例中，觸發機構500包括一對觸發板 575，所述觸發板可以與細長夯錘510的頂端接合。每個觸發板575具有接收銷567的開口，所述板可以圍繞所述銷 旋轉以與夯錘510接合和脫離接合。如這個實施例所述，每個板575 包括可以與觸發器卡爪582或者夯錘510的凹口接合的齒578。
在這個實施例中，觸發器卡爪582形成在夯錘的圓形頂端584和 夯錘510的擴大的直徑部分515之間。觸發板575可以利用彈簧，例 如圖1所示螺簧528或其它適用彈簧偏壓到閉合位置。當閉合板575 向下移動抵靠夯錘的圓形端部584時，觸發板在充分克服彈簧力時略 微打開以使觸發板圍繞銷567樞轉，使得齒578在觸發板向下推動時 與觸發器卡爪582接合。
如圖5A的實施例所示，每個觸發板575可以包括凸起586，所述 凸起可以在觸發機構500向上移動時與釋放構件574接合以便脫離接 合(打開)如圖5B所示的觸發板575。也就是說，從圖5A所示的閉 合(接合)位置開始，夯錘510可以向上移動至使其可以被釋放的適 當距離，從而向下加速并接觸樹木插條以使樹木插條加速到 一個速度， 該速度使得插條動量足以將插條推動穿過地面，以便使插條穿透地面 到達適當的種植深度。
圖5B是處于打開(脫離接合)位置的圖5A所示觸發機構的示意 圖。在圖5B所示的實施例中，觸發機構500已經向上移動到使觸發 板575的凸起586與釋放構件574接合。凸起586和釋放構件574的 相互作用導致觸發板575圍繞銷567向外樞轉，從而使齒578與觸發 器卡爪582脫離接合。如這里所討論的，在上升位置與觸發機構500 的脫離接合導致夯錘510由于彈性構件555的作用力向下加速，例如， 如參照圖l所討論的那樣。本發明的實施例不局限于圖5A-5B所述的 觸發4幾構。
圖6是包括可與本發明的各種高速種植裝置實施例一起使用的可 編程邏輯控制器(PLC)的框圖。如圖6的實施例所示，PLC 690可 以與種植裝置(例如，圖1所示的種植裝置100)的各種輸入部件692 和輸出部件696電氣相連。在操作中，PLC的處理器691可以接收來 自輸入部件的電信號，可以使用所述電信號監視和/或控制各種輸出部件。
如圖6的實施例所示，輸入部件692可以包括多個傳感器693-1、
693-2........ 693-M,以及各種其它邏輯電路694。標記"M"用于i兌
明輸入部件可以包括任何數量的傳感器。傳感器693-1到693-M可以 包括各種接近、運動和/或溫度傳感器，以及其它類型的傳感器。傳感 器可以定位在種植裝置上和/或種植裝置周圍的各個位置處。例如，傳 感器可以定位成確定夯錘(例如，夯錘410)的豎直位置和/或速度、 和/或確定樹木插條的存在(例如，在接收狹槽409中)和/或樹木插 條的取向以及栽種之后的深度。邏輯電路694可以包括多個開關(例 如，繼電器)，其可以實現各種功能，例如在觸發機構和/或彈回單元 到達或經過某一豎直距離時，例如當致動加速單元時給PLC發信號。
如圖6的實施例所示，輸出部件696可以包《^多個電控閥697-1、
697-2........ 697-N,以及各種其它邏輯電路698。標記"N"用于說明
輸出部件可以包括任何數量的控制閥。控制閥697-1到693-N可以包 括電磁閥，以及其它類型的電控閥。
在各種實施例中，控制閥697-1到697-N可以由PLC控制以操作 種植裝置的各種液壓部件。例如，可以對控制閥進行控制以開始和/ 或停止液壓流體的流動，以便使液壓缸(例如，如圖l所示的提升裝 置101的液壓缸)的柱塞臂上升和/或下降，從而使種植裝置的觸發機 構上升和下降。PLC還可以控制與樹木插條進給裝置和/或三點聯結裝 置相關的其它液壓缸。
圖7是根據本發明用于栽種樹木插條的方法實施例的框圖。在方 框710中，所述方法包括提供具有框架的種植裝置，所述種植裝置包 括大體豎直取向的筒和可在所述筒內滑動的夯錘，所述夯錘用于推動 放置于所迷筒內具有一定長度的插條。
在方框720中，所述方法包括使夯錘加速。如這里所描述的，用 于使夯錘加速的裝置可以是彈回單元，例如，如圖2A和2B所示的彈 回單元250。使夯錘加速的裝置不局限于這種彈回單元。例如，使夯 錘加速的裝置可以是可燃氣體，其可以點燃或壓縮以產生向下推動夯
21錘的爆炸力。
在方框730中，所述方法包括使插條與夯錘接觸。在方框740中， 所述方法包括推動插條到達一個速度，該速度使得插條動量足以使插 條射穿未平整的地面，從而使插條穿透地面至插條長度的至少80%的 深度。在一些實施例中，推動插條到達一個速度，該速度使得插條動 量足以使插條射穿未平整的地面，并使插條穿透地面至插條長度的至 少90%的深度。在一些實施例中，所述方法包括使夯錘停止，使得插 條在穿透地面時不與夯錘接觸。
在各種方法實施例中，筒相對于框架固定并且在將插條射穿地面 期間相對于地面移動。同樣，在各種實施例中，所述方法可以包括提 供使種植裝置移動經過地面的車輛。在這種實施例中，所述方法可以 包括在筒移動穿過地面的同時使插條與夯錘接觸，例如，筒在夯錘接 觸插條時相對于地面不是固定的。
在各種方法實施例中，所述方法可以包括提供種植裝置，所述種 植裝置包括沿豎直方向固定安裝到裝置框架上的樹木插條加速單元。 在這種實施例中，加速單元可以包括可移動穿過筒的夯錘，以及連接 到所述夯錘頂端的彈回單元。在這種實施例中，所述方法可以包括致 動加速單元，使得彈回單元使夯錘向下移動抵靠樹木插條以使樹木插 條向下加速，使得在加速單元以特定速度移動穿過地面時，樹木插條 基本豎直地栽種在地里。如上所述， 一個或多個種植裝置可以連接到 框架上并且通過車輛以大約8英尺/秒的速度移動穿過地面。
雖然這里已經顯示和描述了特定實施例，但是本領域的技術人員 應當認識到，實現相同效果的結構可以代替所示的特定實施例。本說 明書旨于涵蓋本發明的各種實施例的改進或變形。
應當理解，上面的說明只是起到舉例說明作用，而非用于限制。 在閱讀上述說明的基礎上，上述實施例的組合以及這里未具體描述的 其它實施例對于本領域技術人員來說是顯而易見的。
本發明的各種實施例的范圍包括可以使用上述結構和方法的其它 應用。因此，本發明的各種實施例的范圍應當參考所附權利要求書并連同與權利要求等效的整個范圍一起進行確定。
在前述的具體實施方式
中，為了便于簡化本發明，將各種特征集 中在單個實施例中。本發明的方法不應解釋為反映下列意圖，即，本 發明公開實施例所用的特征必須多于明確列舉在每個權利要求中的特 征。
相反，如下列權利要求所反映的，本發明的主題體現在少于單個 公開實施例的全部特征。因此，下列權利要求結合在具體實施方式
中， 每個權利要求本身作為單獨的實施例。
權利要求
1.一種用于在地里栽種樹木插條的方法，所述方法包括提供具有框架的種植裝置，所述種植裝置包括大體豎直取向的筒和能夠在所述筒內滑動的夯錘，所述夯錘用于推動放置于所述筒內具有一定長度的插條；使所述夯錘加速；使所述插條與所述夯錘接觸；和推動所述插條到達一個速度，該速度使得所述插條的動量足以使所述插條射穿未平整的地面，并且使得所述插條穿透地面至插條長度的至少80％的深度。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，所述筒相對于所述框架固定 并且在將所述插條射穿地面期間相對于所述地面移動。
3. 如權利要求1所述的方法，其中，所述方法包括使所述夯錘停 止，使得所述插條在穿透地面時不與所述夯錘接觸。
4. 如權利要求1所述的方法，其中，所述方法包括 提供車輛，以使所述種植裝置移動經過地面；和在所述筒移動穿過地面的同時，使所述插條與所述夯錘接觸。
5. —種用于在地里栽種樹木插條的方法，所述方法包括 提供種植裝置，所述種植裝置包括沿豎直方向固定安裝到所述裝置框架上的樹木插條加速單元，所述加速單元包括可移動穿過筒的夯錘；和連接到所述夯錘頂端的彈回單元；和 致動所述加速單元，使得所述彈回單元使所述夯錘向下移動抵靠 樹木插條以使所述樹木插條向下加速，從而在所述加速單元以特定速 度移動穿過地面時，所述樹木插條基本豎直地栽種到地里。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，致動所述加速單元包括使所 述樹木插條向下加速到至少200英尺/秒的速率。
7. 如權利要求5所述的方法，其中，所述方法包括通過車輛使所述種植裝置以特定速度沿行進方向移動，并且所述加速單元在所述樹 木插條栽種在地里的同時沿所述行進方向保持所述特定速度。
8. 如權利要求5所述的方法，其中，致動所述加速單元以將所述 樹木插條基本豎直地栽種到地里包括使所述加速單元以至少8英尺/ 秒的速度移動穿過所述地面。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，所述方法包括以每秒至少1 個樹木插條的速率將大量樹木插條基本豎直地栽種到地里。
10. 如權利要求5所述的方法，其中所述方法包括使所述加速單元的觸發機構與所述夯錘頂端接合，并且利用所述 種植裝置的提升單元將所述夯錘提升到第一位置；和通過使所述觸發機構與所述夯錘脫離接合致動所述加速單元，使 得所述夯錘通過由所述彈回單元的彈性構件提供的彈回力向下推動到 第二位置。
11. 如權利要求10所述的方法，其中，通過使所述觸發機構與所 述夯錘脫離接合致動所述加速單元包括致動所述加速單元，使得所述 夯錘底端在所述加速單元致動時與所述樹木插條頂端距離不超過2英 寸。
12. 如權利要求10所述的方法，其中，所述方法包括在致動所述 加速單元之前，將所述樹木插條沿豎直位置輸送到位于所述筒底端上 的狹槽。
13. 如權利要求5所述的方法，其中，致動所述加速單元以使所述 彈回單元使所述夯錘向下移動抵靠樹木插條包括致動所述加速單元， 使得所述彈回單元使所述夯錘向下移動抵靠由將樹苗冷凍成大體圓柱 形冰結構形成的樹木插條。
14. 一種種植裝置，所述種植裝置包括 連接到框架上的豎直取向的筒；能夠在所述筒內滑動的夯錘，所述夯錘用于推動位于所述筒內的 具有一定長度的插條；和使所述夯錘向下加速以與所述插條接觸的加速裝置，所述加速裝置使所述插條加速到一個速度，該速度使得所述插條的動量足以將所 述插條推動穿過未平整的地面，從而使得所述插條穿透地面至插條長度的至少80%的深度。
15. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述筒相對于所述框架固 定并且在所述插條穿透地面時相對于所述地面移動。
16. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述插條加速到至少100 英尺/秒的速度。
17. 如權利要求14所述的裝置，其中，使所述夯錘向下加速以接 觸所述插條的所述加速裝置使所述插條加速到一個速度，該速度使得 所述插條和所述夯錘的動量足以將所述插條推動穿過未平整的地面， 從而使得所述插條穿透地面至插條長度的至少80%的深度。
18. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述夯錘與所述插條保持 接觸，直到所述插條的至少一部分穿透所述地面為止。
19. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述夯錘在所述插條穿透 地面之前不與所述插條接觸。
20. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述插條為冷卻插條。
21. 如權利要求14所述的裝置，其中，用于使所述夯錘向下加速 的所述加速裝置是彈回單元，所述彈回單元具有由彈性構件連接的上 部和下部。
22. 如權利要求21所述的裝置，其中，所述裝置包括提升機構， 所述提升機構具有與其相連的觸發機構，以便與所述夯錘頂端接合；使所述彈回單元的上部移動以拉長所述彈性構件；和 使所述觸發機構移動抵靠脫離構件以致動所述觸發機構。
23. —種種植裝置，所述種植裝置包括具有上端和下端的筒，所述筒用于接收樹木插條并且使夯錘從中 穿過以接觸所述樹木插條并使所述樹木插條朝向地面加速，從而將所 述樹木插條栽種到地里；位于所述筒下端的彈回單元，所述彈回單元包括在所述夯錘頂端附近連接到所述夯錘的上部，其中，所述上 部能夠滑動連接到所述筒，以便在第一位置和第二位置之間豎直地移 動5和從所述彈回單元的上部連接到所述彈回單元的下部的彈性構 件，所述彈性構件用于提供向下的彈回力以使所述上部從第 一位置移 動到第二位置，從而使所述樹木插條朝向地面加速。
24. 如權利要求23所述的裝置，其中，所述裝置包括具有觸發機 構的提升單元，所述觸發機構能夠滑動連接到所述筒，以便接合所述夯錘并將所述彈回單元的上部提升到第一位置；和 當所述彈回單元的上部到達第二位置時與所述夯錘脫離接合，從而允許向下的彈回力向下推動所述上部，使得所述樹木插條朝向地面加速并栽種到地里。
25. 如權利要求24所述的裝置，其中，所述觸發機構包括位于其 下端的觸發器卡爪，所述觸發器卡爪用于可釋放地接合位于所述夯錘 頂端的凹口。
26. 如權利要求23所述的裝置，其中，所述彈回單元包括止動機 構，以便防止所述上部沿向下方向移動經過第二位置，從而有利于所 述樹木插條的適當的種植深度。
27. 如權利要求23所述的裝置，其中，所述止動機構包括位于所 述彈回單元上部的第一止擋件和位于所述彈回單元下部的第二止擋 件。
28. 如權利要求27所述的裝置，其中，所述第二止擋件包括一個 或多個減震輪，所述減震輪旋轉地安裝到所述種植裝置的框架并且構 造為沿地面滾動。
全文摘要
本發明包括用于栽種的各種方法和裝置。一個方法實施例包括提供具有框架的種植裝置，所述種植裝置包括大體豎直取向的筒和可在所述筒內滑動的夯錘，所述夯錘用于推動放置于所述筒內具有一定長度的插條。所述方法包括使夯錘加速，使插條與夯錘接觸，和推動插條到一定速度，從而使插條動量足以將插條射穿未平整的地面，使得插條穿透地面的深度為插條長度的至少80％。
文檔編號A01C11/02GK101516177SQ200780033829
公開日2009年8月26日 申請日期2007年6月29日 優先權日2006年7月20日
發明者L·D·奧斯特里 申請人:能源管理系統公司