沙柳平茬機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

王紅紅， 王 欣

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特，010018)

綜 述

沙柳平茬機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

王紅紅， 王 欣*

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特，010018)

介紹了國內(nèi)外沙柳平茬機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了該機(jī)的國內(nèi)市場前景。

平茬機(jī)；沙柳；發(fā)展趨勢

沙柳為楊柳科柳屬落葉叢生灌木，主要分布在內(nèi)蒙古、陜西、寧夏等地，僅鄂爾多斯沙柳林面積就達(dá)44.32萬hm2。對鄂爾多斯紅慶河鎮(zhèn)的調(diào)查表明沙柳的平茬仍以人工為主，由于勞動強(qiáng)度大收益低，農(nóng)民近幾年幾乎不對沙柳進(jìn)行平茬。然而，沙柳需3～5年平茬復(fù)壯一次，不及時(shí)平茬沙柳就會自然枯死。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅鄂爾多斯就有50%沙柳由于平茬不及時(shí)而退化枯死，因此急需高效智能的平茬沙柳機(jī)械裝備。

1 國內(nèi)沙柳平茬機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

建國以來，為防止沙塵暴惡化，國家投巨資通過人工和飛播的方式種植了大面積的沙柳等灌木。由于平茬機(jī)械水平低，主要是人工用撅頭、砍刀來平茬沙柳，不能完成大規(guī)模大面積的平茬，導(dǎo)致相當(dāng)一部分沙柳已進(jìn)入枯死期。我國于20世紀(jì)60年代開始進(jìn)行割灌機(jī)械的研究[1]，由于沙柳植物學(xué)的特殊性，大多數(shù)割灌機(jī)不能滿足平茬沙柳的要求。

2001年，楊占明[2]研制出灌木平茬機(jī)，該機(jī)以拖拉機(jī)為動力源，前端裝變速箱，變速箱輸出軸上安裝鋸片，可以實(shí)現(xiàn)對沙柳的平茬。2004年，李少春等[3]設(shè)計(jì)出手推式灌木平茬機(jī)，可以對較為復(fù)雜地形的沙柳進(jìn)行平茬，與人工相比效率提高15～20倍。2006年，劉志剛等[4]將沙柳等灌木平茬機(jī)安裝在挖掘機(jī)或裝載機(jī)上，利用挖掘機(jī)的液壓缸調(diào)整該平茬機(jī)對地面進(jìn)行仿型完成平茬作業(yè)；2007年，劉志剛等[5]研制出沖鏟式灌木平茬機(jī)，該機(jī)能夠?qū)ζ教沟孛?、斜坡、沙丘上生長的沙柳進(jìn)行平茬。同年，刑國英等[6]研制出側(cè)牽引灌木平茬機(jī)，該機(jī)以拖拉機(jī)的柴油機(jī)為動力源，安裝在拖拉機(jī)后側(cè)面對灌木進(jìn)行平茬，平茬切口平整，毛茬少，不產(chǎn)生焦糊狀茬口，如圖1所示；2008年，史占勝[7]研制的灌木平茬機(jī)通過機(jī)械臂帶動刀架上的刀頭對沙柳等灌木進(jìn)行砍伐，該機(jī)適用于沙地和丘陵等特殊地表環(huán)境的平茬，平茬效率較高；2009年，杜廣才等[8]設(shè)計(jì)出手扶式平茬機(jī)，該機(jī)適用于沙丘、草地等特殊地理環(huán)境的平茬作業(yè)，扭力大、切割效率高，如圖2所示；2010年，劉志剛等[9]設(shè)計(jì)出通過驅(qū)動底盤上液壓臂來帶動收割部件兩個(gè)刀片對灌木根部進(jìn)行水平切割的灌木平茬機(jī)；同年，劉志剛等[10]研制出9GZ-1.0自走式沙柳平茬機(jī)，如圖3所示；2011年，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院生物質(zhì)能工程技術(shù)研究中心開始對自走式沙柳聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)[11]；2014年，韓瑞娟、安珍等[12]設(shè)計(jì)出以四輪車為動力輸出機(jī)械的沙柳平茬機(jī)，四輪車輸出的動力傳遞到鏈條刀，鏈條刀旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對沙柳的平茬切削；2015年，榆陽市農(nóng)業(yè)機(jī)械專家經(jīng)過一年多的時(shí)間，研制出適用于榆陽沙漠地形地貌的自走式沙柳割灌機(jī)，該割灌機(jī)每小時(shí)可以割灌5～10畝[13-14]，如圖4所示。

圖1 側(cè)牽引灌木平茬機(jī)

圖2 手扶式平茬機(jī)

圖3 9GZ-1.0型自走式灌木平茬機(jī)

圖4 自走式沙柳割灌機(jī)

我國沙柳平茬機(jī)械的研究雖然取得了一定進(jìn)展，但在平茬中還存在許多問題，如平茬后沙柳條散亂，沙柳打捆難，工作量大等。為實(shí)現(xiàn)沙柳平茬機(jī)的聯(lián)合作業(yè)及智能化，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)王紅紅和王欣等人已開始研究集沙柳平茬和打捆于一體的聯(lián)合機(jī)械。

2 國外沙柳平茬機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

國外對割灌機(jī)的研究起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的割灌機(jī)生產(chǎn)、研發(fā)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，割灌機(jī)早已成為其家庭必備機(jī)具。國外的林業(yè)機(jī)械設(shè)備在功能上都可以用來平茬沙柳，如21世紀(jì)初美國機(jī)械師公司(D&M Machine Division，Inc.)研制的Slashbuster系列銑削式灌木切割機(jī)，目前仍是較先進(jìn)的高效多功能營林割灌設(shè)備[15]，如圖5所示。巴西的液壓臂式割灌機(jī)可以對灌木叢和樹枝進(jìn)行清除，液壓臂可根據(jù)不同地形進(jìn)行升降，對土壤表面有一定的保護(hù)作用[16]，如圖6所示。Jarraff公司生產(chǎn)的Geo-Boy系列割灌機(jī)，遇到特殊的地形時(shí)可以選擇更換不同的刀具，該系列割灌機(jī)可以切割的最大灌木直徑為11英尺[17]。巴西研發(fā)了采用懸掛式設(shè)計(jì)的新型灌木切碎機(jī)((Bush chopper)，該機(jī)作業(yè)半徑可達(dá)2 m，工作時(shí)切碎機(jī)利用圓盤刀將灌木切斷，然后由垂直的螺旋刀片將切斷的灌木切成碎片[18]。雖然國外的割灌(平茬)機(jī)技術(shù)較先進(jìn)，但也沒有適合我國沙柳生長特點(diǎn)以及特殊地形的機(jī)械設(shè)備。

圖5 TL460型營林割灌機(jī)

圖6 Geo-Boy切割機(jī)

3 沙柳平茬機(jī)的市場前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝市和陜西榆林地區(qū)每年就可得沙柳近200萬t。較嫩的沙柳可以作為生產(chǎn)飼料，生長3年以上的沙柳既可以作為生產(chǎn)纖維板、刨花板的原料，也可以粉碎后作為生物質(zhì)發(fā)電的原料，若將沙柳磨成纖維狀可以制備沙柳活性炭作為吸附劑使用，還可以對沙柳進(jìn)行加工處理生產(chǎn)防腐劑。

綜合考慮沙柳資源帶來的效益及沙柳平茬對我國治理土地沙漠化的作用，經(jīng)濟(jì)適用的沙柳平茬機(jī)在我國具有廣泛的市場前景，每年沙柳平茬機(jī)的需求量近10萬臺。

4 沙柳平茬機(jī)的未來發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，無論是中國制造2025，還是美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國的工業(yè)4.0，日本的社會5.0，目標(biāo)都是建設(shè)一個(gè)超智慧社會。目前機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及林業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，采用模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制的機(jī)器人應(yīng)用也很普遍，但由于林業(yè)作業(yè)自然條件多變，目前國內(nèi)外尚未研制出一機(jī)多用、適合于林業(yè)作業(yè)的機(jī)器人。開發(fā)一種智能沙柳平茬機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)智能化、機(jī)械化平茬作業(yè)將是未來平茬機(jī)的發(fā)展方向。

[1] 范利海，傅萬四.我國灌木收割平茬機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)杳分析[J].木材加工機(jī)械，2010，21(6)：30-32.

[2] 楊占明.灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL01225588.2.

[3] 李少春，和文玉.灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL200420013623.4.

[4] 劉志剛，劉貴林，王振華，等.灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL200620156957.6.

[5] 劉志剛，劉貴林.沖鏟式灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL200720182124.1.

[6] 邢國英，孫宏志.側(cè)牽引灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL200720147140.7.

[7] 史占勝.灌木平茬機(jī)[P].中國專利：ZL200820175667.5.

[8] 杜廣才，杜書文，劉偉峰，等.手扶式平茬機(jī)[P].中國專利：200920170910.9.

[9] 劉志剛，郝興玉，張寧.灌木收割機(jī)[P].中國專利：201020176727.2.

[10] 劉志剛，王德成，郝興玉，等.自走式灌木平茬機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010(9)：94-98.

[11] 閏希，宇丁學(xué)誼，邱灶，等.自走式沙柳聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)和分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2011(4).

[12] 韓瑞娟，安珍.沙柳平茬機(jī)的設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014，35(1).

[13] 王紅紅，王欣.割灌機(jī)研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016(12)：4-6.

[14] 楊春梅，郭明慧，馬巖，等.步行割灌機(jī)行走部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J].森林工程，2016，32(5)：48-54.

[15] 王執(zhí)煜，齊永峰，徐文國.美國銑削式營林割灌機(jī)在我國應(yīng)用的可行性分析[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2007，35(12).

[16] Geadlyahu Manor，Davidsion.Cleared Dirt Roads and Towed Bridges for Moving in Forests[R].2003 ASAE Annual Internation Meeting，2003：8-11.

[17] Jarraff industries.what’s new in Product&services[Z].Pipeline & Gas Journal，2015.

[18] Andreas block，Dieter von horster，Wolfgang lucke.substitution of slash-and-burn techniques in thtropics by application of a newly developed bush-chopper[R].2003 ASAE Annual Intenation Meeting，2003：1-7.

(責(zé)任編輯 王琦)

Research Status and Development Trend of Salix Stubble Equipment

WANG Hong-hong， WANG Xin*

(Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot Inner Mongolia 010018，China)

The development situation of salix stubble machines at home and abroad is introduced，and the development prospect of salix stubble machines in the domestic market is analyzed.

stubble machine；salix；development trend

2016-10-19

王紅紅(1990-)，男，安徽阜南人，碩士研究生，研究方向?yàn)榱謽I(yè)機(jī)械，E-mail：1162907877@qq.com。

*通訊作者：王 欣(1969-)，女，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事木材科學(xué)與技術(shù)的研究。

S776.31

A

2095-2953(2017)03-0013-03