檸條平茬收獲機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

○內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心 徐海洋 王 靖

檸條是豆科錦雞兒屬植物，廣泛分布于內(nèi)蒙古、陜西北部、山西、甘肅和寧夏等地。檸條生苗在栽種 2—4年后可從根部萌發(fā)大量的枝條，形成茂密繁稠的灌叢。檸條具有極強的耐寒、耐旱、耐貧瘠特點，可防風固沙，同時也是優(yōu)良的木本飼料。家畜放牧主要采食檸條的細枝嫩葉，損失率在50%以上。利用機械收獲加工喂養(yǎng)損失率僅為1%—2%，能極大地提高牲畜的采食量和消化率。目前檸條平茬收獲機可在收割過程中直接對檸條枝葉進行切斷、打捆或切碎處理，便于飼料的后續(xù)運輸與加工，其中切斷處理后對檸條整枝進行回收，需要撿拾和裝車運輸，收儲運成本較高。而在收割時對整枝進行切碎、打捆后再裝車運輸，成本較低。據(jù)測定，檸條整枝 （含水率60%—70%）自然堆積密度僅為80—100kg/m3，粉碎后可達180—200kg/m3，而經(jīng)壓縮打捆后可進一步提高至700—800kg/m3。因此，檸條平茬收獲技術(shù)是影響收儲運成本及資源化利用經(jīng)濟效益的重要因素。

當前，我國檸條平茬收獲基本實現(xiàn)機械化作業(yè)，但由于檸條種植方法和區(qū)域性因素，我國檸條平茬技術(shù)水平有待提高，發(fā)展高效、智能、機械化檸條收獲技術(shù)具有重要意義。

一、檸條平茬收獲機械分類及發(fā)展現(xiàn)狀

1.檸條平茬收獲機械分類。

（1）按動力來源分內(nèi)部和外部兩種。自走式檸條平茬收獲機的動力來自其自身，包括機具行走動力和切割裝置的動力。牽引式檸條平茬收獲機的動力來自提供拖拽的拖拉機。

（2）按行走方式可分為輪式、履帶式和背負式三種。輪式檸條平茬收獲機采用車輪行走，適用于地面坡度不大、地質(zhì)較硬的作業(yè)環(huán)境，行駛速度較快，但其輪胎和制動系統(tǒng)等易磨損部件的壽命較短，需要定期更換；履帶式檸條平茬收獲機采用一個或多個履帶結(jié)構(gòu)，利用循環(huán)鏈或鏈輪進行移動，穩(wěn)定性好，載重能力強，適宜在復雜地形環(huán)境下使用，如泥濘、濕滑、崎嶇的山地等，但行走速度慢；背負式檸條平茬收獲機需要由人工背負進行操作，適用于地形復雜的小規(guī)模的農(nóng)田和坡地，工作效率低。

（3）按功能特點可分為專用式和兼用式兩種。兼用式收獲機械除收獲檸條外，還可收獲其他灌木或青飼料。

2.我國檸條平茬收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀。隨著檸條種植及飼料化所帶來的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益日益凸顯，近些年國內(nèi)科研院所、高校和企業(yè)對檸條平茬收獲機械的設(shè)計與研發(fā)進一步加快，先后有十多種檸條平茬收獲機械被應(yīng)用推廣。

（1）自走式檸條平茬收獲機。自走式檸條平茬收獲機采用獨立的動力系統(tǒng)，行走方式有輪式、履帶式和半輪半履帶式。早期中國農(nóng)機研究院研制的4MG-200 型灌木聯(lián)合收獲機和中機美諾科技股份有限公司研制的9800 型大型聯(lián)合收獲機等，經(jīng)檸條平茬收獲作業(yè)試驗，可滿足部分地區(qū)檸條收獲作業(yè)要求。

內(nèi)蒙古一機集團對檸條平茬收獲機的刀片進行升級，研發(fā)出的刀片耐沖擊性強、耐磨性好，9QS-350 型圓盤式青飼料檸條雙用收獲機采用3.5 米四小盤折疊割臺，莖稈切斷長度三段可調(diào)；采用對輥式籽粒破碎系統(tǒng)，破碎率96%以上，基本滿足大中型畜牧養(yǎng)殖業(yè)需求。北京瑞華成農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司研制的4QZ-12 型灌木聯(lián)合收獲機采用靜液壓驅(qū)動，電控液壓系統(tǒng)，采用高速雙圓盤鋸刀，收獲灌木類植物生產(chǎn)效率3—6 噸/小時，適用于檸條、沙柳等灌木平茬、切碎、拋送、集料聯(lián)合作業(yè)。河北宗申戈梅利農(nóng)業(yè)機械制造有限公司研制的4GM-260 型自走式檸條平茬收獲機，割臺采用圓盤上安裝直線刃口刀片，滾筒式秸稈切碎機構(gòu)，拋送高度達5.14 米，作業(yè)速度3—5 千米/小時，適用于玉米秸稈、棉花秸稈等農(nóng)作物，可兼收檸條、沙柳、紅柳等灌木。河北元正農(nóng)業(yè)機械研制的9QZ-3000（G4）型青儲、灌木聯(lián)合收獲機，采用模塊化設(shè)計，配置灌木割臺，收割幅寬3.5 米，可適用于檸條、沙柳等灌木平茬作業(yè)。

（2）牽引式檸條平茬收獲機。牽引式檸條平茬收獲機由行走輪提供支撐，可對收獲的檸條進行粉碎或打捆處理。牽引式檸條收獲粉碎機采用固定式（甩刀式）刀片切割直立莖稈，進料輥強制將壓扁的莖稈喂入壓縮室并粉碎。牽引式檸條收獲打捆機的工作原理是通過切割裝置下方的圓盤刀片將檸條從根部切斷，夾持喂入裝置將檸條送至切碎裝置切碎并打捆。二者都因采用拖拉機在前端牽引作業(yè)，拖拉機底盤剮蹭檸條枝葉導致其不同程度倒伏，進而導致漏割率上升。

安徽海森曼農(nóng)業(yè)機械研制的9YG-1.2 型牽引式灌木收割打捆機，割臺采用高速雙圓盤鋸刀，收割后的物料卷壓成1200mm×1200mm 圓柱形草捆，可用于檸條、沙柳等灌木平茬收獲作業(yè)。包頭市新昌農(nóng)業(yè)設(shè)備研制的GM-220 型飼料灌木平茬切斷收獲機配套180 馬力以上拖拉機牽引作業(yè)，可在灌木林地一次完成平茬、切碎、撿拾和收集工作。采用下置甩刀式切割裝置，割臺高度可調(diào)。卸料采用液壓升高自卸，卸料高度達到四米。

（3）自走式聯(lián)合收割打捆機。山東五征集團研制的4QZ-M30 型自走式檸條收獲打捆機具有專用灌木割臺，采用大直徑刀棍，呈人字形排布，切碎更有力，收獲打捆一體作業(yè)，每小時可作業(yè)15—30捆，圓捆重量320 公斤/捆。中國農(nóng)科院呼和浩特分院研制的9ZFD-2.0 型自走式灌木收割粉碎打捆一體機主要由雙圓盤鋸片式切割器、喂入機構(gòu)、滾筒式切碎機構(gòu)、圓捆打捆機構(gòu)等部分組成，適用于檸條等灌木類平茬收獲打捆作業(yè)。

（4）仿形平茬機。中國農(nóng)科院呼和浩特分院研制的9GZ-1.0 型自走式灌木平茬收割機配套80 馬力動力，通過舉升臂和翻轉(zhuǎn)臂對割臺切割高度和角度的控制，能夠很好地滿足丘陵、沙漠地區(qū)灌木叢的收獲，但自動化、智能化程度不高，需要機手熟練操作機具。

（5）背負式割灌機。背負式割灌機主要用于不平整地形以及坡度較大的丘陵山區(qū)的檸條、沙柳等灌木平茬，具有體積小、重量輕、操作靈活等特點，但其勞動強度大、工作效率低。

3.國外灌木收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀。歐美等發(fā)達國家主要采用灌木平茬機進行平茬，但這些機具都是以能源型灌木林為作業(yè)對象，這些灌木大都種植在平整的土地，品種經(jīng)過精心選育，莖稈粗細均勻，直徑較大，生長方向大都直立向上，旁生枝很少，一般為機械化種植，長勢基本一致。國外灌木機械化收獲技術(shù)發(fā)展較早，應(yīng)用成熟，已全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化。歐美等國外農(nóng)機企業(yè)普遍采用計算機進行輔助設(shè)計、試驗和制造，并且融入機電液一體化、自動化及智能化新技術(shù)，對聯(lián)合收割機的作業(yè)參數(shù)進行實時監(jiān)測及調(diào)控。

二、我國檸條平茬收獲過程存在的問題

1.茬口質(zhì)量差。檸條平茬后茬口斷面應(yīng)平整光滑，無撕裂、扯皮，不能出現(xiàn)“毛口”“裂茬”和“碎茬”等，更不能出現(xiàn)“拔根”現(xiàn)象，否則不利于來年的返青存活。但因檸條生長周期、環(huán)境等因素影響，檸條枝干粗細不一，生長疏密不均。我國檸條平茬收獲機自適應(yīng)差，無法智能化匹配收割速度和功率，導致收割后檸條茬口不整齊，存在毛邊等情況。

2.收割效率低。部分地區(qū)由于檸條播種或生長不整齊，導致檸條枝葉分布雜亂或單行檸條生長過寬，而檸條平茬機割臺的工作幅寬有限制，無法一次性收割，需進行多次平茬作業(yè)，降低了收割效率。如果設(shè)計的割幅較寬，對單行較窄的檸條又造成浪費。

3.環(huán)境適應(yīng)性差。一是檸條平茬收獲機在作業(yè)時輪具碾壓檸條導致檸條倒伏，難以收割造成浪費。二是部分地區(qū)檸條生長地形復雜，山地、溝壑較多，檸條平茬收獲機無法作業(yè)或收割效果不佳。三是受地質(zhì)情況影響，檸條平茬收獲機作業(yè)受到限制，在坡度較大的山地無法作業(yè)，在有硬石子、顆粒較大的區(qū)域作業(yè)易損壞機具等。

4.智能化率低。由于受地形、檸條生長分布等因素影響，對操作檸條收割機的機手要求較高。一些檸條生長在風沙常年積聚的地方，灌叢根頸部形成高低、大小不一的沙包，且沙包內(nèi)含枯枝、亂石和垃圾等雜物。作業(yè)前需對平茬區(qū)域內(nèi)清障。作業(yè)時機手需實時調(diào)整割臺高度以確保平茬高度符合要求。遇到檸條生長茂密的區(qū)域，需要及時調(diào)整行走和喂入速度，以免堵塞喂料口損壞機器。

5.機具維護頻繁。檸條屬于我國北方重要的防風固沙灌木造林樹種，木齡較長的檸條枝干較粗，平茬作業(yè)時對機具尤其是切割刀片的損傷較大，刀片一旦有多個壞齒后作業(yè)效率顯著下降，且茬口質(zhì)量顯著降低，需要頻繁更換刀片。同時，復雜惡劣的作業(yè)環(huán)境和超負荷運行導致平茬機械損壞率較高，如輪胎易被切割后的檸條茬口損壞、亂石飛濺發(fā)生機器故障等。對于檸條平茬機具本身而言，生產(chǎn)機具的材料、結(jié)構(gòu)等零部件仍使用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械標準來進行設(shè)計和制造，機具維護成本較高。

三、檸條機械化收獲的發(fā)展趨勢

1.高性能。隨著檸條平茬作業(yè)從量到質(zhì)的需求轉(zhuǎn)變，檸條平茬收獲機械逐步向大型、高效、耐久性強等高性能方向發(fā)展，在機械設(shè)計、材料選取與加工、平茬技術(shù)方面提出新要求。采用計算機輔助設(shè)計并模擬機具作業(yè)過程以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、消除缺陷，增加耐用性減少維護成本。同時集切割、收集、粉碎、烘干和制粒于一體的大型聯(lián)合收割機將成為趨勢。

2.高可靠性及高適應(yīng)性。研制高可靠性、高適應(yīng)性的檸條平茬收獲機械設(shè)備，采用新型材料進一步減輕重量，增加機具安全性能；采用低振動發(fā)動機和先進的減振隔振裝置并合理配置機件，以減少振動對人體的危害；提高機械的加工和裝配精度、改進吸排氣系統(tǒng)，以降低噪聲；增設(shè)安全保護系統(tǒng)，以提高作業(yè)安全性。

3.智能化、信息化。一是采用輔助駕駛或無人駕駛系統(tǒng)，應(yīng)用北斗導航技術(shù)、收獲作業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)、收割控制反饋系統(tǒng)等對作業(yè)進行實時監(jiān)控，如機器作業(yè)狀況、機器位置、行走路線等，保障作業(yè)過程高效、穩(wěn)定進行。二是采用人工智能技術(shù)不斷優(yōu)化控制程序和策略，并為產(chǎn)品的后續(xù)升級和新產(chǎn)品開發(fā)提供建議。三是將金屬和石塊探測、機具側(cè)翻預警、故障檢測等技術(shù)深度融合，提高機械的安全性。智能化、信息化高度發(fā)展將成為未來檸條平茬機械化收獲裝備的發(fā)展趨勢。