檸條聯合收獲機裝備技術研究現狀

張世杰

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030002）

檸條（Caragana korshinskii Kom） 是錦雞兒屬植物栽培種的通稱，全世界有100 余種，我國有66 種[1]。據統計，目前山西省檸條種植地區主要分布在大同、朔州、忻州、呂梁等23 個檸條種植縣，面積約153.33 khm2。不僅能保持水土、防風固沙，又能精深加工，增加附加值，提高灌木林經濟效益。由于檸條木質化高，莖桿上多硬刺，作業環境十分惡劣且種植分散面積廣，所以人工砍切和收集非常不容易。機具也不易收割。經實地考察，檸條株高都在0.4～2.0 m，大部分為成年老齡檸條，一直處于自然生長狀態，木質化程度增高。依據灌木生物學特性，要求3～5 年平茬一次，如不及時進行平茬，將面臨衰老或枯死。現階段面臨主要問題是，檸條機械化程度非常低，多數是用割灌機（人工半機械化），檸條收獲機種類和數量也很少，無法保證平茬作業質量，不能滿足檸條生長特性。目前，國內外暫時還沒有出現對檸條聯合收獲機成型機械的報道。因此，發展檸條聯合收獲刻不容緩、勢在必行，可保護生態環境、助推畜牧養殖業的發展，對推動新興產業的發展顯得尤為重要。

1 國內關鍵設備技術研究現狀

檸條聯合收獲機具有能夠一次性切割、輸送、揉絲（搓）、收集、打包等功能的機械設備。20 世紀中后期，我國才開始對檸條收機進行研究，由于起步晚，所以現在研究水平停留在仿制水平基礎上。產品質量差、性能不完善、品種單一、生產廠家少[2]。國內具有代表性聯合作業的檸條機有4MG-200 型灌木收獲機和4G-2 型自走式灌木平茬多功能收割機。

1.1 切割器的研究

切割器是檸條收獲機關鍵工作部件，切割是平茬、收獲的關鍵環節。切割器好壞直接影響著檸條切割質量。檸條割茬要求一次性切斷，切割后端面為光滑圓形或橢圓形，不能有撕裂、燒焦現象發生。經實地調查，現在收割檸條的方式相當落后，有的地方還采用人工作業，即用砍刀等農用工具用力將枝條砍斷。這種方式影響其正常生長，目前市場上應用較多的檸條切割器類型主要是圓盤鋸齒式割刀、甩刀式、往復（剪切） 式。割臺割刀組合型式有重疊式、反復式、單圓盤等。具有典型代表研究如下。

山西農業大學郭玉明教授等人對割臺仿形和割刀齒形、材料、大小等進行了大量研究和試驗驗證，針對檸條莖根粗細不同應用不同大小、厚度、材料、齒形的切割器，對檸條切割器研究的比較全面。所生產設計的4GN-1600E 型檸條收割機，是把檸條切割到機具一側的地面上，是山西省唯一具有仿形割臺功能的全液壓驅動的檸條收獲機，割臺由6 個直徑為400 mm 的圓盤鋸片兩兩重疊而成3 組，齒形為木工鋸齒，每個據片齒數為71 個。

4GN-1600E 型檸條收割機見圖1。

圖1 4GN-1600E 型檸條收割機

北京林業大學設計的5GZ-800 型自行手扶式灌木平茬機[3]，通過對樣機試驗，確定了切割裝置結構尺寸和功率消耗。認為鋸片切割速度越高越好，檸條的拉毛、燒焦、劈裂情況發生越少，切割器結構設計與檸條根部形成的沙包相適應。切割寬度與檸條直徑相一致。采用多鋸片（3 個） 的方式切割，轉速2 900～3 200 r/min[4]，直徑305 mm，厚度2 mm，齒數72 和80。平茬效果好，鋸齒線速度為46.3～51.1 m/s，劈茬率為1.6%。

馬永康[5]對檸條切割機理及收割機切割器進行了研究和設計，結合圓盤鋸片型切割器和回轉式甩刀切割器切割檸條時的優點，設計時綜合利弊，提出了一種新型的復合式切割器（已獲實用型專利）。該切割器結構形式為一個圓盤形刀體，周圍聯結6～8 片斜扇形動刀片，刃口上有與徑向成45°角的斜齒。齒間距為2 mm，齒深0.5 mm，外圓弧半徑245 mm，內圓弧半徑160 mm，厚6 mm，扇形角度60°，刀盤直徑600 mm，動刀片厚度6 mm，材料為65 Mn 調質處理，刃口高頻淬火，硬度為HRC6～65。通過對切割器機理理論研究和大量試驗證明，該復合式切割器具有工作阻力小、自磨刃、使用壽命長等特點，能夠適應檸條平茬、收割需要。

內蒙古4G-2 型自走式灌木平茬多功能收獲機，具有切割、輸送、揉搓、收集功能，是山西省主要應用的機型之一。該機在性能上還不完善，但目前對農民起到了一定的作用。該機切割器由2 片鋸齒形鋸片和圓盤周圍固定的4 個甩刀組成，直徑860 mm，甩刀寬度70 mm，甩刀厚度10 mm，甩刀線速度大于65 m/s，割幅2 000 mm，鋸盤傾角9°。

內蒙古農業大學使用DG-2 型割灌機進行割臺試驗，通過統計分析，建立回歸方程，優化圓盤曲線形割刀的參數，設計了一款圓盤割刀。指出割刀在工作過程中不僅與機器的前進速度和割刀轉速有關，還與割刀的質量與割幅有關。綜合考濾，設計直徑為200 mm，割刀的刀片個數為15 個，刀片間距為7 mm，厚度2 mm，材料65 Mn，機器前進速度0.2 m/s，轉速為4 870 r/min。

1.2 仿形機構的研究

福建師范大學研制了一種新型仿形收割設備，該設備能夠根據不同地形對切割器的姿態進行調整。割臺具有橫向仿形機構和縱向仿形機構等特點。橫向仿形機構比較好實現，割臺遇到障礙物時會自動抬起，實現大角度翻轉。設計采用圓錐齒輪傳動，依據行星齒輪結構原理達到仿形目的。由于側向傳動復雜，縱向仿形機構比較難實現，采用雙萬向聯軸節傳動系統，利用萬向聯軸節的傳動特性能夠保證縱向仿形時動力傳動順利。

1.3 動力方面的研究

經權威機構的檢索，目前主要檸條平茬機主要動力有[6]：①小型便攜式收割機，功率一般為1.5～2.0 kW；②以小型汽油機為動力的收割機機，功率≤1.84 kW。此類型工作頭多為橫截圓鋸片；③以小四輪拖拉機作為配套動力的收割機，如大同研制的9GN-1.2 型檸條機收割機；④以中型拖拉機為動力的收割機，功率在22.06～44.12 kW，如2GP-100 型收割機；⑤自走式檸條收割機，該類機械具有收割、輸送、拋送、收集等多功能作業工序，這類機型發動機底盤自行設計，配套動力往往≥58.8 kW，如4G-2 型自走式多功能收割機。

2 國外裝備發展現狀

20 世紀后期，加拿大、德國、英國等發達國家，檸條收獲機技術比較完善，機具品種齊全，形成系列產品，在割、摟、捆、裝、運輸等方面研究比較成熟。大型拖拉機液壓驅動，切割檸條直徑達100 mm，這些國家的研制的灌木機械技術比較完善，機具品種比較齊全，結構、技術性能指標至今沒有大的變化，只是在操作舒適度和智能仿形的應用方面有所改進。在研究既能收割檸條，又能把檸條用輸送帶輸送到一側定向擺入的收割機領域還屬于空白。

3 存在問題

近年來，畜牧產業的高速發展，檸條飼料供不應求，由于檸條機械化程度不高，成為檸條生產利用環節的“瓶頸”。制約著檸條不能及時收獲，使環境和社會經濟效益受到了很大影響。

3.1 切割質量不高

切割器是收獲機關鍵部件，如果切割器的切割質量不高，不僅直接影響著收獲的質量，還會對檸條的次年生長發育受到很大的影響。目前，機型收割后，出現撕裂、燒焦現象，甚至有漏割發生、割刀易磨損等現象。

切割割茬效果見圖2。

圖2 切割割茬效果

3.2 機械化程度不高

目前，市場上應用的檸條作業機械大部分是檸條平茬和收割機，收割機的收割效率也很低，作業時出現的問題很多。缺少成熟聯合收獲機，能一次作業實現收割、強制喂入切碎、集裝、液壓自動翻轉卸料、打包成熟機型還是空白。農民大部分是半機化收割檸條，檸條撿拾仍然由人工來完成。

3.3 功能不全

由于檸條帶刺，人工不易直接接觸，現有的機具割茬后將檸條收集在收集箱，然后倒入地頭，再由人工裝入另外一個運輸車，應增加打包裝置、提高工作效率。

3.4 配套動力不足

檸條韌性大，切割截面光滑圓形或橢圓形，不能有撕裂。要求割刀要有很高的線速度，消耗動力會更佳，目前機型配套動力全不足，造成切割不符合要求，甚至是造成堵塞的主要原因，導致不能正常進行田間作業。因此，設計時要充分估算各部件動力消耗，動力分配要合理。

4 市場前景分析

以自走式多功能檸條收獲機為例，按山西省檸條面積約633.33 khm2計算，根據有關部門和專家預測，年需求量為1 200 臺左右，實現工業產值2.8 億元；自走式檸條收獲機具有一次性完成切割、輸送、切碎、拋送、裝車的功能，具有較強的競爭力，市場前景十分廣闊。

5 結語

面對日益成熟的檸條產業化市場，政府有關部門的重視和廣大農民認識的提高，檸條的種植面積逐年增加。檸條聯合收獲機設備機械化程度卻不高，缺乏可靠的機械作業機具作保護。檸條聯合收獲機已成為制約檸條種植面積擴大和資源利用瓶頸，檸條聯合收獲機的機械作業已經成為亟需解決的問題。