沙柳平茬机研究现状及发展方向

王红红， 王 欣

(内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特，010018)

综 述

沙柳平茬机研究现状及发展方向

王红红， 王 欣*

(内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特，010018)

介绍了国内外沙柳平茬机的发展现状，分析了该机的国内市场前景。

平茬机；沙柳；发展趋势

沙柳为杨柳科柳属落叶丛生灌木，主要分布在内蒙古、陕西、宁夏等地，仅鄂尔多斯沙柳林面积就达44.32万hm2。对鄂尔多斯红庆河镇的调查表明沙柳的平茬仍以人工为主，由于劳动强度大收益低，农民近几年几乎不对沙柳进行平茬。然而，沙柳需3～5年平茬复壮一次，不及时平茬沙柳就会自然枯死。据不完全统计，仅鄂尔多斯就有50%沙柳由于平茬不及时而退化枯死，因此急需高效智能的平茬沙柳机械装备。

1 国内沙柳平茬机发展现状

建国以来，为防止沙尘暴恶化，国家投巨资通过人工和飞播的方式种植了大面积的沙柳等灌木。由于平茬机械水平低，主要是人工用撅头、砍刀来平茬沙柳，不能完成大规模大面积的平茬，导致相当一部分沙柳已进入枯死期。我国于20世纪60年代开始进行割灌机械的研究[1]，由于沙柳植物学的特殊性，大多数割灌机不能满足平茬沙柳的要求。

2001年，杨占明[2]研制出灌木平茬机，该机以拖拉机为动力源，前端装变速箱，变速箱输出轴上安装锯片，可以实现对沙柳的平茬。2004年，李少春等[3]设计出手推式灌木平茬机，可以对较为复杂地形的沙柳进行平茬，与人工相比效率提高15～20倍。2006年，刘志刚等[4]将沙柳等灌木平茬机安装在挖掘机或装载机上，利用挖掘机的液压缸调整该平茬机对地面进行仿型完成平茬作业；2007年，刘志刚等[5]研制出冲铲式灌木平茬机，该机能够对平坦地面、斜坡、沙丘上生长的沙柳进行平茬。同年，刑国英等[6]研制出侧牵引灌木平茬机，该机以拖拉机的柴油机为动力源，安装在拖拉机后侧面对灌木进行平茬，平茬切口平整，毛茬少，不产生焦糊状茬口，如图1所示；2008年，史占胜[7]研制的灌木平茬机通过机械臂带动刀架上的刀头对沙柳等灌木进行砍伐，该机适用于沙地和丘陵等特殊地表环境的平茬，平茬效率较高；2009年，杜广才等[8]设计出手扶式平茬机，该机适用于沙丘、草地等特殊地理环境的平茬作业，扭力大、切割效率高，如图2所示；2010年，刘志刚等[9]设计出通过驱动底盘上液压臂来带动收割部件两个刀片对灌木根部进行水平切割的灌木平茬机；同年，刘志刚等[10]研制出9GZ-1.0自走式沙柳平茬机，如图3所示；2011年，中国农业机械化科学研究院生物质能工程技术研究中心开始对自走式沙柳联合收获机进行设计[11]；2014年，韩瑞娟、安珍等[12]设计出以四轮车为动力输出机械的沙柳平茬机，四轮车输出的动力传递到链条刀，链条刀旋转实现对沙柳的平茬切削；2015年，榆阳市农业机械专家经过一年多的时间，研制出适用于榆阳沙漠地形地貌的自走式沙柳割灌机，该割灌机每小时可以割灌5～10亩[13-14]，如图4所示。

图1 侧牵引灌木平茬机

图2 手扶式平茬机

图3 9GZ-1.0型自走式灌木平茬机

图4 自走式沙柳割灌机

我国沙柳平茬机械的研究虽然取得了一定进展，但在平茬中还存在许多问题，如平茬后沙柳条散乱，沙柳打捆难，工作量大等。为实现沙柳平茬机的联合作业及智能化，内蒙古农业大学王红红和王欣等人已开始研究集沙柳平茬和打捆于一体的联合机械。

2 国外沙柳平茬机的发展现状

国外对割灌机的研究起步于20世纪50年代，经过半个多世纪的发展，欧美、日本等发达国家的割灌机生产、研发技术已经相当成熟，割灌机早已成为其家庭必备机具。国外的林业机械设备在功能上都可以用来平茬沙柳，如21世纪初美国机械师公司(D&M Machine Division，Inc.)研制的Slashbuster系列铣削式灌木切割机，目前仍是较先进的高效多功能营林割灌设备[15]，如图5所示。巴西的液压臂式割灌机可以对灌木丛和树枝进行清除，液压臂可根据不同地形进行升降，对土壤表面有一定的保护作用[16]，如图6所示。Jarraff公司生产的Geo-Boy系列割灌机，遇到特殊的地形时可以选择更换不同的刀具，该系列割灌机可以切割的最大灌木直径为11英尺[17]。巴西研发了采用悬挂式设计的新型灌木切碎机((Bush chopper)，该机作业半径可达2 m，工作时切碎机利用圆盘刀将灌木切断，然后由垂直的螺旋刀片将切断的灌木切成碎片[18]。虽然国外的割灌(平茬)机技术较先进，但也没有适合我国沙柳生长特点以及特殊地形的机械设备。

图5 TL460型营林割灌机

图6 Geo-Boy切割机

3 沙柳平茬机的市场前景

据统计，仅内蒙古自治区东胜市和陕西榆林地区每年就可得沙柳近200万t。较嫩的沙柳可以作为生产饲料，生长3年以上的沙柳既可以作为生产纤维板、刨花板的原料，也可以粉碎后作为生物质发电的原料，若将沙柳磨成纤维状可以制备沙柳活性炭作为吸附剂使用，还可以对沙柳进行加工处理生产防腐剂。

综合考虑沙柳资源带来的效益及沙柳平茬对我国治理土地沙漠化的作用，经济适用的沙柳平茬机在我国具有广泛的市场前景，每年沙柳平茬机的需求量近10万台。

4 沙柳平茬机的未来发展趋势

随着计算机技术、机器人技术、传感器技术的不断发展，无论是中国制造2025，还是美国的工业互联网，德国的工业4.0，日本的社会5.0，目标都是建设一个超智慧社会。目前机器人技术已经全面进入工业、农业以及林业的各个领域，采用模糊、神经网络等智能控制的机器人应用也很普遍，但由于林业作业自然条件多变，目前国内外尚未研制出一机多用、适合于林业作业的机器人。开发一种智能沙柳平茬机器人，实现智能化、机械化平茬作业将是未来平茬机的发展方向。

[1] 范利海，傅万四.我国灌木收割平茬机械发展现状调杳分析[J].木材加工机械，2010，21(6)：30-32.

[2] 杨占明.灌木平茬机[P].中国专利：ZL01225588.2.

[3] 李少春，和文玉.灌木平茬机[P].中国专利：ZL200420013623.4.

[4] 刘志刚，刘贵林，王振华，等.灌木平茬机[P].中国专利：ZL200620156957.6.

[5] 刘志刚，刘贵林.冲铲式灌木平茬机[P].中国专利：ZL200720182124.1.

[6] 邢国英，孙宏志.侧牵引灌木平茬机[P].中国专利：ZL200720147140.7.

[7] 史占胜.灌木平茬机[P].中国专利：ZL200820175667.5.

[8] 杜广才，杜书文，刘伟峰，等.手扶式平茬机[P].中国专利：200920170910.9.

[9] 刘志刚，郝兴玉，张宁.灌木收割机[P].中国专利：201020176727.2.

[10] 刘志刚，王德成，郝兴玉，等.自走式灌木平茬机设计与试验[J].农业机械学报，2010(9)：94-98.

[11] 闰希，宇丁学谊，邱灶，等.自走式沙柳联合收获机设计和分析[J].农业机械，2011(4).

[12] 韩瑞娟，安珍.沙柳平茬机的设计[J].中国农机化学报，2014，35(1).

[13] 王红红，王欣.割灌机研究现状及未来发展趋势[J].林业机械与木工设备，2016(12)：4-6.

[14] 杨春梅，郭明慧，马岩，等.步行割灌机行走部分结构设计与研究[J].森林工程，2016，32(5)：48-54.

[15] 王执煜，齐永峰，徐文国.美国铣削式营林割灌机在我国应用的可行性分析[J].林业机械与木工设备 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.

(责任编辑 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

王红红(1990-)，男，安徽阜南人，硕士研究生，研究方向为林业机械，E-mail：1162907877@qq.com。

*通讯作者：王 欣(1969-)，女，副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事木材科学与技术的研究。

S776.31

A

2095-2953(2017)03-0013-03