柠条智能收获制粒装备技术现状及发展趋势

韩葆颖

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030002）

豆科锦鸡儿属植物——柠条（Caragana intermedia）又称毛条、白柠条，是内蒙古、陕西、宁夏、甘肃等省，以及山西省晋西北地区、大同地区分布最广的灌木树种[1]，是一种主根入土较深、根系特别发达的用于荒山绿化、固定沙质土壤的植物，一般在干旱、寒凉、荒漠的草原地带生长，尤其我国西北、华北、东北西部等黄土高原一带的广泛种植，成为水土保持和固沙造林的重要树种，充分发挥出防风固沙、水土保持等作用[2]。

牛西午[3]对柠条的生物学特性进行了研究，结果表明，柠条茎叶中的营养物质含量极为丰富，其枝、叶、花、果实也都富含营养，地上部分赖氨酸含量（7.01 mg/g干物质） 比脱水苜蓿（600 mg/g干物质）高，与常用的饲草和玉米秸秆相比，柠条的营养价值更高，如果是开花期的鲜柠条，其干物质含量为粗蛋白14.2%，粗脂肪3.7%，粗灰分5.6%，粗纤维39.6%，无氮浸出物31.4%，因此可作为良好的饲草来源。以一只体重为27 kg的羊为例，根据育肥羔羊的营养标准（美国NRC），如果每天采食自然风干的鲜柠条0.89 kg，能使其日增重达到159 g，由于柠条在一年四季都可放牧利用，特别是在“黑白灾”时期，即冬春枯草季节和遇特大干旱或大雪的时候，柠条更是被称为“救命草”[4]，成为羊、鹿、骆驼等牲畜的绝好饲料。

近年来，随着柠条的饲料化利用程度逐年提高，柠条的加工利用已发展成为一种新型产业，其推广应用可减少饲喂牛、羊等牲畜时粮食消耗量的20%，且具高营养、低成本、易加工等优势，但是在柠条机械化收获时，大多选用割灌机割倒，由于采用人工收集，劳动强度较大，柠条饲料的生产效率较低[5]。因此，研究一次性完成切割、输送、粉碎、抛送收集等多项作业的联合收获技术及研制相应机型，将推动柠条加工产业的发展，对保护生态环境也具有积极意义。

1 柠条收获技术现状和发展趋势

1.1 国内外柠条收获技术现状

1.1.1 国外柠条收获技术现状

国外在柠条收获方面主要采用灌木平茬机，是一种以能源型灌木林为作业对象的装备，由于在美国、加拿大、德国、英国等发达国家，灌木大都种植在平整土地，且柠条的品种经过精心选育，茎秆的粗细均匀、直径较大，呈直立向上的生长方向，旁生枝较少，长势基本一致，因此这些机具收获柠条时主要对柠条进行割断、铺放作业技术，没有粉碎和收集的功能。

1.1.2 我国柠条收获技术现状

我国柠条一般种植在野外的丘陵、沙地等地带，以防风固沙为目的，与国外的灌木品种不同，大多数呈半圆状，旁支较多，由于没采用机械化种植，柠条的外形与国外的差异较大，利用国外成熟的灌木平茬机械进行收获时，达不到我国柠条联合收获的要求。张本源[6]在智能化柠条平茬收获机设计时调研发现，手持式割草机、拖拉机配套的圆盘式收割机（分为前置和侧置2种）是近年来柠条平茬作业主要采用的装备，而从2012年开始，单一的切割作业已开始向切割、粉碎、输送、抛送、收集（打包）等柠条平茬收获联合作业方向发展。

1.2 柠条联合收获机技术发展趋势

在柠条联合收获生产应用实践中，国内外现有的柠条机械化联合收获技术日趋成熟，能够实现一次性完成柠条收获，如切割、输送、揉丝（搓）、收集（打包）等功能，但在联合收获作业综合性能方面，仍需进行技术整合，形成一套柠条联合收获装备，表现出技术成熟、性能可靠、作业稳定的性能，从而使柠条收获机技术更加完善，机具品种更加齐全，在割、楼、捆、装、运输等方面形成系列产品。

1.2.1 研发整机配套技术

柠条联合收获机，一般是利用已有的作物收获机改造而成，针对收获柠条存在一些先天性缺陷。因此，在设计柠条联合收获机时，可以采取试验选型和改进研制2种方法相结合的方式。在整机方面，张小刚[7]在柠条制粒机械研制技术路线及方案探讨中研究认为，应吸收国内外现有及最新机型技术特点，研发了一种新型智能化柠条联合收获装备，其功能更加完善、操作更加方便，且利于柠条的产业化发展，且综合考虑了各环节的紧密衔接，如底盘、割台、输送、粉碎、抛送收集（打包）等的作业功能相互配套。

1.2.2 完善智能化控制技术

以4LN-2000型自走式柠条联合收获机为例，该机由山西省农机发展中心与中国农机研究院生物质能研究所共同研发，采用了智能化控制技术——DSP的满负荷喂入与行走速度匹配，使底盘发挥最大的功能，支撑整机全部负载和完成行走任务，兼顾了行走速度与割刀运转速度的匹配，解决了普通联合收割机的底盘不能解决的问题，今后若采用行走无级变速器，以及自动化程度较高的液压行走系统，将大幅度提升柠条收获的作业效率和作业质量。

1.2.3 优化设计切割技术

圆盘切割器或甩刀式切割器是现有柠条联合收获机切割主要采用的技术，呈水平设置，中间的间隙为20～50 mm，切割柠条时，极易造成漏割。如果采用锯切原理，将柠条联合收获机上的切割器设计成双圆锯盘交错排列，即1 000 mm以上的大直径、重叠量不低于20 mm的无支撑切割，此时锯盘的锯尖线速度达40 m/s以上[8]。此外，若要提高锯齿耐磨度、延长刀片使用寿命、降低能耗，则要将刃口喷涂硬质合金等特殊处理。

1.2.4 充分利用仿形技术

柠条一般适宜生长在丘陵、沙地，在生长期间，由于土壤自然沉积，即使在平地种植的柠条，其根部也会有沙土包出现，这对切割器提出了新要求，不仅要锋利，而且要能够根据沙土包的外形进行仿形切割，以使平茬高度保持一致。据了解，山西农业大学研制的柠条平茬机已设计并研制出仿形机构（采用液压控制，具有横向和纵向仿形功能，但是不能实现联合作业），为满足各种地形柠条的联合收获作业，可以应用到柠条联合收获机上，从而提高机具的作业性能。

1.3 柠条饲料制粒现状

柠条草粉粗纤维含量较高，若将柠条草粉作为饲料，必须要考虑其适口性、消化率和利用率。为了使柠条饲料满足不同畜禽的不同生育期对营养的需要，促进畜禽体内的氧化作用和消化作用，进而提高其转化率[9]，就需要采用体外酶解法，即在柠条草粉中直接加入酶制剂，如纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶等，从而有效减少畜禽的胃肠疾病，提高免疫力和抵抗疾病的能力。添加时，某一种酶制剂或几种酶制剂混合添加均可，纤维素酶等酶制剂的添加量一般为0.1%～0.3%[10]。目前，市场上销售的国产酶制剂有多种，包括多酶宝、采禾秸秆发酵剂和鸿龙复合酶制剂等，一般添加量为0.1%～0.3%（1～3 kg/t），零售价为10元/kg左右，一般柠条草粉添加酶制剂后，其加工成本仅增加1.0～3.0元/t，对柠条草粉售价影响较小。此外，加入适量含黄腐酸60%的腐植酸钠的效果更佳[11]。

2 柠条饲料机械化加工技术现状

虽然，柠条枝条枝叶的营养价值较高，但是存在收获量大、枝条韧性好、含水率高，加工难度大等问题，从而明确了柠条加工工艺的研究方向。

2.1 柠条饲料加工技术的推广和应用

目前，我国柠条的深加工技术还处于起步阶段，柠条饲料加工装备主要利用现有的机械，如切草机、秸秆粉碎机、揉搓机等，难以保证柠条产品的质量，更无法提高生产效率。同时，柠条综合利用技术不够完善，相关加工设备的研究尚未启动，还存在产品种类较少、加工能力不够、加工设备不成熟、设备的自动化程度低等问题，尚处于小范围试验阶段。近几年，山西省对柠条饲料草粉加工工艺进行了研究，还对柠条草粉颗粒饲料加工工艺进行优化设计，从而改善了饲料的适口性，提高牲畜消化率，更加大了在生物质能研究方面的投入[12]。

2.2 柠条饲料草粉加工工艺试验结论

研究发现，由于柠条的生长特性，平茬时产生了大量柠条枝叶，解决该问题需要将柠条进行加工处理，即通过物理、化学的方式改变其形状，并调制其营养成分，改进柠条饲料加工工艺，促进柠条饲料产业化，以满足养殖业对柠条饲料的需求。

2.2.1 切断、压扁、揉搓、粉碎工艺

为了实现柠条的一次性加工工艺，需要连续完成切断、压扁、揉搓、粉碎4步工艺，采用9CF-60型柠条饲草破碎机，试验时配套动力33 kW，生产效率可达1 000 kg/h，用工1人，实际减少用工1～2人，生产效率提高1倍[13]；在相同的草粉细度要求下，灌木切断机由中国农机院内蒙古呼和浩特分院生产，饲草粉碎机由山西信成源饲料装备科技有限公司生产，配套动力均为18.5 kW，生产效率为300～500 kg/h，用工 2～3 人。2.2.2 柠条颗粒饲料加工工艺

试验证明，柠条颗粒饲料可由柠条草粉加工制成，实现了柠条草粉的长途运输，从而有效延长了柠条的贮藏时间，节省了仓储空间；在柠条全日粮颗粒饲料的饲喂方面，通过添加10%，20%柠条草粉，大大简化了饲喂方式，节约人工成本，柠条颗粒饲料可以满足羊不同生长期的营养需求，提高了羊肉品质。因此，采用纯柠条颗粒饲料饲喂牲畜，其养殖的效果优于秸秆颗粒饲料。

2.2.3 酶制剂加工工艺

尽管酶制剂的相关试验较为单一，但是研究发现酶制剂有许多作用，不仅改善柠条的适口性，还可增加柠条的营养物质，从而提升饲料产品品质，具有极其重大的意义。

3 结语

充分利用柠条的生态资源优势，并将其有效转化为经济优势，需建立并完善其产业化开发模式，将研发、生产、加工、销售融为一体，研制出适合更加推广的柠条平茬机具，智能化、大型化的柠条加工转化装备，进一步提升作业能力；在柠条机械化平茬作业补贴项目的实施过程中，加强柠条机械平茬技术培训，并进行室外演示；深入研究柠条生物学特性，研制柠条平茬的关键零部件；采用适宜的加工调制方法，确保饲料的质量（幼嫩度）和利用率；与各大院校联合，展开柠条平茬机械、粉碎机械、制粒机械技术性能，以及使用效果等方面的研究，为柠条的加工利用提供借鉴。