自走式雜交構樹收割機設計及試驗

摘 要： 對雜交構樹（Broussonetia papyrifera）樹干下部的枝條進行切割特性試驗，測得其木質部剪切強度（4.98±0.52）MPa，韌皮部剪切強度（15.99±4.47）MPa。研究了基于ANSYS/LS-DYNA 模擬仿真鋸片切割雜交構樹枝條的動態過程，確定了3～5 km/h 作業行走速度下理論最佳切割線速度60 m/s，開發了適合雜交構樹低損平茬、工作割幅2 m 的雙圓盤鋸割臺。為解決收割過程中雜交構樹生物量不均勻引起的喂入負荷不均勻問題，設計開發了喂入負荷自動監控、行走作業速度自動匹配調控系統和智能控制裝置。試驗及性能測試表明，研制的自走式雜交構樹收割機能滿足作業速度根據喂入負荷自適應調控和低損平茬收割的要求。

關鍵詞：雜交構樹；蛋白飼料；收割機；機械化；自適應調控

中圖分類號：S225.99 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2023）07-0089-08

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.07.013

0 引言

我國是畜牧業大國，同時也是飼料原料特別是蛋白質飼料的需求大國，但飼料原料嚴重短缺，蛋白質飼料原料嚴重匱乏，蛋白質飼料自給率低下，主要粗蛋白飼料原料仍然依靠進口，直接影響到我國養殖業的發展[1]。因此，開發新型蛋白質飼料原料資源至關重要。中國工程院院士蔣劍春認為，發展林源飼料部分替代糧食飼料，能有效緩解飼料糧供需矛盾，推動農林牧高質量融合發展[2]。雜交構樹作為新型的蛋白飼料原料，在我國緩解蛋白飼料原料危機方面具有巨大潛力[3]。屠焰等[4] 對雜交構樹葉的營養成分進行詳細地分析后發現，雜交構樹葉的主要營養物質含量為粗蛋白質26.1%、粗脂肪5.2%、鈣3.4%、粗灰分15.4%、有機物84.6%、中性洗滌纖維15.87% 及酸性洗滌纖維12.99%。施海娜等[5] 認為，雜交構樹是一種富含蛋白質和礦物質的優質飼料原料，可以在草食動物日糧中應用。2004 年以來，我國20 多個省（市、自治區）先后開展了雜交構樹示范種植。2014 年12 月，國務院扶貧辦將雜交構樹列入國家10 大精準扶貧工程之一，通過“以樹代糧”緩解蛋白飼料原料不足，降低對糧食進口的依賴。2018 年2 月，農業部將構樹莖葉原料列入《飼料原料目錄》，2020 年9 月雜交構樹被我國納入健全飼草料供應體系新品種，把雜交構樹飼料資源高效利用提升為蛋白飼料安全的國家戰略[6]。因此，發展雜交構樹產業無論是促進畜牧生產、增加肉蛋奶供應，還是對于保障我國糧食安全、解決人畜爭糧問題都具有積極意義[7]。但雜交構樹機械化收割缺乏專用的設備，嚴重制約了雜交構樹飼料化產業的發展。而中國科學院植物研究所培育出的雜交構樹新品種，具有耐干旱、耐貧瘠、生長速度快、適應性廣、粗蛋白含量高及適口性好等特點，更適合機械化種植和收獲[1]。2021 年，中國科學院植物研究所牽頭，聯合中國農業機械化科學研究院集團有限公司等單位，承擔了“十三五”國家重點研發計劃“雜交構樹產業關鍵技術集成研究和與應用示范” 項目（2021YFD100103），本研究在該項目支持下，開展了雜交構樹收獲等關鍵技術裝備研發，為解決雜交構樹產業發展瓶頸提供技術裝備支撐。