果园枝条粉碎机的研究现状与发展对策

摘要 果园枝条粉碎机是实现果园全程机械化的关键机具，对果树枝条资源化利用以及生态环境保护有着重要意义。简述了国内外枝条粉碎机的研究现状与发展，分析了我国果园枝条粉碎机发展中存在的问题，提出果园枝条粉碎机的发展对策及建议，为果园枝条粉碎机的发展提供参考。

关键词 果园;枝条粉碎机械;现状;发展

中图分类号 S 22  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）16-0148-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.16.038

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Status and Development Countermeasures of Orchard Branch Crusher

HE Lei1，2， WANG Qiang2， ZHOU Yan1 et al

（1.Mechanical Equipment Research Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences，Shihezi，Xinjiang 832000;2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832000）

Abstract Orchard branch crusher is the key equipment to realize the whole process mechanization of orchard.It is of great significance to the resource utilization of fruit tree branches and the protection of ecological environment.This paper briefly described the research status and development of branch crusher at home and abroad， analyzed the problems existing in the development of orchard branch crusher in China， and put forward the development countermeasures and suggestions of orchard branch crusher， so as to provide reference for the development of orchard branch crusher.

Key words Orchards;Branch crushing machinery;Present situation;Development

我国果园种植面积约有1 116.8万hm2[1]，每年因修剪和更新换代而产生的废弃枝条最高可达800万t[2]。现有的废弃枝条处理方式多为堆放田间路边或拢堆焚烧，造成资源浪费和环境污染[3]。废弃枝条的再利用主要有制作成固体燃料、有机肥、食用菌培养皿、代替木材作为人造板原料、生产液态油和轻质气体等[2]。无论哪种方式，都要先将废弃枝条进行粉碎处理。目前，国内外已经研制了多种结构形式的枝条粉碎机械，具有不同的结构特点。笔者对这些枝条粉碎机进行介绍，并归纳存在的问题及未来的发展趋势，以期为枝条粉碎机的研究提供参考。

1 国内外枝条粉碎机发展现状

1.1 国内应用的枝条粉碎机

我国果园多分布在丘陵地区，地势复杂多变，种植分布分散，规范程度低。大型的运输车很难进入果园，小型或者人工搬运，运输效率低，收集难度大。现有的大型枝条粉碎机和固定式枝条粉碎机难以高效率地完成果园粉碎工作[4-5]，因此利用移动式枝条粉碎机灵活、高效等特点能够解决上述存在的问题。

移动式枝条粉碎机主要分为自走式、悬挂式和牵引式。该研究介绍了几款国内的移动式枝条粉碎机械产品：

（1）自走式。

浙江省农业机械研究院王涛等[6]研制的丘陵山区果树枝条粉碎机用行走和粉碎相互独立的双汽油机作为动力（图1）。行走部分设有高速档和低速档各三前进一后退总共8个挡位，可以满足不同果园所需的作业速度。双离合的机构，可以使行走转弯更加灵活方便。粉碎装置采用直刃滚筒结构，选用11 kW汽油机作为粉碎动力，生产能力达823 kg/h，吨料油耗2.62 kg。最大粉碎枝条的直径100 mm，粉碎后小于50 mm木屑的合格率为93.46%。

塔里木大学张洪洲等[7]研制的枣园残枝粉碎装置。采用自走、残枝的收集和粉碎以及碎枝还田的一体机构（图2）。工作时，将行走速度和粉碎转速等参数通过由单片机控制的调速系统进行设置，柴油机进行驱动前行;楔形板铲起地面修剪下来的残枝，通过逆时针转动的收集辊，将残枝送至履带，再由履带将其送至料斗内，经粉碎系统进行粉碎筛选后还田。该粉碎机在粉碎效果最佳的条件下作业速度可达1.5 km/h，但其转向需要由人工通过扶手实现。

自走式粉碎机主要采用电机、汽油机或者柴油机作为动力源，具有灵活、噪音小、功耗低、易适应于不同地形等特点，适合中小型果园的粉碎作业。

（2）悬挂式。

哈尔滨林业机械研究所牛晓华等[8]研制了一款3ZSX-20型树枝粉碎机（图3），该机采用拖拉机作为动力源，通过万向传动轴使一部分动力驱动粉碎装置，另一部分动力传至液压系统驱动进料辊的旋转，保证进料顺畅。与拖拉机的连接选用悬挂的方式，可使粉碎机运行更加安全。

中国热带农业科学院机械研究所李玲等[9]在传统单辊卧式粉碎还田机的基础上研制了1BHJ-100型双辊式菠萝叶粉碎还田机（图4）。该机采用三点悬挂式整机悬挂于73 kW及以上功率的拖拉机后。作业时，调整悬挂机器高度，拖拉机作为动力源带动刀辊高速旋转，将前刀辊切削和捡拾的叶杆传送至后刀辊所在的粉碎室，并将其粉碎还田。该机不仅改善了作业效果，减少了重复作业次数，还提高近1倍的作业效率。

大部分悬挂式粉碎机是通过三点悬挂方式与拖拉机挂接，通过液压系统控制升降，粉碎机可完全离开地面，重量全部由拖拉机承担，可在土壤阻力变化的情况下维持粉碎机的运行安全，但也有上述双辊式粉碎还田机末端安装地轮，以起到支撑机架及对地面仿形的作用。悬挂式粉碎机具有结构设计紧凑、重量轻、转弯半径小、牵引阻力小、工作可靠、操作方便、机动灵活、生产效率高等特点。

（3）牵引式。

南京林业大学钱春华[10]研制的一款牵引枝条粉碎机，由于果园枝条的修剪作业面积广，该机通常与果园修剪机一同作业，需要由拖车牵引移动作业。该粉碎机动力在30 kW以上，可粉碎直径200 mm以上的枝条。

东北林业大学唐硕[11]研制了移动式枝桠粉碎机，采用拖拉机牵引作为动力源，可粉碎10～100 mm枝条，粉碎后木质颗粒可达到5 mm以下，但整机体积较大，对于地形平整度要求高，不适宜进行山地果园粉碎作业。

中国农业机械化科学研究院赵俊等[4]设计研制了一款以ATmega16单片机为控制核心，可根据树枝的直径大小自动切换不同喂料速度的移动式树枝切碎机。该机可实时监测切碎负荷，负荷过大，机具自动停止，等机具恢复到正常负荷时，自动重启喂料，其控制系统的结构见图5。

该机底盘为移动式，可使用拖拉机牵引作业，整机配套功率60 kW。粉碎机构采用鼓式切削，切削直径最大180 mm，粉碎合格率为95.52%。

北京市农业机械研究所周雪青等[12]研制出双刀盘三喂入式树枝粉碎机，该机由拖拉机牵引移动，动力采用双电机提供。3个不同进料口即水平机械自动进料口，由辅助电机进行物料供给，主刀盘进行切削;倾斜自由进料口，由副刀盘进行切削;上开口进料，不进行切削，直接凭借重力落到锤打装置进行锤打粉碎（图6）。该双刀盘三喂入的设计可适应于不同材质和不同形状的枝条，但需要人工进行筛选喂料，增加了作业劳动强度。

牵引式枝条粉碎机就是通过牵引装置挂接在拖拉机后部，由拖拉机动力牵引完成粉碎作业，机器的重量均由行走轮承担。相比于悬挂式稳定性更好，对地面状况的适应性强，但机动灵活性差，转弯半径大。

1.2 国外应用的枝条粉碎机械

国外研制的相关机具大多用于街道和园林景观树枝的粉碎作业。其中具有代表性的几个产品：

荷兰DE WILD公司研制了一款GTS1300T型多功能移动式粉碎机[13]。该粉碎机可根据进料的不同，选择高、低2个出料口，采用汽油机作为粉碎动力源，功率4.5 kW，整机重量仅有210 kg，尺寸小巧，便于林中穿行作业（图7）。该公司还研制了一款移动式电机碎枝机[14]，采用2.2 kW高性能电机，强劲动力可直接将粉碎物通过出料口抛至指定的容器和车厢，使粉碎物回收更加方便。

德国Heizomat公司研制的HM系列移动式枝条切碎机[13]，其粉碎动力采用柴油发动机，行走机构选择履带底盘，动力强劲，爬坡能力强。该机采用鼓式的方式切碎，功率可达300 kW，最大可切碎直径800 mm的木料（图8）。同样是采用鼓式切碎方式由瑞典Brooks公司研制的805 CT ECO 型移动式树枝切碎机[6]，输入功率331 kW，切碎木料直径可达500 mm。

美国的bearcat公司制造的牵引式树枝粉碎机[15]，工作原理与国内牵引式树枝粉碎机相同。由于装有较大功率的电动机，其驱动功率可达45 kW，因此，较国内牵引式粉碎机粉碎枝条的直径范围更大，生产效率更高。整机具有运行平稳、振动小、噪音低等特点。

德国JENZ公司研制的HEM系列移动式粉碎机[4]，采用拖拉机牵引移动作业（图9）。该机采用双动力持续粉碎，切碎功率为74～450 kW，小功率时用拖拉机主轴作为动力输出，大功率时用自带的发电机作为动力输出，刀盘直径1 450 mm，拥有20片动刀，最大可粉碎直径1 000 mm的木料。

国外粉碎机的发展已经比较成熟，由于粉碎机械功率和体积偏大，价格昂贵，且零件更换难度大，维护成本高，不适合国内推广使用[16]。

2 我国果园枝条粉碎机存在的问题

（1）我国果树枝条粉碎机设备比较缺乏，大型粉碎机存在系统过于复杂，作业不稳定，噪声大，制造成本高等问题。而以电动机为动力源的小型粉碎机粉碎功率较低，续航能力差。以汽油机、柴油机等作为动力源的小型可移动粉碎机在国内研究较少，技术也不够成熟[17]。

（2）果园枝条粉碎机大都是人工捡拾、收集、喂料，增加劳动强度，并且喂入量不易控制，容易堵料。

（3）悬挂式粉碎机大都采用后悬挂的方式，拖拉机在行进时与树枝经常出现拖拽，导致捡拾装置出现空转或者堵塞的现象[14]。

3 果园枝条粉碎机的发展对策及建议

3.1  适于机械化作业的规范种植模式

国外的大多数果园采用标准化种植的现代大农业模式[18]。我国果园种植模式尚未统一[19]，应该加强果园标准化种植，以便于规范化管理。研制出适用于本土的粉碎机械，节省成本。

3.2 提高作业效率

需要提高枝条粉碎机的作业效率，高效率的粉碎机不仅体现在粉碎速度的快慢，还有粉碎直径的范围、粉碎枝条的种类、粉碎机的移动能力以及粉碎的稳定性等。

3.3 增加粉碎联合作业功能 枝条腐熟变成养分供给果树需要一段时间，且易滋生病害，不宜长期进行粉碎还田。可研制粉碎后用来收集或二次加工的联合机械，使枝条资源化利用[14]。枝条粉碎机可以与修剪机、喷药机、清扫机等机械联合作业，提高经济效益[20]。