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多功能固沙集成技术装备创制与应用
2018-08-20
“多功能固沙集成技术装备创制与应用”成果将现代装备技术应用于工程治沙和生物治沙，创制了快速规模化作业工艺，形成了多功能治沙装备体系，进行了高效治理沙漠、沙地及流动沙丘的规模化推广示范。研究集成开发了机电液一体、并联复合执行系统、智能控制等高新技术，使装备能针对不同的沙漠地形快速铺设出多种规格草沙障，不但能够有效阻沙与驻沙，减少沙丘流动，保护村镇、保障公路铁路能源设施，并且在此基础上能够快速创造出适合植物生存要求的最低环境，然后通过人工降雨、飞播、喷播集成作业，进行生物植物治理，在大规模快速治理工作中形成了大面积立体综合治沙的效果，提高了固沙效率，降低了工程治沙成本，遏制了水分蒸发，达到了植被快速恢复的目标。经过近十年的推广应用，取得了重大经济、社会和生态效益。
该项成果主持完成单位为北京林业大学，甘肃省建设投资（控股）集团总公司参与完成。依托项目成果发表论文49 篇。2018年5月7日，“多功能固沙集成技术装备创制与应用”成果通过了专家评审并获得较高评价。
一、主要技术成果
通过对沙漠化发生、发展规律与国内外防风固沙技术的深入研究，将工程装备和信息技术与多功能治沙方法结合，研发了现代化多功能固沙装备。研究攻克了沙地力学、自适应控制等技术难点，实现了草方格沙障快速铺设、灌木平茬和大功率草种喷播和底盘高通过性等多种作业功能，集成创制了多功能固沙车。通过试验和推广示范，揭示了快速固沙技术、工艺的可行性和必要性，推动了工程装备治沙行业的科技进步，对荒漠化生态恢复和环境治理产生了巨大的影响。
设计开发了以装备快速实施机械化固沙的核心技术，构建了防风固沙的装备技术体系。自主研发了全液压驱动的散草、草帘整理输送轧植自动装置，创建了沙面自动随动控制和沙障自适应插植作业控制系统。
同时，针对多尺寸度沙障固沙性能和装备沙地通过性研究发表了学术研究论文，取得大量的理论与技术研究成果，支撑了整车设计和作业信息化及智能化控制技术研发，创制了多功能立体固沙车。
自主研发的多功能立体固沙车作业装置包括：自动控制、随动与监控系统的大功率高性能自走式沙地仿生四轮驱动底盘，爬坡能力达到20°；纵横向散草快速分、剪、输送机械系统；高效草方格铺设的摆动和双向旋转步进式横向散草、苗条插入并联机构装置；多液态草种喷播机械系统；6自由度灌木平茬用自适应摆臂割灌平茬装置。
多功能立体固沙车草方格沙障铺设效率为5 600平方米/小时，割灌平茬2 860平方米/小时，喷播效率9.2公顷/小时，苗条栽植效率2 000株/小时。
二、多功能立体固沙车作业平台、工艺与功能体系的创新点
1．通过对“数字沙障”理论的深入研究，优化选择配置了草沙障及插条、播种的自动控制参数，确定了作业系统的散草量、插植速度、草障高度连续调节的作业工艺参数控制系统，以及适应典型沙化地形的随动控制系统。
2．研发了自走式沙地仿生四轮驱动大型底盘，实现了大范围、实用化的沙地机械化作业。
3．研制了全液压驱动比例控制的机械化草方格铺设摆动和双向旋转步进式横向散草、苗条插入并联机构和纵向插植草沙障装置。
4．开发了监控整车状态、作业装置及动力系统状态的车载信息管理软件系统。
5．创制了车速和地面起伏随动的地形适应性控制方法与执行装置。
6．整机系统突破了自行随动监控、快速分剪输送、摆线步进插入等多个关键技术研究难点，充分体现多功能立体固沙车的集成创新性和高新、高效、节能降耗以及一机多用的特点，并在沙化程度不同的示范基地进行了快速多功能治沙作业与示范。
三、应用推广及效益情况
北京林业大学和甘肃省甘肃建投新能源科技股份公司合作，2014年共同成立了甘肃建投武威治沙装备制造中心、工程与生物治沙装备研究院，2017年取得10.2万亩的工程与生物治沙装备试验基地，2018年又签订了300万亩的治沙任务。批量生产制造的机械化固沙装备在试验基地进行机械化治沙试验和部分沙区生态产业园固沙实验，取得良好效果。该基地于2017年10月被列为全国荒漠化防治（机械治沙工程）试验示范基地。同时，继续研发系列化固沙装备，组织实施了祁连山“山水林田湖”北部防风固沙项目、甘肃建投凉州区机械治沙示范项目、民勤县机械治沙示范项目和古浪县机械治沙示范项目等。在甘肃武威治沙装备制造中心建成两条装备生产线，年产量可达到5 000台，年产值达8亿元。
北京林业大学还与呼伦贝尔市治沙办、呼伦贝尔大地科技公司合作开展了规模化工程固沙实验。在内蒙古自治区呼伦贝尔市陈旗赫尔洪德建立防风固沙基地。机械装备固沙新装备、新工艺和新技术的使用推广，推动了呼伦贝尔地区治沙的技术进步，对呼伦贝尔沙带治理起到了积极的推动作用。
在华北沙尘暴发源地之一浑善达克沙地，内蒙古锡林郭勒盟蓝旗、正镶白旗实施了“重度沙化区域综合集成防沙治沙技术”应用与示范项目，建立工程化立体综合治沙示范区，固定流动沙丘4 400多亩。针对内蒙古浑善达克沙地的防风固沙基地，签订了“重度沙化区域综合集成防沙治沙技术”应用与示范项目土地（沙地）使用（租用）与合作协议。
采用技术装备快速铺设各种沙障，不仅能有效减少沙地的沙害侵蚀，保障公路铁路、厂矿、能源设施安全，并且通过草沙障产生适合植物生存最低要求的环境，在治沙工作上能达到事半功倍的效果，克服人力治沙效率不足的关键问题。该成果解决了快速固沙的沙障质量及劳动力矛盾，提高了固沙的效率，以机械化、智能化和信息化为特点达到了快速防治沙害的目标，具有重大的应用价值，市场潜力巨大。
