小型高效根莖類中藥材收獲機的研制與試驗

來源：中國農業(yè)機械化信息網 作者：《當代農機》山西省農業(yè)機械發(fā)展中心  王五明

山西是中藥材資源大省，根莖類中藥材是山區(qū)、丘陵地區(qū)經濟作物的一部分，其藥效含量對于平原地區(qū)來說有無可替代的巨大優(yōu)勢。近年來，隨著農業(yè)結構調整的不斷深化，山西省把發(fā)展山西藥茶產業(yè)作為發(fā)展現(xiàn)代特色農業(yè)的重要抓手，各市、縣政府也結合實際積極推進藥茶產業(yè)發(fā)展。現(xiàn)已初步形成太行山、太岳山、恒山、呂梁山、晉南邊山丘陵山區(qū)等生態(tài)環(huán)境優(yōu)良的中藥材基地。長期以來，這些區(qū)域地理位置特殊，地形地貌復雜，氣候多樣，主要以種植黃芪、黃芩、黨參等根莖類藥材為主，農業(yè)生產條件相對較差，機械化水平低，收獲機械不成熟，收獲效率低、損失大，收獲機械適用性不強，可靠性較差。

目前，山區(qū)、丘陵地區(qū)機械化作業(yè)的拖拉機一般為33.08～40.43 kW，而市場上根莖類中藥材收獲機至少需要51.45 kW以上的拖拉機才能配套使用，且僅能解決山區(qū)一部分較大的地塊。山區(qū)的中藥材收獲很大程度上還依靠人工，人工挖掘用工成本占總種植成本的50%以上，人工挖掘的深度一般在20cm～30cm，一部分藥材不能被完整挖出，造成藥材浪費，減少了農民收入。隨著勞動力成本的不斷提高和農村青壯年勞力的短缺，研發(fā)針對丘陵山區(qū)的小型高效根莖類中藥材收獲機對于發(fā)展中藥材產業(yè)具有非常重大的意義。

1 研發(fā)的技術內容

1.1 機架結構的可靠性和合理性

機具在山區(qū)、丘陵地帶挖掘深度為40 cm時，由于犁頭入地較深，機具牽引阻力較大，容易使機架扭曲或者散架。機具采用整體側板、螺栓連接結構，在機架連接部分全部采用通軸連接，確保了機架兩邊擺動軸的同心度；采用螺栓連接，減少了焊接變形，使機具在挖掘深度達到40cm時，確保機架結構的可靠性和合理性。

1.2 機具掘進鏟的結構形式和掘進角度

土壤耕作阻力隨著土質不同變化很大。相比履帶式拖拉機而言，輪式拖拉機附著力差，深層挖掘采用減阻部件柵板式尖齒犁頭，犁頭與地面的接觸面積較小，減少阻力產生。確定尖齒犁頭與犁柱的合理角度，確保掘進鏟達到挖掘深度35cm～40cm時拖拉機牽引最省力。

1.3 振動篩的擺動幅度和角度

為了更好地適應山區(qū)、丘陵地區(qū)土壤物理特性，必須確定合理的振動篩振動幅度和角度。振動篩偏心度大了篩子擺幅太大，土壤和藥材全部混在一起抖到機器后面，起不到分離的效果，偏心度小了，土壤和藥材在篩子上停留時間過長，抖動的過程中藥材容易漏到振動篩下方，收獲速度慢，效率也低。

1.4 振動篩篩孔

若篩孔大了，則土壤和根莖都漏到地面上；若篩孔小了，則土壤與根莖都漏不下去，在分離過程中造成堵塞，均起不到分離的效果。

2 機具組成和工作原理

該收獲機由機架、懸掛架、變速箱、掘進鏟、振動篩等組成。樣機見圖1。

小型高效根莖類中藥材收獲機前部通過三點懸掛與拖拉機連接，由拖拉機帶動機架向前進行作業(yè)。

拖拉機動力輸出軸通過傳動軸到變速箱輸入軸，變速箱輸出動力帶動振動篩往復運動，拖拉機帶動收獲機的柵板式掘進鏟入地將土壤和根莖一起挖掘到犁頭后面的振動篩上，通過振動篩的往復運動，將土壤和根莖分離，土壤從篩孔漏下去，根莖抖動到收獲機尾部，平鋪到地面上，完成收獲。隨著拖拉機的前進，柵板式尖齒犁頭入地，根據經驗觀察入地的深淺，通過調節(jié)拖拉機中央拉桿，使柵板式尖齒犁頭達到挖掘深度35cm～40cm，拖拉機以1.5 km/h勻速前進，種植土和中藥材的根莖一塊挖掘到振動篩上，經過振動篩的往復運動，種植土慢慢漏到振動篩下方，如果振動篩振動大，則需要調節(jié)拖拉機的油門控制，直至振動篩平穩(wěn)振動，藥材抖動到振動篩后方，平鋪到地面上。

3 關鍵技術和創(chuàng)新點

3.1 主要技術參數(shù)

收獲機主要技術參數(shù)見表1。            

3.2 技術創(chuàng)新點

該機的技術創(chuàng)新點有：①消除振動篩運行時對整體機具產生的不利振動。為了消除振動篩對機具的不利振動，采用可調節(jié)彈簧。通過調節(jié)彈簧的松緊，將振動篩振動過程中產生的不利振動減小到最低，保證機具能輕松運轉。②柵板式尖齒犁頭和機架犁柱的角度達到108°左右，機具作業(yè)時挖掘深度達到40cm，拖拉機最省力。振動篩的偏心度達到40°時，振動幅度更合理，分離更均勻，機具工作效率最高。③柵板式掘進鏟的應用。柵板式掘進鏟在掘進時與土壤的接觸面積小，減少了入土阻力，提高了作業(yè)速度，節(jié)省動力，高效又節(jié)能，適合丘陵山區(qū)454、504小機型配套使用。④優(yōu)化了機架和振動篩結構形式，采用高強度鋼板螺栓連接結構，代替型材焊接結構，使其重量更輕。機架采用側板，螺栓連接結構，機架兩側鋼板通過通軸連接，減少焊接變形，大大適應了小型拖拉機的配套。⑤通過調整拖拉機中央拉桿，解決了山區(qū)和丘陵地區(qū)挖掘深度為35cm～40cm時與33.08kW～40.43kW拖拉機配套的最佳結構方式，合理的三點懸掛結構更便于拖拉機機手操作，減輕了拖拉機機手的勞動強度。⑥采用對新鮮根莖類中藥材損傷較小的振動篩網式結構，根莖類中藥材和種植土壤通過振動篩進行分離和傳送，適合各種土質和藥材的篩孔最大限度地減小藥材的損傷，保障新鮮根莖類中藥材的完整性，減少了損失。

4 性能試驗

2019年6 月13日～28日在運城市鹽湖區(qū)陶村鎮(zhèn)陶村進行了可靠性和挖掘深度試驗，試驗面積為6.67 hm2的廢舊磚廠改造地，在試驗過程中不斷改進柵板式尖齒犁頭的角度確保挖掘深度達到35cm～40 cm，調節(jié)彈簧使機具達到最平穩(wěn)的狀態(tài)，調節(jié)拖拉機中央拉桿的長度，確保機具的懸掛結構更合理。機器的可靠性和挖掘深度達到技術要求。

2019年9月在晉城市陵川縣進行了多次收獲丹參、黨參的實地試驗。在試驗過程中，通過多次調節(jié)篩孔的大小，最后確定了3節(jié)振動篩篩孔大小，第1節(jié)為10cm×10cm，第2節(jié)為8cm×8 cm，第3節(jié)為6 cm×6 cm，這樣既不漏藥材，又能分離干凈, 收凈率達到98%以上，藥材完整率達到98%，完全達到設計要求。

5 存在的問題及改進意見

小型高效根莖類中藥材收獲機雖然解決了丘陵山區(qū)小地塊根莖類中藥材收獲中費工費時的問題，但在試驗應用中還存在一定的問題，如對部分肉質特脆的藥材具有一定的損傷性，不能夠一機多用收獲各種藥材，適用性較差，部分結構存在維修麻煩、使用技術要求過高等問題。針對小型高效根莖類中藥材收獲機存在的問題，建議后續(xù)進行較大規(guī)模的試驗考核，通過在生產一線中取得的數(shù)據做出改進和創(chuàng)新，提高機具的適用性、可靠性和經濟性，助推丘陵山區(qū)中藥材大面積推廣。

參考文獻

[1] 劉鵬霞,鄭曉莉.甘肅省根莖類中藥材機械化收獲發(fā)展現(xiàn)狀[J].農業(yè)機械,2017(07):109-111.

[2] 王俊發(fā),馬旭,馬瀏軒,等.根莖類中藥材收獲裝備現(xiàn)狀及其收獲工藝[J].農機化研究,2009,31(12):242-243,246.