小型高效根莖類中藥材收獲機的研制與試驗

來源：中國農(nóng)業(yè)機械化信息網(wǎng) 作者：《當(dāng)代農(nóng)機》山西省農(nóng)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(jīng)濟(jì)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(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，山西省把發(fā)展山西藥茶產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)的重要抓手，各市、縣政府也結(jié)合實際積極推進(jìn)藥茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(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(fù)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)民收入。隨著勞動力成本的不斷提高和農(nóng)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(chǎn)業(yè)具有非常重大的意義。

1 研發(fā)的技術(shù)內(nèi)容

1.1 機架結(jié)構(gòu)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(cè)板、螺栓連接結(jié)構(gòu)，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(dá)到40cm時，確保機架結(jié)構(gòu)的可靠性和合理性。

1.2 機具掘進(jìn)鏟的結(jié)構(gòu)形式和掘進(jìn)角度

土壤耕作阻力隨著土質(zhì)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(chǎn)生。確定尖齒犁頭與犁柱的合理角度，確保掘進(jìn)鏟達(dá)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(fù)運動，拖拉機帶動收獲機的柵板式掘進(jìn)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(fù)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(jìn)，柵板式尖齒犁頭入地，根據(jù)經(jīng)驗觀察入地的深淺，通過調(diào)節(jié)拖拉機中央拉桿，使柵板式尖齒犁頭達(dá)到挖掘深度35cm～40cm，拖拉機以1.5 km/h勻速前進(jìn)，種植土和中藥材的根莖一塊挖掘到振動篩上，經(jīng)過振動篩的往復(fù)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(diào)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(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

收獲機主要技術(shù)參數(shù)見表1。            

3.2 技術(shù)創(chuàng)新點

該機的技術(shù)創(chuàng)新點有：①消除振動篩運行時對整體機具產(chǎn)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(diào)節(jié)彈簧。通過調(diào)節(jié)彈簧的松緊，將振動篩振動過程中產(chǎn)生的不利振動減小到最低，保證機具能輕松運轉(zhuǎn)。②柵板式尖齒犁頭和機架犁柱的角度達(dá)到108°左右，機具作業(yè)時挖掘深度達(dá)到40cm，拖拉機最省力。振動篩的偏心度達(dá)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(jìn)鏟的應(yīng)用。柵板式掘進(jìn)鏟在掘進(jìn)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(jié)構(gòu)形式，采用高強度鋼板螺栓連接結(jié)構(gòu)，代替型材焊接結(jié)構(gòu)，使其重量更輕。機架采用側(cè)板，螺栓連接結(jié)構(gòu)，機架兩側(cè)鋼板通過通軸連接，減少焊接變形，大大適應(yīng)了小型拖拉機的配套。⑤通過調(diào)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(jié)構(gòu)方式，合理的三點懸掛結(jié)構(gòu)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(wǎng)式結(jié)構(gòu)，根莖類中藥材和種植土壤通過振動篩進(jìn)行分離和傳送，適合各種土質(zhì)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(jìn)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(jìn)柵板式尖齒犁頭的角度確保挖掘深度達(dá)到35cm～40 cm，調(diào)節(jié)彈簧使機具達(dá)到最平穩(wěn)的狀態(tài)，調(diào)節(jié)拖拉機中央拉桿的長度，確保機具的懸掛結(jié)構(gòu)更合理。機器的可靠性和挖掘深度達(dá)到技術(shù)要求。

2019年9月在晉城市陵川縣進(jìn)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(diào)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(dá)到98%以上，藥材完整率達(dá)到98%，完全達(dá)到設(shè)計要求。

5 存在的問題及改進(jìn)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(yīng)用中還存在一定的問題，如對部分肉質(zhì)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(jié)構(gòu)存在維修麻煩、使用技術(shù)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(jìn)行較大規(guī)模的試驗考核，通過在生產(chǎn)一線中取得的數(shù)據(jù)做出改進(jìn)和創(chuàng)新，提高機具的適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，助推丘陵山區(qū)中藥材大面積推廣。

參考文獻(xiàn)

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