甘草采挖收獲機的研制

馮曉靜　徐劍楠　劉洪杰等

摘要：針對甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）主要品種及農村動力狀況，設計了一種甘草采挖收獲機。結果表明，該挖掘機的挖掘深度大于40 cm，損失率小于3%，生產率達0.2～0.4 hm2/h。該機的挖掘深度、配套動力及相關性能指標均達到設計要求。

關鍵詞：甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）；收獲機；作業阻力；損失率

中圖分類號：S225.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）19-4844-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.19.049

Abstract： Aiming at the main varieties of glycyrrhiza（Glycyrrhiza uralensis Fisch.） and village power conditions， the glycyrrhiza digging harvester was designed. Results showed that the excavator digging depth was more than 40 cm， loss rate less than 3%， and the productivity up to 0.2～0.4 hm2/h. The mining depth， the supporting force and related performance indexes could meet the design requirements.

Key words： glycyrrhiza（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）； harvesting machine； work resistance； loss rate

隨著甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）種植面積的逐年擴大，其人工收獲勞動強度大、損失率高、機械化作業困難等問題日益突出，阻礙了甘草規模化、規范化生產[1]。目前中國甘草生產主要是人工、半人工收獲。國外沒有專門針對深根藥材作物的挖掘機械，而國產藥材挖掘機的機械性能不甚理想，質量不穩定，生產廠家也很少，沒有形成批量和規模[2，3]。為此，針對中國甘草主要品種及農村動力狀況，從減小機具作業阻力、減少壅土和纏草、降低勞動強度、提高勞動生產率、減少甘草根莖損傷、確保甘草的挖掘質量出發，設計了一種收獲損失低，藥材品質好，能耗低、效率高的甘草采挖收獲機。

1 甘草采挖收獲機的設計

甘草的栽培方式與收獲后根莖的品質評定標準與研制甘草挖掘機設計有密切關系。甘草通常為壟作種植，行距一般為20～25 cm，株距10～13 cm。甘草根分為主根和須根，其主根垂直向下伸展，須根則在地表以下呈水平方向延伸，交錯盤結。大田栽培兩年一般主根長80～150 cm[4]。交錯的須根一般分布在地表以下5～20 cm處[5]。甘草主根的強度及其交錯的須根系直接影響到挖掘機挖掘部件的結構參數及其工作性能。在挖掘作業時，一個挖掘鏟同時切割兩行，挖掘鏟設計工作寬度應大于400 mm，成品甘草長度大于400 mm為一等品[6]，設計挖掘深度應大于400 mm。

1.1 甘草采挖收獲機整機結構

甘草采挖收獲機結構如圖1所示，主要包括挖掘鏟、高刀柱、變速裝置、振動裝置、機架、懸掛架等。機具與拖拉機采用三點掛接，一次作業可完成挖掘、松土、碎土等多項作業。

作業時，首先按作業要求把機具與拖拉機液壓懸掛裝置聯接，根據所需挖掘深度進行合適的調整；挖掘鏟進入規定的土層深度后，將甘草根莖割斷，在挖掘鏟和延長鏟綜合作用下，使挖掘范圍內土壤松動、破碎，從而使得土壤與收獲物分離。再由人工將裹在松散土壤中的甘草檢出，進行捆綁、晾曬。

1.2 振動部件結構確定

刀鏟和刀柱等入土部分以一定方式振動，使刀鏟沿固定的軌跡振動前進，土壤松土程度高，松土效果好，利于后期撿拾，動土區域小，動力消耗小，在滿足作業質量的條件下，阻力減到最小。

本機采用的帶有偏心輪的振動裝置，振動變速裝置由動力輸入軸、動力輸出軸、齒輪、偏心輪及殼體構成。作業時，拖拉機動力通過萬向聯軸節傳遞給變速裝置的動力輸入軸，通過齒輪傳動帶動動力輸出軸，經鏈傳動驅動偏心輪轉動，帶動整個刀柱及切割鏟振動，以松動割刀前部土壤來減小犁的工作阻力，同時使含根土壤破碎松動，利于甘草根莖的脫土和拔出。

1.3 挖掘鏟結構和參數

挖掘鏟將甘草地下根在適當位置進行切割，不能撕裂和擦傷甘草，以保證挖掘質量；并盡可能使土壤松碎，甘草與土壤分離，要求在克服各種阻力時消耗的能量最少。

挖掘鏟如圖2所示，由主鏟和兩側延長刀構成，鏟體的寬度（B）取決于甘草種植的行距。若鏟體寬度不夠，割不到甘草，造成漏挖；鏟體寬度過大，工作阻力增大，增加動力消耗。通過調查，甘草的行距一般為200～250 mm。本設計為雙行作業，所以最基本的工作寬度應為400～500 mm，但在這個寬度下，延長刀的邊緣也僅是剛觸及甘草根莖，還不能順利將其割斷。為保證滿足要求，又盡量降低阻力，根據經驗及試驗結果鏟體寬度設計為500～600 mm可調。

1.4 割刀高刀柱設計

割刀柱是甘草采挖收獲機的重要構件，與挖掘鏟一起產生振動。作業時承受巨大的外部載荷，要求具有較大強度和剛度，絕對不能發生扭曲、彎轉等變形，以保證作業過程的正常進行。割刀柱的立柱部分寬為110 mm，下底端寬度減小以安裝挖掘鏟。刀柱前面為帯刃口大弧度曲線，用于劈開土壤，割斷兩行間下層須根，并保證機組行走的直線性和縱向穩定性。

2 機具田間試驗分析endprint

2.1 試驗條件

試驗在河北省清苑縣甘草種植基地進行。該地區海拔高度50 m左右，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年日照2 563 h，年降水量650～750 mm，年無霜期約187 d。挖掘對象為三年生移栽甘草，主根長度超過50 cm，直徑大于2.5 cm。

該地區甘草正常挖掘作業時節為秋季。試驗時田間土壤濕度適中，田間甘草行距平均為200～250 mm。根據配套所需動力，選配東方紅-75型拖拉機，并按其作業速度要求選用低擋。

2.2 機具性能指標試驗

通過對機具性能指標的測定，來確定機具的工作狀態是否滿足生產及農藝要求。作業中，挖掘深度、甘草根莖的收獲長度、損傷率等指標又從不同角度反映機具的作業質量和作業性能。試驗時檢查土壤的松動程度，測定甘草根莖的收獲長度、損失率兩項指標。

試驗方法：試驗地塊分為6個區段，每個區段作業兩個行程，每個行程50 m，取5個測點。分別檢測其挖掘深度和甘草根莖的損失率。

1）收獲長度的測定。甘草的收獲長度是甘草收獲質量的重要指標，直接影響甘草的收獲量和成品甘草的品質。成品甘草在收獲時長度要求大于40 cm。如果甘草根莖長度偏短，甘草的收獲損失增加，且降低成品甘草的質量等級，從而影響農民的收入；然而作業深度超大，甘草根莖已經很小，對收獲量影響不大，又會增加拖拉機的牽引負荷，引起挖掘阻力增加等問題，造成不必要的功率浪費。

2）甘草根莖損失率。甘草根莖的損失率是甘草挖掘機的另一個重要的性能指標，將會直接影響甘草的收獲量。

試驗結果表明，甘草根莖的損失率L1為2.13%，L2為2.56%，L3為2.08%，L4為2.94%，L5為2.76%，L6為2.49%。可以看出，所設計的挖掘機對甘草的損傷率均低于3%，在規定的標準范圍內，能夠滿足作業質量要求，作業性能比較優良。

3 小結

試驗結果表明，該挖掘機的挖掘深度大于40 cm，損失率小于3%，生產率達0.2～0.4 hm2/h。從試驗結果可以看出，該機的挖掘深度、配套動力及相關性能指標均能達到設計要求，且該收獲機收后含根土垡松碎較好，甘草根莖的人工拔出比一般挖掘收獲省力。

參考文獻：

[1] 周 劍，馮曉靜，劉洪杰，等.甘草種植產業發展現狀及對策研究[J].安徽農業科學，2012，40（19）：10065-10066.

[2] 朱林秀，周振華.長根莖類中藥材收獲機的研制推廣[J].農機推廣與安全，2006（9）：33.

[3] 周 劍，馮曉靜，李建平，等.甘草采挖收獲機械化現狀分析[J].農機化研究，2008（9）：217-219.

[4] 柯文山，丁漢福，李學儒.固原地區甘草人工栽培試驗、示范及效益分析[J].寧夏農村科技，1996（3）：26-28.

[5] 李宏富，彭 勵，劉 濱，等.烏拉爾甘草根的結構與皂苷類成分積累關系研究[J].西北植物學報，2012，32（5）：924-930.

[6] 張國榮，張玉進，李生彬.烏拉爾甘草種子種苗分級標準制定[J].現代中藥研究與實踐，2004，18（5）：14-16.

[7] 李守仁，林金天.驅動型土壤耕作機械的理論與計算[M].北京：機械工業出版社，1997.endprint