根莖類中藥材收獲機(jī)械現(xiàn)狀及收獲工藝分析

河北圣和農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司 徐秀霞

前言

中草藥以其獨(dú)特的藥效越來越受到世界各國(guó)的重視，“一帶一路”戰(zhàn)略把中醫(yī)藥帶出國(guó)門，走向了世界，種植中草藥已經(jīng)成為中國(guó)農(nóng)民增收致富的重要途徑之一。傳統(tǒng)的人工挖掘不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，而且破損、撕裂、斷根嚴(yán)重，以至于嚴(yán)重制約著這一經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。藥材收獲機(jī)的應(yīng)用，把農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來，并且縮短了收獲時(shí)間，提升了藥材品質(zhì)，降低了收獲費(fèi)用，使得中藥材機(jī)械化技術(shù)廣闊的市場(chǎng)前景。但是，現(xiàn)有中藥材收獲機(jī)械存在諸多的問題，尤其是中長(zhǎng)根莖類（如：白芷、板藍(lán)根、當(dāng)歸、丹參、黃芩、桔梗、龍膽草、地黃、木香、黨參、牡丹、北沙參、防風(fēng)、辣根等）中藥材收獲裝備，問題更為普遍，突出表現(xiàn)為作業(yè)效率低、分離效果差、機(jī)具故障多等。

1 根莖類中藥材收獲面臨的問題

隨著國(guó)家禁止天然中藥材的亂采亂挖，以及保護(hù)環(huán)境力度的加大，各種中藥材將主要依靠人工種植。目前在我國(guó)東北、西北、華北、西南地區(qū)根莖類中藥材種植面積已達(dá)250萬畝以上[1]，藥材的收獲方式直接影響到藥材的品質(zhì)和價(jià)格，雇傭人工挖掘費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易使藥材丟失、破損和斷裂，使得藥材的品相下降，影響藥農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益。藥材收獲機(jī)的作業(yè)效率、適用范圍、使用壽命也是目前亟待攻克的技術(shù)難題。為此，研發(fā)一款集挖掘、輸送、分離、鋪放于一體的根莖類藥材收獲機(jī)械，進(jìn)而形成系列化產(chǎn)品，勢(shì)在必行。

2 根莖類中藥材收獲的技術(shù)研究方向

由于根莖類中藥材種類的多樣性、生長(zhǎng)的特殊性，收獲作業(yè)時(shí)的土壤、地形、氣候等條件，藥材收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、工藝等狀況，都會(huì)影響到藥材收獲機(jī)使用性能。項(xiàng)目研究主要方向重點(diǎn)集中在以下幾方面。

（1）研究合理的土壤工作部件，包括橫向入土部件、縱向切土部件，往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件，選擇土壤工作部件的制造材料和工藝，達(dá)到較好的耐磨性，同時(shí)要優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)，降低牽引阻力，提高挖掘深度穩(wěn)定性。

（2）研究合理的分離部件，采用升運(yùn)鏈篩結(jié)構(gòu)，其中鏈帶采用“O”型高強(qiáng)度多層帆線橡膠帶，鏈篩桿條選用優(yōu)質(zhì)材料制作成網(wǎng)耙結(jié)構(gòu)，提高分離效果，提高結(jié)構(gòu)件使用壽命，減輕藥材損傷。

(3)優(yōu)化研究振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)部件，改善機(jī)器各部件的受力狀態(tài)，減小因機(jī)器作業(yè)的振動(dòng)和受到?jīng)_擊載荷，造成零部件的異常損壞，提高機(jī)具的耐用性。

3 根莖類中藥材收獲機(jī)技術(shù)路線及工藝研究

3.1 技術(shù)路線

對(duì)搜集到的不同根莖類藥材特性、現(xiàn)有機(jī)型的適應(yīng)性進(jìn)行系統(tǒng)分析，將研究設(shè)計(jì)內(nèi)容分成三部分：一是土壤挖掘部分，二是土壤輸送部分，三是藥材土壤分離部分。通過研究土壤特性、藥材特性，同時(shí)吸收國(guó)內(nèi)外同類機(jī)型先進(jìn)技術(shù)，合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化集成挖掘、分離、輸送功能部件，通過田間試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)種植戶需要的各項(xiàng)功能，達(dá)到耐用、好用、實(shí)用的要求。

3.2 工藝研究解析

自2018年5月，河北圣和農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司專門組織研發(fā)團(tuán)隊(duì)奔赴安徽、內(nèi)蒙、東北等地，經(jīng)過對(duì)藥材種植模式的考察，對(duì)收獲現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，對(duì)種植專業(yè)戶的走訪，與河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司聯(lián)合研制了鏈篩式根莖類藥材挖掘收獲機(jī)（其結(jié)構(gòu)配置見圖1），用于根莖類中藥材挖掘收獲。該機(jī)與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛連接，通過拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)變速箱、挖掘、輸送、分離等工作部件進(jìn)行工作，可對(duì)生長(zhǎng)在地下較深的藥材進(jìn)行挖掘收獲（最大挖掘深度600毫米、挖掘幅寬1800毫米）。拖拉機(jī)通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸把動(dòng)力傳到變速箱，再經(jīng)過半軸裝配上的兩組皮帶輪分別把動(dòng)力傳給挖掘機(jī)構(gòu)和輸送分離機(jī)構(gòu)。一路經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)偏心軸、連桿，把動(dòng)力傳遞給振動(dòng)挖掘鏟，振動(dòng)式挖掘鏟不僅可有效減小拖拉機(jī)的牽引阻力，還可以預(yù)先降低根莖類中藥材與土壤的連結(jié)，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)使側(cè)刀做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)（見圖2曲柄驅(qū)動(dòng)示意圖），實(shí)現(xiàn)切土和松土，并把藥材同土壤掘起送至輸送分離鏈篩，完成藥材的挖掘。另一路通過傳動(dòng)帶把動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)給分離鏈篩及輸送分離輥，鏈篩軸上的橡膠鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輸送分離鏈篩運(yùn)轉(zhuǎn)，把藥材和土壤向后輸送，同時(shí)完成篩土、藥材與土壤分離、藥材向后輸送的工作（見圖3物料輸送示意圖），經(jīng)導(dǎo)流板把藥材收攏后，最后由第三輸送分離輥把篩干凈的藥材鋪放到土壤表面（見圖4藥材收攏示意圖），完成了藥材的挖掘收獲。用該機(jī)作業(yè)省工、省時(shí)、省力，可大幅度提高作業(yè)效率。

圖1 鏈篩式根莖類中藥材收獲機(jī)簡(jiǎn)圖

圖2 曲柄驅(qū)動(dòng)示意圖

圖3 物料輸送示意圖

圖4 藥材收攏示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本公司已按該收獲工藝完成了樣機(jī)的制作和生產(chǎn)試驗(yàn)，作業(yè)效果得到機(jī)手的認(rèn)可。以一臺(tái)幅寬1.6米的藥材收獲機(jī)為例，按年作業(yè)300畝，每畝收費(fèi)200元、成本110元、利潤(rùn)90元計(jì)算，一臺(tái)藥材收獲機(jī)年利潤(rùn)可達(dá)2.7萬元。可見，藥材收獲機(jī)大大減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，解放了生產(chǎn)力，為中藥材生產(chǎn)提供專業(yè)化、社會(huì)化服務(wù)，促進(jìn)中藥材種植產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，發(fā)揮中藥材生產(chǎn)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，增加了農(nóng)民收入。