周春民， 張 華*， 劉小龍， 李 輝， 孫 偉， 李紅嶺， 張赟彪

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學，甘肅 蘭州 730070；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師，新疆維吾爾自治區(qū) 庫爾勒 841000)

在根莖類藥材的收獲過程中，傳統(tǒng)的人工采收仍占很大比重，還有一些實現(xiàn)了半機械化收獲。但這些機器只負責挖掘，在這個過程之后仍需要人工進行藥土分離。后者與前者相比，可以一定程度上減少人工成本的投入。有關(guān)研究小組為了進一步降低生產(chǎn)費用，減少人工投入，降低生產(chǎn)成本，開發(fā)出了各種各樣帶藥土分離機構(gòu)的根莖類藥材收獲機，在一定程度上解決了根莖藥材收獲的一些難題。

中國的大宗根莖類藥材主要有黃芪、黨參、白芍、白術(shù)、三七、人參、丹參、黃芩和黃精等。它們均有著對我們不可或缺的功效與作用，例如清熱燥濕、瀉火解毒、祛痰、利咽、排膿等功效。同時，在我們強大的醫(yī)療技術(shù)支持下，可以加工成各種藥品，不斷提高人們的健康指數(shù)。而根莖類中藥材收獲設(shè)備的研究起步較晚，目前存在許多有待攻克的難題，需要每年投入大量人力成本到藥材的收獲過程中。農(nóng)村青壯年人手不足，用工成本不斷上漲的問題日益嚴重，需要我們加快步伐解決這些問題。然而解決這些問題最直接的方式就是加大對根莖類藥材收獲機械研制的投入，妥善解決根莖類藥材收獲過程中遇到的相關(guān)問題，不斷去提升根莖類藥材市場的相關(guān)利益，同時促進根莖類藥材相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并引導越來越多的人投身于根莖類藥材生產(chǎn)領(lǐng)域之中。

根莖類中藥材的經(jīng)濟利益非常巨大，但是由于在收獲過程中投入了大量的人力物力，導致其經(jīng)濟效益被很大地壓縮，如果可以減少在收獲過程中投入的人力物力，就可以增大根莖類中藥材的經(jīng)濟利益空間，造福于大眾。

1 國內(nèi)外根莖類藥材收獲機現(xiàn)狀

1.1 國外根莖類藥材收獲機現(xiàn)狀

國外早在20世紀40年代就已經(jīng)開始了對根莖類作物收獲機器的研究，然而那時僅局限于研究一些短根莖類作物的機械化收獲，現(xiàn)已在某些程度上完成了短根莖類作物收獲向長根莖類作物的轉(zhuǎn)化。美國、韓國、日本、意大利等國家都有著自己的根莖類作物收獲機械，但主要收獲蘿卜、甜菜、大蒜、花生、土豆等，用作藥材的收獲機只是很小一部分。

例如，日本久保田公司生產(chǎn)制造的DCL-130型土豆收獲機，美國KelleyManufac-turing公司基于KMC3376和KMC3374兩機器的基礎(chǔ)上研制出的新型花生聯(lián)合收獲機，美國CourtesyofLillistonMfg.Co.研制的LP-2型花生收獲機，均是采用了比較先進工藝技術(shù)的機型，主要具備了結(jié)構(gòu)較精妙、工作可靠性高等優(yōu)勢。美國的WSKang和MIDawelbeit除了對根莖類作物收獲機的其他部件研究之外，還對主要工作部件進行過深層次地研究，其主要目標是在有條件的情況下，最大限度地減小阻力，對動力參數(shù)進行優(yōu)化實驗，得出犁鏟電阻的影響因子是振動頻率、振幅和機器的前進速度，通過其設(shè)計的實驗可以減少20%～50%的牽引阻力。[1]但在國外，除韓國和日本外，很少有研究小組對長根莖類中藥材收獲機器進行系統(tǒng)深入的研究。

HN1254型大蒜收獲機的優(yōu)點主要在于能夠高效、輕松、高質(zhì)量的完成大蒜收獲作業(yè)，該機是由韓國九寶達公司研制并生產(chǎn)的一種機型。DSA-1800TS型雙層振動式跟緊類作物收獲機的負荷較小，可用于收獲土豆，大蒜，花生，洋蔥等多種根莖類作物，該機由韓國ASM會社研究生產(chǎn)。DP-1450W根莖類作物收獲機，可用于收獲大蒜，洋蔥，土豆，花生，生姜等多種根莖類作物，該機由大風公司研制并生產(chǎn)。BG-1400GN型根莖類作物收獲機采用了偏心凸輪的前后振動方式，可以在很大程度上降低收獲機械對作物的損傷，該機由公牛會社研制并生產(chǎn)。TC-1800GA型無振動根莖類作物收獲機針對作物的不同特性對其進行了設(shè)計，該機通用性強，適用于收獲多種不同類型的根莖類作物的收獲，該機由太倉農(nóng)機公司研制并生產(chǎn)。[2]

1.2 國內(nèi)根莖類藥材收獲機現(xiàn)狀

20世紀60年代以來，我國開始引進國外根莖類作物收獲機，主要用于馬鈴薯、花生等一系列根莖類作物的機械化收獲，但是大部分的根莖類作物依然是通過人工挖掘、撿拾或者用一些簡陋的挖掘機械去挖掘然后人工撿拾等方式去收獲。如果采用人工挖掘的方式去收獲長根莖類藥材的話，則需要平均挖掘50 cm以上的深溝才能達到收獲的目的。自上世紀90年代，我國也開始對相關(guān)領(lǐng)域的機械進行研究，先后研發(fā)出了各種類型的根莖類藥材收獲機。例如4GJ-880型根莖類作物收獲機，該機由河北省農(nóng)業(yè)機械化研究所的賈素梅等人共同研發(fā)；4YW-160型根莖類藥材收獲機，該機由甘肅渭源的農(nóng)機推廣站研發(fā)并投入使用，但此類收獲機械只能完成簡單的挖掘功能，并不能實現(xiàn)相對完整的機械化收獲。因此各相關(guān)機構(gòu)也逐漸加大對根莖類藥材收獲機藥土分離機構(gòu)的研究與投入，不斷達到提升根莖類藥材收獲機的工作效率、減小勞動強度等目標。[3]目前，跟土分離機構(gòu)在馬鈴薯、花生等根莖類作物上有著更為完善的體現(xiàn)，其主要采用了抖土、振動以及擊打等原理去實現(xiàn)跟土分離的目的。不過，該類機具如果應(yīng)用至根莖類中藥材的藥土分離中還存在著許多問題，例如藥土分離效果差，對藥材的損傷程度大等一系列的問題。其雖然不能直接使用于根莖類藥材的收獲機械上，但是在一定程度上，為根莖類藥材收獲機的藥土分離機構(gòu)的研究提供了相關(guān)的理論基礎(chǔ)和實踐指導。

2 根莖類藥材收獲機藥土分離機構(gòu)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)相關(guān)的農(nóng)機科研單位和企業(yè)所研制、生產(chǎn)和銷售的根莖類藥材收獲機械中，呈現(xiàn)出了多種多樣的根莖類藥材收獲機械，分類方式眾多，但是按照藥土分離機構(gòu)去進行劃分，主要分為：桿條式升運篩式、振動帶式以及篩式這三大類根莖類藥材收獲機。

2.1 桿條式升運篩式根莖類藥材收獲機

導向支撐鏈輪、升運鏈、拖鏈輪、抖動輪及驅(qū)動輪等共同構(gòu)成桿條式升運篩，以分離根莖類藥材與土壤混合物并盡可能減少對藥材的損傷，然后將藥材集中堆放或鋪于壟上為最終目的。該類藥土分離機構(gòu)主要適用于黃芪、紅芪、山藥、三七等長根莖類中藥材的一系列收獲作業(yè)程序，該類藥材根莖長度普遍可以達到35 cm以上，且分支較少較為整齊，便于整齊的鋪放在桿條式升運篩上。桿條式輸送帶可以保證在輸送帶角度較大時，藥土分離的同時仍然擁有良好的輸送能力，提高工作效率，減少工作時間。抖動升運結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

甘肅農(nóng)業(yè)大學張文杰等人研發(fā)的4Y-1200型深根莖類藥材收獲機如圖2所示，采用了該藥土分離機構(gòu)。其工作時，首先由相關(guān)的裝置去控制挖掘鏟入土，然后通過限深調(diào)節(jié)裝置去調(diào)節(jié)挖掘鏟的挖掘深度，還可以根據(jù)藥材種植環(huán)境去分析挖掘鏟所需的最佳角度，保證在不同作業(yè)環(huán)境下挖掘鏟可以達到最佳的入土角度，以減少收獲機在收獲過程中所受到的阻力。將土壤中的根莖類藥材挖掘出來的同時使大塊的土壤破碎，將破碎的土壤和根莖類藥材混合物推送至該機的藥土分離裝置，經(jīng)過藥土分離裝置藥土分離后，土壤落至地面，藥材隨輸送帶輸送到收集箱中進行集中收集，待藥材收集箱收集滿之后將藥材進行集中堆放處理。[4]

圖2 4Y-1200型深根莖類藥材收獲機1.懸掛架；2.變速器；3.限深調(diào)節(jié)裝置；4.收集箱；5.限深輪；6.托帶輪；7.中藥材與土壤分離裝置；8.抖動輪；9.挖掘鏟；10.切刀；11.側(cè)壁版

由昆明理工大學崔振猛等人研發(fā)的4SD-1700型懸掛式三七藥材收獲機如圖3所示。使用前，通過三點懸掛的方式與拖拉機相連，針對其工作環(huán)境的土壤和三七的種植情況及其生長狀況對其進行分析，然后對挖掘鏟的角度去進行適當?shù)恼{(diào)整，使其達到最適宜的工作狀態(tài)。工作時其收獲機的動力主要由拖拉機進行提供，挖掘鏟將藥材與土壤的混合物鏟起，使藥土混合物落至藥土分離機構(gòu)，達到藥土分離的目的，在藥土分離后通過收獲機的收集擋板使三七根落至地面并形成條鋪狀，從而完成對三七根莖的挖掘收獲。[5]

圖3 4SD-1700型懸掛式三七藥材收獲機

2.2 振動帶式根莖類藥材收獲機

振動帶主要由主動抖動棍+雙級鏈帶構(gòu)成，該藥土分類機構(gòu)不僅可以適用于對分支較少的長根莖類藥材進行藥土分類，同時也可以對分支較多的根莖類藥材進行藥土分離。[6]

4YC-14振動帶式根莖類藥材收獲機如圖4所示，采用該藥土分離機構(gòu)對藥土混合物進行分離，該機由石河子大學的機械電氣工程學院研制。其與大于120 kW的四輪拖拉機聯(lián)合使用，完成對根莖類藥材的挖掘，藥土分離，并鋪放于地表等待人工撿拾，完成藥材的挖掘和藥土分離作業(yè)。[7]

圖4 4YC-14振動帶式根莖類藥材收獲機1.分離系統(tǒng)；2.動力傳動；3.機架；4.懸掛架；5.入土鏟

2.3 篩式根莖類藥材收獲機

2.3.1 梳齒分離篩式根莖類藥材收獲機

梳齒式分離篩藥土分離結(jié)構(gòu)，主要是在挖掘鏟后部設(shè)計有梳齒式分離柵條，以達到對藥土混合物的簡易分離，并將藥材鋪于地面，以便人工撿拾。4WGX-120/150型根莖類藥材挖掘機如圖5所示，采用了該藥土分離機構(gòu)，與拖拉機聯(lián)合使用，由甘肅省農(nóng)機推廣站的盛國成等人研發(fā)。其主要由挖掘鏟、機架、限深調(diào)節(jié)裝置、藥土分離機構(gòu)等構(gòu)成，可一次性完成根莖類藥材的收獲作業(yè)，主要適宜于在平原地區(qū)或著坡度較小的緩坡地區(qū)作業(yè)。[8-10]

圖5 4WGX-120/150型根莖類藥材挖掘機結(jié)構(gòu)1.懸掛架；2.上加強拉桿；3.機架；4.掛耳；5.下加強拉桿；6.限深調(diào)節(jié)機構(gòu)；7.矩形切割松土框架；8.挖掘深松鏟；9.梳齒式分離柵

2.3.2 振動篩式根莖類藥材收獲機

振動篩式藥土分離機構(gòu)的主要工作部件是網(wǎng)狀振動分離篩，使用該類藥土分離機構(gòu)的根莖類藥材收獲主要用于收獲一些遠志、丹參、地黃、柴胡、板蘭根等類似的根莖類藥材。接下來三種根莖類藥材收獲機如圖6所示，均是采用的振動篩式藥土分離機構(gòu)的根莖類藥材收獲機。4Y-800型根莖類藥材收獲機主要由挖掘鏟、機架、藥土分離機構(gòu)以及限深調(diào)節(jié)裝置及懸掛裝置等組成，是由民樂縣開源農(nóng)機制造有限公司研制，該機的配套動力在300 kW左右，挖掘深度在30 cm至40 cm之間。由福德農(nóng)機制造有限公司研制的4UY系列根莖類藥材收獲機由挖掘鏟、機架、藥土分離裝置以及行走限深輪構(gòu)成，可一次性完成根莖類藥材的收獲過程。其中4UY-1000型根莖類藥材收獲機的配套動力為500 kW左右的拖拉機、挖掘深度在30 cm左右；4UY-1500藥材收獲機配套動力為750 kW左右的拖拉機、挖掘深度為30 cm左右。[11]

圖6 振動篩式根莖類中藥材收獲機

2.3.3 滾筒篩式根莖類藥收獲機

滾筒篩式藥土分離機構(gòu)如圖7所示，主要由螺旋導向板、提升板、篩網(wǎng)鋼絲組成，并與鼓式升運器、爪輪式清理輸送器配合使用，爪輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。該藥土分離機構(gòu)的篩選量大，其他一些影響因素對其的影響程度較小，例如土塊板結(jié)的問題，土壤的濕度問題以及地里殘留的石塊或者莖葉等，同時也有著運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、堅固耐用的特點。其主要根據(jù)藥材的生長特性以及種植環(huán)境用來對半夏等類似藥材進行藥土分離。

圖7 滾筒篩結(jié)構(gòu)示意圖1.螺旋導向板；2.提升板；3.篩網(wǎng)鋼絲

圖8 爪輪結(jié)構(gòu)示意圖

4SB-800型半夏收獲機如圖 9所示，所應(yīng)用的分離機構(gòu)就是滾筒篩式的分類機構(gòu)，該機由山西農(nóng)業(yè)大學的鄭德聰?shù)热斯餐兄?，其通過大量實驗和計算最終將滾筒篩的設(shè)計轉(zhuǎn)速取：n=350 r/min，該收獲機工作幅寬達800 mm，工作速度達13 km/h。[12]

圖9 4SB-800型半夏收獲機結(jié)構(gòu)簡圖1.懸掛架；2.變速箱；3.傳動裝置；4.滾筒篩；5.爪輪式清理輸送器；6.鼓式升運器；7.集料裝置；8.行走輪；9.機架；10.帶式輸送器；11.挖掘鏟

3 存在的問題和展望

根莖類藥材收獲機的作業(yè)效果受其工作環(huán)境影響較大，其主要有土壤的堅硬程度、濕度、挖掘的深度、以及拖拉機的行走速度等一系列影響因素，正因為有著這樣復(fù)雜影響因素的存在，造成了根莖類藥材收獲機在作業(yè)時體現(xiàn)出的一系列問題。

藥土分離機構(gòu)有待完善，其問題主要表現(xiàn)在藥土分類的時候藥土分離不干凈或者對藥材有所損傷。對此我們應(yīng)該合理優(yōu)化藥土分離機構(gòu)，改變藥土分離方式或者調(diào)整相關(guān)參數(shù)及機具，以達到更好的藥土分離效果，并減少藥材的損失。

傳統(tǒng)根莖類藥材收獲機械缺少智能化設(shè)備的融入。在根莖類藥材收獲機工作時，其藥土分離機構(gòu)的振動頻率對藥土分離率、損傷率等有著重要影響，振動頻率過高對藥材會有所損傷，振動頻率過低藥土分離率又會降低，因此為根莖類藥材收獲機的藥土分離機構(gòu)定制一個作業(yè)環(huán)境檢測裝置便顯得至關(guān)重要。在檢測裝置檢測分析完成后，可以去控制它的振動頻率達到提高藥土分離率的同時降低藥材損傷率。

通過對根莖類收獲機的相關(guān)情況進行收集整理得知，傳統(tǒng)根莖類藥材收獲機對藥材的收集整理比較粗糙，例如有些機器藥土分離結(jié)束后只會將藥材鋪放至地面，而有些機器則稍微好點會設(shè)計一個藥材收集箱，待藥材收集滿之后進行集中堆放，但同樣都較為雜亂，我們可以設(shè)置一個機構(gòu)在藥土分離后將其進行整理或者捆扎然后再進行收集，這樣后期工作會更為方便。

4 小結(jié)

近年來，根莖類藥材的需求市場和種植面積均在不斷增大，但根莖類藥材的產(chǎn)量卻受到了一系列復(fù)雜因素的限制，在根莖類中藥材收獲作業(yè)的過程中需要投入大量的勞動力和其他資源，從而導致根莖類藥材產(chǎn)業(yè)的利潤空間在很大程度上被壓縮，其對應(yīng)的產(chǎn)品價格也隨之升高，長此以往就會造成一個惡性循環(huán)，如果可以解決藥材收獲問題，經(jīng)過一段時間則會形成一個良性循環(huán)，并不斷促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為此，我們主要研究了根莖類藥材收獲機的藥土分離機構(gòu)，并對其相關(guān)資料進行收集整理，得出了根莖類藥材收獲機藥土分離機構(gòu)的研究現(xiàn)狀，同時提出了根莖類藥材收獲機藥土分離機構(gòu)的研究重點與發(fā)展方向，旨在一定程度上為根莖類藥材收獲機藥土分離機構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。