山西是中药材资源大省，根茎类中药材是山区、丘陵地区经济作物的一部分，其药效含量对于平原地区来说有无可替代的巨大优势。近年来，随着农业结构调整的不断深化，山西省把发展山西药茶产业作为发展现代特色农业的重要抓手，各市、县政府也结合实际积极推进药茶产业发展。现已初步形成太行山、太岳山、恒山、吕梁山、晋南边山丘陵山区等生态环境优良的中药材基地。长期以来，这些区域地理位置特殊，地形地貌复杂，气候多样，主要以种植黄芪、黄芩、党参等根茎类药材为主，农业生产条件相对较差，机械化水平低，收获机械不成熟，收获效率低、损失大，收获机械适用性不强，可靠性较差。

目前，山区、丘陵地区机械化作业的拖拉机一般为33.08~40.43 kW，而市场上根茎类中药材收获机至少需要51.45 kW以上的拖拉机才能配套使用，且仅能解决山区一部分较大的地块。山区的中药材收获很大程度上还依靠人工，人工挖掘用工成本占总种植成本的50%以上，人工挖掘的深度一般在20～30 cm，一部分药材不能被完整挖出，造成药材浪费，减少了农民收入。随着劳动力成本的不断提高和农村青壮年劳力的短缺，研发针对丘陵山区的小型高效根茎类中药材收获机对于发展中药材产业具有非常重大的意义。

1    研发的技术内容

1.1    机架结构的可靠性和合理性

机具在山区、丘陵地带挖掘深度为40 cm时，由于犁头入地较深，机具牵引阻力较大，容易使机架扭曲或者散架。机具采用整体侧板、螺栓连接结构，在机架连接部分全部采用通轴连接，确保了机架两边摆动轴的同心度；采用螺栓连接，减少了焊接变形，使机具在挖掘深度达到40 cm时，确保机架结构的可靠性和合理性。

1.2    机具掘进铲的结构形式和掘进角度

土壤耕作阻力随着土质不同变化很大。相比履带式拖拉机而言，轮式拖拉机附着力差，深层挖掘采用减阻部件栅板式尖齿犁头，犁头与地面的接触面积较小，减少阻力产生。确定尖齿犁头与犁柱的合理角度，确保掘进铲达到挖掘深度35～40 cm时拖拉机牵引最省力。

1.3    振动筛的摆动幅度和角度

为了更好地适应山区、丘陵地区土壤物理特性，必须确定合理的振动筛振动幅度和角度。振动筛偏心度大了筛子摆幅太大，土壤和药材全部混在一起抖到机器后面，起不到分离的效果，偏心度小了，土壤和药材在筛子上停留时间过长，抖动的过程中药材容易漏到振动筛下方，收获速度慢，效率也低。

1.4    振动筛筛孔

若筛孔大了，则土壤和根茎都漏到地面上；若筛孔小了，则土壤与根茎都漏不下去，在分离过程中造成堵塞，均起不到分离的效果。

2    机具组成和工作原理

该收获机由机架、悬挂架、变速箱、掘进铲、振动筛等组成。样机见图1。

小型高效根茎类中药材收获机前部通过三点悬挂与拖拉机连接，由拖拉机带动机架向前进行作业。

拖拉机动力输出轴通过传动轴到变速箱输入轴，变速箱输出动力带动振动筛往复运动，拖拉机带动收获机的栅板式掘进铲入地将土壤和根茎一起挖掘到犁头后面的振动筛上，通过振动筛的往复运动，将土壤和根茎分离，土壤从筛孔漏下去，根茎抖动到收获机尾部，平铺到地面上，完成收获。随着拖拉机的前进，栅板式尖齿犁头入地，根据经验观察入地的深浅，通过调节拖拉机中央拉杆，使栅板式尖齿犁头达到挖掘深度35～40 cm，拖拉机以1.5 km/h匀速前进，种植土和中药材的根茎一块挖掘到振动筛上，经过振动筛的往复运动，种植土慢慢漏到振动筛下方，如果振动筛振动大，则需要调节拖拉机的油门控制，直至振动筛平稳振动，药材抖动到振动筛后方，平铺到地面上。

3    关键技术和创新点

3.1    主要技术参数

收获机主要技术参数见表1。            

3.2    技术创新点

该机的技术创新点有：①消除振动筛运行时对整体机具产生的不利振动。为了消除振动筛对机具的不利振动，采用可调节弹簧。通过调节弹簧的松紧，将振动筛振动过程中产生的不利振动减小到最低，保证机具能轻松运转。②栅板式尖齿犁头和机架犁柱的角度达到108°左右，机具作业时挖掘深度达到40 cm，拖拉机最省力。振动筛的偏心度达到40°时，振动幅度更合理，分离更均匀，机具工作效率最高。③栅板式掘进铲的应用。栅板式掘进铲在掘进时与土壤的接触面积小，减少了入土阻力，提高了作业速度，节省动力，高效又节能，适合丘陵山区454、504小机型配套使用。④优化了机架和振动筛结构形式，采用高强度钢板螺栓连接结构，代替型材焊接结构，使其重量更轻。机架采用侧板，螺栓连接结构，机架两侧钢板通过通轴连接，减少焊接变形，大大适应了小型拖拉机的配套。⑤通过调整拖拉机中央拉杆，解决了山区和丘陵地区挖掘深度为35～40 cm时与33.08~40.43 kW拖拉机配套的最佳结构方式，合理的三点悬挂结构更便于拖拉机机手操作，减轻了拖拉机机手的劳动强度。⑥采用对新鲜根茎类中药材损伤较小的振动筛网式结构，根茎类中药材和种植土壤通过振动筛进行分离和传送，适合各种土质和药材的筛孔最大限度地减小药材的损伤，保障新鲜根茎类中药材的完整性，减少了损失。

4    性能试验

2019年6 月13日—28日在运城市盐湖区陶村镇陶村进行了可靠性和挖掘深度试验，试验面积为6.67 hm2的废旧砖厂改造地，在试验过程中不断改进栅板式尖齿犁头的角度确保挖掘深度达到35～40 cm，调节弹簧使机具达到最平稳的状态，调节拖拉机中央拉杆的长度，确保机具的悬挂结构更合理。机器的可靠性和挖掘深度达到技术要求。

2019年9月在晋城市陵川县进行了多次收获丹参、党参的实地试验。在试验过程中，通过多次调节筛孔的大小，最后确定了3节振动筛筛孔大小，第1节为10 cm×10 cm，第2节为8 cm×8 cm，第3节为6 cm×6 cm，这样既不漏药材，又能分离干净, 收净率达到98%以上，药材完整率达到98%，完全达到设计要求。

5    存在的问题及改进意见

小型高效根茎类中药材收获机虽然解决了丘陵山区小地块根茎类中药材收获中费工费时的问题，但在试验应用中还存在一定的问题，如对部分肉质特脆的药材具有一定的损伤性，不能够一机多用收获各种药材，适用性较差，部分结构存在维修麻烦、使用技术要求过高等问题。针对小型高效根茎类中药材收获机存在的问题，建议后续进行较大规模的试验考核，通过在生产一线中取得的数据做出改进和创新，提高机具的适用性、可靠性和经济性，助推丘陵山区中药材大面积推广。

参考文献

[1] 刘鹏霞,郑晓莉.甘肃省根茎类中药材机械化收获发展现状[J].农业机械,2017(07):109-111.

[2] 王俊发,马旭,马浏轩,等.根茎类中药材收获装备现状及其收获工艺[J].农机化研究,2009,31(12):242-243,246.◆