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2024年第2期农机使用与维修95㊀根茎类中草药收获机械自动化技术研究与应用张永军,柳㊀晨,李凌鹏,敖淑楠,郭海军(兰州石化职业技术大学,兰州730060)摘㊀要:中草药收获是一个繁琐且劳动密集的过程,尤其对于根茎类中草药,传统的手工收获方式效率较低且劳动强度大,在中草药种植规模不断扩大的驱动下,机械自动化收获的作业模式逐渐被经营者接受,且通过机械化收获不仅能降低生产成本,而且有利于提高中草药收获的及时性,改善后期药材加工的效率,提高市场竞争力㊂基于此,分析了根茎类中草药栽培现状及收获机械发展情况,给出了根茎类中草药收获机械自动化技术的优化形式及国产典型设备的应用情况㊂关键词:根茎类;中草药;收获机械;自动化技术;适用性中图分类号:S233.75㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.02.025Research and Application of Automation Technology of Root and Stem Herb Harvesting MachineryZHANG Yongjun,LIU Chen,LI Lingpeng,AO Shunan,GOU Haijun(Lanzhou Petrochemical Vocational and Technical University,Lanzhou 730060,China)Abstract :Herbal harvesting is a tedious and labor -intensive process,especially for root herbs traditional manual har-vesting is less efficient and labor -intensive,under the drive of expanding the scale of herbal cultivation,the operation mode of mechanical automation harvesting is gradually accepted by the operators,and mechanized harvesting not only re-duces the cost of production,but also helps to improve the timeliness of the harvesting of Chinese herbs and the efficien-cy of the processing of herbs,and improves the competitiveness of the market.efficiency of herb processing and improve market competitiveness.Based on this,the current situation of root herb cultivation and the development of harvesting machinery and automation research are analyzed,and the optimized form of root herb harvesting machinery automationtechnology and the application of domestic typical equipment are given.Keywords :roots and tubers;chinese herbs;harvesting machinery;automation technology;applicability基金项目:2023年高校教师创新基金项目(2023B -278)作者简介:张永军(1990 ),男,甘肃会宁人,学士,讲师,研究方向为机械类㊂0㊀引言中草药栽培在我国具有悠久的历史,其栽培工艺和管理方式已经十分成熟,随着机械化及自动化技术在农业领域应用,中草药的耕种收过程也逐渐向机械作业转型,为降低生产人员劳动强度和提高生产效率提供助力㊂根茎类中草药是一种常见的药物种类,由于具有药用价值的根茎位于土壤中,其成熟后的收获过程需要大量的人工劳动力才能完成挖掘前茎叶分离㊁根茎挖出㊁泥土去除等复杂工作,在生产规模持续扩大的形势下,中草药的生产经营就需要高效㊁优质的根茎类收获机开展作业㊂1㊀根茎类中草药栽培现状从农业栽培角度来说,中草药属于经济作物的一种,其中根茎类中草药以根茎作为药用部位,在中医用药和医疗㊁保健行业应用广泛㊂由于我国中医历史悠久,栽培中草药一直以来传承了丰富经验,我国是目前中药材栽培品种最多㊁面积最大的中草药生产国和使用国㊂根据‘中华人民共和国药典(2020年版)“的权威数据统计,根茎类中草药共有169种,在可进行人工栽培和种植的中药材占比较大,约29%~33%,根茎类中草药的种类很多,按照根茎结构和形状等特征进行分类,可分为根状茎㊁块茎㊁球茎㊁鳞茎,常见中药包括干姜㊁人参㊁何首乌㊁山药㊁贝母㊁防风㊁麦冬㊁白芍等[1]㊂近年来,我国的中医医术和临床治疗效果进一步被医疗界认可,为满足市场需求,更多农民开始将根茎类中草药纳入农业种植计划,栽培面积逐渐扩大,并且涉及的草药种类也持续增多㊂根茎类中草药的栽培技术不断改进和推广,在育苗㊁种植㊁施肥㊁病虫害防治等方面,农民通过学习和实践,不仅提高了栽培技术水平,还提高了草药的产量和质量㊂为满足产业链需求,农业机械的应用已成为必然趋势,然而对于根茎类中草药而言,机械化收获始终是农机技术发展的重点与难点,如何针对不同形状㊁结构的药材进行高效率收获,并保护药材的外形不受损坏,根茎类中草药收获技术是中草药现代化生产的重要技术和发展方向之一㊂96㊀㊀农机使用与维修2024年第2期2㊀收获机械发展情况尽管我国中药栽培历史悠久,但受到机械化产业起步较晚等因素影响,我国的根茎类中药材收获机的研究起步较晚,约起始于20世纪90年代,落后于美国㊁加拿大㊁荷兰等农机强国约50年[2]㊂目前,我国应用的根茎类中草药收获机以挖掘收获机为主,根据收获机功能和技术形式的不同,包括铧犁式收获机㊁振动铲式收获机㊁螺旋式收获机,以及具有切断㊁挖掘㊁抖土㊁筛分等系列功能的一体化收获机㊂现阶段,我国中药材栽培中应用的根茎类收获机很多技术来源于农业生产中根茎蔬菜作物的采收技术,例如花生㊁马铃薯㊁甜菜等收获机械,并结合中药材的结构和特征进行优化㊂大部分根茎类中药材收获机不具备自走式机械特征,需要与拖拉机进行配套安装作业,作业过程中对于中药材的保护能力提升较快,但与大宗粮食作物和主要经济作物使用的收获机械相比,其产品的系列化和成熟化不足,存在技术水平不高,质量性能不稳定等问题,相关机械技术和产品仍有较大发展空间[3]㊂为进一步提高根茎类中药材收获机的适用性,我国从科研和产品优化的角度做了大量工作,为根茎类中草药收获机械的发展奠定了理论基础,并有效指导现有产品升级㊂杨亚军[4]以川芎为收获对象,意在通过研究和解决现有川芎收获机分离困难㊁易壅土㊁输送困难等问题,采用ADAMS软件对抛摔碎土分离机构进行参数化建模,对曲柄摇杆机构的周转副进行优化,实现了抛摔碎土分离机构性能优化,田间试验证实,通过技术优化后川芎收获机的明茎率为95%㊁损失率为4.5%㊁损伤率为0.4%㊂周梦渊[5]以黄芪的机械收获技术为研究,利用ANSYS/LS-DYNA软件分析了振动频率㊁铲尖振动幅值㊁机具行驶速度等多项特征,得出在振动挖掘工况中三角形铲片的工况状态,并对其进行仿生学优化,实现了作业深度㊁作业效率㊁收净率等参数的提升,及损伤率㊁总损失率的显著降低㊂3㊀自动化技术的优化形式3.1㊀现有特征根茎类中药材收获所应用的产品类型呈多样化特征,其统一特征为挖掘式收获,其他功能部件功能各异㊂挖掘铲的结构和形式多根据中药材根系特征而定制,挖掘铲的深度应能被精确控制,并具有良好的降低阻力性能和挖掘能力㊂挖掘铲的调节方式包括机械调节㊁液压调节和全自动调节三类,目前,根茎类中药材收获机多采用背负式结构,通过拖拉机与收获机安装配套后作业,挖掘铲的调节方式主要为机械调节㊁液压调节,只具备半自动化特征㊂大部分中药材收获机的电气自动化技术应用率较低,其自动化特征主要体现在机械技术方面㊂功能齐备的现有机型具备丰富的收获功能,能根据中草药的种类进行专项研发,例如,我国大连融兴农机有限公司生产的挖掘机在收获贝母时,能够实现挖掘㊁输送㊁筛分㊁去土等功能,能有效降低劳动强度,但其应用过程也会不可避免提高贝母损伤率,对于应用质量产生了一定影响㊂3.2㊀自动化新技术整体来看,我国的根茎类中药材收获机整体技术仍比较落后,不仅缺乏专用设备的研发,生产中应用的很多设备结构简单,电气化程度不足,亟需进行技术升级㊂3.2.1㊀引进国外先进设备近年来,我国的中药材生产经营已经展现出连片化趋势,专用收获机的市场前景也得到凸显,应当进行转向研发和技术升级㊂而引进国外成熟设备是提高研发效率的有效手段,从国际范围看,知名农机企业对于根茎类作物的收获设备已经具有成熟的技术并应用大量先进设备,例如,德国GT170型自走履带式马铃薯收获机㊁日本Kubota胡萝卜收获机㊁美国生产的KMC3384花生联合收获机等,均具备完善的机械功能,并应用了大量电控技术,实现了专业化㊁精细化㊁人性化的现代设备要求㊂我国在研发中草药收获机时,也可借鉴国外类似的成熟机型及其功能,并充分考虑中药材的根系特征,进行本土化研发和适用性改良[6]㊂3.2.2㊀传感器技术的融合应用传感器应用是机械设备向自动化转型的体现,通过多种传感器应用能够提高收获机作业过程对内外部环境的感知,进而为机械功能的实时调整提供便利㊂例如,通过位移传感器或深度传感器获取挖掘深度,并结合电控技术快速调整挖掘深度,以适应中药材根系特征,减少破损的产生;也可利用称重传感器控制振动筛或滚筒筛的转速,降低在去除泥土过程造成的药材损坏㊂随着传感器技术的应用,可针对控制系统功能进行控制技术的应用,利用PID控制技术将收获机的行驶状态㊁各部件运转速度㊁挖掘深度等多个参数进行综合协调,促进整机性能的提升[7]㊂2024年第2期农机使用与维修97㊀3.2.3㊀智能化技术应用除以传感器技术作为主要的感知技术手段外,还可利用多种农机中常用的智能化技术提升根茎类中药材收获机的自主作业能力㊂例如,利用GPS㊁GIS 技术进行精准导航和定位,或利用机器视觉和图像识别技术自动辨别中草药的生长位置或生长密度,实现目标挖掘㊁精确拾取㊂或结合人工智能和大数据分析进行生产方案的设计,优化收获作业流程,促进作业方式的合理化[8]㊂4㊀典型设备的技术应用从根茎类中草药收获的机械产品发展来看,我国农机市场上应用的设备以中小型设备为主,规模化的生产企业相对减少,但专门研究根茎类中药材收获的企业已经得到初步发展,一些收获机产品经过市场检验后也得到了越来越多农民的认可㊂图1为新乡地隆药业机械有限公司生产的4YX 系列根茎类中草药收获机,根据不同的作业幅宽,配套有58.8~154.5kW 的动力,挖掘深度可在200~400mm 调节,作业效率最高达0.17hm 2/h,起净率达到95%,适用于板蓝根㊁黄芪㊁防风㊁柴胡㊁党参㊁田七㊁苍术等多种药材和作物的收获作业㊂图1㊀地隆4YX 系列根茎类中草药收获机禹城市亚泰机械制造有限公司生产的4UYC 系列产品由传统的石块捡拾机械升级为根茎类中草药收获机(图2),可用于洋姜㊁太子参等根茎类中草药的收获作业,其配套动力44.13~88.26kW,作业深度250~300mm,机具与拖拉机采用牵引式后悬挂连接,收获效率高㊁破损率低㊁可实现药材与土块分离㊁运转轻快无震动㊁不堵草等特征,具有良好的应用价值㊂图2㊀亚泰机械4UYC 系列中草药收获机5㊀结语综上所述,中草药的机械化收获能有效改善传统生产过程劳动强度大㊁效率低㊁品质难以保证等问题,通过在现有根茎类中草药收获机上应用自动化技术,通过传感器来感知作业环境和作物状态,采用自动导航技术对收获设备进行路径规划和导航,并使用自动化操控系统进行设备操作和运行管理能有效提高收获作业能力,提高中草药的收获效率和品质,促进中药生产经营效益提升,推动中草药产业的发展㊂参考文献:[1]㊀葛燕飞,申俊龙,李洁,等.大健康产业视域下中医药经济价值的实现机制[J ].医学与社会,2020,33(6):38-41+52.[2]㊀于庆旭,曹光乔,陈彬,等.根茎类中药材收获机械化应用及研究现状[J ].中国农机化学报,2022,43(8):15-21.[3]㊀王荣炎,郑志安,高磊,等.中药农业机械化收获技术现状及对策[J ].农机化研究,2022,44(7):1-7.[4]㊀杨亚军.川芎收获机抛摔碎土分离机理及机构研究[D ].成都:西华大学,2023.[5]㊀周梦渊.黄芪收获机振动挖掘铲的设计与实验[D ].镇江:江苏大学,2021.[6]㊀颜兵兵,王俊发,刘明亮.深根中药振动挖掘铲参数化设计与仿真[J ].农机化研究,2010,32(2):30-32+36.[7]㊀刘伟健.温室遥控三七收获机挖掘工作部件研究[D ].昆明:昆明理工大学,2019.[8]㊀魏万行.小型元胡收获机关键部件的设计与研究[D ].汉中:陕西理工大学,2022.(04)。
与微耕机匹配的振动式根茎类收获机设计与试验振动式根茎类收获机是一种用于收获根茎类作物（如土豆、胡萝卜等）的农业机械设备，其主要工作原理是通过振动装置将植株的根茎部分震落，再通过传送带或拖拉机将震落的作物收集起来。
与传统的手工收获相比，振动式根茎类收获机具有高效率、节省人力和时间的优势，因此在农业生产中得到了广泛应用。
在振动式根茎类收获机的设计与试验中，对于微型农机械设备如微耕机的匹配是至关重要的。
微耕机是一种小型、便携式的农业机械设备，通常由发动机、传动系统和作业部件组成，用于耕作、除草和土壤处理等作业。
将振动式根茎类收获机与微耕机匹配在于确保收获机的正常运行和作业效果，并提高设备的整体性能和灵活性。
一般而言，振动式根茎类收获机的主要部件包括振动装置、输送带系统和收集箱等。
在设计振动式根茎类收获机时，需要考虑以下几个方面：1.振动装置：振动装置是振动式根茎类收获机的核心部件，其振动频率、幅度和方向直接影响到作物的收获效果。
在设计振动装置时，需要考虑微耕机的动力匹配，确保振动频率和振动幅度可以适应微耕机的牵引力和作业速度。
2.输送带系统：输送带系统用于将震落的根茎类作物输送到收集箱中，其传动方式、长度和宽度需要与微耕机匹配，以确保作物的顺利收集和运输。
3.收集箱：收集箱用于储存震落的作物，其容量和结构设计需要考虑到微耕机的容纳空间和操作便利性，以便及时清理和更换。
设计好振动式根茎类收获机后，需要进行实际试验来验证设备的性能和可靠性。
试验内容包括但不限于以下几个方面：1.性能测试：通过对振动式根茎类收获机的振动频率、生产效率和作业质量等性能进行测试，评估其在不同作业条件下的表现和稳定性。
2.耐久性试验：通过长时间的连续作业或高强度作业来测试振动式根茎类收获机的耐久性和可靠性，评估其在实际生产中的使用寿命和维护需求。
3.匹配性试验：通过在微耕机上进行挂载和调试，验证振动式根茎类收获机与微耕机的匹配性和协同作业效果，进一步优化设备的设计和结构。
文章编号：1673-887X(2023)06-0062-03根和根茎类药材收获机械化技术现状分析张蓉（神农农业机械发展（山西）集团有限公司，山西太原030031）摘要近年来，中药材产业发展迅猛，在山西、甘肃、安徽等地，相比粮食作物，中药材是其主要的增收性产业，发展中药材种植业已成为我国振兴区域经济、增加农民收入的重要途径之一。
但是，目前药材种植业机械化尚处于起步阶段，机械化水平普遍还很低，其机械化水平与粮食作物相比还有很大差距，尤其是根和根茎类药材的收获环节，仍然存在着劳动强度大、作业效率低等一系列的问题。
文章分析了国内根和根茎类药材种植的基本情况，探讨了用于根和根茎类药材收获的机械作业装备和作业工艺现状，以及根和根茎类药材收获机械存在的主要问题，就加快根和根茎类药材收获机械发展提出了建议。
关键词根类药材；根茎类药材；收获机械中图分类号S225.7文献标志码Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2023.06.021Analysis on the Status of Harvesting Mechanization Technologyof Root and Rhizome Medicinal MaterialsZhang Rong(Shennong Agricultural Machinery Development (Shanxi)Group Co.,Ltd.,Taiyuan 030031,Shanxi,China)Abstract ：In recent years,the Chinese herbal medicine industry has developed rapidly,compared with food crops in Shanxi,Gansu,Anhui and other places,Chinese herbal medicine is its main income-increasing industry,the development of Chinese herbal medicine planting has become one of the important ways to revitalize regional economy and increase farmers'income.However,at present,the mechanization of the planting industry of medicinal materials is still in its infancy,the mechanization level is generally very low,and the mechanization level is still a big gap compared with food crops,especially the harvest of root and rhizome medicinal materials,there are still a series of problems such as high labor intensity and low efficiency.This paper analyzed the basic situation of root and rhizome medicine planting in China,discussed the current situation of mechanical operation equipment and operation technology for root and rhizome medicine harvesting,and the main problems existing in root and rhizome medicine harvesting machinery,and put forward suggestions on speeding up the development of root and rhizome medicine harvesting machinery.Key words ：root medicine,rhizome medicinal materials,harvesting machinery药材，即药用原材料，我国习惯上称为中药材，是指未经加工制成成药的中药原料（包括经过干制、切片等初加工制成的半成品）。
甘肃省农业机械化技术推广总站20 世纪 90 年代，我国开始研发适用于根茎大于40 cm的深根性根茎类中药材收获机具技术研究。
目前主要机具有：切割框架式中药材收获机、铧犁式根茎类中药材收获机、振动筛式根茎类中药材收获机等。
这些机具普遍存在的问题是：功能单一、药材和土壤分离不彻底，深层挖掘阻力大，大部分只完成挖掘作业工序，后作业工序靠人工起拔、捡拾，劳动强度高，作业效率低，收获损失率高，药材商品率低，严重影响了药农收益，也制约着中药材产业进一步发展。
甘肃省是全国中药材主产区之一，2019年全省种植面积 460 万亩，主要品种有当归、党参、大黄、黄芪等。
研制一种适合当前作业要求的根茎类中药材收获机迫在眉睫，现介绍一种结合《中药材产业发展项目》研制试验的根茎类中药材收获机。
一、整机结构与工作原理1.整机结构该机主要由悬挂架、机架、挖掘铲、变速箱、皮带轮、偏心轮、连杆、振动筛、地轮、液压机构和复位弹簧等组成。
主要结构如图所示。
图 根茎类中药材收获机整体结构1机架 2复位弹簧 3开沟铲 4 筛网 5限深轮2.工作原理采用拖拉机后悬挂方式，拖拉机后动力输出轴将动力输入至变速箱，变速箱输出轴通过带传动带动偏心轮主轴旋转运动，偏心轮通过连杆与振动筛联结，使振动筛做前后往复运动。
作业时，根据中药材生长深度，通过液压机构调整地轮高度，达到农艺要求挖掘深度。
随着机具前进挖掘铲将中药材和土壤崛起后推向振动筛，经过振动筛的抖动，土壤从筛条中的孔隙落下，将药材与土壤分离，药材铺放在挖掘后土壤表面，完成中药材挖药工作。
二、主要技术指标根茎类中药材收获机主要技术参数见表1。
表1主要技术参数参数单位数值/方式外形尺寸(长×宽×高)mm2870×2270×1660与拖拉机的联结方式/悬挂式结构质量kg1200配套动力kW≥36.7工作幅宽mm1600挖掘铲型式/铲式分离部件型式/振动筛挖掘深度mm300~500三、田间试验试验点选在定西市陇西县通安驿镇高阳村，参照Q/DXSN007—2019《根茎类中药材收获机》进行。
我市新型多功能根茎作物收获机研制成功
近日，一种新型根茎多功能收获机在我市研制试验成功。
随着我市农业种植结构的调整，全市经济作物种植面积逐年增加，其中根茎类作物花生、马铃薯、红薯收获机械化已加快发展。
但长期以来，芋头收获仍然处于繘跑手扒传统的收获模式，劳动强度大，作业效率低，收获时间长，而且损失率较高。
为解决这一制约根茎类作物收获机械化的瓶颈，我市农机部门与日照福民联合收割机制造有限公司一起，经过调研分析，在薯类收获机的基础上，改制试验，终于成功地研制出了可以兼收马铃薯、红薯、芋头、花生等根茎作物的多功能收获机。
该机配套手扶拖拉机使用，结构紧凑、操作灵活、性能稳定可靠，收获效率高，收获质量好。
适应于马铃薯、芋头、红薯、花生等根茎农作物的收获。
试验中，企业技术人员介绍说：“用这种机械收获薯类、花生、芋头等，比人工收获能提高工效20倍，亩节约作业费60元左右。
”该机型能有效降低劳动强度，大大提高收获质量和劳动生产率，较好地满足根茎农作物收获农艺要求，受到了当地村干部及现场农民的极大欢迎。
现场农民也对这种新型机械赞不绝口，纷纷现场欲购买该机型，九凤村祝书记高兴地说：“用上这种机子省工、省力、又省钱，还能一机多用，
农机部门和企业真为我们办了一件大好事，解决了大难题啊。
”（日照市农机推广站）。
