便攜式藥材挖掘機的研發與試驗

焦云紅 喬莉娟 付偉 王玉霞 張方林 李永平

1、邯鄲學院 2、邯鄲市峰峰山友中藥材種植農民專業合作社

“十二五”以來，在平原地帶，適用于面積較大、農藝水平比較高的大型機械化農機具的發展水平較高。但在丘陵山區的便攜式機械化農機具發展水平明顯落后。本文研發的便攜式挖掘機特指整機重量輕（30kg 以內）、操作方便、1 人就能轉移的小型機械，特別適用于缺乏動力、交通不便的丘陵山區的不規則小地塊作業、陡坡地作業、林間作業或擇伐作業。

1 實驗設備介紹

1.1 整機結構

該自主研發的便攜式藥材挖掘機，整機重量27Kg，包括動力汽油機和主體挖掘排齒兩部分，挖掘叉齒包括高速鋼齒，可設計有直齒和彎齒（15°弧度）。叉齒根據藥材特點及土壤特性可設計不同型號（圖1）。

圖1 便攜式藥材挖掘機整機結構

1.2 工作原理

通過向下擊打振動使藥材根莖與土壤結構松弛，實現根部與土壤的分離，通過杠桿起撬完成對深根類植物的挖掘。與鏟狀、鏵犁結構相比，叉齒結構向下的阻力小、對土壤切面破壞力小、對根莖的破壞小。對土壤及根莖的破壞小于傳統的人工、機械挖掘。

2 實驗方案

黃芪［Astragalus membranaceus (Fisch.)Bunge.］，豆科，黃芪屬。一直以來都有“十藥八芪”之稱。黃芪主根肥厚，垂直生長在1 米以上，屬于深根類植物。

本文選取當地藥材種植合作社栽培的二年生黃芪進行性能測試。選定具有本地山區丘陵典型土壤特征的硬質、軟質、砂石混合土實驗用地3 塊。在每一類實驗用地上選擇種植密度及黃芪長勢相似的塊地進行機械和人工定時挖掘比賽，采取計時挖掘的方式進行數據采集，從工作效率、傷損率指標等對挖掘機進行性能測試，計算單位時間內的工作效率（棵/時間）：挖掘1 棵藥材的平均用時（按秒數計），用時越少，效率越高。藥材傷損率=損傷數/總數（以%計）。用spss 軟件進行數據統計分析。

3 試驗結果與分析

3.1 數據對比分析

表1 三種土壤類型中各項指標的對比

3.2 挖掘效率對比分析

主體間效應的檢驗。

表2 各因素對挖掘效率的影響

從主體間效應檢驗分析可知，土壤性質和挖掘方式對工作效率影響差異顯著（P=0.008，0.031，均小于0.05），利用兩兩比較法對工作影響因素進一步分析。

表3 挖掘方式對挖掘效率的影響

表4 土質對挖掘效率的影響

綜合以上分析可知：機械與人工對比中，彎齒挖掘效率最好。分析原因：彎齒具有一定的弧度，向下挖掘及向上撬動起根的過程中，彎齒的結構受到土壤的阻力相對較小。而土壤性質對挖掘效率也有很大影響。提示：即便是丘陵山區的仿野生種植，也應做好土壤的深松耕作，這樣更有利于提高機械挖掘效率。

3.3 傷損率的比較分析

主體間效應的檢驗。

表5 各因素對藥材傷損率的影響

從表5 可知，土壤性質差異對藥材傷損率的影響差異不顯著（P=0.370，大于0.05）。而挖掘形式對藥材傷損率的影響差異極為顯著（P=0.001，小于0.01），從現場采集可知：機械挖掘通過振動使根莖與土壤松弛分離，藥材主根、須根完整，品相好，成功解決了傳統挖掘損傷藥材（斷根、撕裂、破皮）影響質量的問題。

4 結論

4.1 工作效率上：

彎齒型號的機械挖掘效果最好。

4.2 傷損率上

機械作業的傷損率遠遠低于人工作業的傷損率，尤其是在對根莖品相要求較高的藥材（人參等）挖掘中，本挖掘機更具有顯著優勢。對比黃芪切片價格，品相好的黃芪原枝市場價200 多元一枝，對提高經濟收益效果十分明顯。

4.3 機械性能上

與目前國內現有的鑿式、犁鏟式藥材挖掘技術相比，本機具有工作阻力小、生產效率高、不掩埋藥材和不攪亂原耕層構造等特點。解決了深根莖類藥材機械挖掘時對深層土塊的切割、疏松、藥材與土壤初級分離等技術難題。解決了分離過程中藥材與土壤的剝離及對機件的纏繞問題以及切割部件對藥材根莖造成的撕裂及破損問題。