蔣輝霞 萬先起 李光輝 蔣金巧 羅 俊 王 林 徐 一 魏鼎才

（四川省農業機械研究設計院，四川成都 610066）

白芷作為四川道地藥材中的典型代表之一，其應用范圍非常廣泛，不僅具有祛風散寒、活血排膿、生肌止痛、燥濕止帶、降血壓等藥用價值[1]和減肥、美容、祛斑等美容美體價值[2-3]，還是藥食同源的典型，可用于熬粥、煲湯、調味等，有很高的食用價值。白芷一般9月中旬至10月上旬播種，翌年7月中下旬采收。挖取過早會導致加工出的成品粉性不足；采收過遲，其根部會腐爛或重新發芽而消耗養分，影響產量和質量。應選擇連續晴天進行采收，先將地上部分割除，然后細致地挖出全根，避免造成不必要的損失。目前，白芷的收獲大部分依賴人工挖取，收獲效率低。此外，收獲季節雨水較多，白芷在挖取過程中被雨淋濕會導致黑心、霉爛[4]。因此，為有效促進當地白芷產業的發展，亟須突破相關技術瓶頸，研發一種白芷機械化收獲裝置。

本文針對白芷人工挖取效率低、挖取難度大的現狀，在分析比較挖取作業工作原理的基礎上，結合挖取白芷須滿足破損率低、作業效率高、操作簡單方便的需求，并綜合考慮丘陵山區地形、地貌特點，對白芷機械化收獲裝置的主體結構進行了探索。白芷機械化收獲裝置需要滿足作業效率高、損失率低、可靠性高、適用性強的要求和適用于四川丘陵山區不同土壤條件。經綜合分析，采用拖拉機拖動白芷收獲裝置作業，由拖拉機后軸連接收獲裝置的傳動機構并提供作業動力。收獲裝置主體結構由動力部分、挖取部分、篩分部分、行走部分和出料部分組成。

1 動力部分

四川丘陵山區白芷主產于遂寧、安岳、簡陽、瀘州等地，由于地處丘陵山區，地塊小，并且很多還是坡地。拖拉機結構緊湊、轉彎半徑小，便于當地土塊作業，故采用拖拉機作為拖動動力。

挖掘裝置的挖掘動力采用拖拉機后軸連接白芷收獲裝置的變速箱，變速箱通過帶輪輸出動力到第一根旋轉軸上，第一根旋轉軸通過兩級連桿機構將動力傳輸至挖掘鏟，進行挖掘作業。

挖掘裝置的篩分動力由第一根旋轉軸通過第一級鏈條帶動第二根旋轉軸，第二根旋轉軸經第二級鏈條傳動，帶動前傳輸帶作業；同時，第二根旋轉軸通過第二級鏈條帶動第三根旋轉軸，第三根旋轉軸再經第三級鏈條傳動和第四根旋轉軸一起作業帶動后傳輸帶傳動，進行篩分作業。

挖掘裝置的行走部分動力設計為三點直聯，保證挖掘裝置平穩前行。

2 挖取部分

根莖類道地藥材機械化收獲的關鍵核心之一是其挖取技術及部件。四川丘陵山區不同的土壤類型、土壤含水率對挖取部分的技術要求各不相同，因而需要根據當地實際情況研制入土阻力小、動力消耗低、作業效率高的挖掘技術及部件。

2.1 挖掘鏟整體設計

挖掘鏟包括插刀、直角鐵塊、柵條等部件。柵條上設有向上彎曲的掛鉤，插刀的前端部分較尖，有利于插入土層。刀片上沿輪廓設有直線凸起，防止土壤黏附在刀片上，并且刀片也有一定的入土角度，有利于減少入土阻力。挖掘鏟底板上的直角鐵塊可防止土壤黏附在挖掘鏟底板上，插刀后部的圓形柵條有利于小塊土壤脫落，提高挖掘鏟的抖土能力。此外，挖掘鏟的寬度應當滿足四川丘陵山區地形、地貌特點和白芷種植的需要。

2.2 材料和工藝

挖掘鏟材料的選用應滿足挖掘作業應力要求，并且具有良好的焊接性能和冷熱加工性能，以方便制作加工。在加工過程中，采用適宜的加工工藝可提高挖掘鏟防沖擊、耐磨、耐腐蝕等機械性能，滿足四川丘陵山區不同土壤條件作業和連續高強度作業的需求，從而提高挖掘鏟的適用性。

2.3 挖掘減阻分析

四川丘陵山區土壤的耕作阻力因土質、土壤含水率不同而存在很大差異，尤其是輪式拖拉機附著力差，降低牽引阻力、充分發揮發動機效率至關重要。因此，開發研制深層挖掘減阻部件將成為實現白芷機械化收獲的關鍵環節之一。

結合白芷挖掘過程中挖掘深度、明莖率、挖松率、傷損率等相關技術要求確定多種設計方案，利用相關專用軟件分別建立不同形狀的白芷挖掘鏟三維模型。通過設置不同的入土角度，對其挖掘過程進行動態仿真。根據動態仿真結果得出不同的阻力大小，并找出適宜的入土角度，從而選擇適宜的挖掘鏟形狀。通過專業軟件對挖掘鏟不同位置的應力進行分析，找出應力最集中的區域，從而在相應位置有針對性地采取加強措施，延長其使用壽命。

3 篩分部分

根莖類道地藥材機械化收獲的另一個關鍵核心是其篩分技術及部件。傳統的篩分技術是將土壤和根莖類作物一起挖掘后通過振動實現分離，存在分離不徹底、堵塞等問題。本裝置創新性地將土塊進行了二次破碎，對白芷和土塊進行了二次篩分，最終實現土塊與白芷的有效分離，可滿足當地白芷收獲的需求。

3.1 整體設計

將白芷的根莖從土壤中鏟出，連同土塊一起放入振動篩。對包裹藥材根莖的土塊進行振動操作，篩掉一部分土塊。振動后的土塊和藥材根莖被傳送到前傳輸帶上，再分離掉一部分土塊。在前傳輸帶傳送的過程中，前壓輥可以把大的土塊碾壓成小的土塊，然后壓輥對小土塊進一步碾壓。經過碾壓處理后的土塊和藥材根莖被傳送到后傳輸帶上，壓碎的土塊經后傳輸帶分離，使藥材滑落到地面，以便作業人員收集。

3.2 傳輸帶設計

3.2.1 前傳輸帶。考慮丘陵山區土質條件和收獲需求，將前傳輸帶的傳輸鏈間隙設計得較寬，以便將挖掘好的藥材和泥土在傳輸帶上振動分離，實現初步篩選功能；同時，考慮設計間隙應小于白芷的最小尺寸，以避免振動過程中白芷被漏掉。

3.2.2 后傳輸帶。后傳輸帶的傳輸鏈間隙設計小于前傳輸鏈的間隙，以便將第一次振動分離的藥材和泥土再次分離，實現細篩功能，以滿足收集要求。

3.3 碎土部分設計

為了提高裝置的作業效率和作業性能，該裝置創新性地設計了二次碎土作業，并且第二次碎土的尺寸小于第一次碎土尺寸，提高了碎土效率。該機構主要由傳輸帶上的前壓輥和后壓輥組成，前壓輥和后壓輥均采用圓形鋼材制作，并且表面進行了打磨處理，以保證光滑，避免擦傷白芷表皮而降低白芷質量。前壓輥與前傳輸帶之間的距離設計得較大，便于粉碎較大的土塊；后壓輥與后傳輸帶之間的距離設計得較小，便于粉碎較小的土塊。此外，前壓輥與前傳輸帶、后壓輥與后傳輸帶之間的距離均應大于白芷的最大尺寸，使白芷根莖能順利通過且不被壓傷。

4 行走部分

行走部分的設計采用拖拉機作為牽引力拖動，白芷收獲裝置采用行走輪作支撐并滾動前行，便于行走和轉彎作業；整體行走機構設計簡單且易于更換；行走輪采用特殊工藝處理，提高了耐磨性和耐腐蝕性，從而延長了行走部分的使用壽命。

5 出料部分

經過二次篩分后，白芷根莖部分的泥土大部分被篩盡，白芷根莖部分經出料口直接滑落到地面，由作業人員統一整理收集。基于白芷收集方便、出料順暢、減少堵塞的需求，出料口離地面的高度、出料口與水平線的角度設計應適中，保證滑落時不堵塞和傷害白芷根莖。出料部分的鋼板表面應進行打磨，保證不傷害白芷根莖表皮、不影響白芷收獲質量。

6 結語

為了提高本裝置的機械性能，經技術方案分析、比較，確定了本裝置各組成部分的結構設計和工藝處理。通過前部振動挖掘鏟松土，有效減少了土壤阻力，二次篩分和碎土讓白芷與土壤分離干凈且不漏、不傷白芷。本裝置集挖掘、碎土、分離等功能為一體，實用性強，為四川丘陵山區白芷或者根莖類藥材收獲提供了一定的參考，對根莖類藥材的機械化發展起到了積極作用。