馮曉靜　徐劍楠　劉洪杰等

摘要：針對(duì)甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）主要品種及農(nóng)村動(dòng)力狀況，設(shè)計(jì)了一種甘草采挖收獲機(jī)。結(jié)果表明，該挖掘機(jī)的挖掘深度大于40 cm，損失率小于3%，生產(chǎn)率達(dá)0.2～0.4 hm2/h。該機(jī)的挖掘深度、配套動(dòng)力及相關(guān)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）；收獲機(jī)；作業(yè)阻力；損失率

中圖分類號(hào)：S225.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）19-4844-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.19.049

Abstract： Aiming at the main varieties of glycyrrhiza（Glycyrrhiza uralensis Fisch.） and village power conditions， the glycyrrhiza digging harvester was designed. Results showed that the excavator digging depth was more than 40 cm， loss rate less than 3%， and the productivity up to 0.2～0.4 hm2/h. The mining depth， the supporting force and related performance indexes could meet the design requirements.

Key words： glycyrrhiza（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）； harvesting machine； work resistance； loss rate

隨著甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）種植面積的逐年擴(kuò)大，其人工收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大、損失率高、機(jī)械化作業(yè)困難等問題日益突出，阻礙了甘草規(guī)模化、規(guī)范化生產(chǎn)[1]。目前中國(guó)甘草生產(chǎn)主要是人工、半人工收獲。國(guó)外沒有專門針對(duì)深根藥材作物的挖掘機(jī)械，而國(guó)產(chǎn)藥材挖掘機(jī)的機(jī)械性能不甚理想，質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)廠家也很少，沒有形成批量和規(guī)模[2，3]。為此，針對(duì)中國(guó)甘草主要品種及農(nóng)村動(dòng)力狀況，從減小機(jī)具作業(yè)阻力、減少壅土和纏草、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少甘草根莖損傷、確保甘草的挖掘質(zhì)量出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種收獲損失低，藥材品質(zhì)好，能耗低、效率高的甘草采挖收獲機(jī)。

1 甘草采挖收獲機(jī)的設(shè)計(jì)

甘草的栽培方式與收獲后根莖的品質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與研制甘草挖掘機(jī)設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。甘草通常為壟作種植，行距一般為20～25 cm，株距10～13 cm。甘草根分為主根和須根，其主根垂直向下伸展，須根則在地表以下呈水平方向延伸，交錯(cuò)盤結(jié)。大田栽培兩年一般主根長(zhǎng)80～150 cm[4]。交錯(cuò)的須根一般分布在地表以下5～20 cm處[5]。甘草主根的強(qiáng)度及其交錯(cuò)的須根系直接影響到挖掘機(jī)挖掘部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其工作性能。在挖掘作業(yè)時(shí)，一個(gè)挖掘鏟同時(shí)切割兩行，挖掘鏟設(shè)計(jì)工作寬度應(yīng)大于400 mm，成品甘草長(zhǎng)度大于400 mm為一等品[6]，設(shè)計(jì)挖掘深度應(yīng)大于400 mm。

1.1 甘草采挖收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)

甘草采挖收獲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括挖掘鏟、高刀柱、變速裝置、振動(dòng)裝置、機(jī)架、懸掛架等。機(jī)具與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)掛接，一次作業(yè)可完成挖掘、松土、碎土等多項(xiàng)作業(yè)。

作業(yè)時(shí)，首先按作業(yè)要求把機(jī)具與拖拉機(jī)液壓懸掛裝置聯(lián)接，根據(jù)所需挖掘深度進(jìn)行合適的調(diào)整；挖掘鏟進(jìn)入規(guī)定的土層深度后，將甘草根莖割斷，在挖掘鏟和延長(zhǎng)鏟綜合作用下，使挖掘范圍內(nèi)土壤松動(dòng)、破碎，從而使得土壤與收獲物分離。再由人工將裹在松散土壤中的甘草檢出，進(jìn)行捆綁、晾曬。

1.2 振動(dòng)部件結(jié)構(gòu)確定

刀鏟和刀柱等入土部分以一定方式振動(dòng)，使刀鏟沿固定的軌跡振動(dòng)前進(jìn)，土壤松土程度高，松土效果好，利于后期撿拾，動(dòng)土區(qū)域小，動(dòng)力消耗小，在滿足作業(yè)質(zhì)量的條件下，阻力減到最小。

本機(jī)采用的帶有偏心輪的振動(dòng)裝置，振動(dòng)變速裝置由動(dòng)力輸入軸、動(dòng)力輸出軸、齒輪、偏心輪及殼體構(gòu)成。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力通過萬向聯(lián)軸節(jié)傳遞給變速裝置的動(dòng)力輸入軸，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)力輸出軸，經(jīng)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)整個(gè)刀柱及切割鏟振動(dòng)，以松動(dòng)割刀前部土壤來減小犁的工作阻力，同時(shí)使含根土壤破碎松動(dòng)，利于甘草根莖的脫土和拔出。

1.3 挖掘鏟結(jié)構(gòu)和參數(shù)

挖掘鏟將甘草地下根在適當(dāng)位置進(jìn)行切割，不能撕裂和擦傷甘草，以保證挖掘質(zhì)量；并盡可能使土壤松碎，甘草與土壤分離，要求在克服各種阻力時(shí)消耗的能量最少。

挖掘鏟如圖2所示，由主鏟和兩側(cè)延長(zhǎng)刀構(gòu)成，鏟體的寬度（B）取決于甘草種植的行距。若鏟體寬度不夠，割不到甘草，造成漏挖；鏟體寬度過大，工作阻力增大，增加動(dòng)力消耗。通過調(diào)查，甘草的行距一般為200～250 mm。本設(shè)計(jì)為雙行作業(yè)，所以最基本的工作寬度應(yīng)為400～500 mm，但在這個(gè)寬度下，延長(zhǎng)刀的邊緣也僅是剛觸及甘草根莖，還不能順利將其割斷。為保證滿足要求，又盡量降低阻力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果鏟體寬度設(shè)計(jì)為500～600 mm可調(diào)。

1.4 割刀高刀柱設(shè)計(jì)

割刀柱是甘草采挖收獲機(jī)的重要構(gòu)件，與挖掘鏟一起產(chǎn)生振動(dòng)。作業(yè)時(shí)承受巨大的外部載荷，要求具有較大強(qiáng)度和剛度，絕對(duì)不能發(fā)生扭曲、彎轉(zhuǎn)等變形，以保證作業(yè)過程的正常進(jìn)行。割刀柱的立柱部分寬為110 mm，下底端寬度減小以安裝挖掘鏟。刀柱前面為帯刃口大弧度曲線，用于劈開土壤，割斷兩行間下層須根，并保證機(jī)組行走的直線性和縱向穩(wěn)定性。

2 機(jī)具田間試驗(yàn)分析endprint

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)在河北省清苑縣甘草種植基地進(jìn)行。該地區(qū)海拔高度50 m左右，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年日照2 563 h，年降水量650～750 mm，年無霜期約187 d。挖掘?qū)ο鬄槿晟圃愿什荩鞲L(zhǎng)度超過50 cm，直徑大于2.5 cm。

該地區(qū)甘草正常挖掘作業(yè)時(shí)節(jié)為秋季。試驗(yàn)時(shí)田間土壤濕度適中，田間甘草行距平均為200～250 mm。根據(jù)配套所需動(dòng)力，選配東方紅-75型拖拉機(jī)，并按其作業(yè)速度要求選用低擋。

2.2 機(jī)具性能指標(biāo)試驗(yàn)

通過對(duì)機(jī)具性能指標(biāo)的測(cè)定，來確定機(jī)具的工作狀態(tài)是否滿足生產(chǎn)及農(nóng)藝要求。作業(yè)中，挖掘深度、甘草根莖的收獲長(zhǎng)度、損傷率等指標(biāo)又從不同角度反映機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)性能。試驗(yàn)時(shí)檢查土壤的松動(dòng)程度，測(cè)定甘草根莖的收獲長(zhǎng)度、損失率兩項(xiàng)指標(biāo)。

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)地塊分為6個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段作業(yè)兩個(gè)行程，每個(gè)行程50 m，取5個(gè)測(cè)點(diǎn)。分別檢測(cè)其挖掘深度和甘草根莖的損失率。

1）收獲長(zhǎng)度的測(cè)定。甘草的收獲長(zhǎng)度是甘草收獲質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響甘草的收獲量和成品甘草的品質(zhì)。成品甘草在收獲時(shí)長(zhǎng)度要求大于40 cm。如果甘草根莖長(zhǎng)度偏短，甘草的收獲損失增加，且降低成品甘草的質(zhì)量等級(jí)，從而影響農(nóng)民的收入；然而作業(yè)深度超大，甘草根莖已經(jīng)很小，對(duì)收獲量影響不大，又會(huì)增加拖拉機(jī)的牽引負(fù)荷，引起挖掘阻力增加等問題，造成不必要的功率浪費(fèi)。

2）甘草根莖損失率。甘草根莖的損失率是甘草挖掘機(jī)的另一個(gè)重要的性能指標(biāo)，將會(huì)直接影響甘草的收獲量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，甘草根莖的損失率L1為2.13%，L2為2.56%，L3為2.08%，L4為2.94%，L5為2.76%，L6為2.49%?？梢钥闯觯O(shè)計(jì)的挖掘機(jī)對(duì)甘草的損傷率均低于3%，在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，能夠滿足作業(yè)質(zhì)量要求，作業(yè)性能比較優(yōu)良。

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，該挖掘機(jī)的挖掘深度大于40 cm，損失率小于3%，生產(chǎn)率達(dá)0.2～0.4 hm2/h。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，該機(jī)的挖掘深度、配套動(dòng)力及相關(guān)性能指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且該收獲機(jī)收后含根土垡松碎較好，甘草根莖的人工拔出比一般挖掘收獲省力。

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