便携式药材挖掘机的研发与试验

焦云红 乔莉娟 付伟 王玉霞 张方林 李永平

1、邯郸学院 2、邯郸市峰峰山友中药材种植农民专业合作社

“十二五”以来，在平原地带，适用于面积较大、农艺水平比较高的大型机械化农机具的发展水平较高。但在丘陵山区的便携式机械化农机具发展水平明显落后。本文研发的便携式挖掘机特指整机重量轻（30kg 以内）、操作方便、1 人就能转移的小型机械，特别适用于缺乏动力、交通不便的丘陵山区的不规则小地块作业、陡坡地作业、林间作业或择伐作业。

1 实验设备介绍

1.1 整机结构

该自主研发的便携式药材挖掘机，整机重量27Kg，包括动力汽油机和主体挖掘排齿两部分，挖掘叉齿包括高速钢齿，可设计有直齿和弯齿（15°弧度）。叉齿根据药材特点及土壤特性可设计不同型号（图1）。

图1 便携式药材挖掘机整机结构

1.2 工作原理

通过向下击打振动使药材根茎与土壤结构松弛，实现根部与土壤的分离，通过杠杆起撬完成对深根类植物的挖掘。与铲状、铧犁结构相比，叉齿结构向下的阻力小、对土壤切面破坏力小、对根茎的破坏小。对土壤及根茎的破坏小于传统的人工、机械挖掘。

2 实验方案

黄芪［Astragalus membranaceus (Fisch.)Bunge.］，豆科，黄芪属。一直以来都有“十药八芪”之称。黄芪主根肥厚，垂直生长在1 米以上，属于深根类植物。

本文选取当地药材种植合作社栽培的二年生黄芪进行性能测试。选定具有本地山区丘陵典型土壤特征的硬质、软质、砂石混合土实验用地3 块。在每一类实验用地上选择种植密度及黄芪长势相似的块地进行机械和人工定时挖掘比赛，采取计时挖掘的方式进行数据采集，从工作效率、伤损率指标等对挖掘机进行性能测试，计算单位时间内的工作效率（棵/时间）：挖掘1 棵药材的平均用时（按秒数计），用时越少，效率越高。药材伤损率=损伤数/总数（以%计）。用spss 软件进行数据统计分析。

3 试验结果与分析

3.1 数据对比分析

表1 三种土壤类型中各项指标的对比

3.2 挖掘效率对比分析

主体间效应的检验。

表2 各因素对挖掘效率的影响

从主体间效应检验分析可知，土壤性质和挖掘方式对工作效率影响差异显著（P=0.008，0.031，均小于0.05），利用两两比较法对工作影响因素进一步分析。

表3 挖掘方式对挖掘效率的影响

表4 土质对挖掘效率的影响

综合以上分析可知：机械与人工对比中，弯齿挖掘效率最好。分析原因：弯齿具有一定的弧度，向下挖掘及向上撬动起根的过程中，弯齿的结构受到土壤的阻力相对较小。而土壤性质对挖掘效率也有很大影响。提示：即便是丘陵山区的仿野生种植，也应做好土壤的深松耕作，这样更有利于提高机械挖掘效率。

3.3 伤损率的比较分析

主体间效应的检验。

表5 各因素对药材伤损率的影响

从表5 可知，土壤性质差异对药材伤损率的影响差异不显著（P=0.370，大于0.05）。而挖掘形式对药材伤损率的影响差异极为显著（P=0.001，小于0.01），从现场采集可知：机械挖掘通过振动使根茎与土壤松弛分离，药材主根、须根完整，品相好，成功解决了传统挖掘损伤药材（断根、撕裂、破皮）影响质量的问题。

4 结论

4.1 工作效率上：

弯齿型号的机械挖掘效果最好。

4.2 伤损率上

机械作业的伤损率远远低于人工作业的伤损率，尤其是在对根茎品相要求较高的药材（人参等）挖掘中，本挖掘机更具有显著优势。对比黄芪切片价格，品相好的黄芪原枝市场价200 多元一枝，对提高经济收益效果十分明显。

4.3 机械性能上

与目前国内现有的凿式、犁铲式药材挖掘技术相比，本机具有工作阻力小、生产效率高、不掩埋药材和不搅乱原耕层构造等特点。解决了深根茎类药材机械挖掘时对深层土块的切割、疏松、药材与土壤初级分离等技术难题。解决了分离过程中药材与土壤的剥离及对机件的缠绕问题以及切割部件对药材根茎造成的撕裂及破损问题。