现阶段药材收获机存在问题与技术路线选择

山西省农业机械发展中心

□ 张丹

根茎类中药材是我国非物质文化遗产，至今社会上普遍认同根茎类中药材的药用保健功效，关注度及需求越来越高。目前，我国中药材生产耕种收综合机械化水平不足40%，尤其是根茎类药材综合机械化水平存在着区域不平衡问题，河北、甘肃地区较高，山西、宁夏、陕西等地相对较低，有的地区全程仍为人工作业。就山西省来说，现阶段应重点以中药材机械化收获为突破口，完善耕种收一体化农机农技协同技术，针对现有产品的技术缺点，补齐短板、研发更具适用性的药材联合收获机非常必要。

一、目前药材收获机产品存在的问题

1.缺少联合作业机械，生产效率低、综合成本高

药材收获后往往平铺于地面，在后续作物离田中，既增加了劳动力投入，也带来二次损失。以黄芪收获为例，亩产保守估计2000kg以上，现有机具收获后将药材铺放或装箱集条于地面，人工用叉子将药材叉起装车，或捡拾装袋后再装车，这样每台收获机作业时需要雇佣4—8名工人，在装车时工人常常将好装的物料装车，不好装的就然遗留在地头，二次人为损失很大。

2.不同作业季适用性差，调节不便、操作性不强

近年来，药材地头交易量和占比逐步提高，由于供需衔接较差，为便于集中出货农户往往提前收获，但因为作业环境和收获机作业参数不尽不同，既影响药材亩产和品质，药材收获难度也随之增加，为应对不同收获季，现有机具的可调性差，调整难度也大。

3.产品针对性差，专用机型少

目前，市场上药材收获机仍以悬挂挖掘式为主，其工作路线为：拖拉机悬挂挖掘机前进——药材土壤收获——链筛输送分离——药材洒落地面。该作业模式仅能简单实现药材挖掘和分离，各生产厂家为便于产品生产、零部件配套，产品均以适用大多数药材来配套零部件，“一机打天下”情况较为普遍，看似适用性提高了、什么药材都可以收，但最大的缺点是什么都收不好。

4.损失大，损伤多

药材收获后还需经过晾晒、炮制、切（片）段、烘干等工序，收获后药材越完整，越有利于后续加工处理，药效也更好。以黄芪、丹参为例，其根茎在土壤内时成伞条状分布，韧性差较脆。

机收作业时，挖掘装置将作物和土一同铲起，土药未完全分离时能对根起到一定保护作用；进入分离阶段后，在输送、清选环节，药材会同土块、机体碰撞发生折断破损等情况，影响药材的完整性、品质及售价。尤其是，现有破土机构调节费事费时，需要两到三人配合，且控制间距大小要求高，需综合考虑作业季节田间土壤的湿度、硬度、作物长势、速度控制等因素，在作业旺季，机手常常调高或卸掉破土机构，造成土、药分离不彻底，土杂夹带损失大，成品含杂率高等情况。同时，根茎与药材混杂，铲起的药材在回落时又重新被土壤或药草茎秆覆盖，结果就是现有根茎类药材收获机根系与土壤分离效果差。

二、技术路线

1.机具结构型式确定

经调研，目前西北地区中药材生产收获环节均使用牵引式、悬挂式收获机，整机结构较为成熟，用户认可度较高。因此，进一步研发思路将在现有收获机基础上向联合收获机型拓展。

2.机具类别确定

根茎类药材品类庞杂，生长模式均有不同。从机收角度分析，在土壤中分布情况、作物特征、收获农艺要求等因素，对机收环节关联度大，因此可大体将药材划分为以下几类：

一是深根条状药材。成品药材为粗、长条状，以丹参、黄芪、牛膝为代表，生长深度范围一般在30—45cm左右，亩产1.5—2.5t左右，相较其它药材亩产较大。其收获难度大，捡拾费时费力，土药分离难度大。

二是块茎类药材。成品药材类似土豆或红薯，以地黄、当归为代表，生长范围在15—20cm左右，收获难度较小，现有马铃薯收获机通过提高整机强度、调整挖掘装置结构，改变链筛间距、抖动频次，可以实现该类药材高效收获。

三是小粒块茎类药材。成品尺寸同红枣、带壳花生相似，在华北和中原种植范围广。以半夏贝母为代表，收获时往往连同主根茎一同收获，深度一般在20—30cm以内。

目前，西北地区涉及机收面积最大的药材为深根条状药材，其中以黄芪、丹参为代表，收获难度较大。目前该类药材的机械化收获仍存在着以上所述诸多技术缺陷。因此，本项目以深根类条状药材联合收获为突破口，针对该类机型现状问题提升关键性能指标。项目组申请并完成了“快速药材联合收获机研发”项目课题，先后组织研发人员到甘肃、陕西、河北等地参观学习，对比近年来引进机具作业情况，提出修改方案，优化材料选择和工艺配套，研制出了4YWL-1800Z、4YWL-2000Z型快速药材联合收获机，并顺利通过了试验验证。

三、产品核心结构选定

（一）装车机构

1.装车装置。在机构设计、验证阶段，项目组考虑了以下技术要求：（1）实现直接装车，且最好有一定存储作用，目前比较成熟的技术路线有箱式侧（后）翻装车、侧向输出装车。（2）考虑到药材土渣均由尾部进入，药材土渣含量较大，在装车过程中最好能进行一定的土渣分离，降低含杂率。（3）长根类药材离地后较脆，应当考虑输送过程的综合损失率。（4）装车过程也可能带来一定损失。经过综合考虑，由于作业负荷较大，现有悬挂式、牵引式收获机如果采用箱式装车机构会增加整机结构不稳定性，同时装车容积较小也不能满足连续作业要求，因此决定采用侧向输出装置。

2.装车高度。2022年5月开始，项目组对甘肃、河北、陕西地区进行了调查，目前以柴油机为动力的农用三轮车较多，大面积种植的合作社也有拖拉机牵引的农用拖斗，为便于装卸料农户均进行了加高处理，各类运输工具外边框离地高度最大在2m以内，最小在1.5m左右。在此高度范围内，运输工具能满足田间作业基本运输要求。经项目组研究决定，理论最大装车高度设计为2m，最低位置处离地高度为1.5m。本次设计的机具工作幅宽为1.8m、2.0m两种规格，动力配置1204马力以上，基本具有良好、稳定、可靠的液压输出；实现了装车机构初加装液压支撑机构高度液压上下可调，可连续、快速、准确调整高度。

3.输送装置。目前技术成熟的有两大类：一是胶制输送带，在马铃薯、甜菜联合收获机上有大范围使用，优点是对作物损伤小，输送过程损失低，收起或打开柔性好；缺点是输送链长度较短，含杂高、土壤及其杂质易附着于表面，结构强度差。二是栅条式输送链，常用于果蔬收获输送，优点是结构强度大，可带负荷启动，长距离输送；缺点是输送过程会对作物造成一定损伤。结合两种输送装置的优缺点，考虑到药材的独特性，项目组设计了两种机构的结构原型，在药材合作社对原型进行了300h的性能验证。

结合成本、动力传动、技术改造及维修操作等因素，项目组最终采用了输送链筛结构为输送装置。通过核心零部件性能测试，对链筛结构进行了重新调整设计，采用了两段式输送机构，第一级实现了药材的暂存、水平输送，第二级实现了高位装车抛送。对输送链筛间距进行了缩调，同时增加了垂直方向的一组钉齿，用以减少药材损失，增加土渣分离效果。

（二）作业幅宽及配套动力功率的选定

结合种植情况、动力配套、田间药材运送工具的等因素，在联合收获作业状态下，直接装车用户集中采用1.8m以上挖掘式收获机械进行作业。一般来说，整机结构稳定性越大，工作幅宽必将对应较大的输送工作量及长度；然而幅宽过大又会提高整机侧向剪切力，带来整机可靠性降低，同时提高了配套动力、故障率及故障处理难度。目前，在种植量较大的根类条状药材中，黄芪等已基本实现了机械化条播，丹参在部分地区开始穴播，大部分地区仍维持散播。因此，将收获机作业幅宽确定在1.8m、2.0m两个工作幅宽。配套动力确定为132kW以上、最优型号1804拖拉机。

（三）作业深度的选定

根类条状药材地下根茎垂直长度在30—40cm不等，较深的能够长到40cm以上。以黄芪为例，可作为药用价值的部分往往在400mm以内。从地面算起，深度在300mm以内占比80%—95%左右，深度扩展到400mm时占总重的95%—99%左右。而在同等幅宽下，作业深度每加大一厘米对机具的结构强度要求和油耗将会成倍增长。因此，从收获经济性、机具可靠性、损失率等多因素考虑，将作业深度确定在300—400mm范围内。

（四）挖掘装置型式选定

根类条状药材在土壤中成伞状分布，如采用梳齿铲或振动铲，起土阶段挖掘装置容易对药材造成损伤。结合现有成功案例，决定采用加宽加厚式分段平铲，铲底部采用支称钢架，与整机侧壁及悬挂形成刚性支撑；铲体在组装前回火处理降低内部刚性，提高韧度；表面经过渗碳处理提高耐磨性，前铲耐磨性强，后铲韧性好。这种组合式铲体，大幅提高了工作时间，降低了维修成本。试验数据显示，使用时间较同类提高了26%，维修时间降低了40%，维修费用大幅降低。

（五）碎土结构设计与选定

采用可调式双碎土辊，快速拆卸更便捷，前后两组荆条式压土辊，提高了土、药的分离速度，缩短了分离清选区域长度，为输送机构留下了安装空间。第一组位于一级传动分离链条筛的中后部，同链筛同向差速转动，起到破碎大土块、缠绕杂草的作用；第二组位于一级传动清选链筛和二级传动链筛的结合部，同链筛反向转动，提高碎土（除杂）效果。

同时，考虑到尾部输送机构有部分分离清选功能，为提高整机结构刚性，减少侧壁径向作用力，将两级输送链长度均进行了缩短，降低了在输送过程中对药材的损伤，为尾部侧向输送装置的安装预留了空间。