丹参智能化收获技术探究*

2024-01-22李光辉蒋辉霞谭杰蒋金巧随顺涛高新罗俊

四川农业与农机 2023年6期

李光辉蒋辉霞谭杰蒋金巧随顺涛高新罗俊

四川省农业机械科学研究院，四川成都

丹参是四川省重点培育的川产道地药材，常年种植丹参面积超过0.93万hm2，在全省道地药材种植面积中排名第3。在丹参产业发展中，其耕、种、管、收等种植环节劳动力需求量大、人工成本高、机械化水平低等问题，已成为制约丹参产业发展的“瓶颈”之一。特别是收获环节，大多还是依靠传统的人工采挖，需要大量的人力进行高强度作业，效率低、用工成本高，难以满足农时需要，严重阻碍和影响了丹参产业发展。因此，开展丹参收获环节智能化技术及机具的研发，以先进适用的丹参智能收获机代替人工收获，是丹参产业的发展趋势迫切需要。

目前，欧美等国家收获技术及装备机械化、智能化水平较高，国外根茎类挖掘收获机主要针对萝卜、马铃薯、大蒜、洋葱等。国内现有的一些以薯类收获机改制的根茎类中药材收获机型只能满足北方田地作业条件，存在功能单一、挖掘深度不够、适应性差等问题。四川省丹参栽培需要起垄栽培，因此其他产区的收获技术及应用方案，不能满足四川省根茎类道地药材丹参的收获要求。

本文针对丹参种植土壤粘性重、含水率大、丹参根质脆、易断及人工收获劳动成本高、劳动强度大等问题，着眼丹参收获机挖掘、分离、收集等关键技术开展技术攻关，通过突破丹参智能化收获低损降阻挖掘、根土高效分离、参根高效收集等关键技术，研发丹参智能化收获装备，破解影响丹参产业发展的难题、问题和瓶颈，是顺应丹参机械化、智能化发展趋势的务实举措。与传统人工收获相比，丹参收获效率提高20 倍以上，每公顷丹参收获成本降低50%以上，对促进农民增产增收，提高产业发展竞争力，加快乡村振兴具有重要的意义。

1 技术探索

1.1 低损、降阻挖掘技术研究

运用3D 建模软件对不同形状、不同材质的丹参挖掘铲，在不同的挖掘深度和入土角度下的挖掘过程，进行动态仿真研究，设计出适宜宽度和最佳入土角度的丹参收获挖掘铲；通过计算机仿真技术等的应用，缩短挖掘铲研发周期、降低研发成本，提高挖掘铲使用寿命。

1.1.1 丹参高效建模技术研究

根据丹参种植土壤粘性重、含水率大等土壤特性，根据丹参种植地开厢起垄宽度、高度、丹参一般生长深度、丹参株距、行距，通过三维建模技术，建立挖掘铲-土壤-丹参的多元仿真模型，进行性能较为优良的长方体、三角锥、片状三角形三种不同形状的挖掘铲高效建模技术研究，对丹参挖掘作业过程、挖掘作业机理进行仿真分析。

1.1.2 丹参挖掘铲形状、入土角度对挖掘效率以及前进阻力影响的研究

结合丹参种植农艺措施，通过构建不同挖掘铲三维模型，对挖掘铲挖掘效率以及所受阻力进行受力分析。设置不同角度入土挖掘，根据阻力的变化情况选择最佳入土角度。在保证挖掘效率的前提下，通过仿真模拟丹参挖掘实验和仿真实验数据分析，探究丹参挖掘铲作业情况，从而找到适宜的铲形及入土角度、深度等技术参数，为研制高效减阻，伤损率低、挖净率高、纯工作小时生产率高的丹参收获装备提供数据支撑。

1.1.3 丹参挖掘铲集中应力研究

通过有限元分析软件分析丹参挖掘铲受力情况，找出集中应力区域；结合丹参生长环境的土壤性质，通过结构优化，为丹参挖掘铲实物设计提供优化措施和最优技术参数组合；对其中阻力较大的区域采取加厚加固设计，降低实物生产成本，提高丹参挖掘铲的可靠性，减少故障发生概率，延长其使用寿命。

1.2 根土高效分离技术研究

基于挤压碎土、多重筛分技术，开展不同分离方式对比试验，优化设计药土分离装置的多级输送结构、分离速度、振动频率等，充分利用装置动力，降低阻力，提高丹参收获根土分离效果，降低伤损率，保证丹参品质和药效。

1.2.1 丹参根土高效分离多级输送结构研究

根据丹参根土分离作业过程中的泥土行程长短、混合物分离量多少、泥土分离性能好坏，综合考虑挖掘深度深浅、分离效率高低与机具能耗大小等影响因子，优化改进铲筛、铲链、铲辊组合式典型结构，找出适宜的丹参根土高效分离多级输送结构。

1.2.2 丹参根土高效分离适宜参数研究

根据丹参根土分离作业过程中的土块大小、形状、粘结程度，适时动态调整分离速度、振动频率、振幅等作业参数，在确保丹参品质和药效的前提下，适当提高分离效率。

1.3 参根智能高效收集技术研究

在综合分析挖掘筛分效率和收集方式基础上，根据丹参根质脆、易断的特性，结合丹参种植地块大小、地块坡度、种植行距、株距、垄高、垄宽等，兼顾整机重心位移、负荷变化、动力输出、作业速度，通过开展不同收集方式对比试验，优化设计参根智能收集装置，防止丹参收获整机在作业过程中倾覆现象的发生，在降低伤损率的同时，降低人工捡拾的劳动强度，有效保障其平稳作业。

2 技术路线

通过开展根茎类道地药材丹参收获技术调研，收集丹参种植农艺参数及智能化收获需求，开展丹参智能化收获关键技术研究，并进行技术集成及样机制作，在技术攻关、样机制作、样机试验等基础上，选择中江县等四川丘陵山区丹参种植大县开展技术示范，并不断改进完善，形成丹参收获定型产品；通过与丹参种植龙头企业、种植大户、农业专业合作社等新型经营主体的合作，加大推广应用力度。