丹參智能化收獲技術探究*

李光輝 蔣輝霞 譚杰 蔣金巧 隨順濤 高新 羅俊

四川省農(nóng)業(yè)機械科學研究院，四川成都

丹參是四川省重點培育的川產(chǎn)道地藥材，常年種植丹參面積超過0.93萬hm2，在全省道地藥材種植面積中排名第3。在丹參產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，其耕、種、管、收等種植環(huán)節(jié)勞動力需求量大、人工成本高、機械化水平低等問題，已成為制約丹參產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”之一。特別是收獲環(huán)節(jié)，大多還是依靠傳統(tǒng)的人工采挖，需要大量的人力進行高強度作業(yè)，效率低、用工成本高，難以滿足農(nóng)時需要，嚴重阻礙和影響了丹參產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，開展丹參收獲環(huán)節(jié)智能化技術及機具的研發(fā)，以先進適用的丹參智能收獲機代替人工收獲，是丹參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢迫切需要。

目前，歐美等國家收獲技術及裝備機械化、智能化水平較高，國外根莖類挖掘收獲機主要針對蘿卜、馬鈴薯、大蒜、洋蔥等。國內現(xiàn)有的一些以薯類收獲機改制的根莖類中藥材收獲機型只能滿足北方田地作業(yè)條件，存在功能單一、挖掘深度不夠、適應性差等問題。四川省丹參栽培需要起壟栽培，因此其他產(chǎn)區(qū)的收獲技術及應用方案，不能滿足四川省根莖類道地藥材丹參的收獲要求。

本文針對丹參種植土壤粘性重、含水率大、丹參根質脆、易斷及人工收獲勞動成本高、勞動強度大等問題，著眼丹參收獲機挖掘、分離、收集等關鍵技術開展技術攻關，通過突破丹參智能化收獲低損降阻挖掘、根土高效分離、參根高效收集等關鍵技術，研發(fā)丹參智能化收獲裝備，破解影響丹參產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題、問題和瓶頸，是順應丹參機械化、智能化發(fā)展趨勢的務實舉措。與傳統(tǒng)人工收獲相比，丹參收獲效率提高20 倍以上，每公頃丹參收獲成本降低50%以上，對促進農(nóng)民增產(chǎn)增收，提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展競爭力，加快鄉(xiāng)村振興具有重要的意義。

1 技術探索

1.1 低損、降阻挖掘技術研究

運用3D 建模軟件對不同形狀、不同材質的丹參挖掘鏟，在不同的挖掘深度和入土角度下的挖掘過程，進行動態(tài)仿真研究，設計出適宜寬度和最佳入土角度的丹參收獲挖掘鏟；通過計算機仿真技術等的應用，縮短挖掘鏟研發(fā)周期、降低研發(fā)成本，提高挖掘鏟使用壽命。

1.1.1 丹參高效建模技術研究

根據(jù)丹參種植土壤粘性重、含水率大等土壤特性，根據(jù)丹參種植地開廂起壟寬度、高度、丹參一般生長深度、丹參株距、行距，通過三維建模技術，建立挖掘鏟-土壤-丹參的多元仿真模型，進行性能較為優(yōu)良的長方體、三角錐、片狀三角形三種不同形狀的挖掘鏟高效建模技術研究，對丹參挖掘作業(yè)過程、挖掘作業(yè)機理進行仿真分析。

1.1.2 丹參挖掘鏟形狀、入土角度對挖掘效率以及前進阻力影響的研究

結合丹參種植農(nóng)藝措施，通過構建不同挖掘鏟三維模型，對挖掘鏟挖掘效率以及所受阻力進行受力分析。設置不同角度入土挖掘，根據(jù)阻力的變化情況選擇最佳入土角度。在保證挖掘效率的前提下，通過仿真模擬丹參挖掘實驗和仿真實驗數(shù)據(jù)分析，探究丹參挖掘鏟作業(yè)情況，從而找到適宜的鏟形及入土角度、深度等技術參數(shù)，為研制高效減阻，傷損率低、挖凈率高、純工作小時生產(chǎn)率高的丹參收獲裝備提供數(shù)據(jù)支撐。

1.1.3 丹參挖掘鏟集中應力研究

通過有限元分析軟件分析丹參挖掘鏟受力情況，找出集中應力區(qū)域；結合丹參生長環(huán)境的土壤性質，通過結構優(yōu)化，為丹參挖掘鏟實物設計提供優(yōu)化措施和最優(yōu)技術參數(shù)組合；對其中阻力較大的區(qū)域采取加厚加固設計，降低實物生產(chǎn)成本，提高丹參挖掘鏟的可靠性，減少故障發(fā)生概率，延長其使用壽命。

1.2 根土高效分離技術研究

基于擠壓碎土、多重篩分技術，開展不同分離方式對比試驗，優(yōu)化設計藥土分離裝置的多級輸送結構、分離速度、振動頻率等，充分利用裝置動力，降低阻力，提高丹參收獲根土分離效果，降低傷損率，保證丹參品質和藥效。

1.2.1 丹參根土高效分離多級輸送結構研究

根據(jù)丹參根土分離作業(yè)過程中的泥土行程長短、混合物分離量多少、泥土分離性能好壞，綜合考慮挖掘深度深淺、分離效率高低與機具能耗大小等影響因子，優(yōu)化改進鏟篩、鏟鏈、鏟輥組合式典型結構，找出適宜的丹參根土高效分離多級輸送結構。

1.2.2 丹參根土高效分離適宜參數(shù)研究

根據(jù)丹參根土分離作業(yè)過程中的土塊大小、形狀、粘結程度，適時動態(tài)調整分離速度、振動頻率、振幅等作業(yè)參數(shù)，在確保丹參品質和藥效的前提下，適當提高分離效率。

1.3 參根智能高效收集技術研究

在綜合分析挖掘篩分效率和收集方式基礎上，根據(jù)丹參根質脆、易斷的特性，結合丹參種植地塊大小、地塊坡度、種植行距、株距、壟高、壟寬等，兼顧整機重心位移、負荷變化、動力輸出、作業(yè)速度，通過開展不同收集方式對比試驗，優(yōu)化設計參根智能收集裝置，防止丹參收獲整機在作業(yè)過程中傾覆現(xiàn)象的發(fā)生，在降低傷損率的同時，降低人工撿拾的勞動強度，有效保障其平穩(wěn)作業(yè)。

2 技術路線

通過開展根莖類道地藥材丹參收獲技術調研，收集丹參種植農(nóng)藝參數(shù)及智能化收獲需求，開展丹參智能化收獲關鍵技術研究，并進行技術集成及樣機制作，在技術攻關、樣機制作、樣機試驗等基礎上，選擇中江縣等四川丘陵山區(qū)丹參種植大縣開展技術示范，并不斷改進完善，形成丹參收獲定型產(chǎn)品；通過與丹參種植龍頭企業(yè)、種植大戶、農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社等新型經(jīng)營主體的合作，加大推廣應用力度。

3 結語

本文針對丹參種植土壤粘性重、含水率大、丹參根質脆、易斷及人工收獲勞動成本高、勞動強度大等問題，開展了丹參智能化收獲技術相關探索，為降低丹參收獲勞動強度、降低人工收獲成本提供了有益的參考和借鑒。