甘草收获机的设计与试验研究

前言

随着新疆地区甘草需求量的日益增大，甘草的人工种植规模也越来越大，与此同时急需面对解决的问题就是甘草的机械化收获。本文结合新疆北疆地区甘草的种植模式以及国内外长根茎药材收获机械的研究现状，设计了一种适应于北疆地区砂质土壤的甘草收获机械，一次性完成甘草的挖掘、分离、铺放等工作，提高了机具的工作效率。

本文主要在以下几个方面做了深入研究:

(1)介绍了目前国内外甘草及长根茎药材机械化收获的现状和未来发展趋势，阐述了研究的意义、目的及所需解决的关键问题。

(2)根据新疆北部地区甘草收获机械化的设计要求，确定了甘草收获机的功能及整机结构方案。

(3)通过对现有市面上挖掘铲的种类及挖掘性能的分析研究，设计了一种栅条式挖掘铲，将固定三角铲面及栅条相结合，并通过理论计算确定其参数值。

(4)通过分析本次甘草收获机械的挖掘深度及分离状态，设计了一种振动式分离输送装置，将甘草与土壤分离并且从地下输送至地表。

关键词:甘草收获机；挖掘铲；分离装置

目录

1绪论 (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.2国内外甘草收获机械的研究现状 (2)

1.3目前存在的问题 (3)

1.4甘草收获机械的发展趋势 (3)

1.5研究内容 (4)

1.6研究方法及技术路线 (4)

2甘草收获机总体的设计 (4)

2.1甘草的机械化收获 (4)

2.2甘草收获机的设计要求 (4)

2.3甘草收获机的组成和工作原理 (5)

3甘草收获机关键部件的设计 (6)

3.1栅条式挖掘铲的设计 (6)

3.2分离装置的设计 (9)

总结 (10)

致谢 (11)

参考文献 (12)

塔里木大学毕业设计1绪论

1.1研究背景及意义

甘草的别名叫甜草、甜根子等，因为味道甜美而自古闻名，世间还有“灵草”、“国老”的美名。甘草为豆科多年生草本植物，一般适宜生长在向阳干燥的沙质土壤及钙质草原地带，能够起到显著的防风固沙作用。甘草性味甘，生者入药既能泻火解毒，也可以润肺祛痰，一般用于治疗食物中毒、咽喉肿痛等病症;炙后入药则可以益气补中、缓和药性。甘草的药性缓和，既可升，也可降，并能够与许多药物配合使用，具有很高的应用价值。除此之外，甘草也是荒漠、半荒漠地区防止水土流失、改良土壤、防风固沙的重要植物。近些年来，随着对甘草不断的深入研究，甘草的新用途也正在不断的被发现，并且己经被广泛的应用到食品、烟草、饮料、酿造、化工、国防等行业，从而进入了人们日常生活中的方方面面[1]。

由于甘草有自身的特定的生长环境，所以主要分布在我国的内蒙古、新疆、宁夏、甘肃等省区，其中新疆地区地域辽阔，土地资源较丰富，以至于甘草分布面积、产量居首位，是我国甘草规模化发展的适宜产区之一[2]。根据国家统计局2008年的资料统计，我国甘草产业2008年工业总产值为7.38亿，这其中的主营业务收入为6. 84亿，销售总产值为6.78亿[3]。我国是世界上重要的甘草生产地区，但在近几年来，由于国内外市场需求量的激增，野生甘草的面积大幅下降，剩余量日益减少，甘草供不应求，从而导致甘草的人工养殖近几年来开始兴起，但产量仍然与市场的需求量相差较远。

新疆的气候是温带大陆性干旱气候，其特有的气候环境，特别适宜甘草的生长;另外甘草的植物生态幅度宽泛，分布较广，能够在多种环境下生长，具有很强的环境适应能力，其独特的气候环境和生长属性致使新疆成为我国甘草资源储量最丰富的地区。根据自治区甘草资源的调查统计显示，全疆86个县(市)，除了位于高寒地区的阿合奇和塔什库尔干两县没有甘草生长以外，其余的84个县市地区内均有甘草的生长，占全疆县市总数的97%，新疆甘草生长的总面积为56.24万公顷，而在这其中小部分生长的面积为20.52万公顷，以甘草为建群种集中成片生长的面积有55.72万公顷，甘草的根茎储量为65.21万吨[4]。

20世纪50年代末，由于新疆大规模的垦荒，新疆甘草资源得以开发应用，发现了许多优质品种的甘草，同时巨大的产量很快使甘草跃居为药材出口及制品产量之首，新疆成为了我国的甘草主产区[5]。但是，由于国内药用量的增长和对外出口数量的逐年增加，造成了甘草采挖量迅速上升，其结果是新疆野生甘草被乱垦乱挖导致过度使用，最后致使甘草资源减少的同时种植面积也急剧减小，同时沙尘暴、干早等自然灾害相继频频发生，不仅给人们的生活带来了许多困难，也严重影响了新疆经济的可持续发展[6]。为了避免情况的持续恶化，大范围的人工种植甘草技术应运而生。

目前，新疆每年至少要人工栽培2200公顷甘草才能满足国内外医药市场对甘草的需求。人工种植甘草株数普遍为每0.0667公顷为15000株，同时伴随着人工移栽劳动强度大，工作效率低，收获困难等问题[7]。随着劳动力成本的提高，种植及收获过程中机械化程度的高低成为了影响甘草机械

化、规模化种植和收益的重要因素[8]。所以，为满足市场需求，避免乱采、乱挖、过度开采及对野生植被、生态环境的破坏，克服甘草收获期短，保证在有限时间内争取利益的最大化，建立规模化、标准化、机械化的甘草收获体系己迫在眉睫。

1.2国内外甘草收获机械的研究现状

1.2.1国外甘草收获机械的研究现状

目前为止，国外尚没有专门针对深根药材作物的挖掘机械，国外从20世纪40年代开始对根茎类作物收获机械进行研究。美国、德国、法国、日本和意大利等发达国家均在短根茎类机械收获有了研究成果，并且己经达到了萝卜、马铃薯、甜菜、大蒜、花生和洋葱的机械化收获水平[9]。意大利的DSC-120以及日本久保田公司研制的DCL-130型马铃薯挖掘机实现了马铃薯的机械化收获;美国Courtesy of Lilli ston Mfg.Co.生产的LP-2和荷兰Michigan生产的PH-2型花生收获机实现了花生的机械化收获;另外还有美国Kelley Manu-facturing公司在KMC3376和KMC3374的基础上研制出的新型花生联合收获机等等[10]。这些机型都满足工艺技术先进，工作可靠性高等优点，但相对而言结构较为复杂，主要适于浅根茎作物的采挖收获。美国的W S.Kang和M.LDawelbeit (1999年)还对马铃薯和花生收获机的振动式挖掘犁铲进行了深入研究，为了降低阻力，进行了动力参数的优化试验，试验结果确定了对犁铲阻力造成影响的主次因素为振动频率、振幅和机器前进速度。

通过以上可以看出欧美等发达国家对于短根茎的花生及马铃薯的机械化收获有了一定的研究成果，但是还没有专门针对长根茎药材如甘草的机械化收获作出一定的成果。国外一些挖掘机的设计并不是针对甘草的收获作业，也很难适应我国甘草独特的作业要求，而且价格偏高，并不能满足国内的需求，特别是新疆地区甘草根茎深600mm,土质较硬的机械化收获要求。

1.2.2国内甘草收获机械的研究现状

目前国内对于黄茂、甘草等长根茎药材的挖掘，其收获方式主要是靠人工挖掘，工作量大，工作效率低，在面对大面积甘草收获时人工挖掘困难较大，同时机械化采挖效果不好，主要因为挖掘阻力过大。

目前国内甘草生产主要是人工、半人工收获，主要作业方式包括人工收获、改装犁挖掘收获、深松机切割收获和长根茎类中药材挖掘机收获[11]。

甘草整个收获过程均采用人工作业，其中包括人工前期处理、人工深挖收获、人工后期加工。收获前先割去茎叶，沿甘草种植行两侧进行深挖，待根茎露出地面400mm多后，再拔出甘草根茎，完成收获[12]。这种纯人工的收获方式每亩地至少需要用225个强壮劳动力才能满足收获要求。然而，甘草的采收期较短，北方地区1011月份开始上冻，从甘草成熟到上冻仅有一个月左右的时间，所以需要抢收，人工收获的低效率自然会对收获产生影响，进而影响到甘草种植规模化的实现。

甘草收获过程中采用人工前期处理，割去地上的茎叶，然后采用改装烨式犁进行深挖松土，每次耕一行，耕深400mm左右，再由人工将松后的甘草根茎拔出[13]。这种机械和人工相配合的收获形式在直播地一般可起收400mm左右的甘草，400mm以下的毛根基本放弃，损失率10%-15%左右，损失