根茎作物宝塔菜收获机的研究现状

　　摘要：宝塔菜原名草石蚕，多在我国甘肃、贵州、宁夏等地栽培种植，具有极高的食用价值和药用价值，经济效益十分可观。本文通过查阅国内外宝塔菜收获机相关文献资料，了解根茎作物宝塔菜机械收获的现状。针对目前宝塔菜收获机依然不够成熟，存在损伤率高、掺杂率高、成本高、效率低等问题，通过查阅其他类似根茎作物收获机关键部件的国内外文献，总结梳理其挖掘铲、拨土轮、传输振动装置及风机滚筒装置等各关键部件的研究方法、解决方案及优势，以此为宝塔菜收获机的研究提供参考，进一步促进我国宝塔菜收获机械化进程。

　　关键词：宝塔菜；收获机；关键部件；研究现状

　　0引言

　　宝塔菜或称甘露子，原名草石蚕，也称“地环”，属唇形科多年生宿根植物。它的株高在30~120cm之间，茎秆直立或略微偏向一侧生长，茎秆上生有很多叶片，叶片呈卵圆形，长度在3~12cm之间，宽度在1.5~6cm之间，叶缘处具有明显的锯齿。本品为原产，栽培于近水低湿地，宝塔菜茎、叶及根可作食用和药用，最宜作酱菜或泡菜，也可用全草入药、治肺炎、风热感冒等[1]。

　　1宝塔菜收获机的研究现状

　　宝塔菜收获是生产环节中投入工时最多的环节，不但用工多、劳动强度大、作业条件艰苦，且经常因遭遇风雨天气不能及时收获，造成减收或品质下降等损失。目前，宝塔菜收获机械成熟适用的机型非常少，机械收获时仍需要大量的人工辅助来完成作业，收获效率低。

　　为解决宝塔菜机械化收获问题，我国科研人员对此进行了研究。宁夏大学陈虎[2-3]研制了一种侧悬挂式宝塔菜联合收获机，经田间实地试验发现此收获机整体机型过大，收获时转向不灵便，且会对宝塔菜造成损伤。陈虎通过对市场上类似收获根茎类农业设备的研究和对当地草石蚕实际种植、收获情况的调查研究、分析和试验，根据试验获得的数据设计了与拖拉机配套使用的牵引式草石蚕联合收获机。宁夏大学陈俊[4]为了提高宝塔菜的生产效益、土地产出率和资源利用率，通过研究国内外根茎类作物收获机械相关理论以及影响根茎类作物机械化收获主要因素的基础上，提出了宝塔菜收获机的总体设计目标，确定了主要部件的结构，并应用软件对挖掘装置、输送装置、筛分装置进行三维建模，基于离散元法对宝塔菜收获机的挖掘、输送、分离三个过程进行仿真分析，设计出了一款符合宝塔菜农艺要求的收获机。

　　2宝塔菜收获机

　　2.1宝塔菜收获机工作过程

　　宝塔菜收获机先用挖掘铲将宝塔菜、土块及茎秆等一起挖出地表，挖掘铲上方的拨土轮会将土块及遗漏的宝塔菜拨入传输振动装置，同时将土块破碎细化，送入传输振动分离装置；传输振动装置通过振动作用将土块根茎等杂物和宝塔菜分离，细小的土块会通过筛孔掉落；传输链板将宝塔菜及较大的土块等杂质输送到机械末尾的滚筒中，滚筒的旋转作用配合风机的风力作用将宝塔菜和杂物进行二次分离，最后滚筒将宝塔菜和未除尽的杂物送入收集箱中。

　　2.2宝塔菜收获机关键工作部件

　　2.2.1挖掘铲

　　挖掘铲作为收获机第一个工作部件其作用至关重要，它需要将宝塔菜挖出地表并保证宝塔菜的完整性和带有最少量的泥土。挖掘铲的刀型、入土角度和运动形式等决定挖掘铲入土难易、碎土程度大小及排土效果好坏，直接影响宝塔菜收获的质量和效率。

　　佳木斯大学刘新柱等[9]关于大红萝卜的收获建立了挖掘铲的力学模型，分析了挖掘铲铲面倾角对挖掘阻力和摩擦力的影响，选取挖掘铲铲面倾角为23°，并对挖掘铲的结构进行了设计，选取挖掘铲铲柄间距为320mm，入土深度为140mm，铲的形状为平面五边形，铲面长度350mm，铲面宽度为125mm，铲刃角为90°，如图1。

　　2.2.2拨土轮

　　拨土轮是挖掘铲的延伸装置，主要作用是解决挖掘铲在挖掘宝塔菜时铲的两边出现的壅土问题，并通过拨土板将较大的土块破碎细化，为后续的振动分离奠定基础。

　　3结论

　　（1）通过查阅近年来根茎作物宝塔菜收获机研究文献资料，发现现有的宝塔菜收获机仍存在损伤率高、掺杂率高，效率低等根本问题。

　　（2）通过分析可以得到根茎作物收获机的研究方向如下：①挖掘铲：果实的损伤率要低、果实挖离土壤率要高，所以应在挖掘铲的形状，排列以及入土角度和深度等方向进行研究。②拨土轮：拨土轮是挖掘铲的辅助机械，在解决碎土和处理壅土问题上起主要作用，而双向螺旋式拨土轮有良好的效果，在此基础上进行改进效果更好。③振动筛：首先不能损伤果实表面，还要起到分离杂质和运输的作用，可以在振动方式（上下式、左右式、上下左右复合式等）和筛网形状（网格大小、整体体积、倾斜角度等）等方面进行改进。④滚筒：滚筒的工作需要加入风机的配合，且滚筒的形状可以是多种多样的，比如直筒式、锥形、两边大中间小、两边小中间大等，对此需要建立最优化模型，选择效率最高的滚筒形状。

　　参考文献：

　　[1]赵国成.双行牵引式宝塔菜联合收获机的设计[D].宁夏大学，2014.

　　[2]陈虎.侧悬挂式宝塔菜联合收获机的设计[D].宁夏大学，2014.

　　[3]陈虎，王春秀，赵国成.草石蚕联合收获机的研究[J].农机化学报，2014，35（5）：45-47+70.

　　[4]吴俊.基于EDEM的宝塔菜收获机的设计及仿真分析[D].宁夏大学，2018.

　　[5]窦青青，孙永佳等.国内外马铃薯收获机械现状与发展[J].农机化学报，2019，40（9）：206-210.

　　[6]LiuSG,MaYF.DevelopmentHistory,StatusandTrendsofPlotSeeder[J].ApplieMechanics＆Materials,2012,268-270:1966-1969.

　　郭刚，董运，吴统，刘浩威