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小型元胡收获机的创新研制与应用探索

一、引言

1.1研究背景

元胡，又名延胡索、玄胡，为罂粟科紫堇属多年生草本植物，是一种具有极高药用价值的大宗常用中药材。中医认为，元胡辛散、苦泄、温通，既入血分，又入气分，既能行血中之气，又能行气中之血，气畅血行，通则不痛，是中药中的止痛良药，对胃脘作痛及经行腹痛尤为效捷，配伍应用效果更佳。现代医学研究表明，元胡中可分离出15种生物碱，其中延胡索甲素、乙素、丑素、癸素均有镇痛作用，尤以延胡索乙素的镇痛、镇静作用最为显著。此外，去氢延胡素甲素，可增加冠脉血流量及心肌营养性血流，防止心肌缺血；皮下注射去氢延胡索甲素，对大鼠的实验性胃溃疡，特别是幽门结扎或阿斯匹林诱发的胃溃疡有一定保护作用，对胃液分泌及胃酸均有抑制作用。

随着人们对健康的重视以及中医药产业的蓬勃发展，元胡的市场需求持续攀升。从种植区域来看，元胡在全国许多地区均有栽培，但主产区主要集中在浙江省金华磐安县、东阳市等地，产量占全国85％以上。近年来，陕西汉中地区凭借适宜的气候和土壤条件，元胡种植规模不断扩大，逐渐成为重要的产区之一，比如城固县已成为我国最大的元胡生产基地，2015年全县元胡种植面积达8.2万亩，总产达3.8万吨（鲜），产值近7亿元，面积和产量均占全国的70％。

然而，当前元胡的收获方式仍以传统的人工挖掘为主。这种方式存在诸多弊端，一方面，元胡的收获期较为集中，一般在每年的4月下旬至5月上旬，时间紧迫。而人工挖掘效率极低，需要耗费大量的人力和时间，导致收获成本居高不下，严重影响了种植户的经济效益。另一方面，人工挖掘劳动强度极大，从事元胡收获的群体大多是农村山区年老体弱者，在最佳收获期内常常难以完成收获任务。同时，手工挖掘还容易造成较大的损失率，使得中药材种植的经济效益进一步下降。此外，随着农村大批青壮年劳动力外出转移就业，用工成本日益高涨，元胡收获用工矛盾日益突出，人工成本占总成本40％以上，这已成为制约元胡产业发展的关键瓶颈。

1.2研究目的与意义

本研究旨在研制一种小型元胡收获机，以解决元胡收获过程中面临的效率低下、成本高昂等难题。通过机械化作业，大幅提高元胡的收获效率，降低人工成本，减轻农民的劳动强度。这不仅有助于提高种植户的经济收益，还能促进元胡产业的规模化、现代化发展。从产业发展角度来看，小型元胡收获机的成功研制与推广应用，能够推动元胡种植产业向机械化、高效化方向迈进，提升整个产业的竞争力，进一步巩固和拓展元胡在中药材市场中的地位，为中医药产业的发展提供有力支撑。同时，也有利于优化农业产业结构，促进农村经济的繁荣发展，助力乡村振兴战略的实施。

1.3国内外研究现状

在国外，针对根茎类作物的收获机械研究起步较早，技术相对成熟，但专门针对元胡这种小众中药材的收获机研发较少。一些通用的根茎类收获机械在应用于元胡收获时，由于元胡块茎颗粒小、在土壤中分布较为分散等特性，存在收获不干净、损伤率高等问题，无法满足元胡收获的特殊要求。

在国内，随着元胡种植规模的不断扩大，对元胡收获机的研发也逐渐受到重视。部分科研院校和企业开展了相关研究工作，取得了一定的成果。例如，陕西理工学院的尤德红结合陕西汉中元胡种植模式的实际情况，设计了一种元胡机械收获装置。该收获机的掘进铲采用固定式槽型挖掘铲，收获模式为单层强制抖动分离筛及“Z”形筛清选双处理，主要动力为农用小型手扶拖拉机，作业幅宽为1m，整机预计重量80kg左右，经验证该方案中的样机完全能够实现元胡的一次性挖掘、分离和清选分装，在陕西汉中地区有广泛地推广应用前景。城固县农民张东军经过多年研究、试制，成功研制出元胡收获机，并获得国家发明专利。其研发的第八代元胡收获机采用液压传动，发动机采用铝材再制造工艺，机收效率是人工的150-200倍，机械化收获作业亩费用比人工降低70%。

然而，当前国内元胡收获机的研发仍存在一些不足之处。部分收获机的结构设计不够合理，导致对不同地形和土壤条件的适应性较差；一些收获机的清选分离效果不理想，使得收获后的元胡中仍夹杂较多的泥土和杂质，影响了元胡的品质；还有一些收获机的可靠性和稳定性有待提高，在实际作业过程中容易出现故障，增加了维修成本和时间成本。

本研究的创新点在于，充分考虑元胡的生长特性、种植模式以及我国农村的实际使用场景，在结构设计上进行优化创新，采用新型的挖掘装置和清选分离机构，以提高收获机对不同地形和土壤条件的适应性，增强清选分离效果，确保收获后的元胡纯净度高。同时，注重提高收获机的可靠性和稳定性，选用优质的零部件，优化装配工艺，降低故障发生率，为元胡的机械化收获提供更加高效、可靠的解决方案。

二、小型元胡收获机的设计原理

2.1工作原理分析

以成功研制的小型元胡收获机为例，其