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温室内蔬菜生产机械化作业智能平台构建,农业机械化论文

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  设施温室智能化平台纵向行走机构主要由支撑架、电机、减速箱、链传动、驱动齿轮、从动轮等部件构成,在两侧轨道各制作1套。

通过电控调频控制保证两侧纵向行走机构同步运动。    设施温室智能化平台横向行走机构主要由支撑架、电机、减速箱、链传动、驱动链轮、侧支撑轮等部件构成。 通过电控调频控制实现横向行走变速运动。

   设施温室智能化平台主机升降运动机构主要由支撑架、电机、丝杠等部件构成。 通过丝杠旋转实现主机升降运动,并可停留在所要求的作业高度。    设施温室智能化平台主机往返运动机构主要由支撑架、电机、蜗杆、蜗轮等部件构成。 通过电动控制实现回转盘180内不同角度的旋转,从而满足作业要求。    设施温室智能化平台主机通过旋转盘可以悬挂各种农机具,根据作业需要与主机配套集成,实现主机+不同农机具的机械化作业模式;本次研发以实现叶类蔬菜(主要以油菜为代表)全程机械化作业为目标,设计配套农机具,叶类菜生产主要包括土地旋耕、平整、播种、喷灌、植保、运输环节作业[5]。

   旋耕机采用双电机同步驱动,主要由机架、快速连接吊耳、旋耕部件、减速机、链传动部件构成(图2)。 耕幅宽度,耕深15~20cm。

   平地铲主要由机架、快速连接吊耳、铲面部件构成(图3)。

平地作业幅宽。   图2旋耕机结构  1.快速连接吊耳;2.机架;3.电机;4.旋耕刀。

  图3平地铲结构  1.快速连接吊耳;2.铲面。

   播种机采用变频电机驱动,主要由机架、快速连接吊耳、播种部件、镇压辊部件构成(图4)。 播种幅宽;播种行数1~6行可调;行距、、、可调;粒距2~30cm可调。

   喷灌系统主要由机架、喷灌杆、喷头、复卷式供水管系统构成(图5)。 在满幅喷灌喷杆上安装喷水、喷药、施肥三用喷头。

当进行浇水作业时,设定好主机行走速度,调整好喷头,将复卷式供水管快速接通喷杆,打开阀门即可实现浇水作业。

当施肥(液态)作业时,设定好主机行走速度,调整好施肥喷头,连接好施肥罐,将复卷式供水管快速接通喷杆,打开阀门即可实现施肥作业。    植保系统主要由机架、喷杆、喷头、药箱、电机、泵等部件构成(图6)。 当植保作业时,设定好主机行走速度,调整好打药喷头,将药箱管路快速接通喷杆,启动电机、泵即可实现植保作业。     以单边纵向轨道为基础,运输车设计成遥控式单轨运动形式。 运输车主要由机架、车斗、电机、减速箱、链传动、驱动齿轮、从动行走轮、侧支撑轮、蓄电池、控制系统等构成(图7)。

可承载质量不大于100kg,遥控有效距离100m内。   图4播种机结构  1.快速连接吊耳;2.机架;3.播种器;4.镇压辊;5.传动装置。    在试验示范园区进行了油菜播种试验,效果良好(图8)。

    采用纵向旋耕作业模式,绝对深度18cm,耕幅1m,行进速度10m/min。

观察设备作业情况,测耕深和碎土率。

  采用纵向旋耕作业模式,将平台主机安装好旋耕部件,归位纵向作业原点,设定旋耕深度为18cm,行程23m,横向移动,启动旋耕纵向作业模式,自动完成7个往返作业耗时25min,作业效果良好。   沿机组前进方向,用耕深尺测定旋耕深度5次,均大于18cm。

在耕幅内测定面积内的全耕层土块5次,土块边长均小于4cm。     油菜播种要求种子播深一致以利于出苗,旋耕后的土地需要刮平以保证更高的出苗率。

  对同一栋温室来说土地一次大平整后基本处于平整状态,播种前的平地作业完全手动操作。

以轨道顶面为测量0点标高,根据温室土壤地面高度,在总土量基本平衡的情况下,确定平地铲作业标高为-10cm,进行横向、纵向行走,并根据土壤地面情况,以-9cm标高作业,将土壤刮平。

   进行油菜播种作业,油菜种子基本圆粒形,直径在~,故选用6穴眼3mm播种轮作业。 纵向播种油菜作业,要求行距15cm,株距5cm。

将平台主机安装好播种部件,归位纵向作业原点,匹配株距设定纵向行走速度10m/min,播种机播种转速为35r/min,行程23m,横向移动,启动播种作业模式,自动完成6个往返作业耗时26min,作业良好。

  待出苗后挑选2行各选择1m,经观察、计算,油菜重播率、漏播率符合播种机要求,播种株距变异系数小于3%,基本稳定在5cm左右。

   在油菜播种后,主要是植保、灌溉管理作业,接好浇灌系统归位起点,设定设施温室智能化平台纵向行进速度/min(根据浇水量可调整行进速度)进行浇灌作业。

植保作业时,接好药箱系统,调整纵向行走速度,自动完成植保作业。 测定浇灌、植保均匀系数大于90%,效果较好。    在油菜收获后,成筐摆放在遥控运输车上,遥控距离大于50m,一次可承载100kg,运行稳定。     以油菜生产为例,在不考虑设备成本情况下,在旋耕、平整地、播种、喷灌浇水等环节应用设施温室智能化平台,每栋日光温室、每个茬次可节约10个人工,按每人每日120元计算,每667m2每茬可节约人工成本1200元,每667m2温室每年按生产6茬次叶类菜(油菜)计算,可节约人工成本7200元。

  虽然设施温室智能化平台前期研发投资与试验投资偏高,待设备性能可靠、运行稳定后批量生产,可大幅度降低设备成本,同时节约人工成本。

只要完成了温室轨道及温室间转运轨道的建设,1套平台主机可以完成多个温室的农机作业,不用购买拖拉机、各种农机具,避免了重复投资。

设备定型后平台主机成本低于10万元。   图5喷灌系统结构  1.喷杆;2.三用喷头;3.复卷式供水装置。

  图6植保系统结构  1.药箱;2.电机、泵;3.机架。

  图7运输车结构  1.车斗;2.支撑轮;3.蓄电池;4.传动装置。   图8智能化平台作业试验   设施温室智能化平台是设施蔬菜种植园区内的专用生产装备,1套装备基本可满足园区内50栋日光温室的生产作业,通过配套温室轨道,便可实现叶类菜全程机械化生产作业。

在设备成本投入方面,配备设施温室智能化平台主机+配套农机具及轨道,减少了拖拉机、旋耕机、起垄机、植保机械等设备投资;在使用成本方面,增加电费支出,减少汽油、柴油消耗支出,并节约大量人工费用。

  目前,平台实现了叶类菜(油菜)全程机械化作业,未来将进一步完善主机平台性能,加大果菜类生产关键环节如自动化铺管覆膜、移栽等配套农机具研发力度,逐步实现设施蔬菜生产全程机械化作业。    [1]北京市农业局.2014年北京市蔬菜种植统计年报[R].北京:北京市农业局蔬菜处,2014:12.  [2]北京市农业局.2014年北京市农业机械化管理统计年报[R].北京:农业部农业机械化管理司,2014.  [3]成大先.机械设计手册(第4版)[M].北京:化学工业出版,2002.  [4]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,1987.  [5]王万均.实用机械设计手册[M].北京:中国农业机械出版社,1989.。

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