温室智能装备系列之五十四 温室栽培输送设备试验

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研究背景

随着中国工厂化现代农业的快速发展，作物生产业越来越趋向于规模化、机械化和智能化。设施环境为了高效利用温室空间，奉行精确控制，快进快出的原则，即通过精准控制环境参数和水肥投入，加快生长速度，尽量不占用设施苗床。这种生产理念就会导致作物从催芽开始，经过播种、育苗、分钵等环节需要频繁的搬动位置，耗费大量人力物力，也会对作物造成人为损坏。因此说，设施农业智能栽培输送是工厂化盆栽植物生产需要解决的重要环节。潘海兵（2012年）认为，温室作物自动输送是实现机械化、轻简化育种和作物筛选的重要组成部分。通过智能化调度和安全、有序、数字化的输送，能解决全生育期的自动换盆、换行、水肥精施，以及盆栽植物表型参数的在线自动检测。如果很好地解决这一问题，可以实现穴盘、栽培钵等的自动传输，极大提高工作效率，同时减少幼苗和盆栽植物因为搬运环节而造成的损失。目前，国外对盆栽植物智能栽培输送设备的研究已经相当成熟并形成产业化，如荷兰等设施农业发达的国家，普遍采用计算机辅助决策，半自动或全自动式苗床和栽培容器智能输送系统。这些现代化智能技术在满足生产，解放劳动力的同时，大幅度提高生产效率和作业精度。

中国在盆栽植物等作物工厂化生产时采用的盆栽苗床通常是固定式栽培床，在栽培床两侧留有作业通道，方便工人对温室作物进行灌溉或将成品苗搬运至另外功能区。这样的摆放有诸多问题，例如设施利用率低，人工劳动强度大，工作效率低，灌溉不均，作物品质不一致等问题。也有一些生产企业或种植基地采用移动式栽培床，只在设施单跨中留一条作业通道，使设施面积利用率由40%～50%提升到75%以上，但是这样的栽培床需要配置满足此种条件的自动化灌溉系统才能生产。同时，在作物生长收获过程中，需要投入大量人工进行盆钵的搬运工作。对栽培作物在生产全过程中栽培苗床的智能栽培自动输送设备，解决人工搬运的诸多问题，实现设施内盆栽植物从幼苗到收获的整个过程的栽培、灌溉、传输一体化是解决这一问题的重要方法。

温室栽培输送设备的作业性能、作业效率和稳定性都是用户非常关注的指标，本文对智能栽培自动输送设备的栽培输送速度、传送带系统的传输处理效率、每条栽培槽宽度等参数设计试验方案并进行了测试。

试验条件

试验地点在北京市通州区双埠头村试验示范基地。试验用仪器、仪表通过计量院年检。

试验参数

1、栽培输送速度：在2～21 m/min之间无级调节。

2、传送带系统的传输处理效率：600 盆/h。

3、每条栽培槽宽度：200 mm。

试验内容

试验内容主要包括智能栽培自动输送设备的栽培输送速度、传送带系统的传输处理效率、每条栽培槽宽度测定。

系统原理

智能栽培自动输送设备可根据作物的大小、颜色、高度等生理特性，自动将作物进行分类后运输到指定的每一道潮汐栽培槽内，进行潮汐灌溉种植，然后分级包装。系统主要包括电机、水平运输带、栽培槽及其支架；水平运输带用于将作物输送至分级机的下方，另按照分级的级数还设置了相应条数的栽培槽，用于输送分级后的作物，其运输方向与主输送带的运输方向相互垂直，每条水平输送带都由独立的电机驱动。

方法和材料

栽培输送速度测定

在温室中按照南北方向布置33 条“U”型栽培槽，其中西侧布置6 条作物苗栽培槽，每条栽培槽宽度200 mm，栽培槽之间距离是100 mm，沿着小苗栽培槽向东侧布置27 条作物成品栽培槽，每条栽培槽宽度200 mm，栽培槽之间距离是300 mm，南侧横向布置18.4 m主输送带，用于将定植区和分级机输送过来的盆苗和分级后的作物输送到每条栽培槽内；北侧横向布置了20 m主输送带，用于将成品苗和成品作物输送到分级机和包装机进行分级和包装。主要测定南侧主输送带栽培输送速度：可在2 m/min～21 m/min之间无级调节。

在南侧主输送带上的某一位置贴上标签，用卷尺量出10 m输送带距离再做一标签，主输送带输送机配置变频器，选择5 个频段，分别测量输送带传输的速度。启动南侧主输送机，设定变频器在第i个频段，从标签起点位置用秒表记录开始时间和10 m位置标签处掐停秒表，记录时间记录时间T（s），反复测试5 次，取平均值M（s），记录在记录表内，可以计算出栽培输送速度。

传送带系统的传输处理效率的测定

选取50 个花盆，待智能栽培自动输送设备运行稳定，将花盆放在南侧主输送机的输送带上进行传输，选取其中1 个栽培槽进行测定，其中栽培槽当花盆运输到栽培槽前段的光电开关位置，无杆气缸拉钩启动伸出，将花盆勾取到相应的栽培槽内，栽培槽的电磁离合电机间歇性将花盆输送到栽培槽内。培槽记录无杆气缸勾取50个花盆所需的时间Ti，每道栽培槽分别做5 次，然后取平均值Q=（T1+T2+T3+T4+T5）/5，每传输勾取一个花盆时间为M=50/Q，一分钟传输勾取花盆的数量是P=60/M，一小时传输勾取花盆的数量是G=60xP。图2是输送设备作物勾取装置实物图。

试验结果

在温室实际生产环境的测试数据（表1）可得出传送带系统的传输处理效率满足设计参数，最大输送效率比设计指标提高了40%，每分钟的作业效率是10 盆，连续作业工作稳定。栽培输送速度通过变频器调节，在频率从5～50 Hz范围内，设计5 个等级速度，行进速度线性度一致。

结论

在温室实际生产环境的测试结果可得出结论，智能栽培自动输送设备能够满足温室环境下潮汐灌溉栽培方式，相比较传统方式，不但解决劳动效率低的问题， 同时也可一次性完成后续的施肥、灌水、分级等作业环节，是适合京郊推广的规模化、工厂化和自动化生产技术。

*项目支持：果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队支持