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一种移动式穴盘育苗水肥自动化调节装置研制

时间:2016-05-17 18:47来源:未知 作者:admin 点击:
温室智能装备系列之五十六
一种移动式穴盘育苗水肥自动化调节装置研制*
■ 王 秀,马 伟,范鹏飞,郭建华,邹 伟(北京农业智能装备技术研究中心 100097)
 
温室生产快速发展的同时也面临着高效管理利用水资源的问题。千晶晶(2012 年)指出,中国水资源短缺,人均占有量少,是世界上最缺水的13个国家之一,农业用水效率低,灌溉用水有效利用系数仅为0.45 左右,而发达国家是我们的1.55 倍。温室作为农业生产的重要方式,由于自然降雨无法利用,自然消耗水量较大,提高水肥利用是解决这一办法的重要途径。现有苗床灌溉装置多为悬吊式,由悬吊架、悬吊导轨、主行走机构、喷灌装置、随动行走机构和电控系统等部件组成,多用于温室或塑料大棚育苗的灌溉。传统方式的整套喷灌系统结构较为复杂,首先要有纵向的导轨,与此同时,在完成一个灌溉幅宽后,要通过横向导轨将喷灌机转移到下一个灌溉作业区域,所以还要在纵向导轨的一端安装横向轨道才能完成作业。其次,由于喷灌系统安装有纵向和横向导轨,导致喷灌系统的自身重量较大,所以固定导轨的温室骨架要有足够的强度才足以支撑,无形中增加了安装成本;并且有些农户自建的塑料大棚骨架较单薄,不适合安装此类型的喷灌机。
同一温室内的种苗通常不是单一作物种类,或者不同大小的种苗,但是传统的喷灌机的灌溉幅宽较大,作业时横跨多个苗床。例如,张跃峰(2013)介绍的一款新的温室双臂双轨施肥喷灌机一次覆盖4 个苗床,安装需要悬挂在空中。这种设计使得每条苗床的灌溉量不能根据作物种类及农艺要求进行调节。如果这种问题没有解决好,就会使得温室栽培苗床管理分区无法灵活组合;造成部分品种种苗没有做到按需投入水肥,引起生长差异,导致种苗均一性差,商品率低,收益提升难。因此,开发针对温室大棚内的实用型苗床自动灌溉装置非常有必要。
本文介绍一种灵巧、轻便型的穴盘育苗苗床灌溉装置,通过利用苗床的结构作为行走导轨,达到简化喷灌系统结构、降低成本的目的。此外,还可以根据苗床上的种苗及其农艺要求进行适量喷灌。
 
工作原理
该装置由行走机构、调节横梁、喷灌系统、控制系统等组成。图1 是该系统设计三维图。行走机构安装固定于调节横梁的两端,喷灌系统安装固定于该调节横梁上,控制系统安装固定在行走机构上。
系统结构图
行走机构:由行走轮、行走轮固定架、连接横梁、行走立柱、驱动电机、驱动链轮及链条等组成。行走轮通过轴及轴承安装固定于该行走轮固定架上,前后行走轮固定架通过连接横梁焊接固定,行走立柱焊接固定在连接横梁的中间位置,驱动链轮安装固定于该驱动电机和主、从动行走轮的转轴上,链条用于连接驱动电机的链轮与主动链轮、主动链轮与从动链轮。
行走机构
调节横梁:由U 型梁和方梁等组成。U 型梁和方梁通过螺栓连接紧固,并根据苗床宽度进行宽度调节。
喷灌系统:由喷头、喷管、喷灌固定架及加压水泵组成。喷头安装固定在该喷管上,喷管利用该喷头上的螺栓与喷灌固定架相连接,喷灌固定架悬吊安装于调节横梁上。
控制系统:由驱动电机、限位开关及控制盒组成。其特征在于,实现两侧行走机构的统一调速,该限位开关安装固定在该行走轮固定架上,用于检测灌溉装置是否行进到苗床末端。
 
结构
该装置的行走机构是通过电机驱动,链条传输的方式,直接在苗床上行走,通过控制器设定灌溉的量,到达末端自动停止。行走轮采用尼龙轮加工,可有效保护苗床两侧的挡沿不会磨损,同时提高行走的平稳性。行走轮通过一组轴及轴承安装固定于行走轮固定架上,前后两组行走轮固定架通过连接横梁焊接固定,在行走立柱上开有等间距的固定调节孔,用来调整调节横梁及喷灌系统的喷灌高度,这样高度可变就可以保证喷头扇面最佳组合以适应不用种类的作物,驱动链轮采用电机驱动。图2 是系统行走机构。
调节横梁采用U 型梁和方梁组合的结构,主要是解决温室苗床规格宽度不一,行走机构的匹配的难题。U 型梁上开有滑槽,用于改变调节横梁的宽度,方梁开有通孔,利用螺栓将U 型梁和方梁连接紧固,保证装置的整体性。调节横梁通过两边独立的机构组合安装,根据苗床的宽度对调节横梁进行微调,以适应不同的苗床宽度。喷灌系统用来根据需要进行溶液加压、输送和雾化。采用整架方式安装固定于调节横梁上,可以安装一组、二组或三组喷头,同时可以将多种溶液分别独立喷洒,也可用不同的方式组合喷洒。每排喷头错位安装,可实现溶液大流量单程喷洒。固定架通过U 型固定卡悬吊安装于调节横梁上,可通过改变调节横梁位置实现喷灌高度的灵活调节。
控制系统,由驱动电机、限位传感器开关及变量控制器组成。为防止传动机构损坏作物幼苗,采用双电机分别驱动两侧行走机构,并通过程序设计实现两侧行走机构的统一调速,在行走机构的前后分别安装上位置传感器开关,将其安装固定在行走轮固定架上,用于检测灌溉装置是否行进到苗床末端,以使得苗床挡边在触碰到限位开关后,使灌溉装置自动停止或反向运动,此外,控制系统具有手动和遥控两种模式,可以实现远程控制。控制系统的变量控制器安装固定在立柱上,随行走机构移动,方便移动作业时进行调节控制。
 
试验和应用
系统试验是在北京延庆绿富农有机蔬菜基地连栋温室进行,小型的30 m 的标准苗床,平均10 min 可完成一个苗床肥水一体灌溉,喷雾流量最大可到22 L/min,可以进行变量调节。喷洒均匀性系数小于3%,满足精准肥水一体化喷洒的需求。图3 是系统实物图。
喷洒系统实物图
行走机构实物图
实际生产中,应用除了作业效率和精度外,实用性和可操作性也是推广示范中的关键。该系统采用两人搬运的方式能快速从一个苗床移到另外一个苗床开始作业,整个过程几分钟内完成,针对不同的种苗的肥水需求量通过旋钮电路快速实现精准控制。该系统实际试验和生产应用表明,该系统解决了传统温室育苗灌溉劳动强度大,灌溉方式粗放的现状,采用“装备工具化、简洁化、实用化”的原则,解决生产难题,是一种值得推广的新技术,好办法。
(责任编辑:admin)
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