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温室内蔬菜生产机械化作业智能平台构建

时间:2019-05-15 10:00  点击: 次  来源:好文学  作者:编辑  评论:- 小 + 大

  摘    要: 为解决设施温室因空间限制导致农机设备进门难、掉头难的问题, 提高耕整地、田间管理与收获环节的作业效率, 实现设施蔬菜生产机械化作业的智能操作, 北京市农业机械试验鉴定推广站研发了设施温室智能化平台。平台以电源为动力, 可将设施蔬菜生产中各环节所需的农机具集合安装在该平台上, 实现一机多用;并采用程序化设计实现自动化或半自动化控制功能。工作时, 主机平台配套农机具后可实现纵向行走、横向行走和上下升降三维化运动, 作业高效无死角, 大幅度提高设施蔬菜生产综合机械化作业水平和作业质量。在同一园区, 可实现主机平台在设施温室间转移作业, 充分发挥主机效率, 提高设备利用率。

  关键词: 设施农业; 蔬菜; 智能化平台; 机械化;

  Abstract: In order to solve the problem for agricultural machinery and equipment to enter the door and turn around difficultly due to limited space in facility greenhouse, improve the efficiency of tillage, field management and harvest, and realize the intelligent operation of mechanized vegetable production, Beijing Agricultural Machinery Experiment Appraisal Popularize Station developed an intelligent platform for facility greenhouse. The platform was powered by power supply, which could install agricultural machinery and tools required by each link of vegetable production in facilities on the platform, realizing multi-purpose of one machine. The platform used the program design to realize the automation or the semi-automation control function. When working, the host platform supporting agricultural machinery and tools could achieve three-dimensional movement with vertical walking, horizontal walking and up and down moving, efficient operation without dead angle, greatly improving the level and quality of comprehensive mechanization of vegetable production facilities. In the same park, the host platform could transfer operations between facility greenhouses, gave full play to the host efficiency and improved the utilization rate of equipment.

  Keyword: facility agriculture; vegetable; intelligent platform; mechanization;

  设施农业是北京农业的重要组成部分, 日光温室是设施农业的主要生产形式, 据2014年年底数据统计, 日光温室在北京市各种设施农业结构形式中占地面积65%, 约15 800 hm2[1]。但由于日光温室空间狭窄, 仅在耕整地环节有比较适用的微耕机作业, 综合机械化水平很低[2], 表现为作业效率低、旋深浅 (小于12 cm) 、劳动强度大、燃油污染严重。日光温室蔬菜生产中的其他作业环节, 如施撒有机肥、铺管覆膜、种植移栽、运输等基本以人工作业为主, 劳动强度大、作业效率低, 急需实现机械化作业。为提高日光温室综合机械化作业水平、提高耕整地作业质量、降低劳动强度, 北京市农机试验鉴定推广站联合企业共同研发了设施温室智能化平台。

  1、 智能化平台的设计特点

  平台以电源为动力, 将日光温室蔬菜生产中各环节所需的农机具集合安装在该平台上, 实现一机多用;并采用程序化设计实现自动化或半自动化控制功能;同时辅以电子信息技术, 实现远程监控作业模式。

  1.1、 实现一机多用、多环节机械化作业

  设施温室智能化平台根据日光温室空间结构特点, 采用了轨道、龙门式横梁设计, 实现了纵向、横向行走及上下升降运动, 专门用于日光温室蔬菜生产机械化作业。设施温室智能化平台通过回旋盘结构, 可以方便、快捷地与多种农机具连接配合, 实现一机多用、多环节机械化作业, 大幅度提高了日光温室机械化作业水平。

  工作时, 平台主机安装上配套的农机具后, 沿两侧的轨道前后移动纵向行走, 沿主横梁左右移动横向行走, 同时主机可上下升降运动, 从而实现在日光温室内三维化运动模式, 辅以不同的作业机具, 可以有效地实现有机肥撒施、土地耕整、开沟起垄, 铺管覆膜、播种移栽、灌溉植保、果实运输等多环节无死角作业, 提高日光温室综合机械化作业水平和作业质量。

  1.2、 实现主机在日光温室间转移作业

  在一个园区内, 同等宽度轨道设计情况下, 可以实现主机在日光温室间转移作业, 充分发挥主机效率, 提高设备利用率。

  各温室铺设同等跨度纵向轨道, 同时在轨道一端铺设转运轨道。转运轨道上对接转运轨道车, 该转运轨道车也是各配套农机具载体。在转运轨道车上安装主要配套农机具码放支架, 确保农机具码放支架定位准确, 以方便主机挂接。

  当主机平台转运作业时, 龙门式横梁和主机沿纵向轨道行驶到转运轨道车上, 启动转运轨道车电机, 转运轨道车载着龙门式横梁和主机以及码放在转运轨道车上的配套农机具, 一同沿转运轨道行走到下一栋温室, 对接好该栋温室纵向轨道, 完成主机平台的转运工作。

  1.3、 实现自动化或半自动化生产作业

  设施温室智能化平台的集成应用, 有力地促进了农机农艺融合发展, 形成了以机械化作业为主的日光温室蔬菜生产新模式。由于设施温室智能化平台可实现自动化或半自动化生产作业, 同时通过网络可实现作业情况报告和远程监测, 减少劳动力用工量, 缓解农忙时节用工紧张问题;同时大幅度降低劳动强度, 打破了传统上以人工作业为主的温室蔬菜生产模式。

  1.4、 实现节能减排

  设施温室智能化平台以电能为动力, 避免了汽油机、柴油机等机械设备作业时造成的环境污染, 使用方便, 运行成本低。

  2、 智能化平台的设计方案

  2.1、 平台总体结构设计

  设施温室智能化平台以电能为动力, 实现一机多用, 主要由2条平行的地轨、在地轨上纵向行走的横梁、横梁上横向行走的主机、主机上回转盘以及控制系统组成[3,4] (图1) 。

  纵向行走轨道长度和跨度根据日光温室结构而定;龙门式横梁主要由龙门架、驱动电机、行走轮、控制系统等部件构成, 通过齿孔啮合, 沿纵向轨道前后行走;主机主要由框架、驱动电机、行走链轮、升降系统、回转系统、电动伸缩杆等组成, 通过链传动, 沿龙门式横梁左右行走。主机升降系统采用独立电机控制, 通过机械传动实现主机回转系统上下升降;回转系统在独立电机驱动下, 通过蜗轮蜗杆减速装置可实现回转盘180°往返旋转运动。

  设施温室智能化平台作业时, 主机行走到作业机具坐标位置, 启动电动伸缩杆快速挂接农机具, 归位纵向 (横向) 作业原点。若启动手动作业程序, 每一步作业均需人工操作完成。若启动自动作业程序, 将按输入程序自动完成既定的作业。如纵向自动旋耕作业, 先启动旋耕机旋耕刀, 然后主机旋转盘下降, 使旋耕刀达到既定旋耕深度, 接着龙门式横梁带动主机沿纵向轨道行走开始旋耕作业。当达到既定的作业行程时, 龙门式横梁带动主机停止运动, 主机旋转盘提升, 使旋耕刀离开地面达到既定高度;此时, 主机带动旋耕机沿作业方向后移0.5 m, 然后回转盘电机启动驱动旋耕机旋转180°, 完成旋耕作业方向调整。此时, 主机再次带动旋耕机沿作业方向后移0.5 m, 然后沿龙门式横梁移动一个作业幅宽, 再驱动旋转盘下降, 使旋耕刀达到既定旋耕深度, 接着龙门式横梁带动主机沿纵向轨道行走开始回程旋耕作业。如此往复既定的作业行程, 自动完成日光温室内无死角旋耕作业。同理也可以实现自动化起垄、播种等环节作业。

  图1 设施温室智能化平台的总体结构

  1.纵向地轨;2.纵向行走机构及横梁支撑架;3.主机;4.回转盘;5.横梁;6.转运轨道车;7.配套农机具;8.单轨运输车。

  2.2、 设施温室智能化平台行走机构设计

  2.2.1、 纵向行走机构设计

  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。

  2.2.2、 横向行走机构设计

  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。

  2.2.3、 升降运动机构设计

  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。

  2.2.4 、往返运动机构设计

  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。

  2.3 、农机具的设计

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关键词:设施农业 蔬菜 智能化平台 机械化 

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