產(chǎn)業(yè)與科技論壇 2021 年第 20 卷第 21 期 Industrial 高架吊繩 智能化 作者單位 尹華 成子怡 王林 江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展 越來越多的蔬菜種植戶選擇了大 棚類菜的種植 大棚黃瓜作為典型的設(shè)施蔬菜 早已進(jìn)入千 家萬戶的菜籃子 而大棚黃瓜的種植 植保 收獲等作業(yè)環(huán)節(jié) 仍是以人工方式為主 其效率低 人工成本高 約占總生產(chǎn)成 本的 60 左右 因此研究新型黃瓜自動化栽培系統(tǒng) 采用自 動控制技術(shù)對瓜類生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)升級 提高產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要 的意義 一 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 黃瓜為攀援草本植物 傳統(tǒng)栽培采用搭架牽引的方式 用竹桿作為滕蔓牽引介質(zhì) 搭成人字形框架 以供黃瓜滕蔓 向上攀爬 該方式無法滿足黃瓜滕蔓不斷往上生長的需求 抑制了黃瓜的生長 導(dǎo)致黃瓜產(chǎn)量下降 該方法僅用于農(nóng)村 農(nóng)戶的種植 設(shè)施蔬菜的種植一般采用吊落蔓式立體栽培 以尼龍繩作為滕蔓牽引物 從高處吊落下 黃瓜滕蔓依附著 該繩向上攀爬 目前 吊落蔓式立體栽培已經(jīng)成為藤生農(nóng)作 物栽培的趨勢和潮流 黃瓜的高拉線栽培模式最早源于荷蘭 21 世紀(jì)初 荷蘭 農(nóng)業(yè)工程研究所的研究員用拉線代替了傳統(tǒng)搭架 首先提出 了吊落蔓式立體栽培法 近年來由于農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展 韓 國采用一種可移動的拉線栽培模式 但仍處于半自動形式 45 2021 年第 20 卷第 21 期產(chǎn)業(yè)與科技論壇 2021 20 21Industrial Science Tribune 未實(shí)現(xiàn)垂直落蔓與水平移動的同步作業(yè) 仍需要人工輔助 在我國 吊落蔓方面的研究還處于起步階段 2015 年 唐 山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的韓靖玲等人運(yùn)用棘輪棘爪機(jī)構(gòu)的工 作原理 研發(fā)出一種簡易溫室黃瓜吊落蔓機(jī)構(gòu) 但在作業(yè)過 程中仍依靠人工 大規(guī)模種植時勞動強(qiáng)度很大 綜上 國內(nèi)外針對瓜類生產(chǎn)在栽培技術(shù)上雖然做了大量 研究工作 促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 但還沒有實(shí)現(xiàn)全自動化種植 因此需要繼續(xù)研究開發(fā)創(chuàng)新新型瓜類自動化栽培系統(tǒng) 提升 裝備水平 二 高架吊繩自動升降系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要有三部分組成 操作裝置 控制系統(tǒng) 循環(huán)機(jī) 構(gòu) 三個部分之間的關(guān)系如圖 1 所示 操作裝置主要是用來 進(jìn)行管理人員動作操作 通過按鈕式開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電路控制 再通過機(jī)械傳動來驅(qū)動吊繩升降系統(tǒng) 一 操作裝置 操作裝置是整個系統(tǒng)的控制界面 安裝 于大棚的控制柜中 也可以通過手機(jī) APP 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制 主 要由控制面板 電路及其他電路元件組成 如圖 2 所示是操 作裝置的面板 用來進(jìn)行大棚黃瓜牽引繩自動升降系統(tǒng)的動 作操作 通過對按鈕的操作實(shí)現(xiàn)黃瓜牽引繩的上升 下降和 停止 其中 SB1 是控制牽引繩上升按鈕 SB2 是控制牽引繩 下降按鈕 SB3 是停止按鈕 圖 1 大棚黃瓜牽引繩自動 圖 2 大棚黃瓜牽引繩自動 升降系統(tǒng)關(guān)系圖 升降系統(tǒng)操作面板 二 控制系統(tǒng) 在大棚黃瓜牽引繩自動升降系統(tǒng)的控 制電路采用三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 如圖 3 所示 電路中采用 兩個電機(jī) M1 M2 作為驅(qū)動整個系統(tǒng)的動力 電路主要由 M1 M2 電機(jī) QS 刀開關(guān) FU2 熔斷器 開關(guān) SB1 SB2 SB3 交 流接觸器 KM1 KM2 等組成 M1 M2 兩電機(jī)是由一個電路 來進(jìn)行同時控制 可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 從而來實(shí)現(xiàn)黃 瓜牽引繩的上升和下降 合上 QS 刀開關(guān) 按下正轉(zhuǎn)啟動按 鈕 SB1 KM1 線圈得電吸合 KM1 主觸點(diǎn)閉合 電機(jī)正轉(zhuǎn) 松開 SB1 但由于 KM1 常開輔助觸點(diǎn)閉合 KM1 接觸器自鎖 所以 電機(jī)保持正轉(zhuǎn) 按下停止按鈕 SB3 常閉點(diǎn)斷開 接觸 器釋放 電機(jī)停止 按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕 SB2 KM2 吸合 電機(jī) 反轉(zhuǎn) 圖 3 大棚黃瓜牽引繩自動升降系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)控制電路 三 循環(huán)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 大棚黃瓜牽引繩自動升降系統(tǒng)中 的循環(huán)機(jī)構(gòu)主要是由兩個驅(qū)動電機(jī)帶動的主動驅(qū)動同步帶 輪 1 2 驅(qū)動皮帶 3 張緊輪 5 18 個牽引繩纏繞器 4 等組 成 如圖 4 所示 而牽引繩纏繞器的結(jié)構(gòu)如圖 5 所示 由從動 帶輪 1 繞線輪 2 支撐桿 3 走線軸 4 組成 圖 4 循環(huán)機(jī)構(gòu)示意圖 當(dāng)操作人員按下 SB1 按鈕 驅(qū)動電機(jī)順時針正轉(zhuǎn) 帶動 兩個主動驅(qū)動同步帶輪順時針正轉(zhuǎn) 主動驅(qū)動同步帶輪帶動 驅(qū)動皮帶順時針轉(zhuǎn) 驅(qū)動皮帶又帶動牽引繩纏繞帶輪的從動 帶輪順時針轉(zhuǎn) 從而使繞線輪順時針轉(zhuǎn) 而黃瓜滕蔓牽引繩 通過吊繩自動纏繞器上的走線輪繞至繞線輪上 使得黃瓜滕 蔓牽引繩上升 當(dāng)上升到所要高度時 按下 SB3 按鈕 停止 操作 當(dāng)操作人員按下 SB2 按鈕 驅(qū)動電機(jī)逆時針反轉(zhuǎn) 帶動 兩個主動驅(qū)動同步帶輪逆時針反轉(zhuǎn) 主動驅(qū)動同步帶輪帶動 驅(qū)動皮帶逆時針轉(zhuǎn) 驅(qū)動皮帶又帶動牽引繩纏繞帶輪部件逆 時針轉(zhuǎn) 從而使繞線輪逆時針轉(zhuǎn) 使得黃瓜滕蔓牽引繩下降 當(dāng)下降到所要高度時 按下 SB3 按鈕 停止操作 牽引繩下 降后的效果如圖 6 所示 每根黃瓜滕蔓牽引繩都保持在同一 高度 以便于黃瓜的智能管理 圖 5 牽引繩纏繞器 圖 6 黃瓜藤蔓下降后與下降前對比圖 三 結(jié)語 一 操作方便 大棚黃瓜牽引繩自動升降系統(tǒng) 無需人 工對每個繞線裝置進(jìn)行單獨(dú)控制 直接通過按鈕操作即可實(shí) 現(xiàn)滕蔓牽引繩的上升 下降 操作方便可靠 二 成本降低 只需對原有棚內(nèi)設(shè)施進(jìn)行部份改造 可 大幅度節(jié)約人工成本 實(shí)現(xiàn)黃瓜牽引繩的機(jī)械化操作 改造 部件由是只承受黃瓜滕蔓的牽引力度 部件材料在選擇上無 需高強(qiáng)度材料 成本不高 從長遠(yuǎn)估計(jì) 總體成本有了很大程 度上降低 三 提高效率 可設(shè)置為同時對一個栽培槽或一個大 棚內(nèi)的黃瓜滕蔓牽引繩的控制 還可在此基礎(chǔ)上利用物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù) 實(shí)現(xiàn)黃瓜種植管理的遠(yuǎn)程控制 目前 黃瓜高架吊繩自動升降系統(tǒng)可以安裝于目前棚高 2 5 米以上的溫室大棚中 實(shí)現(xiàn)黃瓜滕蔓的自動升降 從而最 終實(shí)現(xiàn)大棚黃瓜的自動化移栽 植保 收獲等 實(shí)現(xiàn)大棚黃瓜 為代表的滕蔓類設(shè)施蔬菜種植管理收獲的全程自動化 參考文獻(xiàn) 1 陳玉梅 申允德 張成浩 等 黃瓜自動化栽培系統(tǒng)關(guān)鍵技 術(shù)研究 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 5 174 180 2 齊飛 汪曉云 丁小明 等 一種溫室作物的吊蔓裝置及作 物栽培方法 CN CN102405797A P 2012 04 11 55