設(shè)施農(nóng)業(yè) nullnullnullnull 26 設(shè)施裝備工程 Agricultural Equipment 清洗 國(guó)內(nèi)在穴盤清洗方面進(jìn)也行了較多研究 如 禹振軍等 8 研制了隧道式穴盤清洗機(jī) 高原源等 9 研制了穴盤自動(dòng)清洗機(jī) 李愷等 10 設(shè)計(jì)了穴盤清洗消毒裝置 當(dāng)前 在種植盤自動(dòng)清洗方面的基礎(chǔ)研究較少 需要根據(jù)清 洗對(duì)象設(shè)計(jì)清洗方案 探究最佳設(shè)備參數(shù) 針對(duì)植物工廠缺乏成 套裝備 開(kāi)展種植盤清洗機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 是實(shí)現(xiàn)植物工廠種植 盤全程機(jī)械化自動(dòng)清洗的重要環(huán)節(jié) 為此 提出一種刷洗 沖 洗聯(lián)動(dòng)方式 采用通道式水平送盤清洗和循環(huán)水箱 設(shè)計(jì)種植盤 自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu) 并搭建相應(yīng)的清洗試驗(yàn)臺(tái) 探究最佳清洗效果 優(yōu)化改進(jìn)種植盤清洗機(jī) 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè) 1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 試驗(yàn)裝置主要由上下料機(jī)構(gòu) 清洗機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成 圖1 上下料機(jī)構(gòu)主要用于過(guò)渡上盤和出盤 為了簡(jiǎn)化清洗試驗(yàn)平臺(tái) 減少占地面積 上下料采用可摘卸方式 通過(guò)螺栓與清洗結(jié)構(gòu)連 接 清洗機(jī)構(gòu) 圖 2 圖 3 包括機(jī)架 噴淋系統(tǒng) 兩組清洗毛 刷 傳動(dòng)系統(tǒng) 其中 噴淋系統(tǒng)包括噴淋管路 扇形噴嘴 循環(huán) 水箱 水泵等 4 組噴淋管路均勻布置在兩組毛刷間 管路上的 扇形噴嘴從下往上噴淋 對(duì)種植盤進(jìn)行無(wú)死角清洗 循環(huán)水箱固 定在機(jī)架上 水箱內(nèi)設(shè)有單獨(dú)循環(huán)過(guò)濾和單獨(dú)排污清洗閥 實(shí)現(xiàn) 水循環(huán)利用 水泵固定在機(jī)架上為清洗機(jī)構(gòu)提供循環(huán)水 循環(huán)水 箱中安裝有加熱系統(tǒng) 由不銹鋼加熱管 溫控器 溫控探頭組成 用于加熱循環(huán)水 提高清潔效果 兩組清洗毛刷位于機(jī)架內(nèi) 傳 動(dòng)系統(tǒng)下方 由電機(jī)驅(qū)動(dòng) 循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)種植盤進(jìn)行無(wú)死角清洗 植物工廠種植盤自動(dòng)清洗試驗(yàn)裝置 null 摘要 該文設(shè)計(jì)了一種用于植物工廠種植盤自動(dòng)清洗的試驗(yàn)裝置 主要包括種植盤輸送機(jī)構(gòu) 噴淋系統(tǒng) 刷洗系統(tǒng) 控制系統(tǒng)等 試驗(yàn)結(jié)果表明 該試驗(yàn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定后 傳輸速度穩(wěn)定性良好 設(shè)置的水壓 流量 溫度與測(cè)量值基本一致 該試驗(yàn)裝置機(jī)械結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)合理 具有良好的清洗試驗(yàn)研究效果 為優(yōu)化改進(jìn)種植盤 自動(dòng)清洗機(jī)提供基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 種植盤 清洗 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 植物工廠是一種規(guī)模化 機(jī)械化 自動(dòng)化的現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)系 統(tǒng) 它通過(guò)設(shè)施內(nèi)先進(jìn)技術(shù)裝備對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)控制 實(shí)現(xiàn) 作物周年連續(xù)生產(chǎn) 1 為節(jié)約資源 保護(hù)環(huán)境 植物工廠必備的 種植盤的重復(fù)利用成為必然選擇 已使用過(guò)的種植盤附著殘根老 葉 微生物 青苔 可能還有一些有害的病菌或蟲卵等 需對(duì)其 進(jìn)行清洗消毒 以免影響作物栽培質(zhì)量 2 傳統(tǒng)清洗方式為人工毛刷擦洗或水管噴洗 勞動(dòng)強(qiáng)度大 效 率低 且不易掌握刷洗力度 容易損壞種植盤 3 4 國(guó)內(nèi)外對(duì)設(shè) 施園藝種植盤的機(jī)械化清洗技術(shù)均有研究 國(guó)外設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)起 源早 發(fā)展時(shí)間長(zhǎng) 相關(guān)配套技術(shù)設(shè)施較為成熟 栽培單元清洗 消毒和干燥設(shè)備自動(dòng)化程度較高 效果佳 荷蘭Visser公司 5 的在線式水壓沖洗設(shè)備 針對(duì)不同材質(zhì)穴盤 可以實(shí)現(xiàn)隧道式 側(cè)立輸送式或水平輸送式清洗 荷蘭SYSPAL公司 6 的餐盤清 洗機(jī) 采用 85 水蒸氣與熱水清洗 意大利 Urbinati 公司 7 的 托盤清洗機(jī) 在隧道兩側(cè)布置30個(gè)清洗噴嘴 實(shí)現(xiàn)側(cè)立輸送式 李 葦 1 2 王南森 2 1 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所 廣東 廣州 510630 2 廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開(kāi)發(fā)有限公司 廣東 廣州 510555 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 圖1 清洗機(jī)示意圖 設(shè)施農(nóng)業(yè) nullnullnullnull 27 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 設(shè)施農(nóng)業(yè) 1 3 噴淋機(jī)構(gòu) 噴淋機(jī)構(gòu) 圖 5 主要由不銹鋼管路 噴嘴 球閥 液位開(kāi) 關(guān)等組成 儲(chǔ)水箱中水經(jīng)管路依此通過(guò)水泵 過(guò)濾器 然后進(jìn)入 均勻布置的4根水平噴管組 最終由清洗噴嘴噴出 清洗種植盤 過(guò)濾器用于雙層過(guò)濾 防止清洗噴嘴堵塞 噴淋機(jī)構(gòu)采用沖洗打 擊能力較強(qiáng)的扇形噴嘴 液體離開(kāi)噴嘴后形成的扇形噴霧 噴射 角度小 沖洗打擊能力強(qiáng) 水平管道選用 1 寸不銹鋼管路 4 條 水平管道均勻布置在毛刷兩側(cè) 每個(gè)噴管上均勻安裝 5 個(gè)扇形清 洗噴嘴 共 20 個(gè)噴嘴 從下往上噴淋沖洗 傳動(dòng)系統(tǒng)由減速電機(jī) 傳送帶 傳動(dòng)帶輪等組成 清洗時(shí) 種植 盤反面倒扣在機(jī)架上 在傳送帶上設(shè)有若干撥片 用于推動(dòng)種植 盤 清洗機(jī)構(gòu)兩端設(shè)有擋水板 防止水花四濺 清洗機(jī)構(gòu)上蓋板 采用亞克力透明蓋板 且蓋板可前后推動(dòng) 方便更換毛刷和噴嘴 類型及角度 控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC 由CPU模塊 輸入模塊 輸出模塊 可編程模塊 變頻器 觸摸屏 空氣開(kāi)關(guān) 旋鈕開(kāi)關(guān) 繼電器 接觸器及開(kāi)關(guān)電源等組成 控制著水泵 電 機(jī)的啟停 以及調(diào)節(jié)讀取水泵輸出壓力 流量 清洗速度 水溫 圖 2清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上料架機(jī)構(gòu) 圖 4 清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)傳送機(jī)構(gòu) 圖 5清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)噴淋機(jī)構(gòu) 圖 6清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)刷洗機(jī)構(gòu) 圖3清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)下料架機(jī)構(gòu) 1 2 傳送機(jī)構(gòu) 傳送機(jī)構(gòu) 圖 4 采用水平放置方式 由不銹鋼導(dǎo)軌 主傳 動(dòng)軸 被傳動(dòng)軸 減速電機(jī) 傳送帶 傳送帶撥片等組成 傳 送機(jī)構(gòu)設(shè)置在清洗機(jī)架上方 下方設(shè)置防護(hù)蓋板 在傳送機(jī)構(gòu) 與清洗機(jī)架之間形成清洗通道 通道寬度適用于項(xiàng)目種植盤 為保證種植盤順利通過(guò)清洗通道 在傳送帶上設(shè)置撥片 推動(dòng) 種植盤與傳送帶同步運(yùn)行 傳送電機(jī)功率選擇三相電機(jī)功率 P 0 75 kW 1 4 刷洗機(jī)構(gòu) 刷洗機(jī)構(gòu) 圖 6 由兩組滾刷 電機(jī) 皮帶傳動(dòng)等組成 滾 刷載體為空心鋁件 采用尼龍刷 長(zhǎng)度為 800 運(yùn)行時(shí) 兩組滾刷轉(zhuǎn)向應(yīng)相同 配合噴淋機(jī)構(gòu) 可以更好地清洗種植盤 邊緣 設(shè)施農(nóng)業(yè) nullnullnullnull 28 設(shè)施裝備工程 Agricultural Equipment 1 5 循環(huán)水系統(tǒng) 為節(jié)約用水 清洗試驗(yàn)臺(tái)采用循環(huán)水系統(tǒng) 圖 7 設(shè)置雙 層的過(guò)濾裝置 清洗過(guò)后的污水經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入儲(chǔ)水箱 然后再經(jīng)過(guò) 濾進(jìn)入噴淋機(jī)構(gòu) 儲(chǔ)水箱設(shè)有單獨(dú)排污清洗閥 可以隨時(shí)清理臟 污 自動(dòng)進(jìn)水 圖 7清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)循環(huán)水系統(tǒng) 圖 8清洗機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)控制界面 圖9 清洗速度變化 表1 試驗(yàn)裝置水壓穩(wěn)定性測(cè)量 單位 kPa 1 6 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由 PLC 擴(kuò)展模塊 變頻器 空氣開(kāi)關(guān) 熔斷器 急停按鈕 旋鈕開(kāi)關(guān) 繼電器 開(kāi)關(guān)電源及運(yùn)行指示燈等組成 控制著水泵 電機(jī)的啟停 以及水泵輸出壓力 流量 刷洗速度 傳送速度 實(shí)際工作中 打開(kāi)空氣開(kāi)關(guān) 依次打開(kāi)傳送電機(jī)開(kāi)關(guān) 水泵開(kāi)關(guān)和毛刷電機(jī)開(kāi)關(guān) 繼電器和運(yùn)行指示燈接通 相應(yīng)繼電 器觸點(diǎn)閉合 變頻器對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)端口接通 裝置開(kāi)始工作 工作 運(yùn)行中 通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器頻率調(diào)節(jié)旋鈕 可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)清洗壓力 流量 清洗速度和水溫 控制界面如圖 8 所示 2 工作流程 實(shí)際工作時(shí) 將試驗(yàn)裝置接通電源 調(diào)節(jié)PLC控制器 設(shè) 定清洗水壓 輸送速度 清洗流量 刷洗速度 加熱溫度 打開(kāi) 傳送帶 水泵 毛刷開(kāi)關(guān) 待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后 將種植盤水平反 面倒扣放置在機(jī)架上 在傳送帶撥片推動(dòng)下 種植盤通過(guò)上料 架進(jìn)入清洗通道 而儲(chǔ)水箱中水經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng) 在水泵作用下以一 定壓力 經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入噴淋管路 通過(guò)扇形噴嘴沖洗種植盤 清洗過(guò)后的污水經(jīng)過(guò)過(guò)濾和排污清洗閥后再次流入儲(chǔ)水箱 達(dá)到 清洗水的循環(huán)利用 種植盤清洗后經(jīng)過(guò)下料架輸送到下一作業(yè)流 程 最終完成整個(gè)種植盤清洗輸送過(guò)程 通過(guò)圖片處理技術(shù) 進(jìn) 行清潔度數(shù)據(jù)處理分析 通過(guò)設(shè)置不同水壓 流量 速度 更換 噴嘴 毛刷類型 研究種植盤在不同參數(shù)條件下的清潔效果 從 而進(jìn)行清洗機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 性能改進(jìn)研究 3 清洗試驗(yàn) 3 1 清洗穩(wěn)定性 試驗(yàn)裝置輸送速度在 0 7 m min 可調(diào) 清洗效率可達(dá)到 180盤 h 種植盤在軌道上移動(dòng)時(shí)應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定 不能出現(xiàn)嚴(yán)重 的卡盤情況 設(shè)置輸送速度為 4 m min 測(cè)得試驗(yàn)裝置清洗速 度變化如圖9所示 種植盤是倒扣在機(jī)架上運(yùn)行的 依靠輸送 帶撥片推動(dòng) 下方有噴淋系統(tǒng)和毛刷系統(tǒng) 所以產(chǎn)生小幅度速 度波動(dòng)不可避免 但速度波動(dòng)幅值較小 0 005 m min 以內(nèi) 不影響整體清洗效果 能夠滿足植物工廠清洗和輸送的使用 要求 3 2 水壓和流量穩(wěn)定性 試驗(yàn)裝置在噴淋水泵出水口設(shè)置了水壓表和流量表 通過(guò) 變頻器可實(shí)現(xiàn) 0 300 kPa 清洗水壓調(diào)節(jié) 實(shí)現(xiàn) 0 15 m 3 h 清洗流量調(diào)節(jié) 選擇30 40 50 Hz頻率驗(yàn)證水壓和流量穩(wěn) 定性 結(jié)果見(jiàn)表 1 2 測(cè)試結(jié)果顯示 控制系統(tǒng)測(cè)量的水壓 與出水口水壓表讀數(shù)差值為 5 kPa 控制系統(tǒng)測(cè)量的流量與出 水口流量計(jì)讀數(shù)幾乎無(wú)差值 說(shuō)明試驗(yàn)裝置水壓和流量穩(wěn)定性 良好 水泵頻率 Hz 測(cè)量的水壓讀數(shù) 出水口水壓表讀數(shù) 差值 30 100 3 100 5 0 40 180 4 180 5 0 50 285 3 280 5 5 設(shè)施農(nóng)業(yè) nullnullnullnull 29 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 設(shè)施農(nóng)業(yè) 表2 試驗(yàn)裝置流量穩(wěn)定性測(cè)量 單位 m 3 h 表3 試驗(yàn)裝置溫度穩(wěn)定性測(cè)量 單位 水泵頻率 Hz 測(cè)量的流量讀數(shù) 出水口流量表讀數(shù) 差值 30 4 48 0 04 4 48 0 02 0 00 40 7 95 0 07 7 95 0 03 0 00 50 12 50 0 03 12 50 0 02 0 00 設(shè)置的溫度讀數(shù) 水槽內(nèi)溫度計(jì)讀數(shù) 差值 30 30 0 0 0 0 45 45 0 1 0 0 60 60 0 5 0 0 3 3 溫度穩(wěn)定性 試驗(yàn)裝置通過(guò)加熱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 0 60 清洗水溫調(diào)節(jié) 為 了驗(yàn)證溫度穩(wěn)定性 在水槽內(nèi)3個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置溫度計(jì) 計(jì)算其 平均值 并選擇 30 45 60 在試驗(yàn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定后 進(jìn)行 驗(yàn)證試驗(yàn) 結(jié)果見(jiàn)表3 試驗(yàn)結(jié)果表明 加熱系統(tǒng)的溫度值與 水槽內(nèi)溫度計(jì)測(cè)量值幾乎無(wú)差值 說(shuō)明試驗(yàn)裝置加熱系統(tǒng)溫度 很穩(wěn)定 4 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)的用于植物工廠種植盤自動(dòng)清洗試驗(yàn)裝置 采用了 刷洗 沖洗的聯(lián)動(dòng)清洗方式 可以用于種植盤自動(dòng)輸送 用于 盤表面青苔 水垢 污漬等自動(dòng)清洗 可以系統(tǒng)地研究輸送速度 水壓 流量 刷洗速度 溫度對(duì)種植盤清洗效果的影響 具有實(shí) 用價(jià)值 參考文獻(xiàn) 1 馬義東 胡鵬展 金鑫 等 水培生菜低損柔性采收裝置設(shè)計(jì)與試 驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2022 53 10 175 183 210 2 高原源 王秀 舒象興 等 育苗穴盤自動(dòng)清洗裝置的設(shè)計(jì) J 農(nóng) 機(jī)化研究 2017 39 1 63 67 3 陳旭東 石劍鋒 全自動(dòng)電容器清洗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 南通職 業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 綜合版 2006 4 87 90 4 符德龍 袁奎 張富貴 等 烤煙育苗盤雙面清洗機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2017 38 4 33 36 5 Visser Washing Industry Washing EB OL 2019 8 22 https www visser eu washing 6 Syspal Washing Equipment Eurobin Washing Equipment EB OL 2019 8 22 https www syspal com 7 Urbinati LAV10 Traywasher Washing Lines EB OL 2019 8 22 traywasherlav10 8 禹振軍 劉建福 SDQXJ 型隧道式穴盤清洗機(jī)清洗系統(tǒng)設(shè) 計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程 2013 3 S2 37 39 43 9 高原源 趙春江 王秀 等 穴盤自動(dòng)清洗裝置性能試驗(yàn)研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2017 39 2 143 147 10 李愷 尹義蕾 侯永 育苗穴盤清洗消毒裝置的設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程 技術(shù) 2019 39 31 10 12 17 null 項(xiàng)目支持 十四五 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 揭榜掛帥 無(wú)人化植物工廠栽培單元清洗與成品菜箱堆垛機(jī)器人研發(fā) 2021YFD2000705 2 作者簡(jiǎn)介 李葦 1989 女 高級(jí)工程師 研究方向 設(shè) 施農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)研究及推廣 引用信息 李葦 王南森 植物工廠種植盤自動(dòng)清洗試驗(yàn)裝置 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2023 43 30 26 29