水稻秧盤(pán)育秧流水線(xiàn)自動(dòng)疊盤(pán)裝備現(xiàn)狀與展望

水稻秧盤(pán)育秧流水線(xiàn)自動(dòng)疊盤(pán)裝備現(xiàn)狀與展望陳林濤;馬旭;齊龍;鹿芳媛;孫國(guó)棟;陳桂生;譚永炘【摘要】水稻工廠(chǎng)化秧盤(pán)育秧播種流水線(xiàn)主要由供盤(pán)、鋪底土、壓實(shí)、精密播種、淋灑水和取疊盤(pán)等裝備組成。由于我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)工廠(chǎng)化育秧設(shè)備研究薄弱，關(guān)鍵技術(shù)有待突破，國(guó)內(nèi)的流水線(xiàn)在播種后取疊盤(pán)主要由人工逐個(gè)取盤(pán)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易造成疲勞，還制約著工廠(chǎng)化育秧的生產(chǎn)效率，故秧盤(pán)自動(dòng)疊盤(pán)裝備對(duì)提高流水線(xiàn)自動(dòng)化程度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高效率等方面具有重要作用。為此，綜述了國(guó)內(nèi)外自動(dòng)疊盤(pán)技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有自動(dòng)疊盤(pán)裝備的工作原理，指出了現(xiàn)行裝置中關(guān)鍵部件存在的不足，提出了水稻秧盤(pán)育秧流水線(xiàn)自動(dòng)疊盤(pán)裝備今后的發(fā)展趨勢(shì)，指明可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、符合輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)要求、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能檢測(cè)與控制是自動(dòng)疊盤(pán)裝備的主要發(fā)展方向。%Atpresent,takingtraysoutfromthericenurseryseedlingplanteriscarriedoutbymanualworking,whichislabor-intensiveandinefficient,andsomeofthetraystackersexistingnowcansomehowrealizethefunctionofautomaticstacking,butmostofthemareinefficientandhaveapoorintelligence.Basedonreviewingtheresearchdomesticandoverseasofautomatictraystackingdeviceandtechnology,thispaperanalyzedtheshortagesofexistingautomatictraystackingdevices,andsummarizedthetypesandcharacteristicsoftheautomatictraystackingtechniques.Thispaperpointedoutthattheautomatictraystackingequipmentsdevelopsinadirectionofintellectualizationandwithhardandsofttray,withhigh-speedtoincreasetheefficiency.Theautomatictraystackingdevicecanplayamoreimportantroleinricenursingseedlingspipeline.【期刊名稱(chēng)】《農(nóng)機(jī)化研究》【年(卷)，期】2017(039)006【總頁(yè)數(shù)】6頁(yè)(P260-264,268)【關(guān)鍵詞】水稻育秧;播種流水線(xiàn)啟動(dòng)疊盤(pán);軟硬秧盤(pán);智能化【作者】陳林濤;馬旭;齊龍;鹿芳媛;孫國(guó)棟;陳桂生;譚永炘【作者單位】華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州I510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州I510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州510642;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州510642【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】S233.2水稻是我國(guó)三大主要糧食作物之一，是單產(chǎn)和總產(chǎn)最高的糧食作物，稻米是全國(guó)60%以上人口的口糧。我國(guó)水稻常年種植面積約3000萬(wàn)hm2，占全國(guó)糧食種植面積的27%，占世界水稻種植面積20%；全國(guó)水稻總產(chǎn)量約2億t,占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的34%，占世界稻谷總產(chǎn)的35%，居世界第一。由此可見(jiàn)，水稻在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有十分重要的地位［1-3］。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，大力推進(jìn)水稻生產(chǎn)機(jī)械化是解決水稻生產(chǎn)勞動(dòng)力短缺、實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)節(jié)本增效的有效措施［4］。水稻機(jī)械化育插秧技術(shù)是水稻栽植機(jī)械化的核心，而育秧技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相融合的關(guān)鍵之舉。目前，我國(guó)水稻機(jī)械化育秧技術(shù)主要采用秧盤(pán)育秧方式，包括工廠(chǎng)化育秧和田間育秧兩種形式。近年來(lái)，為滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，推進(jìn)糧食生產(chǎn)，水稻工廠(chǎng)化育秧技術(shù)日益成熟，應(yīng)用也在不斷發(fā)展和推廣，已經(jīng)成為水稻機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。水稻工廠(chǎng)化育秧工序主要包括秧盤(pán)供送、鋪底土、底土壓實(shí)、精密播種、覆表土、淋灑水及自動(dòng)取疊盤(pán)等。為此，設(shè)計(jì)出性能完善、質(zhì)量可靠、高效自動(dòng)化的機(jī)械裝置是水稻工廠(chǎng)化育秧技術(shù)與裝備推廣實(shí)施的重中之重。其中，研制的水稻育秧播種流水線(xiàn)自動(dòng)疊盤(pán)裝置，可一次性搬走一定數(shù)量的秧盤(pán)，免去工人逐個(gè)取盤(pán)的繁瑣工作，明顯降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水稻育秧播種流水線(xiàn)作業(yè)效率。本文參閱了國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)疊盤(pán)技術(shù)資料，研究了當(dāng)前疊盤(pán)裝備的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了現(xiàn)有自動(dòng)疊盤(pán)裝備的工作原理，指出其現(xiàn)存的不足之處，并對(duì)今后國(guó)內(nèi)水稻秧盤(pán)育秧流水線(xiàn)自動(dòng)疊盤(pán)裝備的研究方向提出了建議，以期為相關(guān)設(shè)備的研制提供參考。目前，水稻種植技術(shù)主要有兩種：水稻直播和育秧移栽［5-6］。歐美和澳大利亞等國(guó)家的水稻種植方式以直播為主，研制的水稻秧盤(pán)育秧播種設(shè)備比較少，播種育苗流水線(xiàn)多用于蔬菜、花卉等作物的種植生產(chǎn)［7］。意大利研制的阿爾法型滾筒式全自動(dòng)穴盤(pán)播種機(jī)、荷蘭Visser公司和FlierSystems公司研制的蔬菜精量播種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)（見(jiàn)圖1）均配備有自動(dòng)疊盤(pán)裝置，苗盤(pán)經(jīng)過(guò)流水線(xiàn)播種和淋水后，穴盤(pán)疊垛裝置將苗盤(pán)堆疊。該疊盤(pán)裝置機(jī)構(gòu)精密，可適用不同大小的苗盤(pán)，人工需求量少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，整機(jī)效率高達(dá)1000盤(pán)/h以上，但設(shè)備規(guī)模大、價(jià)格較高。此外，澳大利亞、美國(guó)等國(guó)家蔬菜種植也均采用全套流水線(xiàn)進(jìn)行播種育苗。目前，已有多種播種流水線(xiàn)被廣泛應(yīng)用，如B1ackmoreSysterm、Marksman、Speed1ingSysterm、Hamilton等機(jī)型，其共同特點(diǎn)為：作業(yè)質(zhì)量較好，功能全，自動(dòng)化程度較高［8-9］。在園藝溫室自動(dòng)化生產(chǎn)裝備系統(tǒng)方面，荷蘭采用現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)（如應(yīng)用內(nèi)部物流技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)及信息技術(shù)等），實(shí)現(xiàn)了盆花基質(zhì)裝盆、種苗移植、盆花搬運(yùn)、灌溉、疏盆、盆花分級(jí)、成品包裝等一系列自動(dòng)化作業(yè)［10-11］。在苗床自動(dòng)化搬運(yùn)方面，利用盆花裝床機(jī)、輸送軌道、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)苗床堆疊后進(jìn)行雙層輸送，大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)。圖2是雙層苗床自動(dòng)搬運(yùn)作業(yè)的相關(guān)設(shè)備。荷蘭生產(chǎn)苗床自動(dòng)搬運(yùn)裝備的公司很多，如VISSER國(guó)際貿(mào)易與工程公司、CODEMA集團(tuán)公司及KG系統(tǒng)公司。其中，CODEMA集團(tuán)公司苗床搬運(yùn)系統(tǒng)形式多樣，技術(shù)較為全面，其溫室盆花苗床物流化自動(dòng)搬運(yùn)裝備系統(tǒng)已被中國(guó)天津?yàn)I海國(guó)際花卉科技園區(qū)股份有限公司等知名企業(yè)引用［12］。雖然歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的流水線(xiàn)作業(yè)設(shè)備的研究主要用于蔬菜和園藝設(shè)備中，但相關(guān)技術(shù)為自動(dòng)疊盤(pán)裝備的設(shè)計(jì)提供了參考。亞洲國(guó)家的水稻種植方式通常以移栽為主，韓國(guó)的育秧技術(shù)水平與日本接近。20世紀(jì)80年代，日本的育秧和插秧機(jī)械已基本實(shí)現(xiàn)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。井關(guān)、久保田、日清、三菱等株式會(huì)社［13-15］都設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出育秧播種設(shè)備，室內(nèi)成套水稻育秧設(shè)施完善、規(guī)模大、自動(dòng)化程度高，其相關(guān)水稻工廠(chǎng)化育秧流水線(xiàn)如圖3所示。目前，日本的一些農(nóng)機(jī)公司也公開(kāi)了若干自動(dòng)疊盤(pán)裝置的專(zhuān)利產(chǎn)品。例如，久保田公司研制的S-ST系列自動(dòng)疊盤(pán)裝置和洋馬公司研制的YAS系列自動(dòng)疊盤(pán)裝置，如圖4所示。這些裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有精密化和多樣化特點(diǎn)，作業(yè)效率可達(dá)1000盤(pán)/h以上；但由于整套設(shè)備進(jìn)口成本高，未見(jiàn)引進(jìn)應(yīng)用。我國(guó)水稻種植主要采用育秧移栽的方式，只在少數(shù)地區(qū)采用直播方式［16］。近10年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇云馬農(nóng)機(jī)制造有限公司及臺(tái)州一鳴機(jī)械設(shè)備有限公司等單位對(duì)水稻精密育秧流水線(xiàn)進(jìn)行了相關(guān)研究，不斷涌現(xiàn)出簡(jiǎn)單、實(shí)用的工廠(chǎng)化育秧流水線(xiàn)設(shè)備。以前秧盤(pán)育秧流水線(xiàn)的核心技術(shù)集中在精密播種環(huán)節(jié)，而今除播種器的精量排種外，播種灑水后的秧盤(pán)能否高效整齊地疊放也是研究的重點(diǎn)［17-18］。目前，自動(dòng)疊盤(pán)裝備主要應(yīng)用臺(tái)灣地區(qū)亦祥企業(yè)有限公司研制的氣動(dòng)式疊盤(pán)機(jī)和臺(tái)州市一鳴機(jī)械設(shè)備有限公司研制的苗盤(pán)疊盤(pán)機(jī)。圖5是臺(tái)灣亦祥企業(yè)有限公司研制的三大牌育秧機(jī)自動(dòng)計(jì)數(shù)與疊盤(pán)裝置。該裝置利用氣缸提供動(dòng)力進(jìn)行疊盤(pán)作業(yè)，其利用接近檢測(cè)開(kāi)關(guān)、擱板、控制閥門(mén)和升降氣缸等裝置進(jìn)行秧盤(pán)自動(dòng)收集和疊盤(pán)。整個(gè)裝置反應(yīng)迅速，收盤(pán)及時(shí)有序，疊盤(pán)快速，節(jié)省了勞動(dòng)力；但存在價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，加之氣動(dòng)沖擊較大，該裝置只用于硬秧盤(pán)的疊盤(pán)作業(yè)。圖6是浙江省臺(tái)州市一鳴機(jī)械設(shè)備有限公司研制的苗盤(pán)疊盤(pán)機(jī)［19］。該設(shè)備主要包括機(jī)架、升降機(jī)構(gòu)、秧盤(pán)頂持裝置及秧盤(pán)感應(yīng)裝置，利用感應(yīng)裝置控制升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置，動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行秧盤(pán)堆疊作業(yè)。升降裝置為X式的升降架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)單可靠，工作時(shí)秧盤(pán)能平穩(wěn)升降；但裝置局限于硬秧盤(pán)作業(yè)，未見(jiàn)其應(yīng)用于軟秧盤(pán)作業(yè)，且作業(yè)效率有待提高。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)馬旭［20］等設(shè)計(jì)了一種水稻秧盤(pán)自動(dòng)疊盤(pán)裝置。水稻秧盤(pán)育秧精密播種流水線(xiàn)的自動(dòng)疊盤(pán)裝置主要由空氣壓縮機(jī)、秧盤(pán)輸送機(jī)構(gòu)、秧盤(pán)升降機(jī)構(gòu)、土壤防漏機(jī)構(gòu)、電控箱、機(jī)架及電機(jī)等組成，如圖7所示。工作時(shí)，該裝置利用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)秧盤(pán)信號(hào)，通過(guò)PLC控制秧盤(pán)升降機(jī)構(gòu)升降秧盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)軟盤(pán)（含托盤(pán)）或硬秧盤(pán)的快速自動(dòng)疊放，利用土壤防漏機(jī)構(gòu)的蓋板防止秧盤(pán)內(nèi)土壤在疊盤(pán)過(guò)程中發(fā)生側(cè)漏。整個(gè)裝置反應(yīng)迅速，疊盤(pán)有序，適合軟、硬秧盤(pán)使用，且增設(shè)了土壤防漏機(jī)構(gòu)保證了秧盤(pán)內(nèi)種子分布的均勻性。該設(shè)備對(duì)提高水稻秧盤(pán)育秧精密播種流水線(xiàn)的生產(chǎn)率及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度具有實(shí)際意義。重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院高立洪等人設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式秧盤(pán)疊盤(pán)機(jī)［21］，結(jié)構(gòu)如圖8所示。工作時(shí)，利用傳感器、凸輪軸的旋轉(zhuǎn)、秧盤(pán)支撐桿及擋板的相互配合機(jī)械作用進(jìn)行疊盤(pán)。浙江理工大學(xué)研制的撥輪式秧盤(pán)疊盤(pán)機(jī)如圖9所示。其利用前后撥輪上邊軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)疊盤(pán)作業(yè)［22］。工作時(shí)，對(duì)秧盤(pán)的沖擊較小，避免了疊盤(pán)過(guò)程中對(duì)已經(jīng)播好種子位置的移動(dòng)，保證了秧盤(pán)內(nèi)種子的分布均勻性。此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但未見(jiàn)應(yīng)用。綜上所述，上述機(jī)型都能實(shí)現(xiàn)秧盤(pán)自動(dòng)疊放的功能，且不同原理的疊盤(pán)裝置適用的秧盤(pán)品種和生產(chǎn)率也不同［23-25］。國(guó)外和我國(guó)臺(tái)灣的產(chǎn)品，大型精密，生產(chǎn)率高，技術(shù)比較成熟，但價(jià)格較貴，適應(yīng)的秧盤(pán)單一，只在少數(shù)規(guī)模較大的育秧公司引進(jìn)，沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)，其他部門(mén)研制起步較晚，雖然提出了一些不同的疊盤(pán)方法，但機(jī)器的可靠性和對(duì)秧盤(pán)的適應(yīng)性及智能化程度有待提高，尤其是國(guó)內(nèi)的秧盤(pán)種類(lèi)繁多，現(xiàn)有疊盤(pán)裝置大多只適用于單一型式的秧盤(pán)，需要繼續(xù)改進(jìn)與開(kāi)發(fā)。3.1適于水稻輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)的軟、硬秧盤(pán)自動(dòng)疊盤(pán)技術(shù)與裝置水稻輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)［26-28］是指比傳統(tǒng)的水稻栽培有顯著的省工、省力、節(jié)本、增效的水稻栽培技術(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)工廠(chǎng)化水稻秧盤(pán)育秧從輕簡(jiǎn)化栽培種植技術(shù)出發(fā)，主要趨向使用軟秧盤(pán)降低育秧成本，達(dá)到節(jié)本增效的目的，但市場(chǎng)上現(xiàn)有的自動(dòng)疊盤(pán)裝置中，主要應(yīng)用于硬秧盤(pán)疊盤(pán)，疊盤(pán)應(yīng)用范圍過(guò)于單一。因此，設(shè)計(jì)出能適應(yīng)軟、硬秧盤(pán)通用的自動(dòng)疊盤(pán)裝置是今后疊盤(pán)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。目前的疊盤(pán)機(jī)主要采用氣動(dòng)和機(jī)械結(jié)合的原理進(jìn)行疊盤(pán)作業(yè)，而氣動(dòng)原理疊盤(pán)過(guò)程中振動(dòng)和沖擊較大，對(duì)于軟秧盤(pán)自動(dòng)疊盤(pán)容易造成托盤(pán)與軟盤(pán)脫落，影響整個(gè)疊盤(pán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以需要開(kāi)發(fā)振動(dòng)和沖擊小的平穩(wěn)自動(dòng)疊盤(pán)裝置，以實(shí)現(xiàn)軟、硬秧盤(pán)的自動(dòng)疊盤(pán)。3.2可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)的自動(dòng)疊盤(pán)原理與技術(shù)現(xiàn)行的大多數(shù)硬秧盤(pán)疊盤(pán)裝置的工作原理主要是利用秧盤(pán)兩側(cè)的凸起翻邊，夾持驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)秧盤(pán)的堆疊和放盤(pán)，這樣對(duì)用過(guò)的變形舊秧盤(pán)適應(yīng)性差，可靠性低，需要研制新工作原理的疊盤(pán)裝置，來(lái)保證疊盤(pán)操作的可靠性和適應(yīng)性。例如，改變凸起翻邊驅(qū)動(dòng)為托秧盤(pán)底部驅(qū)動(dòng)，或強(qiáng)化現(xiàn)有秧盤(pán)凸起翻邊強(qiáng)度及改變結(jié)構(gòu)型式。另外，我國(guó)使用的秧盤(pán)種類(lèi)繁多，新的疊盤(pán)原理應(yīng)能適用多種類(lèi)型和新舊秧盤(pán)使用，具有較強(qiáng)的通用性。3.3工廠(chǎng)化育秧中心的智能化秧盤(pán)輸送技術(shù)與裝備隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)村勞動(dòng)力的減少，最近幾年農(nóng)村涌現(xiàn)出大量的龍頭企業(yè)、農(nóng)村專(zhuān)業(yè)合作社和種糧大戶(hù)，在部分地區(qū)水稻育秧已開(kāi)始逐步向工廠(chǎng)化育秧中心發(fā)展。因此，水稻育秧生產(chǎn)也會(huì)向蔬菜、花卉一樣，向苗床智能自動(dòng)化搬運(yùn)和檢測(cè)系統(tǒng)等方向發(fā)展。設(shè)備中將采用智能程度高的檢測(cè)和診斷系統(tǒng)(如對(duì)已變形秧盤(pán)自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)與剔除系統(tǒng)，以及系統(tǒng)的故障自診斷技術(shù))，將大大提高了生產(chǎn)效率，減輕人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)，保證秧盤(pán)高效可靠輸送作業(yè)[29-35]。我國(guó)水稻種植面積大、區(qū)域廣，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也不平衡，秧盤(pán)育秧的條件差異較大，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)因地制宜選擇水稻育秧播種技術(shù)與裝備，并對(duì)現(xiàn)有設(shè)備加強(qiáng)改進(jìn)與優(yōu)化，完善育秧體系，使所育秧苗與移栽機(jī)械相配套[36-38]。隨著水稻品種的變化及我國(guó)農(nóng)村體制的改革與發(fā)展，水稻育秧機(jī)械化將朝著集中化、輕簡(jiǎn)化、自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】陳敏，顧國(guó)星.農(nóng)村金融發(fā)展與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014(6):3-11.孫勇飛，吳崇友漲文毅，等.水稻育秧播種機(jī)的發(fā)展概況與趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(12):210-215.牟楠,姚志剛.水稻工廠(chǎng)化育秧機(jī)械設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)展望[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013(11):38-39.袁隆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