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产业与科技论坛 2021 年第 20 卷第 21 期 Industrial 高架吊绳 智能化 作者单位 尹华 成子怡 王林 江苏农林职业技术学院 随着设施农业的发展 越来越多的蔬菜种植户选择了大 棚类菜的种植 大棚黄瓜作为典型的设施蔬菜 早已进入千 家万户的菜篮子 而大棚黄瓜的种植 植保 收获等作业环节 仍是以人工方式为主 其效率低 人工成本高 约占总生产成 本的 60 左右 因此研究新型黄瓜自动化栽培系统 采用自 动控制技术对瓜类生产产业升级 提高产业竞争力具有重要 的意义 一 国内外研究现状 黄瓜为攀援草本植物 传统栽培采用搭架牵引的方式 用竹杆作为滕蔓牵引介质 搭成人字形框架 以供黄瓜滕蔓 向上攀爬 该方式无法满足黄瓜滕蔓不断往上生长的需求 抑制了黄瓜的生长 导致黄瓜产量下降 该方法仅用于农村 农户的种植 设施蔬菜的种植一般采用吊落蔓式立体栽培 以尼龙绳作为滕蔓牵引物 从高处吊落下 黄瓜滕蔓依附着 该绳向上攀爬 目前 吊落蔓式立体栽培已经成为藤生农作 物栽培的趋势和潮流 黄瓜的高拉线栽培模式最早源于荷兰 21 世纪初 荷兰 农业工程研究所的研究员用拉线代替了传统搭架 首先提出 了吊落蔓式立体栽培法 近年来由于农业机械化的发展 韩 国采用一种可移动的拉线栽培模式 但仍处于半自动形式 45 2021 年第 20 卷第 21 期产业与科技论坛 2021 20 21Industrial Science Tribune 未实现垂直落蔓与水平移动的同步作业 仍需要人工辅助 在我国 吊落蔓方面的研究还处于起步阶段 2015 年 唐 山市农业科学研究院的韩靖玲等人运用棘轮棘爪机构的工 作原理 研发出一种简易温室黄瓜吊落蔓机构 但在作业过 程中仍依靠人工 大规模种植时劳动强度很大 综上 国内外针对瓜类生产在栽培技术上虽然做了大量 研究工作 促进了产业的发展 但还没有实现全自动化种植 因此需要继续研究开发创新新型瓜类自动化栽培系统 提升 装备水平 二 高架吊绳自动升降系统设计 本系统主要有三部分组成 操作装置 控制系统 循环机 构 三个部分之间的关系如图 1 所示 操作装置主要是用来 进行管理人员动作操作 通过按钮式开关来实现电路控制 再通过机械传动来驱动吊绳升降系统 一 操作装置 操作装置是整个系统的控制界面 安装 于大棚的控制柜中 也可以通过手机 APP 实现远程控制 主 要由控制面板 电路及其他电路元件组成 如图 2 所示是操 作装置的面板 用来进行大棚黄瓜牵引绳自动升降系统的动 作操作 通过对按钮的操作实现黄瓜牵引绳的上升 下降和 停止 其中 SB1 是控制牵引绳上升按钮 SB2 是控制牵引绳 下降按钮 SB3 是停止按钮 图 1 大棚黄瓜牵引绳自动 图 2 大棚黄瓜牵引绳自动 升降系统关系图 升降系统操作面板 二 控制系统 在大棚黄瓜牵引绳自动升降系统的控 制电路采用三相电机正反转电路 如图 3 所示 电路中采用 两个电机 M1 M2 作为驱动整个系统的动力 电路主要由 M1 M2 电机 QS 刀开关 FU2 熔断器 开关 SB1 SB2 SB3 交 流接触器 KM1 KM2 等组成 M1 M2 两电机是由一个电路 来进行同时控制 可实现电机的正转和反转 从而来实现黄 瓜牵引绳的上升和下降 合上 QS 刀开关 按下正转启动按 钮 SB1 KM1 线圈得电吸合 KM1 主触点闭合 电机正转 松开 SB1 但由于 KM1 常开辅助触点闭合 KM1 接触器自锁 所以 电机保持正转 按下停止按钮 SB3 常闭点断开 接触 器释放 电机停止 按下反转启动按钮 SB2 KM2 吸合 电机 反转 图 3 大棚黄瓜牵引绳自动升降系统驱动电机控制电路 三 循环机构设计 大棚黄瓜牵引绳自动升降系统中 的循环机构主要是由两个驱动电机带动的主动驱动同步带 轮 1 2 驱动皮带 3 张紧轮 5 18 个牵引绳缠绕器 4 等组 成 如图 4 所示 而牵引绳缠绕器的结构如图 5 所示 由从动 带轮 1 绕线轮 2 支撑杆 3 走线轴 4 组成 图 4 循环机构示意图 当操作人员按下 SB1 按钮 驱动电机顺时针正转 带动 两个主动驱动同步带轮顺时针正转 主动驱动同步带轮带动 驱动皮带顺时针转 驱动皮带又带动牵引绳缠绕带轮的从动 带轮顺时针转 从而使绕线轮顺时针转 而黄瓜滕蔓牵引绳 通过吊绳自动缠绕器上的走线轮绕至绕线轮上 使得黄瓜滕 蔓牵引绳上升 当上升到所要高度时 按下 SB3 按钮 停止 操作 当操作人员按下 SB2 按钮 驱动电机逆时针反转 带动 两个主动驱动同步带轮逆时针反转 主动驱动同步带轮带动 驱动皮带逆时针转 驱动皮带又带动牵引绳缠绕带轮部件逆 时针转 从而使绕线轮逆时针转 使得黄瓜滕蔓牵引绳下降 当下降到所要高度时 按下 SB3 按钮 停止操作 牵引绳下 降后的效果如图 6 所示 每根黄瓜滕蔓牵引绳都保持在同一 高度 以便于黄瓜的智能管理 图 5 牵引绳缠绕器 图 6 黄瓜藤蔓下降后与下降前对比图 三 结语 一 操作方便 大棚黄瓜牵引绳自动升降系统 无需人 工对每个绕线装置进行单独控制 直接通过按钮操作即可实 现滕蔓牵引绳的上升 下降 操作方便可靠 二 成本降低 只需对原有棚内设施进行部份改造 可 大幅度节约人工成本 实现黄瓜牵引绳的机械化操作 改造 部件由是只承受黄瓜滕蔓的牵引力度 部件材料在选择上无 需高强度材料 成本不高 从长远估计 总体成本有了很大程 度上降低 三 提高效率 可设置为同时对一个栽培槽或一个大 棚内的黄瓜滕蔓牵引绳的控制 还可在此基础上利用物联网 技术 实现黄瓜种植管理的远程控制 目前 黄瓜高架吊绳自动升降系统可以安装于目前棚高 2 5 米以上的温室大棚中 实现黄瓜滕蔓的自动升降 从而最 终实现大棚黄瓜的自动化移栽 植保 收获等 实现大棚黄瓜 为代表的滕蔓类设施蔬菜种植管理收获的全程自动化 参考文献 1 陈玉梅 申允德 张成浩 等 黄瓜自动化栽培系统关键技 术研究 J 江苏农业科学 2019 47 5 174 180 2 齐飞 汪晓云 丁小明 等 一种温室作物的吊蔓装置及作 物栽培方法 CN CN102405797A P 2012 04 11 55
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