北京市塑料大棚棚门宜机化改造方案及效果_闫子双.pdf

引用本文格式 闫子双 李宗煦 李凯 等 北京市塑料大棚棚门宜机化改造方案及效果 J 农业工程 2025 15 6 59 63 DOI 10 19998 ki 2095 1795 202506310 YAN Zishuang LI Zongxu LI Kai et al Mechanized renovation plan and effect for plastic tunnel door in Beijing City J Agricultural Engineering 2025 15 6 59 63 北京市塑料大棚棚门宜机化改造方案及效果 闫子双1 李宗煦1 李 凯1 杨 烨1 李治国1 于丽丽2 1 北京市农业机械试验鉴定推广站 北京 100079 2 北京泰华芦村种植专业合作社 北京 102402 摘 要 针对北京市塑料大棚棚门结构影响农业机械出入 机械化作业等问题 提出整体拆卸式 整体打开式和折叠门 式3种宜机化改造方案 并对其特点进行分析 开展塑料大棚棚门改造前 后农业机械作业效率及效果对比试验 结果 表明 通过优化机械作业行走路径 宜机化改造后棚室旋耕作业较改造前节省用时14 24 实际作业面积较改造前提高 6 67 塑料大棚棚门宜机化改造有效提高作业效率 减少辅助作业用工 关键词 塑料大棚 宜机化改造 机械化作业 方案 效果 中图分类号 S62 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2025 06 0059 05 DOI 10 19998 ki 2095 1795 202506310 Mechanized renovation plan and effect for plastic tunnel door in Beijing City YAN Zishuang1 LI Zongxu1 LI Kai1 YANG Ye1 LI Zhiguo1 YU Lili2 1 Beijing Agricultural Machinery Experiment Appraisal Popularize Station Beijing 100079 China 2 Beijing Taihua Lucun Planting Professional Cooperative Beijing 102402 China Abstract To address problems that plastic tunnel s gable structure at both ends in Beijing City affects access and mechanical operation three suitable for mechanical transformation schemes and features analysis were put forward namely integrally disassembly type in tegrally opening type and folding door type Comparative experiment on agricultural machinery operation efficiency and effects before and after plastic tunnel two ends transformation were carried out Results showed that rotary tillage operation time in reformed tunnel was 14 24 less than that before transformation by optimizing working agricultural machine path actual operating area increased by 6 67 compared with that before transformation Both sides of plastic tunnels should be mechanized to effectively improve operational efficiency and reduce auxiliary labor Keywords plastic tunnel suitable for mechanized transformation mechanical operation plan effect 0 引言 我国是设施园艺生产大国 但不是设施蔬菜生产 强国 1 目前我国老旧蔬菜设施占比接近50 成为 发展现代设施蔬菜产业短板 以及推进机械化生产和 进一步提升生产效益的瓶颈 2 3 因此 急需对老旧设 施进行宜机化改造 我国设施类型中 塑料大棚应用 较为广泛 占比最大 约占49 1 4 传统塑料大棚 棚门较小 仅能保证人员进出 农业机械无法通行 随着机械化生产需求提升 现有塑料大棚结构与农业 机械使用矛盾日益显现 5 针对全国设施蔬菜主要生 产区塑料大棚结构存在问题 研究人员借鉴国内外经 验 融合设施 农机 农艺多角度 从新建和宜机化改 造等方面进行探索 6 10 江苏省 天津市等地从设施结 构 农艺技术 机械化配套模式等方面探索宜机化生 产现状与发展 11 12 上海市针对不同形式塑料大棚提 出适宜改造方式 取得显著效果 13 16 2022年 北京市设施农业面积1 28万hm2 其中 塑料大棚0 58万hm2 占设施面积的45 31 但北京 市设施普遍陈旧老化 需实施宜机化改造 为农机作 业创造条件 17 近年来 通过对塑料大棚棚门结构宜 机化改造 集成配套相应机械化设备 北京市实现多 种果菜 叶菜机械化生产 18 20 但鲜少有关于不同宜 机化改造方式之间差异分析 以及改造后机械作业效 收稿日期 2025 01 24 修回日期 2025 03 17 基金项目 北京市创新团队 设施蔬菜团队农机农艺融合岗位专家工作经费 项目 作者简介 闫子双 高级工程师 主要从事蔬菜机械化研究 E mail zishuang586 李治国 通信作者 硕士 正高级农艺师 主要从事蔬菜机械化研究 E mail li zhiguo 第 15 卷 第 6 期农 业 工 程Vol 15 No 6 2025 年 6 月AGRICULTURAL ENGINEERING Jun 2025 果评价研究 基于此 北京市农业机械试验鉴定推广 站开展相关试验示范 1 塑料大棚棚门宜机化改造 北京地区传统塑料大棚一般长50 60 m 跨度 6 10 m 北端山墙封闭 南端山墙中间位置留有宽 约2 m 高2 m的进出门 中型机械进出时 操作人员 仅能通过调整机械位置 保证机身与进出门垂直 才 可勉强通过 棚内作业时 机械需要倒至棚头以减少 地头未耕距离 需要在棚头转弯时 需要多次调整才 能完成车头调转 操作难度大 作业效率低 为方便 操作 提高效率 操作人员通常在地头留有较长距离 或采用到达另一侧倒退回起点方式 但两种方式既浪 费时间 燃油 也会多次碾压耕地 为此 需要对塑 料大棚棚门进行宜机化改造 通过加大进出口尺寸 确保机械顺利进出 并减少未耕作地头面积 在保持塑料大棚原有结构 不破坏其强度 不过 多增加结构成本前提下 本研究提出3种塑料大棚棚 门宜机化改造方案 1 1 改造方案 1 1 1 整体拆卸式棚门 将塑料大棚山墙改造成左右两侧各一个整体可拆 卸的活动扇 并在中间位置设置两扇推拉门 中间推 拉门用于人员及物资进出 宽度1 5 2 0 m 高度不低 于2 0 m 推拉门通过横梁上滑槽 滚轮和滚轮轴连接 可沿滑槽移动 实现开闭 左右两侧的可拆卸活动扇 与横梁及立梁通过销固定 与地面通过U型插扦固 定 1 1 2 整体打开式棚门 该棚头门扇提前组装 方正牢固 顶端与横梁铰 接 关闭时 与塑料大棚山墙位置门框处于同一垂直 立面 底端与地面通过U型插扦固定 平开门与山墙 立柱铰接 可90 打开 便于机械进出作业 推拉门轨 道与横梁固定 用于人员进出 1 1 3 折叠门式棚门 依据棚头尺寸 将棚门改造成2扇多重折叠门 在门框上方加装一根贯穿骨架的横梁以增加山墙强度 每扇折叠门由多扇小门组成 每扇小门宽1 0 m 高 2 0 m 机械进出棚室时打开折叠门 形成机械进出通 道 结构型式如图1所示 1 2 各种改造方式特点分析 宜机化改造方案特点如表1所示 使用整体拆卸 式 塑料大棚棚门可完全打开 农业机械进出口大 不留任何作业死角 机械进出 作业方便 但整体拆 卸式棚门需2人协作才能打开 整体打开式是将平开 门向上90 打开 需人力托举 两侧支撑杆受力后进出 口较大 但中间位置无支撑会轻微下沉 导致两侧支 撑杆受力较大 存在一定安全隐患 折叠门式是棚门 向内或向外打开 向外打开时 需注意固定 防止因 风力晃动 向内打开时 占据一定空间 会影响地头 边缘机械作业 综上所述 折叠门式在使用便捷性 安全性等方 面具备优势 无论采用哪种改造方案 棚门尺寸均较 传统塑料大棚有所增加 在作物倒茬和农业机械作业 季节 打开棚门便于机械进出作业 作业完成后 可 恢复密闭空间 进行棚室正常生产管理 2 改造效果试验 为进一步提升作业效率 宜机化改造后需对农业 机械行进路线进行规划 通过减少调头转弯次数 提 高作业顺畅性 为了解宜机化改造前后作业路径变化 对作业效率 作业效果影响 探究宜机化改造效果 特开展农业机械不同路径作业效果试验 2 1 试验时间 地点 试验于2023年4月10日在北京市昌平区北京鑫城 图1 结构形式 Fig 1 Structural type 表 1 宜机化改造方案特点 Tab 1 Characteristics of mechanized transformation methods 塑料大棚棚门形式 出入口大小 以 8 m跨度为例 开闭方便性 作业死角大小 作业人数 整体拆卸式 高 度 2 m 宽度 约 6 m 较困难 极小 2人协作 整体打开式 高 度 2 m 宽度 约 6 m 较容易 极小 1人用力 折叠门式 高 度 2 m 宽 度 4 或 6 m 极容易 较小 1人轻松 60 农业工程设施农业工程 缘果品专业合作社开展 2 2 试验条件 合作社拥有塑料大棚100栋 均统一设计 统一 施工 塑料大棚尺寸一致 位置南北相对 东西相邻 棚间支路路面宽3 0 m 道路棚门距离棚门1 5 m 相 邻两栋塑料大棚的间距1 8 m 每栋塑料大棚长度50 m 跨度8 0 m 脊高4 0 m 改造前塑料大棚南侧棚门高1 95 m 宽2 m 农业 机械可以勉强进入 北侧小门高1 75 m 宽0 9 m 农 业机械无法通过 棚头处有水管及出水阀门 不可移动 分析确定采用折叠门式改造方案 棚门改造为宽 4 0 m 高2 0 m内开门 避开出水阀门 每扇门宽 2 0 m 中间为折扇式 每扇小门宽1 0 m 不影响棚内 机械作业 2 3 试验内容 以机械化旋耕作业为例 测试未改造塑料大棚 改造后塑料大棚连续循环作业用时及剩余地头情况 2 4 试验设计 旋耕作业采用雷沃欧豹M704型拖拉机 配套汉 美RT 140型旋耕机 设置未改造塑料大棚作业方式为对照组 根据改 造后塑料大棚不同位置 开展不同方式循环作业对作 业时间及地头未耕作长度情况的影响 经测量 拖拉机 旋耕机长4 0 m 作业幅宽1 4 m 排除棚侧无法耕作区域宽度 5幅作业可以完成整棚土 壤旋耕 机组转弯半径4 5 m 机械调头至少需9 0 m 但棚室跨度8 m 机组棚内调头无法一次完成 棚门 宽4 m 机组驶出塑料大棚后直接进入相邻棚室作业更 加顺畅 因此 试验方案机械行进路线设计如下 选择前后左右相邻的4栋改造后塑料大棚 机械 行进及作业路线如图2所示 机组从支路1进入试验 棚1 从棚1第一幅11开始作业 经过中间支路2 进入试验棚2 完成棚2第一幅21作业 从支路3转 弯 进入试验棚3 完成棚3第一幅31作业 经过支 路2 进入试验棚4 完成棚4第一幅41作业后 再 从支路1转弯 进入棚1第二幅12进行作业 以此类 推 直至完成4个棚室每个棚室5幅作业 在前后左右相邻的4栋未改造塑料大棚中 机械 行进及作业路线具体过程如图3所示 先进入试验棚1 完成全部作业后经过支路2转移到试验棚4 作业后通 过支路2 进入主干道 行驶到支路3 进入棚室3作 业 作业后再通过支路3进入棚室2作业 2 5 试验结果 塑料大棚内机组作业时间及工作情况统计如表2 表3所示 塑料大棚宜机化改造前后比较结果如表4 所示 3 试验分析 单棚作业时 棚室跨度小 转弯困难 一次转弯 需121 14 s 单棚耕作长度45 m 单幅作业后退回至起 点方向平均用时46 68 s 因此在未改造塑料大棚内 图2 宜机化改造后塑料大棚机械行进及作业路线 Fig 2 Traverse and operation route of agricultural machinery in plastic tunnels after mechanized transformation 图3 未改造塑料大棚机械行进及作业路线 Fig 3 Traverse and operation route of agricultural machinery in unmodified plastic tunnels 表 2 未改造塑料大棚作业时间 Tab 2 Operation time of unmodified plastic tunnels 单位 s 项目 作业时长 辅助作业时长 备注 1幅 91 68 41 22 作业后倒退回来 2幅 94 40 42 23 作业后倒退回来 3幅 89 03 56 54 作业后倒退回来 4幅 96 16 121 14 作业后棚内调头 5幅 102 22 31 00 作业后开出来 合计 473 49 292 13 注 开始时间10 44 结束时间10 57 闫子双 等 北京市塑料大棚棚门宜机化改造方案及效果 61 选择退回起点方向比较节省时间 相对位置塑料大棚棚间距6 m 机械作业在棚间过 渡时 直行通过 平均用时36 75 s 相邻位置塑料大 棚棚间距1 8 m 棚跨度8 m 机械作业在棚间过渡时 连续转弯2次 调头通过 平均用时67 85 s 即棚间 通行选择直行较省时 对棚间机械通行用时进行统计与方差分析 结果 如图4所示 其中 T1表示处于相对位置棚1 棚2之 间用时 T2表示处于相邻位置棚2 棚3之间用时 T3 表示相对位置棚3 棚4之间用时 T4表示相邻位置 棚4 棚1之间用时 由图4可知 机械在相对位置塑 料大棚之间用时 T1 T3 显著小于相邻位置塑料大棚 之间用时 T2 T4 相对位置棚间通行时间 T1 T3 与相对位置棚间通行时间 T2 T4 无显著差异 由于 相邻位置塑料大棚间通行需两次调头 在棚门距离短 距道路一侧4 5 m 机组长 4 0 m 情况下 操作 人员需校准转弯位置 故用时差距较大 因此 需要 在多栋塑料大棚连续机械作业时 尽量选择处于相对 位置塑料大棚同时作业 可进一步节省用时 提高效率 试验中宜机化改造塑料大棚机械作业时间比未改 造塑料大棚节省用时482 45 s 提高14 24 有效作业 用时占总用时比例提高至65 33 辅助作业用时占比 从单棚作业44 11 降低至34 67 宜机化改造后 机械旋耕作业长度由45 m提高至 48 m 机械化耕作面积提高6 67 减少未耕地头面积 4 结束语 1 对跨度8 m的塑料大棚棚门进行宜机化改造 时 优先选择处于南北相对 东西相邻位置塑料大棚 机械作业时宜同时作业相邻位置塑料大棚 沿棚长方向 塑料大棚数量尽量多 可减少机械调头转弯次数 跨 度方向建议2栋一组 减少农业机械转弯时移动距离 2 宜机化改造后塑料大棚进行机械化循环作业 可以有效节省作业时间 提高有效作业用时 减少辅 助作业用时 提高作业效率 同时可减少未耕地头距 表 3 宜机化改造后塑料大棚连续作业时间 Tab 3 Continuous operation time of plastic tunnels after mechanized transformation 单位 s 项目 1幅 2幅 3幅 4幅 5幅 备注 1棚作业 99 46 94 00 95 94 96 32 95 82 1棚 2棚 相对棚 之间过渡 39 44 35 64 35 44 39 08 37 25 2棚作业 95 28 91 97 91 94 95 19 99 97 2棚 3棚 相邻棚 之间过渡 59 75 52 59 66 04 79 00 91 50 3棚作业 86 03 102 96 101 81 94 11 85 73 3棚 4棚 相对棚 之间过渡 40 32 34 96 31 99 37 5 35 88 4棚作业 98 70 99 34 92 50 90 02 91 51 4棚 1棚 相邻棚 之间过渡 49 42 62 35 68 14 81 84 29 66 5幅为机器离棚时间 注 开始时间11 11 结束时间12 00 表 4 宜机化改造情况对比 Tab 4 Comparison of situation before and after mechanized transformation 项目 传统方式 宜机化改造后 宜机化后提高情况 单棚耕作长度 m 45 48 6 67 单棚耕作宽度 m 6 6 6 6 0 4棚作业面积 m2 1 188 0 1 267 2 6 67 4棚作业用时 s 1 893 96 1 898 60 0 24 4棚辅助用时 s 1 494 88 1 007 79 32 58 4棚总用时 s 3 388 84 2 906 39 14 24 纯作业效率 m2 s 1 0 627 0 667 6 38 实际作业效率 m2 s 1 0 351 0 436 24 22 有效作业时长率 55 89 65 33 9 44个百分点 辅助作业时长率 44 11 34 67 9 44个百分点 图4 机械连续作业在棚间通行用时 Fig 4 Continuous operation of machinery takes time to pass through plastic tunnels 62 农业工程设施农业工程 离 降低地头修整辅助用工 参考文献 李天来 设施蔬菜产业发展 一 我国设施蔬菜产业发展现状及 展望 J 中国蔬菜 2023 9 1 6 LI Tianlai Development status of China s facility vegetable industry and outlook J China Vegetables 2023 9 1 6 1 冷杨 孙周平 魏晓明 等 设施蔬菜产业发展 五 我国老 旧蔬菜设施现状 问题及改造提升对策建议 J 中国蔬菜 2024 2 1 5 LENG Yang SUN Zhouping WEI Xiaoming et al Status quo ex isting problems and countermeasure suggestions for transforming and up grading of old vegetable facilities in China J China Vegetables 2024 2 1 5 2 李建明 设施蔬菜产业发展 三 我国蔬菜设施结构现状 问题 与建议 J 中国蔬菜 2023 11 1 8 LI Jianming Current situation problems and suggestions for China s protected vegetable structures J China Vegetables 2023 11 1 8 3 姚璇 史旖旎 苏春杰 等 我国塑料大棚结构优化及性能研究 现状 J 农机使用与维修 2024 6 83 85 YAO Xuan SHI Yini SU Chunjie et al Research status of structur al optimization and performance of plastic greenhouses in China J Agricultural Machinery Using Maintenance 2024 6 83 85 4 何丽虹 商稳奇 宋英 等 2022年设施农业机械化进展情 况 J 农机科技推广 2023 2 9 11 16 5 陈永生 设施蔬菜产业发展 二 2022 2023年中国蔬菜机械化 发展概况 J 中国蔬菜 2023 10 5 10 CHEN Yongsheng Development of vegetable mechanization in China from 2022 to 2023 J China Vegetables 2023 10 5 10 6 王峰 谈谈 宜机化 是推进设施农业发展的前置条件 J 农 业开发与装备 2023 4 44 45 7 祁复蓉 刘华 贠小林 等 设施蔬菜老旧棚改造提升及高质量 发展调查研究 J 农业科技与信息 2023 12 104 107 8 李玉玲 卢绪梁 黄忠阳 等 设施小白菜全程机械化生产技术 及效益分析 J 中国瓜菜 2022 35 12 109 112 9 杨冬艳 王丹 赵云霞 等 宁夏设施蔬菜机械化生产现状 问 题及对策 J 宁夏农林科技 2023 64 11 24 27 35 YANG Dongyan WANG Dan ZHAO Yunxia et al Current status issues and strategies of mechanized production in greenhouse vegetable farming in Ningxia J Journal of Ningxia Agriculture and Forestry Sci ence and Technology 2023 64 11 24 27 35 10 吴翠南 崔博文 陆岱鹏 等 江苏省园艺设施 农机 农艺融合 发展模式 J 农业工程技术 2022 42 31 30 35 11 赵昌娜 王锐竹 房骏 等 天津市设施蔬菜宜机化生产存在问 题及对策建议 J 天津农林科技 2023 3 44 46 12 陈杰 李晓强 吴军辉 等 上海设施蔬菜宜机化生产难点和对 策建议 J 长江蔬菜 2021 21 8 12 13 冯敏康 蔬菜大棚宜机化改造的实践与探索 J 农业开发与装 备 2022 4 133 135 14 陆春胜 上海设施蔬菜生产 宜机化 研究进展 J 农业工程 技术 2019 39 16 20 23 15 岳崇勤 夏焕 龚智峰 蔬菜生产设施大棚性能分析与设施宜机 化建议 J 农业工程 2022 12 3 11 14 YUE Chongqin XIA Huan GONG Zhifeng Performance analysis of vegetable production facilities greenhouse and suggestions of facilities suitable for mechanizations J Agricultural Engineering 2022 12 3 11 14 16 王爱玲 李凌云 串丽敏 等 北京市设施蔬菜产业现状 问题 与对策 J 中国蔬菜 2023 3 8 14 WANG Ailing LI Lingyun CHUAN Limin et al Present status problems and countermeasures of facility vegetable industry in Beijing J China Vegetables 2023 3 8 14 17 陈玉梅 李治国 张武斌 等 设施农业宜机化研究进展及发展 对策 J 农业工程 2022 12 S1 22 24 CHEN Yumei LI Zhiguo ZHANG Wubin et al Research progress and development countermeasures of facility agriculture suitable for mechanization J Agricultural Engineering 2022 12 S1 22 24 18 闫子双 赵景文 刘晓明 等 塑料大棚小白菜生产全程机械化 技术方案初探 J 中国蔬菜 2020 10 96 99 121 19 闫子双 赵景文 刘晓明 等 塑料大棚果菜生产关键环节机械 化技术指导意见 J 农业工程技术 2020 40 7 49 51 54 20 闫子双 等 北京市塑料大棚棚门宜机化改造方案及效果 63