温室果菜自动落蔓与疏蔓装置研制及应用＊

2021-06-20王春辉农业农村部规划设计研究院农业农村部农业设施结构工程重点实验室北京100125

农业工程技术 2021年10期

侯永，李恺，王春辉，李邵（农业农村部规划设计研究院，农业农村部农业设施结构工程重点实验室，北京 100125 ）

落蔓与疏蔓是温室果菜种植生产中的重要环节，尤其是在设施长季节栽培生产中，如设施番茄、黄瓜等作物生长周期通常在6 个月以上，果菜秧蔓长到一定高度后要进行绑蔓、吊蔓、落蔓、绕蔓、疏蔓等工序，若不及时调整植株，会影响作物正常生长。其中落蔓、绕蔓与疏蔓工序需要定期进行，当生长点超过吊蔓线时要及时落蔓。盛果期叶片生长旺盛，植株间叶片遮挡，影响采光与通风，需要适当进行疏蔓作业。落蔓、绕蔓、疏蔓能使叶片均匀分布，保持合理采光位置，维持叶片系数，提高通风面积，提高光合效率，从而可以使生长势加强，结果期延长，提高产量。

目前在日光温室果菜种植栽培中，吊落蔓主要应用吊蔓绳或吊蔓挂钩，人工进行绑蔓、吊蔓，绕蔓、落蔓作业[1]。沈阳农业大学科研团队提出了一种新型吊蔓装置，可以一次同时进行一垄两行的落蔓作业[2]。农业农村部规划设计研究院科研团队提出了一种可移动吊蔓装置，可以进行番茄的疏蔓作业[3]。但以上装备功能上仅可以实现单一落蔓或疏蔓作业，还没有实现落蔓和疏蔓作业的融合，受价格高、设备遮光严重等因素影响，还未得到全面推广应用。

吊落蔓作业劳动强度大，人工成本居高不下。同时，日光温室黄瓜、番茄等果菜生产过程中，通常将行距设置为大小行，大行便于采摘、打叶等农事操作，小行定植植株。不同的果菜定植株距和行距也不尽相同，行距不均匀对于果菜的生长带来极大不利影响，叶片相互遮挡，影响采光和通风，容易滋生病害、虫害，影响产量。为了实现株距、行距不同，还能同时进行落蔓、疏蔓作业，研究团队设计了一种既可以整体落蔓，又可以整体疏蔓的系统装置。

系统结构组成

温室果菜自动落蔓与疏蔓机构

为实现温室果菜多株多行植株同时落蔓疏蔓，本装置融合了圆形带传动吊蔓轴转动放线落蔓方式与闭环钢丝双向拉动吊蔓轴疏蔓方式。通过吊蔓轴的水平移动和原位转动实现自动落蔓疏蔓。果菜落蔓疏蔓装置包含落蔓系统、疏蔓系统、落蔓器及控制系统（图1）。

图1 温室果菜落蔓疏蔓装置结构简图

自动落蔓机构

落蔓系统主要实现多行及整栋日光温室植株的落蔓作业。落蔓电机安装于日光温室北墙墙面，通过减速器减速输出大扭矩低转速的动力，带动落蔓主动轴旋转，落蔓主动轴贯穿温室东西种植区域，对应每一行作物设置圆带轮，通过带轮传动动力给吊蔓轴端部等直径的圆带轮，从而驱动吊蔓轴旋转。落蔓系统包含减速电机、传动轴、圆带轮、悬挂轴、圆皮带、吊蔓轴、落蔓器等（图2）。

图2 落蔓系统

自动疏蔓机构

疏蔓系统可以实现多行乃至整栋日光温室植株的自动疏蔓作业。疏蔓电机安装于落蔓电机同侧，通过减速器减速输出大扭矩低转速的动力，主动轴使得南北成对传动轮旋转，带动“L”型闭环双向钢丝移动。水平钢丝对应每行植株吊蔓轴位置按照奇偶数间隔固定于上下钢丝，因为上下层钢丝总是反向移动，从而拉动吊蔓轴吊蔓轴水平移动，且相邻2 行吊蔓轴反向移动，实现同垄上2 行植株吊蔓位置拉远和靠近。疏蔓系统包含支撑座、轴承座、传动轴、减速电机、传动轮、传动钢丝绳、压线卡、悬挂轴等。疏蔓系统如图3。

图3 疏蔓系统

落蔓器

为克服无法绕蔓的问题，装置设置了人工辅助绕蔓的落蔓器，落蔓器通过齿轮传动，将吊蔓轴的共用动力轴切换为每株植株一个单独落蔓轴，通过六棱的落蔓轴带动落蔓线轮转动，实现落蔓动作。单独落蔓轴为开放轴，轴与落蔓线轮采用间隙配合，方便落蔓线轮取放，当植株落蔓后，由人工取下落蔓线轮依次移位，实现绕蔓作业。落蔓器实物如图4 所示，落蔓器结构示意图如图5 所示。

图4 落蔓器实物图

控制系统与设置

落蔓与疏蔓装置的自动作业采用变频器控制驱动疏蔓、落蔓减速电机转动及调速，电机转速在3～5 r/min 范围可调。限位开关安装实物图如图6 所示，控制系统安装实物图如图7 所示。

图6 限位开关安装实物图

图7 控制系统安装实物图

落蔓系统落蔓速度为3.9～6.5 mm/s。通过调整时间继电器延时控制电机转动时间，从而控制落蔓距离，通常满足落蔓作业的落蔓距离为300～400 mm，用时65～100 s。为保证落蔓时秧蔓的稳定性，设置时间继电器时间为70～80 s，按下落蔓启动按钮，减速机转动，当时间达到设定时间时，减速机停止转动，落蔓作业结束。

疏蔓系统减速电机设置正反转控制，在吊蔓轴支撑板弧形孔的起始端设置限位开关。按动正转按钮，疏蔓电机通过钢丝带动吊蔓轴水平移动，当吊蔓轴触发吊蔓轴支撑板弧形孔始点位置限位器时，减速机停止转动，疏蔓作业完成。当需要进行打叶、采摘等农事操作时，按动反转按钮，疏蔓电机带动吊蔓轴水平移动，相邻两行吊蔓轴向相近方向动作，开始收拢作业，当吊蔓轴触发支撑板弧形孔起点位置限位器时，减速机停止转动，完成收拢作业。

应用试验

系统布置

2020 年10～12 月在河北省永清县农业农村部规划设计研究院永清基地进行安装试验，安装在东西向日光温室内。日光温室长70 m，宽10 m，高5 m。选用‘津研4 号’黄瓜为试验对象，定植3 垄6 行，每行20 株，共120 株。垄间距70 cm，行距40 cm，株距40 cm。疏蔓传动安装如图8，落蔓传动安装如图9，装置整体安装实物图如图10。

图8 疏蔓传动安装

图9 落蔓传动安装

图10 装置整体安装实物图

农艺要求

落蔓疏蔓作业应选择在晴朗的午后进行操作，落蔓前不要浇水，避免秧蔓含水率较高落蔓操作中容易将秧蔓折断，作业采用先落蔓后疏蔓的顺序。其中，绑、吊蔓需在黄瓜定植后15～20 天，茎蔓长到约40 cm 时开始进行。此环节为人工操作，将落蔓线系在黄瓜植株中下部，然后围绕植株缠绕两周固定，防止绑线松动。在落蔓前，先去除植株下部老叶、病叶，避免落蔓后靠近地面的果实、叶片导致通风不良发生病害。人工辅助将落蔓线轮依次向前一个落蔓器进行更替，使植株茎蔓有顺序地向同一方向逐步盘绕于栽培垄的两侧，完成绕蔓作业。盛果期的叶片比较旺盛，落蔓、绕蔓结束后，在不进行农事操作的时间进行疏蔓作业，以提高通风面积，增大采光面积。

操作方法

落蔓操作

接通总电源开关，将电控柜电源接通。设定落蔓时间，按下落蔓启动按钮，减速电机开始转动，落蔓传动系统带动落蔓线轮匀速运动，当落蔓时间达到设定时间时，减速电机停止转动，落蔓操作结束。

疏蔓操作

按下疏蔓正转按钮，减速机通过传动轴带动疏蔓系统匀速运动，相邻两行秧蔓匀速向相反的方向运动，当达到疏蔓系统始点时，电机在限位开关的控制下停止动作，疏蔓结束。当进行打叶、采摘等农事操作时，按下疏蔓反转按钮，减速机通过传动轴带动疏蔓系统匀速运动，相邻两行秧蔓匀速向相对的方向运动，当达到疏蔓系统起点时，电机在限位开关的控制下停止动作，收拢作业结束。