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Sunday, March 11, 2007

自動換棟型懸吊桿式噴霧系統

溫室用自動換棟型懸吊桿式噴霧系統

.臺中區農業改良場 龍國維、田雲生.

一、前言

國內農業生產型態近年來多所調整與轉型,愈來愈多的農民利用溫網室等設施栽培生產高品質農作物。約溯自10年前開始,溫網室栽培利用吊掛在設施骨架上可在空中前後運動的噴桿,來達成自動施藥或噴水灌溉之設備,習稱「懸吊桿式自動噴霧系統」,因可降低管理人力並獲致最均勻之噴施效果,逐漸廣為農友接受並採用。據調查,全國至今大約已有超過2,000套裝設應用。但這種系統通常是單棟式裝設,當溫室為多連棟時,總裝設成本會累加而相當昂貴(如圖一所示)。為了降低此成本,臺中區農業改良場與中興大學農機系(現更名為生物產業機電工程學系)合作研製完成一套新型式的「自動換棟型懸吊桿式噴霧系統」,利用子母車原理,只需裝設一組噴桿,以自動換軌方式即可進出於連棟的各溫室內執行噴霧作業,堪稱是項新的設備模式,特此介紹供為參考應用。

二、自動換棟型系統的原理與架構

新式的換棟型系統只使用一組懸吊噴桿,為了能達到自動將此噴桿移動更換至不同棟的溫室中去作業,一個全新理念與構造的自走頭被設計出來,並應用於此換棟系統中。這個新設計之倒吊掛輪式自走頭,完全靠自重提供摩擦力懸在軌道上行走,機構簡潔耐用,不必調校或維修調整。全套設施即以此新式自走頭為核心與基礎組裝而成,其設計原理十分簡單,係於連棟溫室入口處之橫向通道上空,加裝一組橫向移行的自走頭,其下方則懸吊一組可與縱向懸軌相銜之軌道,該軌道上有另一組承載噴霧桿架之縱向移動的自走頭,藉由這兩組自走頭的相互匹配,使單一組噴桿藉由橫向軌道「揹負」而橫移至不同棟溫室中去噴霧,即可達到換棟作業的目的。新式自走頭外觀及此子母自走頭相互揹負與各自負責縱、橫行走方向的情形,如圖三所示。

三、新式系統之特點

該新式換棟型系統除了有傳統式自動噴霧系統所具有的節省人力、節省用水、噴施均勻且快速等優點外,還有一些其他的特色與擴充性。該系統在連棟溫室裝設時因減少許多零組件,而可節省約50%組裝成本,且更容易達成自動化控制;另因只使用一組噴桿,所以不會有不同棟溫室中因使用不同噴桿而發生噴霧均勻性的差異;亦可以不必耽心多組噴桿累加而大幅提升總成本問題,因而可使用較為均勻或效果佳的高級噴頭,並放心增加其功能,例如使用可噴藥兼噴灌的雙噴頭噴桿等(如圖二所示)。同時在未來研究展望上,若加裝電腦視覺系統,則可將該單一噴桿當成遙測衛星,藉由每次噴霧作業時,如同管理員巡視般,掃描溫室內的植床與作物,取得作物影像與資料,可供為即時判斷或經營管理的絕佳資料。不過這套新的系統也有先天上的限制,由於其結構較為複雜,且換棟動作依靠精密的感應器做定位,因此適用於結構強度較佳的溫室而較不適用於簡易錏管型溫室;然而畢竟國內設施仍以簡易錏管架構佔最大宗的比例,此限制目前研究人員正設法改良,並已於第二個示範點之裝設施工時,採取局部結構補強方法獲得不少突破,但仍繼續加以研究改進,希望能適用於所有不同的溫室應用。

四、已裝設使用之示範點

89年度將全組換棟機構裝設在彰化縣二林鎮連發育苗場(地址為儒林路12-6號,負責人謝福居班長,聯絡電話04-8961406)之五連棟約1,000坪力霸式溫室中,並搭配自動灑水與噴藥作業管線,進行各項性能與效益之試驗調查,結果顯示已能達成預期效果,該場裝設本系統及運作情形,如圖四所示。90年度則選擇台中縣東勢鎮立農育苗場(地址為東蘭路石排巷4-1號,負責人林昌錦先生,聯絡電話04-25876537)之現有錏管塑膠布溫室共22棟(約1,300坪)中六連棟簡易錏管溫室約300坪作為試驗示範點。裝設施工時將簡易錏管溫室之結構補強,大致上為縱向軌道與橫向換軌結構之補強。經此兩補強結構方式加裝完成之自動換棟系統操作試驗後均能順利進行,證實已達原設計目標,並順利運作至今(如圖五所示)。此兩示範點之育苗場均開放參觀,歡迎聯絡並前往觀摩本文所介紹之系統,或請連繫本文作者賜教。

五、結語

  溫室內懸吊桿式自動噴霧系統在歐美日等先進國家已使用多年,國內亦已逐漸普遍應用。其從本土化開發至今,每單套之價格由最初進口系統近30萬元,已降至目前的10萬元以下,性能上也做了許多改良,可說進步甚多。以後在性能或結構上當然仍會繼續不斷的改進;相信未來在相關單位及自動噴霧系統製造廠商共同努力之下,以其省工及噴灑較均勻的優勢,且可兼做噴藥、灑水、施液肥,甚至吊掛搬運等多功用,若再擴充加裝影像掃描裝置與電腦連線分析管理等進階功能,未來必將更為設施栽培農友所歡迎而廣泛應用。
(作者龍國維連絡電話04-28524204)



傳統單棟型懸吊桿式自動噴霧系統在多連棟裝設時需多套噴桿與機組,裝設成本因累加而所費不貲。此系統特點因只使用一組噴桿,故不必擔心多組噴桿會累加成本,而可使用最高級噴頭或如圖中使用噴藥與噴灌之雙噴頭組噴桿,更可達成全區每一棟都能同樣噴施均勻;下半圖為其在實際操作噴霧時情形。


圖三、新式換棟型架構核心─倒吊掛輪式自走頭機構的外觀及其子母車換棟
原理圖例




圖四、裝設於彰化縣二林鎮連發自動化育苗場示範使用之換棟型懸吊桿式自動噴霧系統


圖五、裝設於台中縣東勢鎮立農自動化育苗場示範使用之換棟型懸吊桿式自動噴霧系統