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Thursday, May 03, 2007

蔬菜育苗播種一貫作業機

蔬菜育苗播種一貫作業機

 .桃園場 張金發、游俊明 
台大生機系 陳世銘教授兼系主任.

一、前言

台灣蔬菜栽培面積近二十萬公頃,其中包括十字花科、茄科及葫蘆科作物需育苗移植作業者約七萬餘公頃。花卉栽培面積超過九千公頃,需花苗四億株及八千萬種球。每年需花卉、蔬菜、林木等種苗合計約二十六億株。以往蔬菜育苗均採用在田間育苗(土播),或簡易箱式播種,小規模育苗,種子用量多,勞動力與成本高,易遭受不良氣候環境影響,育苗量也不易掌握,使計畫產銷難以落實,台灣於七十四年開始研發蔬菜真空式育苗播種機械,並應用穴盤育苗,育成健壯種苗,移植後很快正常生長,成活率高,且可縮短田間生育期,及減少黑腐病及軟腐病之感染。

自八十年度起本場與國立台灣大學合作研發蔬菜育苗作業自動化機組,並推廣穴盤苗育苗之專業化生產,和自動化育苗技術,輔導蔬果自動化育苗場之設立,使蔬菜穴盤育苗技術不斷開發,對育苗品質,生產能量,運輸技術,及定植成活率等大大的提昇。又八十四年起研發自動化搬運系統應用於種苗生產,而使育苗作業亦趨於自動化,穩定供應農戶栽植,改善種苗產業體質與配合機械栽培,減輕勞力需求,提升種苗生產技術水準及產品品質。

唯穴盤育苗播種機,目前有很多方式及機型,例如手動之真空吸盤、迴轉型鼓式真空播種機、自動式之滾筒型真空播種機、間歇型銅針式播種機等。然而各有其優點及缺點。若考量不規則形狀種子之播種,則必須開發設計一特殊的機械,解決快速、準確、耐久及操作容易的播種問題,而達到多用途的目的。故研發專供蔬菜與花卉等不規則形狀之種子播種用之機械,命名為台大桃改PN型針式育苗播種機,機械結構簡單化,可裝配改良於原自動化播種 系統應用,配合觸摸式螢幕操作簡易化,並可同時應用於花卉及瓜果等種子之育苗播種用,達多用途化之設計目標。

二、機械設備

機械設備包括蔬菜育苗播種一貫作業機組一台、自動排盤機一台、自動積盤機一台、空氣壓縮機一台、機械改良用之五金零件及電控器材、田間試驗用之穴盤、蔬菜與花卉種子、育苗介質(圖二、圖三、圖四和圖五)。

蔬菜育苗自動化一貫作業流程規劃如圖一所示。
自動排盤 質混合 裝填回收 壓實打孔

育苗管理 真空播種

搬運作業 自動積盤 整平作業 覆土回收

圖一 蔬菜育苗自動化一貫作業流程

(一) 穴盤自動排盤機之研製改良
本機之設計針對穴盤自動化育苗播種系統裡可分為循環式及開放式兩種的操作流程。本機構造包含有:軟盤置放處;約可置放200個穴盤。夾爪機構;設伸縮夾爪,夾取穴盤,一次夾取一個,夾爪可隨穴盤之尺寸來調整移動。上下舉昇左右平移機構;是一種將夾爪組作上、下及平移的氣壓缸移動組合。輸送帶;將夾取好的穴盤輸送出來供播種作業。電控系統;將各部之機構作次序動作及控制的系統。使用可程式邏輯控制器控程,並設有調整排放時間的功能。

本機功能將可配合自動化育苗播種系統應用自動排放軟質穴盤,其作業效率為每小時150~160個穴盤,一次置放200個穴盤,以自動化作業提高工作效率,又可調整夾爪間距,排放不同尺寸之穴盤,達多用途化。

(二) 台大桃改PN型播種機之研製改良
本機利用真空吸力原理,將種子箱內之種子震盪後,吸附起來,再經由內吹正壓空氣,吹落入導管達播種之目的。台大桃改PN型針式播種機之製造,外型簡潔、美觀,為求工作時之方便、安全,更將傳動之馬達、鏈條及線路等全設計成隱藏式,除了加強機器本身之功能外,更注意到了機械使用之安全設計。及零件規格化之商品設計製造問題。採用PLC控制配合螢幕觸摸式操作簡易。

本機作業方式可隨意選擇,即可單獨作播種作業或改良裝配於原自動化穴盤播種系統一貫自動化應用,即排盤、介質裝填回收、壓實打孔、播種、覆土回收、積箱等一貫自動化作業及配合花卉育苗播種作業,達多角化用途之應用,配合介質裝填回收機應用。

台大桃改PN型針式播種機開發,專供蔬菜與花卉等不規則形狀之種子播種用之機械,是以雙排種子吸附管(上面裝設種子吸附針)結構作快速吸附種子及釋放種子的往覆半週期搖臂運動,並配合下部分輸送帶作伺服馬達高精度間歇運動並設有單排間歇打孔,所以準確快速作完打孔壓實動作為解決容易操作問題,並設有觸摸式螢幕,把複雜的設定條件及操作步驟,以文字圖表顯示,簡單又容易。

經田間測試調查得知,本機工作效率為每小時可播種160個穴盤(使用L60×W30×H4 cm,128格之穴盤),比人工播種每小時只12個穴盤,快約13.3倍。

(三) 穴盤自動積盤機之研製改良
本機之設計亦是針對穴盤自動化育苗播種系統裡可分為循環式及開放式兩種操作流程,對於循環式來講,播種完成之穴盤必須一個一個拿起來,若設計裝配一部自動軟質穴盤積盤機,則可省掉這些反覆式的動作。若在開放式的流程,若非一盤一盤排放出,則可以5盤到10盤之間的推積一次排出,這樣可節省一人工。
本機構包含有:輸送帶;將進來的穴盤輸送進入堆疊區域。停止固定機構;將進來的穴盤定位在一定的位置。舉昇機構;將軟盤(己播種完成之穴盤)舉昇。左右伸縮爪;將軟盤(己播種完成之穴盤)左右承托住。電控系統;將各部之機構作次序動作及控制的系統。亦使用可程式邏輯控制器控制,並設有堆盤數的設定。

本機功能可配合自動化育苗播種系統作業應用,其推積穴盤速度為每小時150~160個穴盤,又可依使用者之需求積2、3、4……..15盤,隨時設定應用,一般設定在10盤,以符合人體功學操作,又配合輸送作業將己堆積穴盤直接輸送到溫室,故可提高工作效率。

三、結果與討論

台灣由於經濟發展,國人生活水準提高,對蔬菜之需求量大幅提高,蔬菜之栽培乃成為農村之重要產業之一。然而蔬菜育苗作業大多仍採用傳統土播方式,其品質、規模及勞力皆為亟待突破之瓶頸。本計畫發展自動化之蔬菜育苗場以穴盤育苗方式,第一期已設計研製完成之自動化種苗生產設備,如搬運系統、播種系統、積排箱系統、搬運系統等並推廣應用至民間之蔬菜育苗中心,使種苗之生產能一貫化及自動化。第一期同時加強育苗中心營運管理、栽培技術之系統化及資訊化,使育苗中心之營運更有效率,且生產之苗品質更加提高。

改良型針式播種機及鼓式播種機之新型穴盤真空式育苗播種系統,作業流程包括有育苗介質混合、攪拌、儲存、自動供應、自動排箱、裝填育苗介質、整平、壓實打孔、真空播種、灑水、覆土、刷平及自動積箱等自動化一貫作業。整套機械長為7.5公尺、寬度為4.5公尺,適用蔬菜及瓜類作物之育苗播種應用,如以針式播種機播種每小時可播種160盤,比人工作業快約13.3倍,播種精度達91.3 %以上,可解決不規則種子之播種困難問題。已在竹北、泰山、後龍、大園、楊梅、埔里、元長、溪湖、學甲、北斗、大村、大肚、東勢、二林、西螺、褒忠、阿蓮、里港、民雄、土庫、太保、六腳、芳苑及玉里等地輔導設立蔬菜自動化育苗場示範點計三十四處,年產種苗達48,000萬株,由於成效良好。育苗中心作業之電腦管理程式已撰寫完成,交由示範點試用中,促使其資材管理、客戶名單、生產規劃等電腦化,進而提高其經營效率。

蔬菜育苗作業自動化在行政院農業委員會積極推動之下,穴盤育苗之方式已為農友所接受,同時穴盤苗之需求日增,在本研究所開發之自動化播種,搬運及育苗管理等技術及設備正可提供供應面之質與量的掌握與保證,未來蔬菜育苗中心是必走向水稻育苗中心一樣之企業化、專業化經營,生產價廉之健壯種苗,提供農民栽培應用,嘉惠農民,降低生產成本,提高收益。
(作者張金發連絡電話:03-4768216轉342)