【智慧农业・技术篇】未来标准化果园,这几款果园机械很接地气(以山东为例)

TestWhite 2018年6月8日01:39:12
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果品产业是中国农业中最具国际竞争力的优势产业之一,目前已成为优势林果产区经济发展和农民增收致富的新亮点和支柱产业。

山东省作为果业大省,对果园作业机械的需求越来越大。果品生产在经历了20世纪80年代末和90年代前期的大发展大调整之后,基本走上了优质高效的健康发展之路,表现为面积减少的同时产量大幅增加,其中果园作业机械的发展发挥着重要作用。

【智慧农业・技术篇】未来标准化果园,这几款果园机械很接地气(以山东为例)

1、土壤整理机械

主要包括挖坑机、开沟机。

①挖坑机:用于果园栽种和施肥,有牵引式、悬挂式、自走式、手提式等。鲁西北地区多平地和缓坡丘陵地,主要采用悬挂式挖坑机,由传动轴、减速器、钻头、拉杆和机架等组成,通过液压悬挂装置挂在拖拉机后面,由拖拉机动力输出轴经传动系统驱动钻头进行挖坑作业,动力较大,功效高,可挖较大的坑。

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▲悬挂式挖坑机

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▲手提式挖坑机

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适合坡度大、小地块使用,由小型通用汽油机,超越离合器,高减速比传动箱及特殊设计的钻具组成,便携且使用方便。

针对丘陵、山地果园地形特点,山东农业大学与中国重汽泰安五岳专用汽车有限公司合作设计并实验了手推式液压挖坑机

▲液压挖坑机样机

机架平放时钻头尖距地面50mm,不工作时螺旋钻头可绕机架前后摆动。工作时螺旋钻头底部棱锥钻头起定位作用,确保螺旋钻头切土时与地面垂直,螺旋钻头可根据所挖坑的尺寸更换。防护罩在转运过程中可向上收起,便于操作者行走,在工作时可绕两侧摆臂罩于螺旋钻头后方,保证操作者作业安全。工作过程平稳可靠且实现螺旋钻头正反转,有效地降低了劳动强度,提高了挖坑效率,实现无极调速与无换向冲击,结构轻简、操作方便、适用性强。

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▲液压挖坑机整体结构示意图

②开沟机:用于果园开沟施肥,按作业方式可分为链式开沟机和圆盘式开沟机。链式开沟机应用较为广泛,它由动力系统、减速系统、链条传动系统和分土系统组成。

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▲链式开沟机

柴油机经过皮带将转动传递到离合器,驱动行走变速箱、传动轴、后桥等实现链式开沟机的向前或向后的直线运动。

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▲圆盘式开沟机

施肥均匀度是影响施肥作业效果的关键因素和评价作业机具性能和效果的重要指标。山东农业大学机电学院与高密市益丰机械有限公司合作,运用离散元仿真设计对果园开沟施肥机的导肥机构进行优化设计,通过改善导肥插板和导肥插板曲率半径来优化施肥均匀度。

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2、动力机械

专用的果园拖拉机有两种类型:一种类型的体形较矮、重心低、转弯半径小,适用于果树行间作业。

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▲果园行间作业拖拉机

另一种类型具有1m以上的离地间隙,适用于跨越果树行间作业。

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▲果园跨越式拖拉机

果园行间作业环境下主要配装“ALL-GROUND”全地形轮胎,可兼顾草坪沙质土壤硬化路面及部分耕作土壤工况,其优点为胎面宽、与地面接触面积大、比压小、对林下土壤表面破坏小、附着力大、具备一定牵引能力。

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3、除草机械

除草机械按工作原理可分为机械式、机械气力式、机械液力式。除草机的工作部件多为单翼铲或双翼铲,还有圆盘式、笼辊式、旋刀式、往复式、滚刀式等。

圆盘式除草机的特点是除草刀工作速度快、除草效率较高,较为流行 。

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▲圆盘式割草机

往复式割草机依靠切割器上动刀和定刀的相对剪切运动切割牧草,其特点是割茬整齐,单位割幅所需功率较小,但对牧草不同生长状态的适应性差,易堵塞,因切割器作业时振动大,也限制了作业速度的提高。

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▲往复式割草机

滚刀式除草机由带有刀片的滚筒和床刀组成,滚刀旋转带动草茎相对转动实现剪草,在作业过程中可以有效破碎土块,增强土壤透气性。

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▲滚刀式割草机

除草部件的作业效果是关键。目前割草机械的智能自动化控制还存在欠缺,据文献所述,大部分智能割草机械只适用于草坪,对于山地丘陵地带的果园缺少正常工作能力。山东省大部分小型果园分布在山地丘陵地带,且果园规范化、标准化程度差,因此目前果园割草机的应用、研发方向为多功能、轻便型。

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4、剪枝机械

目前国内背负可调式树木修剪机以及多功能高枝修剪锯基本都以小型汽油机为动力通过轴传动来带动锯链或圆锯片进行作业。

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▲背负式剪枝机

剪枝机按修剪高度分为高空、低空类型;按驱动方式分为手动式、气动式、电动式、油动式等;按工作方式分为手持背负式、车载式和智能自动式。

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▲油动式剪枝机

山东农业大学对林果剪枝机进行了较多研究,其中,高东升教授研究团队研制出一种适应性强(适用于φ40mm以下枝条的剪切与修整)的高效电动高空林果剪枝机。

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▲爬树修枝机器人

苑进教授研究团队开发出爬树修枝机器人、高大树木修枝机。爬树修枝机器人由攀爬机构、转盘机构、回转机构和末端执行器组成。机器人动力采用直流电源,携带方便,成本较低。配套控制系统采用无线遥控修枝机器人完成修枝工作,适应于不同直径的树干,能攀越树瘤等树干凹凸部位,操作方便,安全。

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▲爬树修枝机器人

高大树木修枝机由动力系统、升降系统、旋转系统、机械臂系统、末端执行系统组成,配套220v交流发电机,采用剪叉式液压升降平台,臂架式机械臂,提高末端执行装置的灵活性,增大工作空间,并配备导向自锁式剪枝锯进行修枝作业。该机能同时进行修剪枝条和茬口养护,避免病毒感染。

 

5、果园肥水一体化装备

喷灌

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术,是借助压力系统或地形自然落差,将可溶性固体或液体肥料,按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点配兑肥液与灌溉水于一起。果园内设置湿度测试仪及微喷或滴灌装备,通过检测土壤含水量,由电脑控制供水。各种喷灌设备和滴灌设备均可用于果园的灌溉作业,实现供水时间、供水量的自动控制。

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【智慧农业・技术篇】未来标准化果园,这几款果园机械很接地气(以山东为例)滴灌

目前大多数果园使用微喷灌技术,通过低压管道系统,以较大的流速由微喷头喷出,在空气阻力的作用下粉碎成细小的水滴以较小的流量,将水或可溶性化肥随灌溉水直接喷洒到作物叶面或根系周围的土壤表面,节省水肥用量,提高施肥效率。由于微喷头出流孔口和流速均大于滴灌的滴头流速和流量,从而大大减小了灌水器的堵塞。

 

6、植保机械

植保机械主要有喷雾机、弥雾机、注液机等。喷雾机有手动背负式及手动压缩式喷雾器,手动踏板式喷雾器、手摇喷粉器,背负式机动喷雾喷粉机、担架式机动喷雾机、风送式喷雾机等;弥雾机通常由汽油机驱动,效率高,缺点是易漂移。

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▲弥雾机

山东省植保机械在各项机械化作业中水平高,近期山东农业大学机电学院与山东华兴机械股份有限公司合作设计出了履带风送式喷雾机,适合于不同种植行距的果园植保作业,喷雾系统采用圆锥雾喷头,雾化效果好,果树冠层叶面附着率高,且通过增加两侧双喷杆进行喷雾,可进行双侧扇形喷头单独控制,针对不同靶标开启单侧或双侧喷雾,实现精确对靶控制,提高农药利用率和发挥其高效控害作用。动力系统采用履带式设计,提高了机械的通过性和适用性。

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▲履带风送式喷雾机

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7、果园作业平台

果园作业平台可以搭配人工进行采摘、剪枝等半自动化作业,常用的升降作业平台有升缩式、折臂式、剪叉式、混合式等。由于倾斜导致人身伤害事故是果园作业平台的最大问题,目前国内外大多采用机械机构调平方式。

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▲液压果园升降作业平台

山东农业大学宋月鹏教授团队设计了履带式和液压升降式两种果园作业升降平台。设计的自动调平控制系统先进行一级调平,通过平台几何结构位移传感器获得调平油缸伸缩量实现升降平台粗略调平;再进行二级调平,利用角度传感器获取角度信息对升降平台进行精准调平,解决了丘陵山区果园作业生产中采摘运输等升降平台通过不强、调平不稳定、果农作业时有安全危险等问题。

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