台南區農業專訊第34期:5~12頁(2000年12月)

穴盤蔬菜栽培機械化()
自動排箱及小穴格裝填機

/ 鄭榮瑞、鍾瑞永

前言

由於國民生活水準的提昇,蔬果消費量激增,往昔以稻米為主食的消費型態已轉而對蔬果產品量與質的追求。而由於本省屬海島型氣候,夏季高溫多濕,陣雨頻繁,蔬果栽培不易且病蟲害嚴重,加以經常又有颱風豪雨侵襲造成蔬菜的嚴重損害與影響收益。為了降低天候因素對夏季蔬菜栽培所引起之損失與供需失調現象,利用穴盤直接栽培短期性蔬菜,以提供雨後蔬菜之簡速促成栽培方法,為一種極具發展潛力之技術,穴盤蔬菜的生產將因育苗工場化、移植規格化、栽培系統化及收穫銷售一貫化的規劃,而達到植物工場式生產,具有生產穩定、不易受天候影響、可生產高品質蔬菜,建立品牌確保消費者之權益,並具有調節產期之功能。在生產系統合理化規劃、適度擴大生產規模、健全直銷管道及導入適度的機械化與自動化設施,將使生產成本逐漸的降低與收益穩定成長,結合有機或安全蔬菜生產管理可作為穩定蔬菜生產之一種新模式。

穴盤蔬菜栽體系生產模式

穴盤蔬菜生產蔬菜植物工場式栽培生產在歐、美、日等國家已有多種型式發展,有的並已達實用化,而一般自動化栽培系統有採平面式或採立體式,生產線移動的方式有採間歇式、有採連續式。穴盤蔬菜育苗生產體系生產模式則以近於植物工場化生產的綠色生產基地運轉模式為主,以創新栽培技術、建立安全蔬菜生產及健全產、銷一體為前提。發展綠色生產基地概念(如圖1)具有如下特點:

1. 工場化統一育苗管理。

2. 以規格化進行移植栽培。

3. 以標準化、程序化進行栽培大面積生產管理。

4. 計畫性與系統化實施收穫、銷售管理。

而其階段性工作包括第一階段建立育苗工場,達到集中式的育苗管理,利用自動播種系統直接播種已填充4孔小穴格的128格穴盤後實施堆積及進入溫室區進行育苗管理;第二階段建立田間規格化移植作業,主要作業將苗由128格母穴盤中4小格穴盤以等間距移植至本田;第三階段移植本田後,採分散式栽培管理作業,由各衛星栽培區負責進行栽培管理;第四階段建立統收統銷制度,達到收穫適期時由生產合作社場實施計畫性統一檢驗、採收、包裝及出貨或冷藏。最後栽培穴盤經回收處理再循環利用,殘體廢棄物則經再處理後回歸栽培田區。整個栽培過程自種子、育苗、移植、施肥、病蟲害防治、農藥殘留檢驗至收穫包裝出售統一規劃、管理。

穴盤蔬菜生產系統概念圖
1.穴盤蔬菜生產系統概念圖

穴盤蔬菜栽培體系利用與發展

穴盤蔬菜生產模式以近於植物工場式生產,採用自然光法配合栽培過程機械化與自動化設施,達到穴盤蔬菜從播種、輸送、栽培管理至採收能有系統一貫化作業。穴盤蔬菜設施生產的妥善規劃直接影響栽培管理技術、產品品質與人力成本,如何配合短期作蔬菜類栽培過程,根據作物特性、人力需求程度,導入或開發部分自動化作業機具、管理機具,以減少勞力需求、減輕作業之辛勞度,有效降低蔬菜栽培之生產成本,將成穴盤蔬菜生產首要解決課題。

穴盤蔬菜育苗生產體系作業流程主要包括了育苗、移植、田間管理、收穫等四大部份,因栽培利用的不同目前發展成兩種栽培形態,其一為衛星農場網室大面積地面栽培型態,利用於漢光果菜生產合作社產銷班推廣栽培面積約8公頃,另外一種為發展溫室設施栽培,即採用床架栽培法,使用介質栽培,完全脫離土壤,利用於東沙島駐防單位,試驗栽培面積30坪,由於成效良好,已計畫擴充溫室栽培面積至200坪。而不論採用何種形態,其育苗階段皆使用128格穴盤母穴盤再填入四小格子穴格的方式,其播種作業流程如圖4,整個播種系統中介質裝填、播種及覆土已採用國內自行發展台大桃改型真空播種一貫作業機,惟128穴盤及四小格穴盤的供給則因無適用機械目前依賴人力配合。

(左)穴盤蔬菜網室栽培情況;(右)穴盤蔬菜床架式栽培情形

穴盤蔬菜生產播種作業流程

自動排箱及小穴格裝填機之開發

由於穴盤蔬菜育苗過程穴盤及小穴格完全以人工供給,若以生產線方式配合播種作業需一人供給穴盤,24人配合填入小穴格,因此,在穴盤蔬菜生產過程的整體機械化程度直接影響人力需求與生產成本,如何導入機械設施以提昇各項作業之機械化與自動化程度,來減輕目前人工作業之勞力成本及提昇作業效率已為業者迫切需求。本計畫之目的在於改善穴盤蔬菜播種系統之前置作業過程中人工供給排列穴盤及多人裝填小穴格的作業方式,配合自動播種系統生產線,研製軟質穴盤自動排箱及小穴格自動裝填一貫化作業機組,以結合自動播種機組構成一完整作業系統,期使排箱、裝填小穴格人力減至最少,有效提昇作業效率。

穴盤排列及小穴格裝填機的研發為能與自動播種系統的連接,設計時考慮整體的長度,以能達到排箱、裝填一貫化作業為原則,並考量軟質穴盤與小穴格特性。

人工穴盤排列及小穴格裝填作業

穴盤排列及小穴格裝填機之構造與功能

穴盤排箱機構

旋轉螺旋兩段分離配出式排箱機構配合軟質穴盤之特性,分別進行旋轉螺旋兩段分離配出式排箱機構及抽屜分離式穴盤分離排箱機構等兩種設計。

旋轉螺旋兩段分離配出式排箱機構

主要構造包括穴盤置放框架、4支螺徑35mm×螺距12mm之直立式兩段螺旋分離機構、同步驅動減速傳動馬達、鏈輪及鏈條、氣壓推進板、定位感測器及支持機架等,四支螺旋切口須作同步定位,作業時將穴盤整疊(100個以上)置放於螺旋頂面上,利用螺旋轉動時四組切口同步切入最下面一個穴盤,轉動一轉之間利用其螺旋將最底層一個穴盤分開掉落至下方螺旋,再經分離後掉落穴盤導槽,待完全排落至定位點則由氣壓推送機構將穴盤推出,完成一作業行程,未剝離之穴盤則由螺旋頂面支撐,其作業流程如圖3

 

 

旋轉螺旋兩段分離配出式排箱機構作業流程圖

抽屜分離式穴盤分離排箱機構

抽屜分離式穴盤分離排箱機構主要包括穴盤置放框架、可滑動穴盤支撐板組、螺桿組、同步驅動減速傳動馬達、皮帶輪組、定位感測器、穴盤推送機組及支架等構成,作業時,整疊穴盤放置於框架內,並由長邊兩側之可滑動穴盤支撐板組及抽屜平板前導板支撐,當抽屜平板往前推動時,由於前置導板與後接之分離平板前緣具有一高低斜面開口,其間隙1.5mm恰足以將最下層之穴盤邊緣導入切口,並在平板繼續推進過程,藉助其下邊契形導引設計,而將穴盤個體分離排落入穴盤導槽中,在穴盤完全落入導槽達到定位後,藉助在穴盤導槽下方之氣壓推送裝置將穴盤推送至定位,在此一過程上層堆疊之穴盤則保持在分離平板上滑動,當分離平板前進至定位又馬上後退至原始定位,完成一自動穴盤排箱行程,其作業流籮如圖4

 

抽屜分離式穴盤分離排箱機構作業流程圖

小穴格分離裝填機構

由於小穴格為以128格穴盤裁切成4小格一單位,其材質厚度較一舨穴盤為薄僅約0.32mm,且四邊無框,因此設計上以利用其即有堆疊層之微小間隙,作擴距分離機構的設計,配合上述兩種穴盤自動排箱機構,分別設計有平面變位擴距分離機構及旋轉變位擴距分離機構兩種型式。

平面變位擴距分離機構平面變位擴距分離機構

主要包括四槽式小穴格儲放框架、兩組對向作用平面變位擴距分離裝置(為一尖形平板在其中間設置開口並直交組合一三角尖斜擴距分離板,利用兩者間之可交互變位達到小穴格定位及擴距分離作用)、凸輪及連桿組、定位感測器、氣壓推送板、機架及控制組合等,作業時將四小格穴盤放入儲放槽中,其最下一層穴格剛好置於尖斜平板上,當128格穴盤送至定位時,由於氣壓缸作動凸輪和連桿組,使尖斜平板產生後退,同時成直交組合三角形尖斜擴距板前進,其尖端插入最下層與上一層小穴格間之間隙,利用其斜面產生支撐及擴距分離而使最下層小穴格填入128格穴盤中,即每一來回可分離一組4個小穴格,其作業流程如圖5

 

 

 

平面變位擴距分離機構作業流程圖

旋轉變位擴距分離機構旋轉變位擴距分離機構

主要包括4槽式小穴格儲放框架、前後兩組對向旋轉變位擴距分離機構(為一旋轉軸其上平面安裝兩片分割之半圓弧平板,兩片平板安裝時一邊成V開口狀,且兩者平面設計成一0.8mm高低之線狀切口,在較高平面之弧形片下方並設計有一段螺旋形導軌,藉以將小穴格分離排出)、減速馬達、同步齒輪及皮帶、定位感測器、氣壓推送板、機架及控制組合等,作業時,將4小格穴盤放入儲放槽中,其最下一層四小格兩穴孔間V形平面剛好置於旋轉擴距分離轉軸上方較低之弧形平板面上,當128格穴盤送至定位時,減速馬達轉動同步驅動前後兩側之旋轉變位分離軸,其較高平面之平板切口切入最下層與上一層小穴格間之間隙,上平面支撐待分離之小穴格,下平面螺旋狀導軌產生擴距分離而使最下層小穴格填入128格穴盤中,即每轉一轉可分離一個小穴格,一次同步可填入4個小穴格,其作業流程如圖6

 

 

 

旋轉變位擴距分離機構作業流程圖

機械性能分析

1. 南改TN2856型自動穴盤排箱及小穴格裝填機南改TN2856型自動穴盤排箱及小穴格裝填機

由上述螺旋配出式穴盤排列機構及平面變位擴距分離式小穴格裝填機構兩者組合在同一作業平台機架上,適用於56公分×28公分×128格規格穴盤,可達到穴盤排列及小穴格裝填一貫作業。作業時僅需一人負責供給穴盤及小穴格,試驗結果顯示,其作業能力每小時可達到225盤,平均缺格不良率為5.87%,重複填入不良率為0.55%,作業效率可較人工作業方式提高56倍,其作業精度如表1。但穴盤因4支螺旋邊緣支撐面小易損傷,且小穴格需有定間隔設計。

 

 

 

1.南改TN2856型自動穴盤排列及小穴格裝填機作業性能

調查項目 完全填入率% 未填入率% 重複填入率%

列數

1 82.36 17.54 1.10
2 94.52 5.04 0.44
3 99.56 0.22 0.22
4 99.12 0.44 0.44
平均 95.64 5.81 0.55

南改TN3060型自動穴盤排箱及小穴格裝填機2.南改TN3060型自動穴盤排箱及小穴格裝填機

由上述抽屜配出式穴盤排列機構及旋轉變位擴距分離式小穴格裝填機構兩者組合在同一作業平台機架上,適用於60公分×30公分×128格規格穴盤,可達到穴盤排列及小穴格裝填一貫作業。作業時僅需一人負責供給穴盤及小穴格,試驗結果顯示,其作業能力每小時可達到124盤以上,平均缺格不良率為1.92%,重複填入不良率為2.16%,作業效率可較人工作業方式提高2.83.3倍,其作業精度如表2

 

 

2.南改TN3060型自動穴盤排列及小穴格裝填機作業性能

調查項目

列數

完全填入率% 未填入率% 重複填入率%
1/2個 2個 3個 >3個
校正前 66.25 26.00 1.25 5.63 0.75 0.13
校正後 91.10 3.88 0.19 4.17 0.38 0.28
全自動 95.91 1.92 0.00 0.00 2.16 0.00

展望

穴盤蔬菜的生產適用於短期性葉菜類,在育苗工場化、移植規格化、栽培系統化及收穫銷售一貫化後可達到近似植物工場式生產,具有生產穩定、不易受天候影響、可生產高品質蔬菜,建立品牌確保消費者之權益,並具有調節產期等優點。惟在生產系統合理化規劃、適度擴大生產規模、健全直銷管道後,若作業過程無法導入適度的機械化與自動化設備,將使生產成本高於慣行一般栽培方法,影響產業的發展性。因此,台南場乃進行自動穴盤排箱及小穴格裝填機的開發,可減少人力24人,未來將繼續進行穴盤蔬菜田間移植機的開發,以大量減少各項作業的勞力需求,解決穴盤蔬菜栽培發展瓶頸,有效的降低穴盤蔬菜生產成本。

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