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89年6月(第96期)

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水稻秧苗箱自動卸取機及自動捲苗機之研發


國立宜蘭技術學院生物機電工程系 邱奕志
國立台灣大學農機系 馮丁樹

一、前 言

  水稻為台灣重要的農作物之一,目前水稻大都經由育苗後,再以插秧機將秧苗移植於田間。由於育苗作業手續繁雜、費時費工、需要較高的專業技術、具有時效性,且必需在農忙時進行等特性,農民自行育苗不合乎經濟效益,且若育苗失敗將影響水稻栽種時程。因此,水稻育苗中心因而誕生,以專業農民集中育苗,不僅可提供健壯秧苗供農民種植,亦可使秧苗成本降低。

  在育苗作業中,秧苗之搬運、卸箱、取箱及捲苗作業,需要耗費許多的人力,而且工人彎著腰工作,相當的辛苦。在農村勞力老化及短缺的現今,利用機械來取代人力作業,藉此節省人力及減輕作業辛勞,是一個重要的發展趨勢。本研究旨在研發一套水稻育苗搬運作業自動化系統,期使苗箱之搬運、卸箱、取箱和捲苗等辛勞的工作,能由機械自動完成,以節省勞力成本。

二、 秧苗箱自動卸取機

  目前國內大規模育苗中心已多採用空中輸送機為搬運系統,進行綠化場內苗箱運送,使苗箱搬運減少作業辛勞。空中輸送機系統具有作業效率高、作業較輕鬆的優點,惟尚需配合人工進行卸箱及取箱作業。

  本研究發展之自動卸取機採用順流式連續作業,以空中輸送機做為載具,沿著空中輸送機上的軌道前後移動。入苗時,苗箱經由輸送機運送至綠化場,經由卸取機自動地將苗箱依序排放於田間。出苗時,卸取機則自動地將苗箱從綠化場取出,經由輸送機運送至捲苗機,進行自動捲苗,再運送至卡車上,進行出貨,如此整個育苗搬運可達到自動化作業目的。對於苗箱處理而言,卸箱和取箱作業互為反向運動,因此卸取箱作業可為同一部機器來進行,只是運送方向相反。

  卸取箱機本身具有行走功能,可在桁架上前後移動,進行卸取箱作業。設計之卸取箱機,整個卸取箱機可分為行走、上傾運送、側送、下傾運送、卸取等5個部份。卸取機之動力源為馬達,整套設備利用機械元件作動,作業穩定度高,故障少。採用可程式控制器進行自動控制,可自動感測苗箱的運送狀態,來自動調整皮帶的輸送速度,藉此達到較高的作業效率。苗箱之排放為縱向式,每畦的苗箱列數及畦溝的寬度,可依作業方式不同,而改變設定。

(一)卸箱作業

  入苗作業時,苗箱由工人搬上輸送帶後,經由空中輸送機之水平輸送帶運送到卸取機。 經由上傾、側傾、下傾運送裝置,到達卸取裝置,卸取裝置則將苗箱依序排放在綠化場內。卸取裝置上有一感測器,可偵測苗箱的排放狀態,當苗箱沒有運送到卸取箱機時,則機器自動停止。 等苗箱輸送過來後,再進行排放作業。因此苗箱排放於田間時,不會留有縫隙,綠化場利用率高。在機械作業時,綠化場亦可同時進行淹灌,不會影響機械作業,可縮短作業時間。試驗結果顯示,整個卸箱作業僅需一個工人將苗箱搬上,其它搬運及排放作業則自動由機械完成,每小時作業效率約1,000箱。目前人工作業每人時約可完成400箱,自動化作業快約1.5倍,且工人作業較輕鬆。在僱工不易的現今,本機的研發相當受到農民重視。

(二)取箱作業

  出苗作業時,卸取箱反向運動,藉由卸取裝置將苗箱一側拉起,然後往前鏟上,苗箱被自動撿拾起來。 經由下傾、側送、上傾運送裝置,將取起之苗箱送至輸送機皮帶上,再輸送到自動捲苗機進行捲苗作業。整個取箱作業不需人力,可由機械完成。目前作業效率每小時可達1,100箱,較目前人工作業每人時可完成242箱,快約3.5倍。

三、 自動捲苗機

  秧苗在綠化場長成後,利用自動卸取機將苗箱從田地中拾起,經由輸送帶運送至捲苗機。捲苗機可將秧苗捲成如蛋捲般形狀,並自動將三粒捲苗放置於一個苗箱,以利搬運,然後再由輸送帶將捲苗運送到卡車上堆疊。捲苗機可分為捲苗和放箱兩個作業單元,機構以氣壓為驅動系統,利用可程式邏輯控制器進行程序控制。圖8為設計之捲苗機示意圖。

  捲苗作業主要分為撥苗、捲苗和捲苗成形等三個動作。撥苗動作由一撥苗板在秧苗上方往後移,利用秧苗本身根部的抗拒力,使苗土往上翻,將秧苗拉起。捲苗動作則由捲苗板完成,當秧苗一端被拉起後,捲苗板放下至苗箱底部,由前至後移動將秧苗鏟起,藉由捲起秧苗自重的關係,而形成筒狀。捲苗成形主要利用捲苗板和成形板兩者間的夾擠作用,將捲苗成形。如此經過三個動作後,完成一個秧苗捲起的作業。

  放箱作業主要將捲好的秧苗,每三個捲苗放在一個苗箱內,以便搬運。其動作主要靠二支氣壓缸驅動之捲夾來完成。第一捲夾將第一個捲苗夾取住;第二捲夾則夾取第二個捲苗;第三個捲苗送過來時,二個捲夾依序將捲苗放入苗箱內,完成一個苗箱放置三個捲苗的作業。

  研製之捲苗機單機每小時的作業能量為362箱,捲苗成功率可達95.2%以上,捲苗放箱的成功率則為90.5%以上,機器捲苗的直徑與人工相差不大,捲苗品質可為農民所接受。由於捲苗作業速率較取箱慢,因此研發三台並列式捲苗機進行分列作業,如此每小時捲苗速率可提升至1000箱以上。

四、 推廣成果及效益

  過去不管卸箱或取箱作業總是需要5~6個人方可進行工作,對於育苗中心人力安排是一大考驗,而且工人需彎腰作業,相當辛苦。因此秧苗箱自動卸取機及自動捲苗機等二項設備之開發成功,可以解決育苗中心人力不足的問題。研發之卸取箱機不僅可應用在水稻育苗上,其它諸如碗豆苗等芽苗蔬菜,若使用類似水稻育苗箱來進行栽培,在苗箱的排放及收集,皆可使用此卸取箱機來進行自動化作業。

  本計畫研究成果已申請國內發明專利,正辦理技術移轉于宜蘭縣蘇澳鎮鴻伸機器公司進行商品化,並已分別於88及89年度辦理田間示範觀摩會,農民反應熱烈,亟盼本項設備能儘早通過性能測定,推廣供農民使用。

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