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序一
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第七章 果园生产配套设施与装备
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一、畜禽粪便处理机械
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（一）好氧发酵设备及设施
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1.通气发酵设备及设施
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将物料堆成长、宽、高分别为10～15m、2～4m、1.5～2m的条垛，在气温20℃左右约需腐熟15～20d，其间需翻垛1～2次，以供氧、散热并使发酵均匀，此后需静置堆放2～3个月即可完成腐熟。为加快发酵速度，可在垛内埋秸秆和垛底铺设通风管，并经常通风，则不必翻垛，温度可升至60℃，此后在自然条件温度下堆放1～2个月可完成腐熟。还有采用发酵床，在地下建通气管道，在地面上建与通气管道相连的发酵床，地下通气管道与大型鼓风机相连，定时通气，在发酵床内的物料在1个月左右发酵腐熟。
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2.大棚式堆肥发酵
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发酵大棚外形很像种植蔬菜的大棚，所不同的是其内部构造不同，建设有许多保证发酵所需条件的设施。具体建设过程如下。
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（1）建2条高0.8m、长60m的矮墙，两墙间宽10m。
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（2）在墙上面设置轨道。
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（3）轨道上安装能前后、左右、上下自走式移动的翻抛机。
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（4）在大棚一侧的墙上装引风机，抽出大棚内发酵形成的水蒸气和氨气。
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（5）将畜禽粪便与微生物发酵菌剂或发酵过的旧料混合，每天用翻抛机将大棚内物料翻动一次，速度为2～5m/min，起充氧和移动物料的作用。新鲜畜禽粪便从一侧进入大棚，经翻抛机不断翻动移动到大棚另一侧即成腐熟的有机肥料。夏天需7d左右，冬季需15d左右。
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发酵大棚与常用蔬菜大棚结构相近，棚架用玻璃钢、涂防锈涂料的钢管或塑钢材料，棚膜可用塑料膜、PC板、玻璃等多种材料。
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3.发酵塔
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发酵塔共7层，层与层间隔0.75m，每层宽2.5m，长20m，由多块翻板组成，翻板与气缸相连，在气缸推动下，翻板可自由翻动。发酵塔侧面装有热风炉，冬季外界温度较低时，可向塔内送热风，促进微生物发酵。上面装有引风机，向外抽排发酵形成的水蒸气和氨气。
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4.卧式发酵滚筒
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卧式发酵滚筒是国外广泛使用的发酵设备，筒直径一般为2～4m，长40～60m，转筒在水平方向呈倾斜放置，由筒外壁齿轮带动滚筒转动，内部物料不断被带至上部向下撒落，同时送风管对物料充分供氧，在滚筒转动时，其中的螺旋板不断将物料推向出料口。转速为0.1～1r/min，发酵周期为1～5d。
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（二）破碎机
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1.链式破碎机
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链式破碎机结构如图7-1所示，其破碎机构是一对挂有4～8组多排链条的转子。转子平行安装在机壳内，各自由单独的电动机驱动并做相向旋转。转子在静止时，由于重力关系，链条子下垂。当转子高速旋转时，链条在离心力的作用下，呈辐射状向四周伸展。加入到机内的物料不断受到链条打击和物料间相互冲击而粉碎。粉碎后的物料，由两转子之间的下方出料口排出。
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链式破碎机结构简单、效率高、造价低、维护和检修方便，对于易粘物料也适用，因此广泛用于有机肥料加工。
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图7-1 链式破碎机结构示意图
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2.辊式破碎机
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辊式破碎机（图7-2）的破碎机构由两个平行安装的、作相向回转的圆柱轧辊钳住物料。在轧辊表面的摩擦力作用下，物料被带进轧辊间隙中，受到轧辊的挤压而将大块的物料破碎。辊式破碎机优点是结构简单，成本不高，工作可靠，调整破碎比较方便，能破碎湿物料。
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图7-2 辊式破碎机结构示意图
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（三）造粒设备
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圆盘造粒机如图7-3所示。从加料管加入到倾斜圆盘内的粉料，与液体喷洒器喷淋出的液相物质黏合形成的小粒群，倾斜圆盘在旋转中产生的重力和离心力，使小粒群向下方盘边滚动而不断黏附粉料，使颗粒增大。与此同时，又受盘底摩擦力的作用，颗粒随圆盘向上滚动，在到达刮料板位置时，未成球粒的粉料通过刮料板与盘底的间隙，绝大部分颗粒则顺刮料板流下至盘边，在继续的滚动过程中再次黏附粉料。经过多次循环，颗粒由小到大，达到成品粒度而从圆盘的边缘溢出。筛下粉料送进料斗，筛上粒料经滚筒滚动，磨去颗粒的锐角，由筛斗上出料流出并进包装。
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图7-3 圆盘造粒机
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二、沼气厌氧发酵设备及设施
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1.沼气发酵基本条件
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（1）碳氮比适宜的发酵原料
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沼气发酵原料是沼气微生物赖以生存的物质基础，也是沼气微生物进行生命活动和产生沼气的营养物质。
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富碳原料通常指富含碳元素的秸秆和秕壳等农作物的残余物，这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质。干物质含量比富氮的粪便原料高，且质地疏松，比重小，进沼气池后容易飘浮形成发酵死区——浮壳层，发酵前一般需经预处理。富碳原料厌氧分解比富氮原料慢，产气周期较长。
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氮素是构成沼气微生物躯体细胞质的重要原料，碳素不仅构成微生物细胞质，而且提供生命活动的能量。发酵原料的碳氮比不同，其发酵产气情况差异也很大。从营养学和代谢作用角度看，沼气发酵细菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快25～30倍。因此，在其他条件都具备的情况下，碳氮比例配成25～30∶1可以使沼气发酵在合适的速度下进行。如果比例失调，就会使产气和微生物的生命活动受到影响。因此，制取沼气不仅要有充足的原料，还应注意各种发酵原料碳氮比的合理搭配。农村常用沼气发酵原料的碳氮比列于表7-1，供使用中参考。
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表7-1 农村常用沼气原料的碳氮比
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表7-1 农村常用沼气原料的碳氮比（续）-1
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（2）质优足量的菌种
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沼气发酵微生物是人工制取沼气的内因条件，一切外因条件都是通过这个基本的内因条件才能起作用。因此，沼气发酵的前提条件就是要接入含有大量发酵微生物的接种物，或者说含量丰富的菌种。
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给新建的沼气池加入丰富的沼气微生物群落，目的是为了很快地启动发酵，而后又使其在新的条件下繁殖增生，不断富集，以保证大量产气。农村沼气池一般加入接种物的量为总投料量的10%～30%。在其他条件相同的情况下，加大接种量，产气快，气质好，启动不易出现偏差。甲烷菌种可采集于：沼气池、湖泊、沼泽、池塘底部；阴沟污泥之中；积水粪坑之中；动物粪便及其肠道之中；屠宰场、酿造厂、豆制品厂、副食品加工厂等阴沟之中以及人工厌氧消化装置之中。
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（3）严格的厌氧环境
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沼气微生物的核心菌群——产甲烷菌是一种厌氧性细菌，对氧特别敏感，它们在生长、发育、繁殖、代谢等生命活动中都不需要空气，空气中的氧气会使其生命活动受到抑制，甚至死亡。产甲烷菌只能在严格厌氧的环境中才能生长。所以，修建沼气池，要严格密闭，不漏水，不漏气，这不仅是收集沼气和贮存沼气发酵原料的需要，也是保证沼气微生物在厌氧的生态条件下生活得好，使沼气池能正常产气的需要。这就是为什么把漏水、漏气的沼气池称为“病态池”的道理。
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（4）适宜的发酵温度
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温度是沼气发酵的重要外因条件，温度适宜则细菌繁殖旺盛，活力强，厌氧分解和生成甲烷的速度就快，从这个意义上讲，温度是产气好坏的关键。
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研究发现，在10～60℃的范围内，沼气均能正常发酵产气。低于10℃或高于60℃都严重抑制微生物生存、繁殖，影响产气。在这一温度范围内，一般温度愈高，微生物活动愈旺盛，产气量愈高（图7-4）。微生物对温度变化十分敏感，温度突升或突降，都会影响微生物的生命活动，使产气状况恶化。通常把不同的发酵温度区分为3个范围，即把46～60℃称为高温发酵，28～38℃称为中温发酵，10～26℃称为常温发酵。
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图7-4 温度对产气率的影响
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（5）适宜的酸碱度
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沼气微生物的生长、繁殖，要求发酵原料的酸碱度保持中性，或者微偏碱性，过酸、过碱都会影响产气。研究表明，pH为6～8时均可产气，以pH为6.5～7.5时产气量最高，pH低于6或高于9时均不产气。
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配料和管理不当，使正常发酵过程受到破坏的情况下，可能出现有机酸大量积累，发酵料液过于偏酸的现象。此时，可取出部分料液，加入等量的接种物，将积累的有机酸转化为甲烷，或者添加适量的草木灰或石灰澄清液，中和有机酸，使酸碱度恢复到正常。
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（6）适度的发酵浓度
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农村沼气池的负荷通常用发酵原料浓度来体现，适宜的干物质浓度为4%～10%，即发酵原料含水量为90%～96%。发酵浓度随着温度的变化而变化，夏季一般为6%左右，冬季一般为8%～10%。浓度过高或过低，都不利于沼气发酵。浓度过高，则含水量过少，发酵原料不易分解，并容易积累大量酸性物质，不利于沼气菌的生长繁殖，影响正常产气。浓度过低，则含水量过多，单位容积里的有机物含量相对减少，产气量也会减少，不利于沼气池容积的充分利用。
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（7）毒性物质或添加剂
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沼气发酵微生物的生命活动会受到很多物质的影响。沼气池中挥发性有机酸浓度过高时，对发酵有抑制或毒害作用；氨态氮浓度过高时，对发酵细菌有抑制或杀伤作用。许多农药对微生物都有极强的毒杀能力，即使微量农药也极有可能完全破坏沼气发酵的正常进行。很多盐类，特别是很多金属离子，超过一定浓度时都会强烈地抑制沼气发酵。沼气发酵料液中应当避免有毒物质的进入。一般情况下，农村沼气发酵原料中不会含大量的有毒物质，但是在施用农药或防疫时可能会造成较多的农药进入原料中。另外，也可能由于进料不当而投入了对沼气发酵有抑制作用的大蒜、桃叶、马钱子、解放草或被毒死的畜禽等。
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添加剂是能够促进原料分解、提高产气量的各种物质的统称，包括水解酶类、无机物和有机物。在进料时或在沼气池中添加一定数量的水解酶可以使原料的利用率和产气量提高20%左右，这是因为提高了原料的分解效率。用纤维素酶为主的水解酶预处理秸秆，可以大幅提高产气速度。直接添加产多种水解酶的黑曲霉，也可以提高产沼气的能力。但是，在沼气发酵过程中，蛋白酶量多、活性高，会影响正常的沼气发酵，降低沼气产气速率和产气量。可能的原因是在蛋白酶的催化作用下，纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶等其他水解酶被分解，从而影响了对原料的利用。
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2.沼气发酵设备及设施
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（1）农村户用沼气池
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农村户用沼气池一般有进料口、进料管、布料板、塞流板、活动盖、出料口、出料管、水压间、强回流装置、导气管、溢流口等部分组成，如图7-5所示。
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图7-5 沼气池示意图
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农村户用沼气池一般采用水压式沼气池，其工作过程如图7-6所示，全过程分为三个步骤：
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图7-6 水压式沼气池的工作过程
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第一步，没有产气时或沼气被用完时，沼气池发酵间液面与进料间、出料间液面相平，这时液面所在的位置称为零压线，如图7-6a所示。
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第二步，沼气发酵产气后，沼气集中到贮气间。随着沼气的产生，沼气的压力不断增大，把发酵间中料液逐渐压到进料管和出料间，发酵间内液面逐渐下降，进料间和出料间液面不断升高，使进料管和出料间的液面高于发酵间液面，产生一个水位差，这个水位差也就是沼气压力表上显示的数值，如图7-6b所示。沼气压力到一定程度时，就可以从导气管输送出供使用。
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第三步，当打开开关使用沼气时，沼气在水压作用下排出，随着使用沼气逐渐减少，贮气间的沼气压力下降，进料间和出料间的液体因贮气间的压力下降流回贮气间，使水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低，如图7-6c所示。
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如果长时间没有使用沼气或产沼气量太大，产生的沼气会超过沼气池的最大贮气量，这时沼气会从进料间或出料间溢出。
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①现浇混凝土户用沼气池 首先要按设计图纸尺寸（图7-7、表7-2）定位放线，放线尺寸为：当定位灰线划好后，在灰线外四角离灰线约1米处钉4根定位木桩，作为沼气池施工时的控制桩。在对角木桩之间拉上连线，其交点作为沼气池的中心。沼气池尺寸以中线卦线为基准，施工时随时校验。
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图7-7 沼气池池型图
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表7-2 沼气池结构尺寸
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现浇混凝土沼气池施工是在完成土方和池底浇筑的基础上，利用原状土壁做池墙外模，池墙和池拱内模用钢模、木模或砖模组装或组砌好后，一次现浇成型的建池工艺。
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户用沼气池池底浇筑应根据不同的池坑土质，进行不同的处理。对于黏土和黄土土质，挖至老土，铲平夯实后，用C15混凝土直接浇灌池底80mm以上即可。如遇沙土土质或松软土质，应先做垫层处理。首先将池坑土质铲平、夯实，然后铺一层直径80～100mm的大卵石，再用砂浆浇缝、抹平，厚100～120mm。垫层处理完后，即可在其上用C15混凝土浇灌池底混凝土层60～80mm，然后原浆抹光（图7-8）。
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图7-8 沼气池构造详图
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为避免操作时对池底混凝土的质量带来影响，施工人员应站在架空铺设于池底的木板上进行操作。浇筑沼气池池底时，应从池底中心向周边对称地进行浇筑。要用水平仪（尺）测量找平下圈梁，用抹灰板以中心点为圆心，抹出一个半径127cm的圆形平台面，作为钢模池墙的架设平台。
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池底混凝土初凝后，一般相隔24h即可组装钢模或玻璃钢模板、组砌砖模或用伞形架法制作沼气池池拱砂模。
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沼气池池底混凝土浇筑好和模具安装好后，浇筑池墙。浇筑沼气池池墙、池拱，无论采取钢模、玻璃钢模，还是木模，浇筑前必须检查校正，保证模板尺寸准确、安全、稳固，主池池墙模板与土坑壁的间隙均匀一致。浇筑前，在模板表面涂上石灰水、肥皂水等隔离剂，以便于脱模，减少或避免脱模时敲击模具，保证混凝土在发展强度时不受冲击。用砖模时必须使用油毡、塑料薄膜等作隔离膜，防止砖模吸收混凝土中的水分和水泥浆及振捣时发生漏浆现象，也便于脱模。
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池墙一般用C15混凝土浇筑，厚度为70mm，一次浇筑成型，不留施工缝。池墙应分层浇筑，每层混凝土高度不应大于250mm，浇灌时，先在主池模板周围浇捣6个混凝土点固定模板，然后沿池墙模板周围分层铲入混凝土，均匀铺满一层后，振捣密实，并且注意不能用铲直接倾倒，应使用砂浆桶倾倒，这样可以保证砂浆中的骨料不会在钢模上滚动而分离，才能保证建池质量。浇筑要连续、均匀、对称，用钢钎有次序地反复捣插，直到泛浆为止，保证池体混凝土密实，不发生蜂窝麻面。
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池拱用C20混凝土一次浇筑成型，厚度为80mm以上，经过充分拍打、提浆，原浆压实、抹平、收光。浇筑池拱球壳时，应自球壳的周边向壳顶轴对称进行。
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进出料管模下部先用混凝土填实，与模具接触的表面用砂浆成型，减少漏水、漏气现象的发生。在混凝土未凝固前，要转动进出料管模，防止卡死。尽量采用有脱模块的钢模，这样不需转模，也方便脱模。
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在已硬化的混凝土表面继续浇筑混凝土前，应除掉水泥薄膜和表面的松动石子、软弱混凝土层，并加以充分湿润、冲洗干净和清除积水。水平施工缝（如池底与池墙交接处、上圈梁与池盖交接处）继续浇筑前，应先铺上一层20～30mm厚与混凝土内砂浆成分相同的砂浆。
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农村沼气池一般采用人工捣实混凝土。捣实方法是，池底和池盖的混凝土可拍打夯实，池墙则宜采用钢钎插入振捣。务必使混凝土拌和物通过振动，排挤出内部的空气和部分游离水，同时使砂浆充满石子间的空隙，混凝土填满模板四周，以达到内部密实、表面平整的目的。
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沼气发酵是厌氧发酵，发酵工艺要求沼气池必须严格密封。水压式沼气池池内压强远大于池外大气压强，密封性能差的沼气池（包括进料管和水压间）不但会漏气，而且会使水压式沼气池的水压功能丧失殆尽。因此，沼气池密封性能的好坏是关系到人工制取沼气成败的关键。
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混凝土模板拆除后，立即用钢丝刷将表面打毛，并在抹灰前用水冲洗干净。当遇有混凝土基层表面凹凸不平、蜂窝孔洞等现象时，应根据不同情况分别进行处理（图7-9）。
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图7-9 混凝土基层表面凹凸不平的处理
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户用沼气池密封一般采用“二灰二浆”四层抹面法施工，操作要求（表7-3），在用素灰和水泥砂浆进行基层密封处理的基础上，再用密封涂料仔细涂刷全池，确保不漏水，不漏气。
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表7-3 沼气池四层抹面法施工要求
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现浇混凝土沼气池如图7-10所示。
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图7-10 现浇混凝土沼气池
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②预制件户用沼气池 预制件装配建池工艺是池底施工与现浇混凝土沼气池相同，把池墙、池拱、进出料管、水压间墙、各口及盖板等预先作成钢筋混凝土预制件，如图7-11，运到建池现场，在开挖的池坑内进行组装，如图7-12，并进行加固和密封处理。
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预制件户用沼气池的密封与现浇混凝土沼气池相同。
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图7-11 钢筋混凝土预制件
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图7-12 池坑内进行组装
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（2）小型沼气工程
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小型沼气工程工艺流程一般分为三个阶段，如图7-13，料液进入沼气发酵罐之前为原料的预处理阶段，主要是除去原料中的杂物和沙粒，并调节料液的浓度。减少沼气发酵罐内的浮渣和沉沙。使原料经过预处理使之接近满足沼气发酵条件要求。
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图7-13 小型沼气工程工艺流程
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料液进入沼气发酵罐进行厌氧发酵，消化掉有机质生产沼气为厌氧发酵阶段，是核心阶段。
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从沼气发酵罐排出的消化液要经过沉淀、曝气，以便对沼渣和沼液进行综合利用。
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小型沼气工程一般采取混凝土现浇，容积在50～200m3。
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一般酸化池的容积为沼气池容积的1/4～1/3，如图7-14。
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图7-14 酸化池
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小型沼气工程厌氧池容计算：
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目前一般养猪场采取干清粪工艺，按每头猪每天7kg排污量（包括粪、尿、冲洗水），水力停留期20d计算，则小型沼气工程池容积为：
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沼气池容积=（7×养猪头数/1000）×20（m3）
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100头猪大约需要14m3的沼气池，1头肉牛相当于10头猪的排污量，60只鸡相当于1头猪的排污量。小型沼气工程厌氧池如图7-15和图7-16。
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储沼液、渣池容积为沼气池容积的1/3～1/2（图7-17），储存沼肥供果园使用。
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图7-15 小型沼气工程结构图
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图7-16 小型沼气工程实物图
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图7-17 储沼液、渣池实物图
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（3）大中型沼气工程
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大中型沼气工程主要是解决集约化养殖场粪便污染问题，同时将其转化成高效有机肥。主要包括前处理、酸化池、厌氧发酵罐、沼气脱硫装置、贮气柜、沼液沼渣储存池等构成，工艺流程如图7-18，沼气工程设备如图7-19。
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图7-18 大中型沼气工程工艺流程
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图7-19 沼气工程设备
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（4）沼肥利用设施
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利用沼液出料车可以将沼气池的沼肥送到果园，沼液车现有多家专业厂家生产，主要包括沼肥罐、真空泵、吸肥管、汽车底盘等组成。如图7-20所示。
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在果园制高点建设储沼液池，一般3～5m3，沼液车将沼气池的肥运送到储沼液池，利用地势从沼液池中自动流到果树下进行滴灌或者浇灌。如图7-21所示。
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图7-20 沼液车
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图7-21 果园建设储沼液池
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三、沼肥在水果生产中的应用
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1.沼渣和沼液的特点
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沼渣和沼液中含有丰富的营养物质和生物活性物质，不但可作为缓速兼备的肥料和土壤改良剂，而且还可以作为病虫害防治剂、浸种剂、饲料等，用于养殖、种植、园艺和果园等方面。在种植业中，沼肥可以作为肥料和土壤改良剂，沼液可用于防治作物病虫害和浸种。在养殖业中，添加沼渣和沼液可以养殖鱼、蚯蚓、土鳖虫等。在副业的生产中，沼渣和沼液是理想的食用菌栽培料。
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沼渣和沼液含有原料中的绝大部分氮、磷、钾等营养元素和锌、铁、钙、镁、铜、铝、硅、硼、钴、钒、锶等微量元素，以及数量相当的有机质。此外，通过沼气发酵，微生物复杂的代谢也产生了许多生物活性物质，如多种氨基酸、多种维生素B、各种水解酶、植物激素、腐殖酸等。因此，沼渣和沼液的组成具有明显的多样性特点，为它们的综合利用提供了物质基础。
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腐殖酸在沼渣中的含量为10%～20%。腐殖酸用于改良土壤时，有利于土壤团粒结构的形成。
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实践证明，沼肥比我国农村传统使用的堆肥效果好。沼气发酵是农村获得高质有机肥的一个有效方法，对氮、磷、钾的回收率可达90%以上，并且总体矿化率低。与堆沤肥相比，磷的损失率为堆沤制肥的1/16，矿化率为堆沤制肥的1/5，堆沤肥的氮素损失率高达50%左右，参见表7-4。
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经过正常发酵产气后的沼肥，其碳氮比、腐熟度都适合农业用肥。沼气发酵氮素损失率低主要是因为：第一，沼气发酵过程中大量有机酸和二氧化碳的产生，可以与蛋白质和微生物代谢产生的氨态氮结合；第二，沼气发酵有大量水分和酸，使氨态氮等矿化养分呈离子状态，而堆肥中的氨态氮呈分子状态，比较容易逸失；第三，农村沼气发酵温度较低、较恒定，基本在30℃以下，而堆肥温度高达70℃，在较高温度下氨态氮难以保留。
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表7-4 猪厩肥的堆沤与沼气发酵的磷元素变化
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对沼肥与化肥进行肥效等量计算，结果表明，若以沼肥速效氮含量0.04%、速效磷含量0.03%、速效钾含量0.04%计，一个10m3沼气池，平均月出料1050kg，年大换料2次，每次出沼肥水5000kg，全年合计提供沼肥约25000kg。5000kg沼肥相当于硫酸铵10kg、过磷酸钙8kg、氯化钾3kg。因此，一个10m3沼气池一年提供的沼气肥，相当于硫酸铵50kg、过磷酸钙40kg、氯化钾15kg。由此可见，农家沼气池是一个非常好的肥料工厂。
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2.沼肥在果树上的应用
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（1）沼液叶面施肥
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沼液中营养成分相对富集，是一种速效的水肥，用于果树叶面施肥，收效快，利用率高。一般施后24h内，叶片可吸收喷施量的80%左右，从而能及时补充果树生长对养分的需要。
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①喷施方法 果树叶面喷施的沼液应取自正常产气的沼气池出料间，经过滤或澄清后再用。一般施用时取纯液为好，但根据气候、树势等的不同，可以采用稀释或配合农药、化肥喷施。
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a）纯沼液喷施果树喷施纯沼液的杀虫效果比稀释液好。喷施纯沼液对急需营养的树还能提供比较丰富的养分，因此对长势较差、树龄较长、坐果的树等均应喷施纯沼液。
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b）稀释沼液喷施根据气候以及树的长势，有时必须将沼液稀释喷施。如气温较高时，不宜用纯沼液，应加入适量水稀释后喷施。
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c）药肥配合喷施。当果树虫害猖獗时，宜在沼液中加入微量农药，这样杀虫效果非常显著。据树体营养需要，配合一定的化肥喷施，以补充果树对营养的需要。大年产果多时，可加入0.05%～0.1%尿素喷施；对幼龄及长势过旺的树、当年挂果少的树，可加入0.2%～0.5%磷钾肥喷施以促进花芽形成。
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②喷期和效果 果树地上部分每一个生长期前后，都可以喷施沼液，叶片长期喷施沼液，可增强光合作用，有利于花芽的形成与分化；花期喷施沼液，可保证所需营养，提高坐果率；果实生长期喷施沼液，可促进果实膨大，提高产量。
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果树喷施沼液，对虫害有一定的防治效果。用纯沼液喷施果树，对红蜘蛛、黄蜘蛛、矢尖蚧、蚜虫、青虫等有明显的杀灭作用，杀灭率达94%以上。
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（2）沼液、沼渣果树根部施肥
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果树长期用沼液根部施肥，树势茂盛，叶色浓绿，病虫害明显减少，抽梢整齐，幼果脱落较少，果实味道纯正，产量比施化肥或普通有机肥高。
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不同树龄采取不同的施肥方法。幼树施用沼肥结合扩穴，以树冠滴水为直径向外呈环向开沟，开沟不宜太深，一般约10～35cm深、20～30cm宽，施后用土覆盖，以后每年施肥要错位开穴，并每年向外扩展，以增加根系吸收范围，充分发挥肥效。挂果树成辐射状开沟，并轮换错位，开沟不宜太深，不要损伤了根系，施肥后覆土。
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综上可见，沼气发酵是一个产气和造肥同时并进的过程。将作物废物及牲畜粪便用于沼气发酵，既能生产出优质的燃料——沼气，又能生产出缓速兼备的优质有机肥，有利于解决农村燃料和肥料的矛盾，有利于农业生产的可持续发展。
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3.沼液防治果树虫害技术
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利用沼液防治果树虫害，没有农药污染和抗性等问题，效果与许多目前使用的农药相当或更好，对各种害虫的杀灭率均在94%以上。在果树生长周期内喷施两次沼液，对红蜘蛛、黄蜘蛛的杀灭率为98.5%，对矢尖蚧的杀灭率为95.1%，对蚜虫的杀灭率为94.7%，对青虫的杀灭率为99.8%。具体方法如下：
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①选用正常使用、出料口加盖的常温发酵沼气池中的沼液；
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②沼液取自出料间的中层，并用纱布或较密的纱窗布过滤后使用；
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③沼液应随用随取，存放时间一般不能超过1h；
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④在整个果树生长期内均可喷施沼液。喷施时，应对茎秆、叶片的正反面都喷施，用量以刚开始滴水为度，以纯沼液喷施为好。喷施时间根据气温情况决定，气温高于25℃时，宜在下午5时以后喷施；气温低于25℃时，可以露水干后全天喷施。气温太高时，可兑入少量水，一般加水量不宜超过20%，以防止沼液蒸发过快而降低药效。用沼液喷施果树时，加入0.05%～0.1%的氧化乐果，或0.03%～0.1%的灭扫利，杀虫、杀卵效果更好，成虫和虫卵的杀灭率可以达到100%，而且药效可以持续到30d以上。此外，根据树冠的大小和树体的营养状况，补充有益元素和养分效果也很好。对于上年结果多、树势弱的果树，可在沼液中加入0.1%的尿素，以补充养分；对于幼树和结果少、长势弱的树，可以在沼液中加入0.2%～0.5%的磷钾肥，以利于花芽的形成；
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⑤用沼液治虫，喷施沼液应在晴天进行，气温越高效果越好。一般在每年5月下旬至7月为宜。
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主要参考文献
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邱凌，张衍林，杨世琦，等.2004.沼气生产工（上册、下册）[M].北京：中国农业出版社.
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宋洪川.2007.农村沼气利用260问[M].北京：化学工业出版社.
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张无敌.2004.沼气发酵残余物利用基础[M].昆明：云南科技出版社.
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张衍林.2011.农村能源实用新技术[M].武汉：湖北科学技术出版社.
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周孟津，张榕林，蔺金印，等.2004.沼气实用技术[M].北京：化学工业出版社.
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第八章 果园精细管理与生产
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一、精细农业思想及其在果园管理中的应用
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（一）精细农业概述
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1.数据采集
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（1）产量数据采集
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在农作物收获的同时，实施记录每一小区的产量，记录数据还应包括位置信息以及必要的农产品特性信息（例如谷物含水量等）。
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（2）土壤数据采集
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土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、pH、土壤压实度、耕作层深度等。土壤采样以及采集土壤特性数据时，也需要记录位置信息。
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（3）苗情、病虫草害数据采集
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记录作物长势或病虫草害的分布情况。
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（4）其他数据采集
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例如地形边缘测量，农田近年来的轮作情况、平均产量、耕作和施肥情况，作物品种、化肥、农药、气候条件等有关数据。
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2.数据分析
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（1）产量数据分布图
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由于产量数据是通过连续采样获得的，一般需要对数据进行预处理，以消除采样测试误差。
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（2）土壤数据分布图
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由于土壤采样是非连续的采集，需要估计采样点之间的数据，这种估计过程称为插值。
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（3）苗情、病虫害分布图
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由于该数据采样即不像产量测量连续采样，也不像土壤采样以栅格采集土样，而是在行走中，人为定点，记录数据。
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3.决策分析
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精细农业技术是根据田间采集到的不均衡空间分布数据及有关作物其他信息，经过决策分析，来控制投入方式和施用量。决策分析是精细农业的核心，直接影响精细农业技术的实践效果。GIS被用于描述农田空间上的差异性，而作物生长模拟技术则被用来描述某一位置上特定生长环境下的生长状态。只有将GIS与模拟技术紧密地结合在一起，才能制定出切实可行的决策方案。二者结合可按以下三种方式操作：一是GIS和模拟模型单独运行，通过数据文件进行通讯。二是建立一个通用接口，实现文件、数据的共享和传输。三是将模拟模型作为GIS的一个分析功能。GIS作为存储、分析、处理、表达地理空间信息的计算机软件平台，其空间决策分析一般包括网络分析、叠加分析、缓冲区分析等。作物生长模拟技术是利用计算机程序模拟在自然环境条件下作物的生长过程。作物生长环境除了不可控制的气候因素外，还有土壤肥力、墒情等可控因素。GIS提供田间任一小区、不同生长时期的时空数据，利用作物生长模拟模型，在决策者的参与下，提供科学的管理方法，形成田间管理处方图，指导田间作业。
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4.控制实施
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精细农业技术的目的是科学管理田间小区，降低投入，提高生产效率。支持精细农业技术的农业机械设备包括精细收获机械，精细播种机械，精细施肥机械、精细除草机械以及精细灌溉机械等。
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（二）精细农业关键技术
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1.全球卫星定位技术（GPS）
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在精细农业的数据采集、数据分析、决策分析、控制实施等4个主要技术组成中，都离不开精确定位。精细农业广泛采用了全球卫星定位系统用于信息获取和实时准确定位。卫星定位技术的发展，因其可提供全天候、实时、高精度三维位置、速度以及精密的时间信息，20世纪90年代以来，已被广泛应用于陆地、海洋、空间和航天领域内各类军用和民用目标的定位、导航与精密测量，并已初步形成一个新兴的高科技产业。卫星导航技术可以在精细农业的各个环节发挥作用，包括精细播种、精细施肥、精细喷药、精细灌溉、精细收割等等。
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2.地理信息系统（GIS）
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地理信息系统是构成农作物精细管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是实施精细农业的关键之一。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少有空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。
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一个完整的GIS主要由5个部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其他几个组成部分。
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3.农田信息采集与处理技术
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农田信息包括过去积累的信息和作物生产过程中实时收集的信息，如何合理利用这些信息必须首先从获得信息的方法入手，尽量以低成本的方法获得多方面的生产信息，为农业生产提供更多的决策依据。这些信息包括：产量数据采集，土壤数据采集（土壤含水量、土壤肥力、SOM、pH、土壤压实度、耕作层深度），苗情、病虫草害数据，以及其他数据（例如地形边缘测量，农田近年来的轮作情况、平均产量、耕作和施肥情况，作物品种、化肥、农药、气候条件等）。
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4.变量作业控制技术
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精细农业是基于时空变异的现代农业经营、管理技术，因此变量作业控制技术（VRT：Variable Rate Treatment）是精细农业的核心，变量作业机械是实现这一核心必不可少的关键手段。
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变量作业控制技术包括基于作业处方图（Map-based）的VRT 和基于传感器（Sensor-based）的VRT。依据作业处方图的变量作业技术为得到作业处方图，首先必须全面获取作物产量、土壤参数等的时空变异信息，接着还要根据植物生长模型以及气象等环境条件，预测作物的发芽率、长势以及养分需求，然后综合上两步的分析结果，再利用地理信息系统（GIS）和决策支持系统（DDS），就可最终得到所期望的作业处方图。由于这张处方图是建立在试验分析基础上的，它与实际的农田需要（例如施肥需求量）总是存在一定差异。因此，人们期望在条件允许的情况下，应用现代传感技术适时监测作物（或土壤）的需肥量，然后适时控制机器进行变量作业，从而实现更精细的因时、因地、按需施肥，但这后一种变量作业技术需要具备能实时监测作物需要或土壤成分或病虫草害分布的技术与设备，有时要达到实用程度还有一定的困难。
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图8-1显示了一个典型VRT系统的主要组成部分。在基于处方作业图的VRT系统里，VRT控制器使用一个预定义的处方图，改变农业生产资料的投入速率。在基于传感器的VRT系统里，控制器利用从传感器输入的信息来改变农业生产资料的投入速率。无论是基于处方作业图还是基于传感器的VRT应用系统都需要对应物料变量的体积传感器或流量传感器、地面速度传感器、速度控制器和执行器（阀门/马达）。GPS定位坐标也需要基于处方图的VRT系统。
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图8-1 典型VRT系统的主要组成部分
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在现代精细农业中，变量技术应用于农作物的播种、施肥、灌溉等多个环节。
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精细播种：将精细种子工程与精细播种技术有机结合，要求精细播种机播种均匀、精量播种、播深一致。精细播种技术既可节约大量优质种子，又可使作物在田间获得最佳分布，为作物的生长和发育创造最佳环境，从而大大提高作物对营养和太阳能的利用率。
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精细施肥：要求能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况，作物类别和产量水平，将N、P、K和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方，从而做到有目的地施肥，既可减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降，又可降低成本。精细施肥要求有科学合理的施肥方式和具有自动控制的精细施肥机械。
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化学农药精细喷洒：化学农药精细喷洒是根据田间杂草的分布情况在杂草分布的地方喷洒农药，在没有杂草的地方不喷洒农药。化学农药喷洒时根据田间杂草分布处方图，通过计算机程序或者人工半自动方法按照喷洒处方图实现化学农药的喷洒。通过上述方法尽量减少化学农药的使用数量，减少化学农药对环境造成的污染。
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精细灌溉：在自动监测控制条件下的精细灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施实时精量灌溉，可大大节约水资源，提高水资源的有效利用率。
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（三）果园生产变量投入技术与装备
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1.变量固体施肥机械
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VRT系统可以应用于干燥颗粒肥料、石灰、生物固体和一些颗粒状杀虫剂。其中，最常用的喷头既不是微调的也不是气动的，而是采用有两个或多个加料斗，装有所需的农业物料，每个加料斗都配备了单独的驱动器和计量设备，从而确定每种颗粒物料的适用数额。对于柑橘生产，最常见的配置是具有独立左、右链的双链条吊具，其所需的农业生产资料由它下面的一个很大的单独加料斗提供。但左、右链由于控制目的不同而被看成两种不同的构件。因此，VRT控制器应该有两个独立的控制吊具左、右链的渠道。变量投入固体施肥速率可通过改变输送链的速度来调整，而计量装置的类型由其本身的高度或螺纹导程来决定。在美国佛罗里达州，VRT施肥提高了柑橘果树对磷、氮元素的吸收利用，成为经济和环境上的最佳管理措施。图8-2为美国研制生产的一种变量固体施肥机械。
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图8-2 变量固体施肥机械
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2.变量液体施肥机械
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在柑橘园中，变量投入液体施肥设备主要采用喷气式喷雾器或管式喷雾器，两者都是根据果园面积来确定液体肥料和除草剂的喷洒剂量。喷气式喷雾器直接在树冠的不同高度预设喷雾嘴。因此，树冠传感器的目的应当是匹配同一树冠上的喷嘴群。变量投入液体施肥设备应根据传感器所测量出来的果树的大小，如树冠高度，来确定液体肥料和除草剂的喷洒剂量。液体VRT设备的同步性很重要，并与“超前预测”的自动功能紧密联系。可变速率化学喷洒设备正日益普及，在美国佛罗里达州有一些变量投入液体喷洒设备已经正式投入生产使用。
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先进的变量施肥机，可以通过激光扫描等方式检测树形、树高等特征参数，根据树体大小调节施肥量。有的利用高光谱图像技术等对叶片的营养状态进行评判，优化营养配施。美国佛罗里达州利用带DGPS的自动超声传感系统获得17hm2柑橘园树形大小的处方图，用于变量施肥播撒机的作业，结果显示，应用变量施肥播撒机比均匀施肥节省38%～40%的肥料，既节省了费用，又减少了对环境的影响。
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二、智能化果园生产系统与装备
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（一）智能灌溉系统
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1.智能灌溉系统工作原理
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（1）数据采集功能
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可接收基于土壤、树干、枝叶等反映果树需水状态的传感器采集的模拟量。模拟量信号的处理是将模拟信号转变成数字信号（A/D转换）。
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（2）控制功能
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具有定时控制、循环控制的功能，用户可根据需要灵活选用控制方式。
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①自动控制功能：可编程控制器将传感器检测的需水信号与预先设定的标准值相比较，根据设定值与测量值间的差异情况，自动调节电动机转速，进行灌溉操作。
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②定时控制功能：系统可对电磁阀设定开、关时间，当灌溉的湿度值达到设定值时，电动机自动停止灌溉。
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③循环控制功能：用户在可编程控制器内预先编好控制程序，分别设定起始时间、结束时间、灌溉时间、停止时间，系统按设定好的时间自动循环灌溉。
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（3）变速功能
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当前所测的果树需水状态值与预先设定的最适宜果树生长的状态值比较，分为大于、等于、小于3种结果，即可将状态值分为高度、中度、低度3种状态。在控制面板上表现为高、中、低3个指示灯。变频器根据果树需水的3个状态自动调节电动机的转速，电动机设有高速、中速、低速3种旋转速度，分别对应高、中、低3个指示灯。
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（4）自动转停功能
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控制系统根据果树的水分状态自动启动灌溉，控制电动机以所需的转速转动。
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（5）电动机过载保护功能
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当电动机过载时，电动机立即停止转动，灌溉过程中止，并且故障指示灯闪烁报警，过载消除后自动恢复运转。
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（6）阴雨天自动停止
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利用传感器的开关量作为一个可编程控制器的输入信号，实现控制相关程序功能。
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（7）省电功能
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定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为可编程控制器的电源控制。在定时灌溉控制时间之内，由定时器接通可编程控制器的电源，可编程控制器按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。在非系统工作时间里，定时器自动断开可编程控制器的电源，这样既减少了系统耗费的电能又延长了设备的使用寿命。
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（8）急停功能
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当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，电动机立即停止运转，阀门关闭，停止灌溉。
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（9）故障自动检测功能
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当灌溉系统出现故障，如水管破裂（水压为零）、传感器故障、电动机故障、变频器故障、电磁阀故障等，水泵立即停止运行，电磁阀关闭，故障报警灯闪烁并伴有警笛声响起。操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才自动停止闪烁。
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2.果树水分状态传感器
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（1）张力计
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图8-3是一个普通的张力计和控制盒。控制系统的电脑记录装置与张力计（埋入地下15cm深）相连。如果土壤的含水率低于临界值，启动灌溉，直到含水率上升到最佳状态，停止灌溉。电脑记录装置启动和关闭灌溉电磁阀，取决于预设的土壤水分张力。土壤湿度信息通过移动电话下载到电脑。农民可以通过互联网登录服务器获取相关信息。
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图8-3 普通张力计与控制盒
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（2）叶片传感器
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树叶对湿度的变化比树干更加敏感。观察表明树干对土壤湿度的降低表现出延时反应。有人已经确定了叶片膨压和叶片厚度间的关系。
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大约四个传感器完全遮蔽地附着在叶片上，如图8-4所示。这些叶片会很好地反映发生在树干的膨压大小。在极度遮盖或者阳光直照下的叶片不会准确地反应树的胀压，因为太阳光和其他因素会导致结果出现很大变化。
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图8-4 叶片传感器
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一个重要的观点是最大的蒸发（从叶片蒸发的水）并不意味着最大的光合作用和生产力。气孔（叶片气孔）开启得足够大，二氧化碳通过气孔进行光合作用，即使再进一步扩大气孔，也不能增加光合作用，反而会增加水分的蒸发。然而有一种观点是当气孔关闭的足够小，限制了二氧化碳的流通，导致了光合作用和生产力的降低。
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（二）智能收获机械
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1.水果检测
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（1）颜色
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以柑橘为例，颜色是其最明显的特性。许多研究人员努力研究基于柑橘颜色的视觉检测。这种检测最大的障碍就是水果颜色往往受许多因素的影响。例如橙子，不太成熟的时候为淡黄色，而不是典型的“橙”色，在天气或病变等其他因素的影响下，颜色就会变得深一些。因此，颜色检测算法必须能够检测出颜色的深浅。
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颜色检测的另一个问题是照明。光照不同，果实的颜色相差很大。收获时，对照明起主要作用的是阳光。受云层遮挡后的阳光强度、太阳照射角度都会使果园场景产生显著差异。图8-5显示了在两种不同的光照条件下的同一个场景。图8-5a是间接阳光照射的收获场景，可能是在一个阴天，因此相机拍摄到的整个图片亮度非常均匀，并提供了一致的树叶和果实着色；图8-5b是阳光直接照射时的收获场景，阳光直射导致了整个场景的亮度急剧变化，无论是树叶还是水果都可以表现出非常不同的色调和颜色。
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图8-6显示了当光照不足时的果园场景。图8-6a显示了果园场景中的照明已对果园场景造成了很大的阴影效果。图8-6b显示了灯光不足的效果。如果没有足够的光照强度，即使现场将照片冲洗出来，也很难分辨水果和树叶。
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图8-6 光照不足
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只考虑颜色的检测法还不是很可靠。重要的问题是只检测到目标场景的颜色，而不是水果。还有很多导致检测不准确的因素，例如图像噪音、人为障碍、反射等等，因此可靠的检测方法还需要综合考虑柑橘的其他特性，而不仅仅是颜色。
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（2）形状
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形状是柑橘另一个明显的特性。许多研究者考虑果形设计检测算法。柑橘一般近似圆形，而树枝和树叶往往呈现出直线条或指状。确定圆形目标可能是检测水果比较简单的方法，但与颜色检测相比，形状检测也有几个问题。主要问题是阻挡。图8-7显示了观察橙子时两种主要类型的阻挡。图8-7a是叶阻挡的例子，树叶阻挡影响了果形，并使果形变的复杂，同时减少了果实颜色检测的数量。图8-7b是水果串造成阻挡的例子。水果阻挡在很大程度上与叶阻挡一样，破坏了果形。水果串阻挡导致多个水果显示为一个较大的水果，不像叶阻挡那样在叶片和果实之间有鲜明的颜色对比。
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图8-7 阻挡问题
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形状检测的另一个问题是，果树上既有成熟的果实，也有未成熟的果实。也就是说，一棵树上同时有橙色和绿色两种颜色的柑橘。
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一个完善的柑橘检测系统要充分分析和利用柑橘的颜色和形状这两大特性。如何最好地检测出各种光线条件下水果的颜色，而同时能够弥补水果的自然颜色的差异，这是图像处理首先要解决的问题。图像处理还需要能检测出叶阻挡和水果串造成的阻挡。一个成熟的水果检测算法需要考虑果实颜色和形状这两个特性的最优组合。
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2.水果采摘
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（1）采摘机械手
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一般智能机器人收获系统都采用机械手或机械臂。图8-8为法国和西班牙柑橘项目研究的EUREKA柑橘采摘机械手。
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图8-8 EUREKA柑橘采摘机械手
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最简单的解决方案一般是设计一个三自由度的机械手/手臂。众所周知，机器人可以根据果实的相对位置来收获单个果实，其中三自由度手臂是最简单的设计。果实检测算法是用来提供水果的三维位置（即x，y和z）坐标。从水果检测系统中得到的坐标，经过机器人的控制器计算后得出机械手/手臂所需要到达的三个节点位置。三自由度设计最大的缺点是：机器人只能达到期望的位置，但由于其自由度不足，无法自动调整抓水果使用的夹持器的方向。当果实位于一个障碍物（如树枝）的后面时，由于机械手/手臂没有能力调整手爪的方向，导致该夹具可能无法抓紧水果，意味着将有一部分水果无法被机械摘取，只能让机器人处在一个更理想的位置后再来摘取这些水果。
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若采用一个五自由度或六自由度的机械手，就具备调整手爪方向的能力。除了到达指定的位置，一个五自由度的机械手臂还可以同时俯仰和偏斜。而六自由度的机械手臂还可以提供横摇运动。然而，即使有足够的自由度，提供位置和方向，一些生长在树冠内部深处的水果摘取仍然是一个难题。在这种情况下机器人和需要采摘的水果之间可能会有一些障碍。即使机器人有能力调整方向，一个基本的五自由度或六自由度的机器人的问题是，只有两个不同的手臂姿势能够达到理想的位置和方向。这两个姿势通常称为肘上和肘下，是数学和运动学的直接结果。当机器人的机械手臂碰撞到果树时，就有可能损害果树，甚至是机器人本身。
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更好的解决办法是：采用比完成导向、定位任务所需要的自由度至少多一个的机械手。这些类型的机械手被称为多余机械手。冗余的手臂既能够提供位置和方向，又可以提供无限数量的姿势。这使得调整机器人的姿势很频繁，以避免发生碰撞，或更有效的定位摘取水果。
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除了机械手以外，抓水果主要涉及的机械设计问题的是夹持器。夹钳的基本需要是适度抓紧水果，以便移动。目前有两类基本夹持器设计：手状夹持器和吸盘状夹持器。手状夹持器的手指运用合适的压力将水果夹住。吸盘状夹持器使用一个或几个小吸盘吸住水果。这个想法是利用真空负压来吸住水果。这些基于压力的夹持器设计，太多的正面或负面的压力都会造成水果的损坏，当没有足够的压力时，可能导致水果在移动中掉落。
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（2）视觉伺服
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基于视觉技术的水果采摘机器人关键是与机器人的检测算法相配合。这个概念是使用有关从视觉系统中得到的信息转化为控制指令，用于控制机器人系统到达所需的位置，并执行所需的行动命令。这被称为视觉伺服。
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相机得到的二维图像信息（x和y），其中包含水果的位置坐标必须转变为一个三维位置（x，y和z）信息，以准确定位水果的位置。例如在图8-9中可以看到水果的检测位置。
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图8-9 水果的检测位置
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解决缺少从相机到图像场景的距离信息的方法：如果距离（z）是已知的图像中的特定的像素，那么相应的x的位置和y的位置可由公式8-1确定。xc
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果园机械与设施
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重要的是要注意到，每一个图像的像素位置，可能会有一系列与之相关的不同位置，因此，确切的空间位置取决于如何确定准确的距离。在低精度距离内得到所需的位置信息x和y也将是低精度的。信息的距离方程8-1可以从许多方面得出，下面介绍三种基本方法。
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第一种也是最常用的方法，是使用一个像超声波传感器或光电传感器之类的距离传感器。这些传感器通常可以只返回一个单一的距离就可以读取到一个点或地区的具体信息。也就是说，它们不能提供所有的图像像素的确切范围，但它们能够在最好的指定时间点提供一个精确距离，可以作为一个平均距离现场使用。由此产生的三维坐标将不会对整个现场的精确度产生影响，通常这种设置可以提供一个良好的估计。
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第二种方法是通过立体成像。一个立体相机也可以用同样的方式得到平均距离现场图像。立体影像的使用不要求使用距离传感器，因为信息的使用范围是通过立体图像处理算法来确定，但其成本日趋增加同时需要更多的计算时间。
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第三种方法也是最准确的方法，整个图像场景使用一个扫描传感器，这些传感器通常使用激光测距传感器，可以重新定位。激光扫描基本上是从各种方向来提供二维区域中的数据。二维扫描系统可以向上和向下扫描来提供一系列三维图像数据。虽然这个系统可以提供更精确的方程8-1，但笨重而缓慢，因此一般不在柑橘实际收获中应用。
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一旦将检测到的水果位置转变到图像的三维空间环境中，下一步就是使用这些三维坐标来伺服机器人了。三维信息来伺服机器人的方法是通过将开环控制中的三维坐标提供给机器人控制器，并以此来伺服机器人，不需要与任何的水果检测算法发生作用。这就产生了最简单的伺服机器人的方法，但它也是最不可靠的。影响这个方法的主要问题是，水果的位置经常发生变化，例如风、果树振动、树冠上其他水果的去除等等因素。如果水果是在某一时间、某一地点被检测到，那么它很可能是由该机器人定位于预先定位好的位置，而水果可能已经不在刚才的位置了（在同一树冠上，一部分水果的采摘会影响到该树冠上剩下水果的位置）。此外，水果的检测位置仅允许如方程8-1一样的精确度，任何超过允许误差范围内的水果位置将导致错误的x和y位置。这些情况的发生将意味着其他水果不能被正常采摘。
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开环控制系统所产生的问题，可以使用反馈控制来解决。在这个方案中目标水果的位置信息不断更新，以提供最准确的位置坐标伺服控制机器人。虽然这个想法可以比开环控制提供更强大的采摘算法，但也比开环控制复杂得多。使用视觉伺服反馈控制有两个需要解决的主要问题。第一，跟踪目标水果。虽然这种想法似乎很简单，但是重要的是照相机只会简单连续捕捉图像。因此，为了追踪对象，算法的设计必须找到位于不同图像之中的相同对象。典型的跟踪算法连续使用图像对象的相对位移，同时使用诸如物体的形状和大小等特性，以确定每帧图片的对象是同一个物体。如果没有一个准确和可靠的跟踪算法就无法使用视觉伺服反馈控制。
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另一个重要的问题是伺服更新时间。为了设计一个可靠有效的反馈视觉伺服系统，要求水果的位置尽可能频繁地更新。较低的更新率和较少的被动反应将会使机器人系统和水果的位置发生改变。这也将使方程8-1的精确度进一步提高，因为水果的位置更新得越频繁，距离信息也将校正、确定得越频繁。
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跟踪算法在很大程度上依赖于机器人系统对图像的处理速度。一个复杂的图像处理算法可以在几十到几百个或更多的毫秒内完成。因此，即使在当今最快、最准确的计算机系统里，更新率也可以很容易地放慢到1秒10次。相比之下，一个标准的NTSC式摄像机大约每秒30幅图。若要使水果收获机器人更高效，那么更新率就得更快。对于给定的收获速度周期实验结果表明，每秒10次的平均更新率是机器人控制系统所需的，但如果更新率达到了每秒20次或30次，机器人收获系统在响应速度和可靠性方面都会表现出更好的结果。必须制定和实施不仅能够提供准确结果的水果检测图像处理算法，而且还要减少控制系统的计算时间，以便能够在几毫秒内提供一个可行的机器人收获指令。目前已成功研发的智能收获机器人系统如图8-10所示。
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图8-10 目前已成功研发的智能收获机器人
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西班牙科技人员也发明了一种柑橘采摘机器人。由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成。能从果实的大小、形状和颜色判断是否成熟。它的工作效率很高。另外，该机器人通过装有视频器的机械手，能对采摘下来的果实按大小同时进行分类。
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对于水平葡萄架的葡萄采摘机器人，视觉传感器一般为彩色摄像机，而用PSD（Position Sensitive Device）三维视觉传感器效果更好，该传感器侧装有激光光源，传感器接收目标物的反射光，从而检测出成熟果实及其距离的三维信息。它的机械手为二自由度极坐标型，终端执行器中的手指与剪刀采摘果实。
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3.水果收获机器人的发展
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（1）农业机器人作业对象的娇嫩性
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生物具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。此外，作业对象种类繁多，形状复杂，在三维空间里的生长发育程度不一，相互差异很大。
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（2）农业机器人的作业环境的非结构性
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由于农业作物随着时间和空间的不同而变化，机器人的工作环境是变化的、未知的，是开放性的环境。作物生长环境除受园地、倾斜度等地形条件的约束外，还直接受季节、大气和时间等自然条件的影响。这就要求生物农业机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理能力，而且还要能够顺应变化无常的自然环境。要求农业机器人在视觉、知识推理和判断力等方面具有相当的智能。
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（3）农业机器人作业动作的复杂性
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农业机器人一般是作业、移动同时进行，农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面等特点。
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（4）农业机器人的使用者
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农业机器人的使用者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点。
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（5）农业机器人的价格特性
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工业机器人所需要大量投资由工厂或工业集团支付，而农业机器人以个体经营为主，如果不是低价格，就很难普及。
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在农业生产中使用机器人有很多好处：可以提高劳动生产率；解决劳动力不足的问题；改善农业生产者的安全、卫生环境；提高作业质量等。
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目前，有些农业发达国家水果收获机器人的研究已经取得了很大的进展，但离实用化和商品化还有很长一段距离。法国是最早研究水果收获机器人的国家之一。日本近年来在收获机器人研究方面进展很快，但还没能真正实现商业化。荷兰收获机器人的研究工作也走在很多国家的前面，但研究的水果种类并不多。目前收获机器人还未得到真正应用的原因主要是：①果实的识别率和采摘率不高，损伤率较大；②果实的平均采摘周期较长；③收获机器人的制造成本较高。
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三、果园农情信息监测系统
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（一）果园农情信息监测系统研究对象
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果园农情信息，根据其基本监测区间的位置可分为地上生长环境信息和地下生长环境信息，前者是指对整个果园环境的区域性进行有限个体点进行监测，即以区域性监测为主，其中监测对象为环境温度、湿度、降雨量、风速、风向、光照强度、虫害发生情况等；后者则是对果树地下生长环境进行多点个体监测，即以点监测为主，具体包括土壤含水量、土壤温度和土壤电导率等。如图8-11所示。
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图8-11 果园农情信息分类及构成
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（二）果园农情信息监测系统工作原理
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1.WSN节点
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目前，应用于无线传感器网络的典型节点有中国科学院计算机研究所研发的GAINS（Global Actable Intelligent Networks）节点，美国Crossbow Technology Inc研发的无线传感器网络节点IRIS，美国Berkerly大学研发的Mica系列节点等。从节点处理的角度讲，无线传感器网络节点基本可以分为两类：一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器，该类节点的能量消耗比采用微控制器大很多，多数支持动态电压调节或者动态频率调节等节能策略，但其处理能力强，适合图像等高数据量业务的应用；另一类是以采用低端微控制器为代表的节点，该类节点的处理能力较弱，但是其能量消耗也很小。在选择节点上，考虑到智能环境监测系统的野外工作特性，要求低功耗长时间工作的需求，同时系统对处理能力要求不高时，选择了美国Crossbow Technology Inc研发的无线传感器网络节点IRIS节点。
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IRIS节点工作在2.4 GHz、支持IEEE 802.15.4协议，用于低功耗无线传感器网络，它由传感器模块、处理模块、无线通信模块和能量供应模块4个部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换，在一个节点提供了可扩展不同传感器的接口，所以可能包括多种传感器器件；处理模块负责控制整个传感器节点的处理操作，存储和处理本身采集的数据和其他节点发来的数据，包括了数据安全、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源供应模块为传感器节点提供运行所需的所有电源，节点通信架构如图8-13所示。
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图8-13 果园农情信息监测节点通讯架构
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节点组网基于星形拓扑结构。星形拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围测量节点通过无线传输模式连接起来的辐射式互联结构。这种结构目前广泛应用于中小型无线传感器网络。
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星形拓扑结构中，各节点与中央节点通过点与点方式连接，中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂。以星型拓扑结构组网，其中任何两个站点要进行通信都要经过中央节点控制。中央节点主要功能有：①建立设备通信物理连接；②维持两台设备通信通路；③拆除完成或不成功的通信通道。
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星型拓扑结构优点：网络结构简单，便于管理、集中控制，组网容易，网络延迟时间短，误码率低。缺点：网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重，容易成为网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。
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2.WSN网关
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在无线传感器网络应用中，网络仅仅实现分组传输功能是不够的，有时特别需要“网内数据处理”支持。在中间节点（如聚类的簇头、网关等）上进行一定的聚合、过滤或压缩，会有效减少频繁传送分组造成的能量开销和提高数据传输效率。因此，把一个全局网络划分成若干个局部的AS（Autonomous System）网络，网关在网络中起到对局部网络统筹和控制，同时对全局网络起到协调和连接的作用。嵌入式网关是建立在传输层上的协议转换器，连接WSN网络和GPRS移动网络两个相互独立的网络。网点在整个无线网络中具有唯一性，所有无线节点数据均发送给网关，并由其进行地址和协议转换，提取出有效信息数据重新封转成GPRS数据包后发送给移动网络；反之，移动网络数据也需由网关进行地址和协议转换后，才发送给WSN网络。总之，嵌入式网关是GPRS移动网络数据与WSN无线网络节点数据交换的中转站。图8-14是无线传感器网络网关的一个实例。
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图8-14 WSN网关
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3.远程监控实现
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基于无线传感器网络的智能果园农情信息监测系统包括部署在果园内的若干个农情信息监测节点、网关、远程数据库服务器和客户端，节点与节点、节点与网关之间通过无线通信模块进行双向信号通信和传输，从而实现无线自组网。节点通过传感器采集的信号进行数据处理和整合后，将采集信息编码为数据包并通过无线通信模块传输到网关，网关通过其上设有的GPRS无线通信模块将数据传送到远程数据库服务器，最后远程数据库服务器通过网络将数据包传送到客户端，客户端通过对数据包的解码，获取到监测的各项数据信号。考虑到对数据传输的高可靠性，网关与远程主机之间的数据传输采用的是面向连接的客户机一服务器模型，通过实现基于移动网络的远程监测中心软件子系统，授权用户可以通过移动公网登录系统对系统资源进行操作访问。图8-15是基于移动网络的远程监测中心软件子系统的实例显示。
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图8-15 基于移动网络的远程监测中心软件子系统
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（三）果园农情信息监测传感器
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1.土壤信息传感器
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土壤传感器通过探针深入到土壤当中，可以获取土壤的墒情信息，如土壤含水量、土壤温度、土壤电导率等。在土壤含水量测量方面，根据测量原理的不同，有不同的传感器，包括：①时域响应式土壤水分传感器（Time Domain Reflectometry，TDR）；②时域透射式土壤水分传感器（Time Domain Transmissometry）；③频率响应式土壤水分传感器（Frequency Domain Reflectometry，FDR）；④传输线震荡式土壤水分传感器（Transmission Line Oscillation，TLO）；⑤阻抗式土壤水分传感器；⑥电容式土壤水分传感器。不同公司的土壤水分传感器如表8-1所示，根据不同的使用场合和使用需求，各种土壤水分传感器有各自的应用方向。
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表8-1 不同土壤水分传感器
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根据智能果园农情信息监测系统的需求，在保证监测有效性和低成本的平衡考虑下，选取了美国Decagon公司的两款ECH2O土壤监测传感器EC-5和5TE。ECH2O传感器通过测量土壤的介电常数来计算土壤体积含水量。它是此类传感器中唯一对土壤盐度和温度效应敏感度相对较低的一种，而且耗电极少，从而更容易实现长期监测。同时，高分辨率（≤1%）使之能够精确测量每日甚至每小时的水分利用。其中EC-5只测定土壤含水量，成本较低，适合大范围布置监测；5TE能同时测定土壤温度，土壤含水量和土壤电导率，是综合反映区域土壤墒情的一体化传感器。
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ECH2O型土壤水分传感器EC-5（Decagon公司，美国）外形和测量范围如图8-16所示。EC-5土壤水分传感器外层物质受盐碱度的影响较小，便于掩埋土壤的不同深度，并且具有0.1%的高分辨率，可以长时间的测量，具体输出电压与土壤含水率成比例。EC-5传感器与其他同类土壤水分传感器相比，电压要求很低，在休眠状态不消耗任何能量，要完成1次测量，只需向其提供幅值为2.5V，电流为10mA，持续时间大于10ms的脉冲。采取这种方式可以降低系统的功耗，延长系统的生命周期。
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图8-16 EC-5土壤水分传感器
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ECH2O型土壤水分传感器5TE（Decagon公司，美国）外形如图8-17所示。5TE可同步测定含水量、温度、电导率，具有1%～2%的高分辨率。5TE传感器与EC-5土壤水分传感器不同，是数字式土壤传感器，工作电压为3.6～15V DC，0.3mA稳定工作电流，在休眠状态不消耗任何能量。5TE出厂时采用5点校准，确保其在各种土壤条件下正常工作。此外，该传感器耐腐蚀，可以测定高盐度土壤，且具有电压调节功能，是一种智能化的传感器。
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图8-17 5TE土壤水分传感器
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2.空气温、湿度传感器
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温、湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。市场上的温、湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。本系统适用电阻式数字温湿度传感器DHT11，如图8-18。温度测量范围-40～123.8℃，精度±0.3℃；湿度测量范围0～100%RH，精度±2.0%RH，响应时间8s。
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图8-18 空气温、湿度传感器和降水量传感器
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考虑到温、湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用，也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的空间太大，应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m时，建议选用频率输出信号的温、湿度传感器。
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3.降水量传感器
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降水量传感器是用来自动测量降水量的仪器，主要由承水器、过滤漏斗、翻斗、干簧管、底座和专用量杯等组成。降水通过承水器，再通过一个过滤斗流入翻斗里，当翻斗流入一定量的雨水后，翻斗翻转，倒空斗里的水，翻斗的另一个斗又开始接水，翻斗的每次翻转动作通过干簧管转成脉冲信号（1脉冲为0.1mm）传输到采集系统。系统采用MTR-02雨量计，如图8-18。分辨率0.2mm，测量范围0～2.4mm/min，工作环境温度0～60℃，工作环境湿度〈95%RH（40℃），承水口直径159.6mm，刃口锐角45℃，高度260mm。
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4.风速传感器
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风速传感器可连续监测上述地点的风速、风量（风量=风速×横截面积）大小，能够对所处巷道的风速、风量进行实时显示。系统所用风速传感器如图8-19所示。测量范围0～60m/s，测量精度±2%；输出信号为脉冲信号，每圈输出8个脉冲，6个脉冲代表1m，信号传输距离〉100m；启动风力〈0.2m/s，风碗直径50mm，供电电源DC 5～24V，工作温度：-40～85℃。
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图8-19 风速传感器和风向传感器
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5.风向传感器
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风向的测量单位，用方位来表示。如陆地上，一般用16个方位表示，海上多用36个方位表示；在高空则用角度表示。用角度表示风向，是把圆周分成360°，北风（N）是0°（即360°），东风（E）是90°，南风（S）是180°，西风（W）是270°，其余的风向都可以由此计算出来。使用风向传感器，采用绝对式格雷玛盘编码，以光电信号转换原理，可以准确地获取对应的风向信息。本风向传感器用来测量近地风向，如图8-19。测量范围16个方向（360°），测量精度±2%，输出信号开关信号，信号传输距离〉100m，电位引线9芯（公共、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北），供电电源DC 5～24V，工作温度-40～85℃。
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6.光照强度传感器
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一个被光线照射的表面上的照度（illumination/illuminance）定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dΦ，则此面元上的照度E为：E=dΦ/dS。照度的单位为lx，1lx=1lm/m2。照度表示物体表面积被照明程度的量。夏季在阳光直接照射下，光照强度可达6万～10万lx，没有太阳的室外为0.1万～1万lx，夏天明朗的室内为100～550lx，夜间满月下为0.2lx。采用光照传感器就可以获取这些自然光照的范围，采用先进光电转换模块，将光照强度值转化为可识别的数据。系统使用的光照强度传感器如图8-20所示。光照强度传感器以光敏传感器为基础元件，可测量范围为0～1000000lx，分辨率为1lx，DC5V供电，光感范围以可见光为主。
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图8-20 光照强度传感器
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表8-2 环境信息传感器的性能参数
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（四）果园害虫监测
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1.红外感应式害虫感知器
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为实现对果园区域性虫害发生前的有效监测，必须设计开发一种适用于果园环境特点、成本较低的成虫感知器，在果园范围内大量部署，采取多点测量的方式，实现对果园监测面积的有效覆盖。图8-21为国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学团队研制的橘小实蝇成虫感知器。
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图8-21 橘小实蝇成虫感知器外观
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其内部结构主要由一个成虫进入机构和装有成虫引诱剂的容器组成，其中成虫进入机构如图8-22所示。
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图8-22 感知器成虫进入机构内部结构
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该结构主要由圆锥形成虫入口通道和TCRT5000型红外感应式传感器组成。虫口通道长度3cm、通道口检测区域直径1cm、通道孔壁的颜色为白色；在虫口通道入口2cm处安装有1组红外反射式光电传感器。红外感应式传感器内部是由光电耦合开关电路组成，在给定一定激励电压条件下，耦合开关红外发射器会持续发射红外光，当有橘小实蝇成虫从传感器的有效工作距离范围内经过时，会把一部分的红外辐射量反射回红外接收器，致使红外接收器的阻值随其接收红外辐射照度的改变而调整，利用这一特点可设计外围检测电路测量接收器两端的电压从而实现对成虫通过的检测。根据该传感器工作特性，设计完成了橘小实蝇成虫感知检测电路，其工作原理如图8-23所示。
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图8-23 感知器检测电路设计原理图
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由图8-23感知器检测电路设计框图可知，该检测电路主要由传感器匹配电路、电压跟随器电路、差分放大电路和迟滞比较器电路4部分组成。检测电路设计中引入了电压跟随器电路主要是利用其高阻抗输入，低阻抗输出的特点，能较好地解决后续滤波电路与前端传感器检测电路阻抗匹配的问题；为了消除外界光线变化和橘小实蝇成虫在虫口检测区域随机运动引入干扰问题，检测电路中分别采用差分放大电路和迟滞比较器电路设计。在橘小实蝇成虫发生盛期试验检测结果表明，该感知器检测误差最低约为3%，误差最大仅为8%。
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2.基于机器视觉的害虫感知器
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昆虫生态学研究表明，害虫种群分布、虫龄及雌雄性个体密度等生物学特征也是害虫信息检测十分重要的参数信息。针对上述提出的害虫生态学参数信息，害虫感知器设计应尽可能多包容更多维数的害虫特征信息，提高信息获取的效率，国内学者探讨利用机器视觉技术在实现害虫发生期虫口数量检测的同时，开展了进一步实现提取上述重要特征信息的实践。图8-24为国家柑橘产业技术体系机械研究室华南农业大学团队研制的基于机器视觉的橘小实蝇成虫监测装置。
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图8-24 橘小实蝇成虫视觉检测平台
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该视觉感知器采用橘小实蝇成虫诱捕器、数据采集器与图像传感器3部分装配集成，通过在诱捕器虫口上沿遮光罩上加装焦距3.5mm工业级CMOS图像传感器，将成像位置对焦于捕虫器圆形虫口区域，采集图像时橘小实蝇成虫经过虫口的过程可以完全被捕获，整个诱捕器外部加装遮光罩遮挡，可以减少外界光照变化对图像采集质量影响。
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设计的诱捕器视觉检测区域主要由圆形虫口（背景）与橘小实蝇成虫（前景）2部分构成。为了精确计量橘小实蝇成虫进入诱捕器虫口的数量，枚举了其在虫口的活动行为的各种情况，采用运动目标轨迹跟踪思想，实时检测并保存成虫在视觉检测区域内运动轨迹坐标位置，通过比较其在视觉检测区域出现的首、末帧坐标与虫口坐标区域的位置关系，实现橘小实蝇成虫虫量检测。根据橘小实蝇成虫与圆形虫口区域位置关系，将成虫在视觉检测区域的运动过程划分为4种情况，如表8-3所示。
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采用基于团块的目标跟踪算法，基本原理是把图像按橘小实蝇成虫、背景或者其他区域进行分割，并且把视频帧图像中的每一只成虫作为一个整体以团块的形式进行标记，在跟踪过程中始终只关注成虫的位置和面积，并不对成虫内部进行任何处理。团块跟踪模块由团块检测模块、团块跟踪模块和轨迹生成模块3部分组成，其工作处理流程如图8-25所示。
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表8-3 橘小实蝇成虫运动轨迹划分及各运动轨迹活动情况
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图8-25 基于团块的橘小实蝇成虫目标跟踪算法处理流程
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本装置在华南农业大学资源与环境学院橘小实蝇成虫饲养室进行了性能检测测试，试验采集的图像分辨率为640×480像素。从试验的轨迹记录文件中导出了视频采集中序号标记为2、3、4、5的四种具有典型代表性的成虫运动轨迹坐标，并绘制成相应运动轨迹。
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根据运动轨迹，结合表8-3中橘小实蝇成虫运动轨迹划分准则，可以判断成虫的运动状态。
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（五）果园农情信息监测系统发展趋势
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随着现代信息技术、生物技术和工程技术的快速发展，基于信息技术、机电技术、农学知识和管理决策技术将有机融合于现代农业。智能果园农情信息监测系统作为“精细农业”概念在现代果园管理中的一种具体体现，其内涵和实施理念构筑在“时空变异”的果园综合数据采集、分析、处理、决策和执行上。
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智能果园农情信息监测系统的发展将系统的划分为感知层、传输层和应用层3个层面，其中，感知层主要利用多种传感和检测技术完成果园土壤结构、地形、土壤营养、含水量、病虫草害等影响果树生长的环境因素以及果树单体、小区域群体产量等信息的采集、捕获和识别等；传输层主要通过无线传感器网与现代通信网络实现果园监测和精确作业控制信息的传送；应用层主要采用远程人机交互或机器伺服的方式实现果园区规划、病虫草害的报警与预测、果树单株的健康状况快速无损监测、农药化肥施用量处方图的获取、病虫害防治、水果产量估计与预测和检疫管理系统等生产应用。
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主要参考文献
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何勇，赵春江.2010.精细农业[M].杭州：浙江大学出版社.
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李宝筏.2003.农业机械学[M].北京：中国农业出版社.
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李民赞.2008.精细农业特征、现状与发展[J].农机市场（3）：38-41.
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李震，Wang N，洪添胜，等.2010.农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计[J].农业工程学报，26（2）：212-217.
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文韬，洪添胜，李震，等.2011.基于机器视觉的橘小实蝇运动轨迹跟踪与数量检测[J].农业工程学报，27（10）：137-141.
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序二
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前言
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第一章 绪论
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一、果品产业在社会经济发展中的作用
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（一）提高人民生活质量
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果品是人们日常生活中不可缺少的食品之一，它含有丰富的碳水化合物、有机酸、维生素和无机盐，因而成为人类的重要营养源。水果还以其特有的香气和色泽刺激人们的食欲，促进消化，增强身体健康。然而，目前中国人均水果年消费量与发达国家存在很大差距，以柑橘类水果为例，2006年中国人均消费26.2kg，与美国122.2kg、日本54.4kg、法国185kg相比还有差距。研究表明，水果在保持心血管健康、增强抗病能力及预防某些癌症等方面，起着十分重要的作用。增加水果的摄入有助于降低口腔癌、乳腺癌、胰腺癌、结肠和直肠癌等癌症的发病率；此外，水果的摄入可以降低血清密度脂蛋白水平，减少冠心病的发生；水果还调节机体的酸碱平衡环境，增加骨密度。鉴于中国居民新鲜水果的摄入量还远低于发达国家，应进一步加强人们对水果营养价值的认识，加强居民的健康教育，促进人们合理食用水果。随着居民收入的增加和生活水平及人们健康意识的不断提高，居民对水果的需求将不再满足于数量上的增长，而将对水果的种类、质量提出更高的要求，对各种优质、安全的水果及水果加工制品的消费需求将不断增加。因此，发展果品产业，能够提高人们对果品的需求，提高人民生活质量。
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（二）增加农民收入
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随着农村产业结构的调整，果树种植面积不断扩大，产量和品种不断增加。目前果品产业已成为许多地方的支柱产业，成为增加农民收入的新亮点。据调查，在中国脐橙之乡之一的江西省信丰县，2005年全县农民人均纯收入3149元，人均脐橙收入560元，占全年纯收入的17.78%；信丰县嘉定镇马路坑村（被称为“赣南脐橙第一村”），2005年全村人均收入3450元，其中来自种植脐橙的收入2160元，占全年收入的比重约62.61%。根据信丰县脐橙产业发展规划，预计到2012年全县农民脐橙人均收入将达到5500元。因此，完全有理由相信，随着果品产业的发展，果品收入在农民收入中的比重将会越来越大，在主产区和优势产区，果品将成为果农的主要收入来源。
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（三）出口创汇
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在农产品国际贸易中，果品的贸易总额排在第一位。据统计，2009年，中国累计出口果品541.2万t，比2008年增长7.9%；出口金额43.5亿美元，同比增长2.8%。从出口结构看，鲜、干果品占56.6%，加工品占43.4%。出口的主要水果产品为苹果、柑橘和梨。其中苹果出口117.4万t、7.13亿美元，分别比2008年增长1.8%和2.7%；柑橘出口111.3万t、5.93亿美元，分别比2008年增长29.1%和35.7%；梨出口46.3万t、2.21亿美元，分别比2008年增长3.6%和2.8%。出口国家和地区由2002年的120个增加到2009年的148个。尽管遭遇了全球金融危机冲击，中国水果出口仍然保持稳定增长，中国水果在国际贸易中的比重稳步扩大。中国在加入世界贸易组织（WTO）后，在不少农产品出现贸易逆差的情况下，2009年水果进出口贸易仍然保持顺差23.7亿美元。虽然，近年来水果市场竞争越来越激烈，但因中国水果生产成本较低，在竞争中仍处于有利地位。另一方面，由于种种原因所造成的国内水果及水果加工品的供需矛盾仍然十分突出，为此，国家每年需要花费大量的外汇进口水果及水果加工品，2009年进口水果256.8万t，同比增长35.5%，进口金额19.8亿美元，同比增长35.6%，以满足国内消费者的需求。因此，水果产业的发展，不仅可以增加水果及加工制品的数量，出口创汇，而且还能满足国内消费者的需求，减少进口，节约外汇。
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二、果树生产的特点
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（一）果树的生长周期特点
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果树是多年生植物，寿命长，一生中要经历种子（幼苗）、幼树、初果、盛果、衰老等几个阶段：年生长周期包括萌动、开花、抽梢、结果、休眠等几个时期，其生长周期与农作物相差较大。
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（二）果树的生产和管理特点
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果树的生长周期特点决定了生产和管理与农田作物有较大差别。栽植果苗时往往要挖沟或挖穴；果树多年栽培，病虫为害有积累效应，病虫也容易形成抗药性，兼之果树高大，对喷雾装置有特殊要求；一些果树结果迟，有的甚至多次结果，给采摘和收获果实带来困难；水果富含水分，组织柔软，含糖高，在采摘、贮运过程中易受损伤和腐败霉变；果树多种植于丘陵山地，管理难度大，劳动强度高。因此，生产者应结合果树的生长周期和生长条件等特点，利用各种现代化的机械和设施，采取科学的技术手段和方法，对果树的生产过程进行正确有效的生产和管理，实现果品的丰产高质。
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果树的生产管理特点决定了现代化的水果生产是高投入的生产，技术要求高，而且各项作业劳动强度大，随着水果生产的不断发展，人们越来越需要在水果生产中实现机械化，以提高水果的产量和品质，降低工作人员的劳动强度和生产的经济成本。果树生产机械化包括果树种苗的培育，果园的建立，果树的种植、植保、修剪、灌溉，果实的采摘和运送等。
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三、发展果园机械与设施的意义
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（一）降低果农劳动强度
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水果产业是一个劳动密集型和技术密集型产业。目前，中国水果生产和加工的许多环节，尤其是果园管理还是以人工作业为主，工作环境差，劳动消耗大，生产效率低。因此，在水果生产中，特别是在产中大量使用机械装备，不仅能够大大降低果农的劳动强度，改善生产条件，而且还能解决劳动力季节性短缺的问题。
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（二）提高农业资源利用率
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发达国家的水果生产发展历程表明，发展果园机械与设施，能有效节约资源，提高农业资源的利用率，减少环境污染。例如，在果园对果树进行的各项管理作业中，采用滴灌技术与装备，能节约用水，减少水资源浪费；利用机械对果树进行施肥和喷药，不仅有利于深施肥料和均匀用药、用肥，而且还能够提高肥料、农药的有效利用率，同时降低农药、化肥对水土资源的污染，保护生态环境。此外，还能减少水果中的农药残留量。由此可见，实现水果生产机械化对提高农业资源利用率、确保水果质量安全和改善生态环境将发挥重要作用。
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（三）提供优质和安全的果品
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果园机械与设施的应用，可以实现水果标准化生产，控制水果生产过程中的施肥、施药量，降低农药、化肥在土壤和果品中的残留量，确保水果安全生产，获得优质和安全的果品。同时为果树生长提供了较好的生长环境与条件，提高了防御自然灾害和病虫草害的能力，使水果的产量和品质得以提高，进一步增加果农的收入。
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（四）促进新农村建设
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果园机械与设施的应用，能促进果园的土地流转，实现规模化经营，提高效益，美化新农村；将成为农技人员、果农学习与掌握新技术、新知识的平台，对进一步提高农民的素质，促进新农村的文化建设，意义重大；能大大降低果农的劳动强度，使果农能体面地在果园里工作，进一步提高果农的幸福指数。机械化、规模化和标准化的果园，是水果主产区社会主义新农村建设的重要组成部分，它将成为乡村旅游观光的重要景点，成为青少年科普教育的重要基地，同时可直接增加农民的收入，对缩小城乡差别和扩大城乡交流等起重要的推动作用。
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主要参考文献
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崔朝辉，周琴，胡小琪，等.2008.中国居民蔬菜、水果消费现状分析[J].中国食品与营养（5）：34-37.
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中国果品流通协会.2011.我国水果产业发展状况及柑橘产销形势分析[J].果农之友（1）：3-5.
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中国农业年鉴编辑委员会.2010.中国农业年鉴[M].北京：中国农业出版社.
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第二章 苗圃育苗机械与设施
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一、苗圃田间作业机械
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（一）筑床机
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1.筑床机的结构 筑床机的结构如图2-1所示。
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图2-1 筑床机的基本结构
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开沟犁安装在机架大梁的两端，用安装位置的高低来调节开沟的深浅。犁体曲面为窜垡型并有一定翻土能力。
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旋耕器的工作部件是刀片。刀片安装在刀管轴上，其动力来自拖拉机的动力输出轴，通过减速箱、传动箱和刀管轴等传动件。旋耕器还设有罩壳起碎土和防止土块飞扬的作用。
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整形器多为板式，分上整形版和侧整形板。有些整形板上装有调压弹簧，可根据整形效果进行调整压力。侧整形板可作上下调整和倾角调整，以适应畦边整形要求。
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2.筑床机的使用注意事项
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（1）作业前应对连接螺钉进行紧固。对润滑点应进行注油润滑。对开沟犁要根据要求初步调整耕作深度。
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（2）在试耕过程中，调整好开沟犁的耕作深度和整形板的位置。
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（3）作业时要注意旋耕器的工作情况，如刀片停止转动，则表明传动轴上的安全销被剪断，应及时更换。若旋耕器堵塞应及时排除。为保证安全，排除故障时，必须在拖拉机熄灭后进行。
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（二）起苗机
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1.起苗机的一般构造
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起苗机有拖拉机悬挂式和牵引式两种，以悬挂式居多，悬挂式起苗机由起苗铲、碎土装置和机架三部分组成。
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起苗铲是起苗机的主要工作部件，它完成切土、切根、松土等作业，有固定式和振动式两种结构类型。
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（1）牵引式大果苗挖掘种植机 大果苗挖掘种植机，如图2-2所示，其工作原理是：采用四个液压油缸驱动抓铲，插入要挖掘树苗的四周，切断周围的根系，形成一个由树根和泥土组成的锥形树根部。抓铲插入的深度，一般在0.5～1.3m之间，为了减少抓铲插入阻力，机器上安有两个水箱，利用水的自重为四个抓铲滴水。一旦树根部的锥形穴形成，液压装置就会锁住抓铲，树苗即可被提起离地，转移至种植地点。
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图2-2 液压控制的大果苗挖掘与种植机械
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（2）转盘式小果苗种植机 对于较小的果苗，其种植机如图2-3所示，它是一台半机械化的转盘式小苗种植机，种植时，需要人工协助将小果苗放到夹苗器上，当夹苗器转到与地面接触时，在滑道的作用下自动将果苗松开并栽入沟里。
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图2-3 转盘式小果苗种植机
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（3）固定式U形起苗铲 固定式最常用的是U形起苗铲如图2-4所示。它在一个底刀刃和两侧的侧刀刃的共同作用下切开土垄，切断主根和侧根，底刀后部的抬土板可使土壤抬起落下，以疏松苗木根部的土壤。
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图2-4 固定式U形起苗铲
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（4）振动式起苗铲 振动式起苗铲由振动刀片、吊杆、曲柄连杆机构等组成，振动刀片为一平面刀片，用四根平行吊杆吊在机架上，利用曲柄连杆机构带动做往复运动。振动式起苗铲的优点是工作阻力小，不粘土，松土性能也比较好，但结构比较复杂，制造成本比较高。
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碎土装置用于抖落苗木根部的土壤，便于苗木的收集和包装，它安装在起苗铲后部，有杆链式、振动栅式、旋转轮式等结构型式。
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杆链式碎土装置由用链条联接在一起的横杆组成，如图2-5所示。为了加强抖土作用，常采用椭圆形链轮来带动链条做抖动运动。作业时，拖拉机的动力输出轴驱动链轮向后旋转，链条即带动横杆一起做上下抖动。当起苗铲掘起的带土苗木进入输送带后，即被往后方运送，并在链杆的抖动中清除苗木根部的土壤。这种碎土装置的碎土性能比较好，但在使用中一定要注意调节好输送链和拖拉机的速度。一般情况下输送链的线速度以拖拉机速度的1.3～1.6倍为佳，输送链速度太小会产生苗木堆积现象，太快则会影响碎土性能。
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图2-5 杆链式碎土装置
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振动栅式碎土装置是在起苗铲后部安装纵向栅条板，拖拉机动力输出轴输出的动力经曲柄连杆机构驱动栅条板做上下运动，从而抖落苗木根部的土壤。这种碎土装置的结构比较简单，其振动频率一般为360～480次/min，振幅为7～14cm，可以根据土质和苗木状况进行调节，以取得最佳的碎土效果。
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旋转轮式碎土装置是在起苗铲后部安装旋转碎土轮，如图2-6所示。碎土轮为圆柱形或圆锥框条形，直径一般为300～500mm。碎土轮由拖拉机动力输出轴通过万向联轴器驱动旋转。起苗时由起苗铲掘起的流动土垡，经碎土轮在下部回转击打，将苗木根部的土块打碎，苗木被抛落在地表，再由人工捡拾、分级、打捆。作业时，碎土轮的转速可由公式2-1计算确定：
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图2-6 旋转轮式碎土装置
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n=16.7kv/πD （2-1）
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式中：n——碎土轮转速（r/min）；
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v——机组行驶速度（km/h）；
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D——碎土轮平均直径（cm）；
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k——碎土系数，取4～8，土壤黏重、苗木为大苗取最大值，反之取最小值。
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2.起苗机的使用注意事项
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（1）起苗铲的刃口应保持锐利，若刃口厚度超过0.5mm或多锈时，应及时修磨。
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（2）起苗前应使起苗铲对准苗行，在距离苗床1～1.5m时，降落起苗铲。开始工作后，及时检查挖苗深度和机组行进的直线性，必要时停机调整。
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（3）当拔苗费力或有拉断根系现象时，应增大碎土角。若土壤疏松，碎土角可适当调小，以减少阻力。
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（4）拖拉机在转弯或转移作业点时，应将起苗机提升到运输位置。
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二、容器育苗生产设施与装备
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（一）育苗温室及环境调控装备
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1.育苗温室
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（1）温室的发展与作用 温室最早起源于中国，近现代意义上的温室发展于荷兰。目前，我国的温室栽培发展迅猛，与发达国家的差距逐渐缩小，正朝着现代化、大型化、专业化和自动化的方向发展。
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在我国，应用温室栽培有着悠久的历史。传统的温室栽培都是以保温、增温手段达到在寒季生产非本季节蔬菜的目的。在我国北方地区，很长时间内沿用着古老的土温室设备，温室栽培较缓慢。在国外，温室的发展速度比较快。尤其是荷兰，由于其地理位置关系，一年中植物的生长期短，为满足人民生活的需要，发展出了现代意义上的玻璃温室。
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目前，我国温室栽培的范围已不单是蔬菜生产，花卉栽培、果树栽培、林业育苗、水稻育秧等方面正成为温室栽培的发展方向。温室类型也由原始类型的土温室逐渐被功能更加完善的现代化双屋面大型单栋或连栋温室所替代，温室的管理也由人工手动操作向电子模拟计算机自动调控发展。温室能够充分利用太阳光、热能，并可以人为地保温、加温、降温、调温、补光、遮阴，是从事作物育苗及栽培的卓有成效的保护措施，可以打破生产季节性及低温、干旱、风沙等气候条件对生产的约束，能创造出适于作物生长发育的环境条件而人为调控植物的生产周期，获得相对较高的经济效益。
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（2）温室的分类 按照建筑材料，可分为土木温室、钢架温室、管材温室、玻璃温室、薄膜温室；按人为加温或不加温，可分为日光温室和加温温室；以温度状况，可分为高温温室、中温温室、低温温室（冷室）等；按建造的形式，分为单栋和连栋温室等；按用途不同，可分为观赏温室、生产温室和科研温室。
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下面以生产温室为例，介绍日光温室和加温温室。
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①日光温室 是以充分利用日光增温、保温防寒、不进行加温的温室。适用于没有加热供暖条件的地方。一般有单斜面日光温室（类似于一面坡日光温室）和立窗式日光温室两种。
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日光温室的建造方位为东西延长，南北朝向，南面为塑料大棚或玻璃板。由于玻璃屋面倾斜角度大，采光较好，而且空间小容易增温，屋顶及墙较厚，又有草帘覆盖防寒，故防寒保温条件较好。在春秋季进行生产效果良好。但是这种温室比具有加温条件的温室的温度要低得多，尤其是冬季时，最低温度仅能维持在2～5℃，比加温温室低10℃以上，因而室内培育的品种比加温温室少，产量比加温温室低。
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②加温温室 除充分利用太阳光热能外，还进行人工加温和防寒覆盖。这种温室需要取暖设备提高温度。
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（3）塑料大棚
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①大棚的发展 塑料大棚是随着塑料薄膜应用于农业生产中而发展起来的一种温室形式。
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塑料薄膜是大棚覆盖的主要材料。塑料薄膜广泛应用于农业，是随着现代化学工业尤其是高分子聚合物——聚氯乙烯、聚乙烯的发展而产生的。日本及欧美国家20世纪50年代初期应用薄膜覆盖温床获得成功，随后又覆盖小棚及温室也获得良好效果。我国20世纪90年代早期引进聚氯乙烯农用薄膜，首先在北京用于小棚覆盖蔬菜，获得早熟增产的效果。
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②大棚的结构类型及其发展方向 大棚主要是用竹木杆、水泥杆、轻型钢管或管材等材料做骨架，分别作为立柱、拱杆及压杆进行固定，然后覆盖塑料薄膜而成的。
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单栋大棚的形式主要有拱圆形和屋脊形两种。连栋大棚覆盖的面积大，土地利用充分，棚内温度高、稳定温度变化的缓冲力强，利于进行规模化生产。但是，连栋的数目不宜过多，跨度不宜太大，因为棚内往往通风不好，高温环境有利于病害的发生，增大了管理的难度。
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目前，国内大棚的发展体现出的两种不同的方向。一种是薄壁钢管装配式大棚，这种棚型的结构具有一定的规格标准，结构合理、坚固耐用、装卸方便，容易拆迁换地，但是造价相对较高，是目前大中型苗圃所采用的结构。另一种是竹木结构的塑料大棚，由于其建造简便、成本低、投入小，在我国农村应用十分广泛。
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（4）荫棚 荫棚是现代化苗木生产中必不可少的设施，在保护苗木安全度夏方面起到十分重要的作用。
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①荫棚的作用 荫棚具有避免日光直射、降低温度、增加湿度、减少蒸发的作用。夏季时，苗木不能耐受温室大棚里的高温酷暑，需要移出保护设施，置于荫棚下养护，夏季嫩枝扦插及播种均需在荫棚下进行，刚上容器养护的苗木需要在荫棚内养护一段时间以度过缓苗期。
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②地点的选择 荫棚应建在温室、大棚附近地势高、通风和排水良好的地块。棚内地面铺设一定厚度的炉渣、粗沙或卵石，会有利于排除夏季降雨造成的积水。荫棚北侧应尽量空旷，以利通风。
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③分类 荫棚有临时性和永久性两类建造形式。临时性荫棚多在使用时搭建，秋凉后逐渐拆除，以竹木结构为主。永久性荫棚是固定设施，以钢材或水泥结构为主，其生产功能更加完善，修建时常设有灌溉（主要是喷灌）、排水设备（如图2-7）。
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图2-7 荫棚
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2.环境调控装备
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（1）加温设备
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①暖气加温 暖气加温是最理想的加温方法（如图2-8）。目前市场上有专供温室使用的供暖锅炉，一般分立式和卧式两种。卧式锅炉升温快，温度高，供应多栋温室效果较为理想。供暖有水暖和气暖两种方式。
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图2-8 暖气加热示意图
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②电热加温 电热加温是采用电热线、电加温管、电加温炉等设备进行小面积加热的方法，有使用灵活、方便的特点。
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目前，较为常用的方式是电热线加温。电热线加温需要电热线和自动控温两个部分。电热线有两种，一种是加热线外套塑料管散热，另一种是裸露的加热线。使用时，裸露的加热线需要进行绝缘防护。控温设备主要是继电器，当温度低于所需温度时，电路自动接通，达到温度后再自动断开。
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③热风加热系统 由加热器、风机、送风管和温度自控装置组成。空气被加热后由风机通过悬吊在温室上部的塑料薄膜管吹送到需要加热的区域。
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（2）降温设备
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①湿帘降温 湿帘降温是人工换气降温的改进形式，是湿帘和风扇组成的蒸发降温系统。其原理是水蒸发时的吸热效应。在温室或大棚的一面墙壁上垂直安装一片湿帘，在对面的墙上安装排风扇，将外面的空气经过湿帘抽入室内。
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②室内喷雾降温 在高温季节里，采用强制换气和喷雾相结合是使室内温度快速下降的有效方式。喷雾降温装置有两种：一种是室内旁侧底部管道的喷嘴向上喷雾，另一种是从上部向下喷雾。生产中，利用高压喷出雾状微小水滴降温的方法较为普遍（如图2-9）。
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图2-9 温室喷雾降温
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③遮光降温 由于光照会带来热效应，通过遮阴减弱光照强度可以降低室温。
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传统的遮光方法有覆盖苇帘、玻璃涂白等方法。目前，利用遮阳网遮光降温应用较为广泛。遮阳网是一种耐热的化纤纺织物，不同的孔隙、大小对应不同的遮光度。使用时，有单层和多层复合等方法（如图2-10）。
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图2-10 温室内遮阳降温
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（3）通风设备
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通风的目的是调节设施内部的温度、湿度和二氧化碳浓度。通风通常有自然通风和强制通风两种方法。
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①自然通风 自然通风即开窗换气，有天窗换气和侧窗换气两种方式。开闭天窗的操作方法有手动式、半自动式和全自动式。目前大多温室采用电动方式启闭。开闭侧窗的方式分为侧窗拉开式、侧窗开张式和卷开式。
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②换气扇强制换气 换气扇强制换气是利用换气扇的动力强行把室内空气排出去或者从外界将气吸进，以达到换气的目的。排气扇换气的方式包括谷间换气、肩部换气和开膛式换气三种。谷间换气是在连栋温室中相邻的部位（即谷间）设置换气扇的方式，适用于连栋温室，一般采用卷开式；肩部换气是在温室或大棚的两侧设置换气窗，其特点是对流通风的效果较好；开膛式换气应用于塑料大棚。
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（4）二氧化碳施肥装置
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在温室大棚的栽培环境下，空气条件往往比较密闭。日出后1.5～2h，绿色植物的光合作用达到峰值，设施内的二氧化碳会降至不足外界正常情况的20%。久而久之，必然会导致设施内的二氧化碳浓度被大量消耗后得不到补充而抑制光合作用的正常进行，进而影响到苗木的生产。
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因此，需要增加设施内的二氧化碳浓度以保证苗木正常的光合作用。
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设施内补充二氧化碳，可使用二氧化碳施肥器（如图2-11）。值得注意的是，虽然通风的方法能够达到空气流通的作用，但是大范围的通风会引起设施内的温度降低而使问题变得更加复杂。
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图2-11 二氧化碳施肥器
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密闭条件下使用二氧化碳气肥的注意事项如下：
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①以1000～1500mg/L为上限浓度进行增施。当二氧化碳浓度分析仪显示超标时，应及时停止。待密闭至少半小时后，通风并保温。
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②通过有机物燃烧获得二氧化碳气肥，随之产生一氧化碳、二氧化硫等有害气体，引起叶片卷边、发黄；使用液态或固态二氧化碳气化获得二氧化碳，会引起室温降低，且造价较高。购置二氧化碳气肥发生器（造价相对较高）或使用硫酸与碳酸氢铵发生反应（造价较低）的方法较为普通。
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③施用二氧化碳的时间，由季节、光照、温度及苗木种类决定。阴天及雷、雨天不施，气温低于12℃不施。最佳施用时间为，晴天上午10～11时，下午13时至14时30分。如果光照好、气温高、苗木肥水足，光合作用强，施用浓度应高一些；如果光照弱、气温低、肥水不足，光合作用弱，施用浓度应低一些。
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（二）容器育苗生产线及辅助设备
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1.容器育苗生产线
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容器育苗的主要设备包括轻基质的破碎和筛选设备，轻基质搅拌混合设备，轻基质的提升设备，精量播种生产线设备（其中包括轻基质充填、刷平、压穴、精量播种、覆料、刷平），喷水设备，运送设备，催芽室的加温、补光和增湿设备。
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容器育苗以机械化穴盘育苗技术最为先进。该技术以泥炭、蛭石等轻基质材料进行育苗，利用机械化精量播种，一次成苗。机械化穴盘育苗要求装备自动滴灌、喷水、喷药的设备，自动控温、调湿、通风的设施以及进行基质消毒、搅拌、装填、播种、覆盖、镇压、浇水等一系列作业的机械。
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2.容器育苗辅助设备
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（1）基质消毒机
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为防止育苗基质中带有致病微生物或线虫等，最好将基质消毒后再用。国外育苗基质的专业生产公司都是将基质消毒后装袋出售。国内目前还很少有基质专业生产厂家，使用的基质一般均自己配制。如果选用新挖出的草炭或刚刚烧制出炉的蛭石，可以不再消毒，直接混合使用。如果掺有其他有机肥或来源不卫生的基质，则需要消毒后使用。
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基质消毒机实际上就是一台小型蒸汽锅炉，国外有出售的产品。国内虽未见有产品，但可以买一台小型蒸汽锅炉，根据锅炉的产汽压力及产气量，筑制一定体积的基质消毒池，池内连通带有出汽孔洞的蒸汽管，设计好进、出基质方便的进、出料口，并使其密封。留有一小孔插入耐高温温度计，以观察基质内温度。
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（2）基质搅拌机
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购买的育苗基质或自配的育苗基质在被送往送料机、装盘机之前，一般要用搅拌机重新搅拌，一是避免原基质中各成分不均匀；二是防止基质在贮运过程中结块，影响装盘的质量。此时，如果基质过于干燥，还应加水进行调节。图2-12所示为常用的基质搅拌机（目前国内无专用基质搅拌机，暂用普通混凝土搅拌机替代）。
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图2-12 基质搅拌机
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（3）育苗穴盘
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育苗穴盘是工厂化育苗的必备容器，是按照一定的规格制成的带有一定数量最小型钵状穴泡沫或注塑的塑料育苗盘。育苗穴盘与机械化播种的机械相配合，因此其规格一般按自动精播生产线的规格要求制作，目前生产应用较多的为30cm×60cm。育苗穴盘中每个小穴的面积和深度依育苗种类而定。因此，在30cm×60cm的一张盘上有32、40、50、72、128、256等数量不等的小穴。小穴深度也各异，3～10cm不等。
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由于自动精播机的规格不同，对育苗穴盘的规格要求也不同；用途不同，其穴盘的形状和制作材料也有不同。例如，在形状上可制成正方形穴盘、可分离式穴盘等；在制作材料上有纸格穴盘、泡沫穴盘、塑料（聚苯乙烯）穴盘（图2-13）等。
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图2-13 塑料穴盘
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（4）自动精播生产线装置
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由育苗穴盘（钵）摆放机、送料及基质装盘（钵）机、压穴及精播机、覆土机和喷淋机等五大部分组成。这五大部分连在一起是自动生产线，拆开后每一部分又可独立作业。
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①育苗穴盘摆放机 将育苗穴盘成摞装载到机器上，机器自动按照设定的速度把育苗穴盘一张一张地放到传送带上，传送带将穴盘带入下一步的装基质作业处。
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②送料及基质装盘机 育苗穴盘传送到基质装盘机下，育苗基质由送料装置从下面的基质槽中运送到育苗盘上方的贮基质箱中，由控制开关自动把基质颠撒下来，穴盘下面的传送带也有一定的振动，使基质均匀地充满每个小穴。在传送的过程中，有一装置将多余的基质从穴盘上刮去。图2-14所示为TL700型基质填料机。
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图2-14 TL700基质填料机
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③压穴及精播机 图2-15所示，装满基质的育苗穴盘在送往精播机下方前，中间有一装置将每一个填满基质的小穴中间压一播种穴，以保证每粒种子能均匀地播在小穴的中间，并能保持一致的深度，以使覆土厚度一致，出苗整齐。压好穴的播种育苗穴盘被送到精播机下，精播机利用真空吸、放气原理，根据不同育苗穴盘每行穴数设计的种子吸管的管喙，把种子从种子盒中吸起，然后移动到育苗盘上方，由减压阀自动放气，种子自然落进种穴，每执行动作一次，播种一纵行。然后由传送系统向前运送。
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图2-15 精播机
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④覆土机 播完种的育苗穴盘被运送到覆土机的下方，覆土机将贮存在基质箱内的基质，均匀地覆盖在播过种子的小穴上面，并保持一定的厚度。
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⑤喷淋机 覆盖好基质的育苗穴盘被运送到喷淋机下，喷淋机将按照设计的水量，在穴盘的行走过程中把水均匀地喷淋到穴盘上。有些厂家的喷淋原理是育苗穴盘行至喷淋机下时，稍作停留，然后将整个穴盘一次性淋足水。完成整个播种过程的育苗穴盘被运送到催芽室催芽。图2-16所示为FL200型覆料淋水机。
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图2-16 FL200型覆料淋水机
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（5）催芽室
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催芽室的大小应根据生产规模而定，可以新建专用的催芽室，也可以由旧房改造而成。此外，为了节省生产成本可以考虑将催芽室一分为二，苗数量多时两个同时运用，苗数量少时只用其中一个。
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催芽室是为种子催芽而建，因此必须具备相应的功能，即自动调节温度、有相应的光照设备和喷雾装置。保证种子发芽对温度和光照的需求。
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恒温催芽室是一种能自动控制温度的育苗催芽设施。利用恒温催芽室催芽，温度易于调节，催芽数量大，出芽整齐一致。标准的恒温催芽室是具有良好隔热、保温性能的箱体，内设加温装置和摆放育苗穴盘的层架。催芽室的基本结构见图2-17。
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图2-17 催芽室的基本结构
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主要参考文献
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陈国元.2009.园艺设施[M].苏州：苏州大学出版社.
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陈润方.1996.农业生产机械化果蔬机械分册[M].2版.北京：中国农业出版社.
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高焕文.2002.农业机械化生产学：上册[M].北京：中国农业出版社.
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尤伟忠.2009.园林苗木生产技术[M].苏州：苏州大学出版社.
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仲子平.2009.园林机具的使用与维护[M].苏州：苏州大学出版社.
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第三章 果园建园与耕作机械
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一、果园平整机械
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（一）推土机
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1.推土机分类
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按行走方式，推土机可分为履带式和轮式两种。履带式推土机附着牵引力大，接地比压小（0.04～0.13MPa），爬坡能力强，但行驶速度低。轮式推土机行驶速度高，机动灵活，作业循环时间短，运输转移方便，但牵引力小，适用于需经常变换工地和野外工作的情况。
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按用途可分为通用型及专用型两种。通用型是按标准进行生产的机型，广泛用于土石方工程中。专用型用在特定工况，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和沼泽地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、船舱推土机、无人驾驶推土机、高原型和高湿工况下作业的推土机等。
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根据推土铲的安装方式可分为固定铲式推土机和活动铲式推土机，前者推土铲线与拖拉机前进方向互成直角，不能改变。后者推土铲线与机器前进方向在水平面的夹角及铲刀在垂直面内的位置都可以改变。
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按推土铲的操纵机构可分为液压式操纵和机械式操纵两种形式。
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2.推土机的一般构造
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推土机是由装在履带式或轮式拖拉机上的推土铲、提升操纵机构等组成，一般完成铲土、集土、运土、卸土等工作。
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推土机的型号较多，现仅以使用较广的东方红-75推土机为例说明推土机的一般机构。图3-2所示为东方红-75推土机，属于固定铲式推土机，它是在东方红-75拖拉机上配置了推土铲及液压升降操纵系统构成。液压升降操纵系统有双缸和单缸两种。双缸液压推土机稳定性好，铲刀入土能力强。单缸液压推土机大多利用拖拉机原有的液压缸。
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图3-2 东方红-75推土机
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双缸液压推土机主要由推土铲、液压缸、液压泵、分配器和横梁等部分组成（图3-2）。推土铲是铲运土壤的主要工作部件，主要由铲刀和铲壁组成。拖拉机的风扇皮带轮传动轴通过离合器带动液压泵工作，液压泵和发动机接合后便开始运转将油箱中的油不断输送到分配器。分配器的操纵杆有“提升”、“中立”、“压降”和“浮动”4个位置，可控制推土铲在需要状态下工作。液压缸为双作用型，用来控制推土铲的升降。
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横梁用来支撑推土铲。推土铲前端与液压缸活塞杆相连，后端与横梁连接，横梁用U形螺栓固定在拖拉机车架上。
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3.推土机的工作装置
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推土机的工作装置包括推土铲、顶推架和控制推土铲起落的装置。按照推土机铲刀安装的方式不同，推土机又可分为固定式推土机和回转式推土机。
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固定式推土机的工作装置如图3-3所示。由于推土装置与主机的纵向轴线固定成直角安装，所以，这种推土机也称为直铲式推土机。固定式推土机的主要结构特点是：推土铲、顶推架、斜撑杆铰接成一个刚性整体，调节斜撑杆的长度可以改变推土铲的切削角。这种推土机作业时只能进行正向前进推土，而不能进行侧向移土和侧向开挖。图3-4为回转式推土机的工作装置。顶推架制成整体弓形、前部尖端处与推土刀的后背中部铰接，通过改变斜撑的长度，推土铲除了可以在水平面向左或向右作20°～30°回转安装外，还可以在垂直平面相对水平面转动0°～9°角安装，推土铲的切削角还能在44°～72°之间进行调整。由于这种推土机的作业范围较宽，既适合平面作业，又可以根据作业要求进行一定深度的侧向开挖，适合在斜坡上横向作业，或用于除根、除荆，所以通常也称为万能式推土机，一般大型推土机工作装置都是回转式。
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图3-3 固定式推土机工作装置
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图3-4 回转式推土机工作装置
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在一些大中型推土机上多装有松土器，以扩大推土机的使用范围。松土器装在主机车架后部，是一种液压悬挂装置。液压松土器有两种结构形式，铰接式和平行四边形式，如图3-5所示。松土器由横梁、犁杆、犁刃、升降液压缸和铰座等组成。通过液压缸的作用可以使犁刃上升或下降。对于硬质土，可先采用二齿或三齿犁翻松，随后进行推土作业，可以降低推土阻力、提高作业速度。
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图3-5 松土器
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4.推土机的使用
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用推土机修筑梯田施工前，应注意先勘察地形，防止内侧陡壁塌方，或坡底因暴雨冲刷形成孔洞沉陷而造成机车侧滑翻沟事故。在山坡地上修筑梯田时，必须将坡上土壤向坡下推移并使梯田面有3°～4°的倾斜倒角，以防止水土冲刷（图3-6）。由于固定铲式推土机的推土铲与前进方向垂直，不能将自坡上挖下的土壤推向下坡，而且铲刀在垂直面内呈水平状态，不能形成倒角，所以不能用于修筑梯田，只能利用活动铲式推土机修筑梯田。
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图3-6 沿纵向坡面推土
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在山区修筑梯田时，由于施工场面狭窄，使用坡地交叉推土法（图3-7），把挖方区左上方的土料推至右下方的填方区，把挖方区右上方的土斜推至左下方的填方区，来回分段交叉推移土层。逐层下挖时，应先把机身放平，防止机车侧翻掉沟。铲切内侧土用刀角进行，切土深度不宜过大，并应把硬土推松后再向外侧推，要保持工作面呈外高里低状态。这样既符合修筑梯田要求，作业也更安全。操作推土机作业时，注意不要在大于30°的坡地上横向作业。当推土机向深沟推卸土方时，禁止铲刀超出沟边，后退空返时应先换挡后提铲，防止过早提铲引起前栽。推土作业时，严禁铲刀还在切土中时急剧转弯。
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图3-7 坡地交叉推土法
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铲刀应保持锋利，刀片在一面磨损后，可以翻过来使用。用钝后还可以堆焊修复。
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（二）挖掘机
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1.挖掘机的分类
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挖掘机的类型比较多，按其挖掘斗数量可分为单斗挖掘机和多斗挖掘机；按其结构特性分为正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机和抓铲挖掘机等；按操纵动力分为杠杆操纵挖掘机、液压操纵挖掘机和气动操纵挖掘机；按行走装置分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。其中，单斗反铲液压操纵小型履带式挖掘机在果园建园作业中应用最广。挖掘机按铲斗容量分，有小型、中型、大型三种。
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小型挖掘机的斗容量在1m3以下，中型的斗容量为1～4m3，大型的斗容超过4m3。果园建园主要用的是小型挖掘机，图3-8为一种小型履带式挖掘机的实物图。
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图3-8 一种小型履带式挖掘机
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2.单斗反铲液压挖掘机的总体结构
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（1）动力装置
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单斗液压挖掘机的动力装置，多采用直立式多缸、水冷、一小时功率标定的柴油机。
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（2）液压传动装置
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液压挖掘机采用液压传动来传递动力。它由液压泵、液压马达、油缸、控制阀及油管等液压元件组成，它采用液压分配器及各种控制阀来控制各机构的运动。
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图3-10所示为液压挖掘机基本组成及传动示意图。如图所示，柴油机驱动两个液压泵，把高压油输送到两个分配阀，操纵分配阀，将高压油再送往有关液压执行元件（液压油缸或液压马达）驱动相应的机构进行工作。
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图3-10 液压挖掘机的基本组成及传动示意图
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（3）回转机构
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回转机构（图3-11）使工作装置及上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料。单斗液压挖掘机的回转装置必须能把转台支撑在机架上，不能倾斜并使回转轻便灵活。为此，单斗液压挖掘机都设有回转支撑装置（起支撑作用）和回转传动装置（驱动转台回转），它们被统称为回转装置。
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图3-11 间接传动的回转传动
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①回转支撑 单斗液压挖掘机用回转支撑的结构形式分为转柱式和滚动轴承式两种。
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②回转传动 全回转液压挖掘机回转装置的传动形式有直接传动和间接传动两种。直接传动是在低速大扭矩液压马达的输出轴上安装驱动小齿轮，与回转齿圈直接啮合的结构形式；而间接传动是通过高速液压马达经齿轮减速器再带动回转齿圈的间接传动结构形式。间接传动结构紧凑，具有较大的传动比，且齿轮的受力情况较好。
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（4）行走机构
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行走机构支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务。挖掘机的行走机构有履带式和轮式两种形式，而履带式采用得更为普遍。
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单斗液压挖掘机的履带式行走机构的基本结构与其他履带式机构的大致相同，但它多采用两个液压马达各自驱动一条履带。与回转装置的传动相似，可用高速小扭矩马达或低速大扭矩马达。两个液压马达同方向旋转时挖掘机将直线行驶；若只向一个液压马达供油，并将另一个液压马达制动，挖掘机则绕制动一侧的履带转向；若使左、右两侧液压马达反向旋转，挖掘机将进行原地转向。
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行走机构的各零部件都安装在整体式行走架上。液压泵输出的压力油经多路换向阀和中央回转接头进入行走液压马达，该马达将压力能转变为输出扭矩后，通过齿轮减速器传给驱动轮，最终卷绕履带以实现挖掘机的行走。
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（5）工作装置
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铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构形式。动臂、斗铲和铲斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下，各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸料等动作（图3-12）。
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图3-12 反铲
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①动臂 动臂是反铲的主要部件，其结构有整体式和组合式两种。
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整体式动臂的优点是结构简单、质量轻而刚度大，其缺点是可更换的工作装置少，通用性较差，多用在长期作业条件相似的挖掘机上。
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组合式动臂由辅助连杆（或液压缸）或螺栓连接而成，上、下动臂之间的夹角可用辅助连杆或液压缸来调节，虽然使结构和操作复杂化，但在挖掘机作业中可随时大幅度调整上、下动臂之间的夹角，从而提高挖掘机的作业性能，尤其在用反铲或抓斗挖掘窄而深的基坑时，容易得到较大距离的垂直挖掘轨迹，提高挖掘质量和生产率。组合式动臂的优点是：可以根据作业条件随意调整挖掘机的作业尺寸和挖掘力，而且调整耗时少。此外，它的可互换工作装置多，能满足多种作业的需要，装车运输方便。其缺点是质量大，制造成本较高，一般用于中、小型挖掘机上。
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②斗铲 反铲用的铲斗形状、尺寸与其作业对象有很大关系。为了满足各种挖掘作业的需要，在同一台挖掘机上可配以多种结构形式的铲斗，图3-13为反铲用铲斗的基本形式和常用形式。铲斗的斗齿采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓联接式。
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图3-13 反铲常用的铲斗结构
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铲斗与液压缸连接的结构形式有四连杆机构和六连杆机构。其中的四连杆机构连接方式是铲斗直接铰接于液压缸，使铲斗转角较小，工作力矩变化较大；六连杆机构连接方式的特点是在液压缸活塞杆行程相同条件下，铲斗可获得较大转角，并能改善机构的传动特性。
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3.工作原理
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液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，而各部分的运动则通过液压油缸的伸缩来实现。
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图3-12所示为液压挖掘机最常用的工作装置——反铲装置。它由铲斗、斗杆、动臂、连杆以及相应的三组油缸组成。动臂下铰点连接在转台上，利用动臂油缸的伸缩，使动臂（亦即整个工作装置）绕动臂下铰点转动，依靠斗杆油缸使斗杆绕动臂的上铰点摆动，而铲斗铰接于斗杆前端，并通过铲斗油缸和连杆使铲斗绕斗杆前铰点转动。
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挖掘作业时，接通回转机构液压马达，转动上部转台，使工作装置转到挖掘地点，同时操纵动臂油缸，油缸小腔进油而回缩，使动臂下降至铲斗接触挖掘面为止。然后操纵斗杆油缸和铲斗油缸，油缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。斗装满后，将斗杆油缸和铲斗油缸关闭并操纵动臂油缸大腔进油，使动臂升离挖掘面，随之接通回转马达，使工作装置转至卸载地点，再操纵斗杆和铲斗油缸回缩，使铲斗反转进行卸土。卸完后，将工作装置转至挖掘地点进行第二次循环挖掘工作。
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液压挖掘机采用三组油缸使铲斗实现有限的平面运动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限空间，再通过行走液压马达驱动行走，使挖掘空间可沿水平方向间歇地扩大，从而可以满足挖掘作业的要求。
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二、挖穴机械
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（一）挖穴机的种类
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挖穴机按配套动力不同可分为悬挂式挖穴机、手提式挖穴机和手扶轮式挖穴机三种。在平地和缓坡丘陵地的果园中多采用轮式拖拉机悬挂式挖掘机，而在坡度较大山地果园或零星狭小地块的果园则多使用手提式挖掘机。近年来，我国农村出现了劳动力短缺、老龄化以及人工成本逐年增加的趋势，这一趋势使山地果园机械的省力化、轻简化研发成为热点，人们想方设法地研发结构简单、重量更轻、操作安全、作业劳动强度低、效率高的挖穴机，以适应山地水果生态化种植对穴施有机肥的需求，因此，一种采用双立柱铝合金升降装置的轻便式山地果园挖穴机被研制成功。
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轮式拖拉机悬挂式挖穴机示意图如图3-14所示。螺旋钻机通过液压悬挂装置挂接在拖拉机后部，拖拉机的动力输出轴驱动钻头旋转而实现挖穴作业。该挖穴机由变速器、钻杆、钻头等组成。钻头部分包括工作螺旋叶片、切土刀和钻尖。其工作原理是：由钻尖定位并切削中心的泥土，切土刀片在穴底水平切削中心的土壤，螺旋叶片把已被切削的碎土从底部向上输送到穴外。坑穴的大小由钻头的直径确定，坑穴的深度取决于钻杆上焊接了螺旋叶片的长度。该类挖穴机可挖掘的坑穴直径和深度可达1m。
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图3-14 拖拉机悬挂式挖掘机
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手提式挖穴机示意图如图3-15所示。它主要由汽油发动机、离合器、减速器、钻头和操纵部分组成。由于机器较轻，钻头尺寸较小，操作使用方便，多用于坡度较大的山地，挖掘的坑穴直径一般较小。手提挖穴机工作地点转移一般采用双人抬或单人背的方式完成。
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图3-15 双人式手提挖掘机
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手扶轮式挖穴机的配套动力是手扶拖拉机，由拖拉机的动力输出轴驱动钻头旋转，钻头下降和提升由人工操纵，其操纵方便性介于前两种之间。
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（二）轻便式山地果园挖穴机
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（1）挖穴机的功能与适用范围
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采用全铝合金的升降装置的挖穴机质量较轻，便于人力搬运上山，该装置实现了以机械机构代替人手对挖穴机进行操作，通过手动摇把转动手轮，以手轮内的钢丝绳通过小滑轮驱动滑动架上下移动，从而使挖穴机总成带动钻头上下掘进挖孔，实现省力化挖穴作业。该装置结构紧凑轻便，可配套30cm直径及以下的螺旋翼片钻头，易于搬运，操作简单。
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全铝合金双立柱升降装置控制的挖穴机适用于山地果园挖穴施肥、植树作业，解决山地果园施肥、植树之前的挖穴作业劳动强度大、效率低及不安全等问题。
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（2）全铝合金双立柱升降装置的整体结构
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全铝合金双立柱升降装置包括脚踏支架、立柱倾角调节齿条、锁紧手轮、立柱、辅助滑动架、油门、扶手、主滑动架、升降摇把、升降摇把轴、手轮轴衬套、升降摇臂轴锁销、手轮、钢丝绳、小滑轮、上固定支架、汽油机总成、汽油机动力总成吊架、滑动衬套、辅助把手、地轮升降摇把、地轮轴、地轮、下固定支架、手轮位置固定插销、手轮位置固定插销挂绳、齿条锁紧螺栓及转轴等组成（如图3-16）。为减轻整体重量，除钢丝绳及螺栓外，各部分材料均采用铝合金材料及PA尼龙制作。
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图3-16 一种用于挖穴的双立柱全铝合金升降装置
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其结构说明如下：
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两支全铝合金空心圆管立柱与上固定支架及下固定支架采用氩弧焊接连接，两支立柱的底部与脚踏支架以螺栓连接。脚踏支架与两立柱之间可进行角度调节，立柱的倾角由立柱倾角调节齿条的齿孔位置决定，通过调节齿孔位置改变立柱的倾角，可适应不同坡度的山地，使挖穴钻头以适当的角度进行掘进作业。倾角调节齿条有两支，分别布置在两立柱的外侧，齿条的转轴端与内置于脚踏支架的转轴紧固连接，保证两齿条绕转轴时左右两齿条的齿孔能同步进入锁紧螺栓轴，齿孔卡入螺栓轴后由锁紧手轮旋转紧固，使两齿条在挖穴机工作时能承受两立柱传递的力，加强立柱的强度和刚度。主滑动架采用铝合金板材，其中心加工有安装孔，挖穴机动力总成安装在其上；主滑动架两端加工有两圆孔，两圆孔内安装两滑动衬套，滑动衬套采用PA尼龙加工而成，其特性是具有较好的耐磨性和自润滑性，衬套的内孔与立柱的外径采用间隙配合，允许主滑动架上下滑动时与立柱之间有一定的相对摆动，避免滑动架在滑动过程出现较小的摆动时被滑动衬套卡死。辅助滑动架也采用全铝合金制作，与立柱配合的内孔同样内衬有与主滑动架相同尺寸与材料的滑动衬套，其作用是加强主滑动架的强度，同时限制钻头在工作过程出现过大的摆动，避免刮碰立柱、支架及操作者。上固定支架采用一定厚度、内空的方形铝合金型材制作，其上加工有方形及圆形安装孔，其上安装有手轮、升降摇把轴、升降摇把、升降摇臂轴锁销、钢丝绳、小滑轮，手轮用于卷收钢丝绳，通过升降摇把转动手轮，驱动钢丝绳，经过小滑轮，在垂直方向带动汽油机动力总成及钻头作上升及下降运动，为减轻重量，升降摇把轴采用升降摇臂轴衬套（PA尼龙）代替机械轴承；小滑轮也采用PA尼龙制作加工；升降摇臂轴采用全铝合金制作。手轮采用PA尼龙制作加工，其上加工有均匀分布的圆孔，用于手轮位置固定插销穿过上支架销孔插入该轮的某一圆孔，手轮卷收的钢丝绳使挖穴机总成悬停于某一位置。汽油机动力总成吊架与主滑动架用螺栓连接，在钢丝绳的驱动下汽油机动力总成及滑动架上下运动。双立柱上设有扶手，左侧扶手上安装汽油机油门手柄。在下固定支架上安装有地轮、地轮轴及摇把，通过摇动摇把升降地轮位置高度，一方面使挖穴机停放时不至于侧倒，另一方面人通过立柱上的扶手侧向拉动立柱，使两地轮着地，方便挖穴机在非工作状态时移动。在主滑动架上设有辅助把手，其作用是当挖穴机在挖掘硬实土壤时，通过辅助把手对动力总成施加下压力，提高对该类土壤的挖掘效率。
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（3）铝合金双立柱升降装置挖穴机的工作原理
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启动汽油机，操作者通过摇动升降摇把，挖穴机的钻头即可实现升降，旋转的钻头随着滑动架的下降掘进地面土壤，土壤被钻头挖出，掘进过程的速度由操作者通过升降摇把进行控制，当地面阻力较大时，以较慢速度降低滑动架，反之可以较快速度控制下降，钻头挖入深度由操作者控制升降摇把决定，同时也取决于实际需要的挖穴深度及升降架的最低限位；挖穴机不工作时，通过摇把限位块把升降架固定在最高位置，保证钻头有一定的离地高度；当整机需要移动时，降低两个地轮着地，通过向下固定架一侧倾斜，操作者可拉动整机移动到需要的位置继续挖穴。
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图3-17为挖穴机样机实地试验图片，该样机主要技术参数如表3-1所示。
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图3-17 挖穴机样机实地试验
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表3-1 全铝合金双立柱升降装置的挖穴机试验样机参数
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（三）挖穴机的工作部件
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（1）工作叶片
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工作叶片形式有螺旋式和叶片式两种。螺旋式工作叶片由具有一定螺距的螺旋叶片焊合在钻杆上形成，分单头螺旋和双头螺旋两种。单头螺旋式（图3-18a）结构简单，动力消耗少，重量轻，但工作稳定性差，多用于手提式挖穴机。双头螺旋式工作叶片（图3-18b），由于其切割刃对称，受力平衡，所以工作稳定性较好，但是重量大，制造工艺比较复杂，多用于悬挂式挖穴机。螺旋式工作叶片排土能力强，切割能力差，适用于无树根、无石块、低黏性、低硬度地块的挖穴作业。
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图3-18 螺旋式钻头
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叶片式挖穴机的工作叶片由两片可展开的圆锥面焊接在钻杆上构成，也可由切割叶片按螺旋线排列焊接在钻杆上形成（图3-19）。前者的切割能力强，排土能力弱，主要用于坑径大、坑深较小的挖穴作业；后者的入土能力及切割树根的能力都比较强，但排土能力较差，可用于植根较多、土壤较硬处的挖穴作业。
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图3-19 叶片式钻头
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（2）切土刀片
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切土刀片的作用是在坑底从水平方向切削土壤。刀片的形状、刃口厚度、刀片的强度和耐磨性等对挖穴质量和生产率有直接影响。
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双刃矩形刀片（图3-20a）磨损后可以将刀片翻转使用，也可以将左右刀片对调使用。梯形刀片（图3-20b）入土性能较好，工作阻力小，但容易磨损。三角形刀片（图3-20c）适合于松软土壤。梯形和三角形刀片都不能调换使用。
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图3-20 切土刀片
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（3）钻尖
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钻尖的作用是定位和切削坑穴中心的土壤，钻尖的性能对钻头的入土能力有直接影响。钻尖入土力阻力约占钻头总入土阻力的30%～70%，钻头直径越小（即叶片外径小），钻尖入土阻力所占的比例越大。钻头直径为30cm时，钻尖的入土阻力可占总入土阻力的70%。因此在作业前，必须根据土质状况和技术要求正确选用合适的钻尖。
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目前使用的钻尖有三种（图3-21），分别是叉形、三角形和锥形小螺旋。叉形入土性能最好，锥形小螺旋入土能力差但定位性能最好，三角形性能介于前两种之间。
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图3-21 钻尖
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挖穴作业时，钻头随立轴旋转，同时做轴向移动。土壤在钻头的扭矩和轴向力作用下被切削，又在工作叶片的挤压和离心力作用下被破碎，并形成土流压向坑穴侧壁，同时沿叶面升运到地表。当土流向上运动到无坑壁阻挡的地表时，碎土在离心力作用下被抛到坑穴四周，完成挖穴过程。
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三、苗木移植机械
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（一）植树机的类型及工作过程
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植树机有不同的类型。按其机械化程度，植树机可分为人工投苗植树机、半自动化植树机和自动化植树机三种。按栽植苗木的大小，植树机可分为大苗植树机和小苗栽植机两种，前者主要用于营造防护林带，后者主要用于果苗移植。
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植树机的工作过程是首先开出深度和宽度符合栽植技术要求的植树沟，然后将苗木或插条按规定株距放入植树沟中，应让苗木在植树沟内保持直立状态，不得有窝根现象；然后用下层湿土覆盖盖苗木根系；最后将根系周围松土压实。必要时也可以在植树的同时进行施肥和喷洒除草剂。为此，植树机上应配备相应的工作部件和辅助部件。
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（二）植树机的工作部件
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（1）开沟器
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开沟器为箱形，分锐角锚式、橇式和圆盘式三种形式（图3-22）。锐角锚式开沟器的入土能力强，能开出较深的植树沟，沟深可达30cm，沟宽10cm。这种开沟器的前颊立刃是弯刀形，当其在黏性重、植被厚、多植根的土壤中作业时，容易黏土和被植根缠绕；在已耕地作业时，效果良好。橇式开沟器的入土角为钝角，主要是通过挤压形成植树沟，开沟深度较浅，可达到的最大开沟深度为25cm，沟宽为8cm。
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图3-22 开沟器
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橇形开沟器的越障能力较强，不易被植根缠绕，在荒地或沙荒地上作业时，植树机多配用橇式开沟器。双圆盘式开沟器作业时圆盘转动前进，圆盘两侧可安装刮土板，这种开沟器越障能力也较强，可在潮湿的土壤条件下作业，开沟深度可达30cm、宽10cm。
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（2）栽植装置
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栽植装置的作用是将苗木按规定株距，直立地投放到植树沟中。在投苗瞬间，若苗木与地面的相对速度为零，即可保证苗木为直立状态。
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栽植装置的类型较多，有链条式栽植装置、链轨式栽植装置、橡胶圆盘式栽植装置和转盘式栽植装置等。任一种栽植装置都包括三个部分：夹持苗木的夹苗器；带动夹苗器以一定速度、按规定轨迹运动的部分；使夹苗器按规定的位置夹紧和松放的部分。
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链轨式栽植装置的夹苗器按一定间距装在链轨的侧面（图3-23）。作业时链轨接地，夹苗器相对于地面保持不动，并在苗木根部被完全覆土、压实之后再张开。因此，可保证苗木在投苗时与地面相对速度为零。由于链轨的抓地能力强，所以这种栽植装置受滑移的影响小，拉出苗木和撕断根系的现象很少，栽植的株距较均匀，缺点是不能栽植较大苗木。
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图3-23 链轨式栽植装置
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转盘式栽植装置主要由夹苗器、转盘、固定板、开夹滑道、滚轮和放苗台组成（图3-24）。夹苗器通过固定板安装在转盘上，由于扭簧的作用使夹苗器处于常闭状态。作业时夹苗器随转盘一起旋转，当夹苗器上的滚轮进入开夹滑道时，扭簧被压转，迫使夹苗器张开。滚轮离开滑道后，扭簧使夹苗器重新闭合。夹苗器经过放苗台时，由于滚轮在开夹滑道中间，苗夹处于张开状态。取得苗木并转过放苗台后滚轮脱离滑道，苗夹闭合，完成取苗工作。带有苗木的夹苗器转到垂直于地面位置时，滚轮进入滑道，苗夹张开，苗木根部被投入植树沟中，并被沟土覆埋，完成投苗工作。栽植的株距依转盘上安装夹苗器的数目而定，当转盘上安装不同的夹苗器时，可得到不同的株距。
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图3-24 转盘式栽植装置
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（3）覆土压实装置
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覆土压实装置的作用是对栽入植树沟中的苗木根部进行覆土，并将沟中松土压实使土壤与苗木根系紧密接触。目前采用较多的覆土装置是覆土板和覆土压实轮，而覆土压实轮又有圆柱形轮和充气橡胶轮两种。圆柱形轮的压实作用较强，但覆土作用差，多与覆土板配合使用。充气橡胶轮由于接地部分的轮胎变形，轮胎表面不易黏土，作业效果较好。
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四、微耕机
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1.微耕机的类型
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根据发动机类型不同，微耕机可分为汽油机动力型和柴油机动力型，汽油机主要是采用风冷式；柴油机有风冷式，也有水冷式。
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根据传动装置不同，微耕机可分为皮带传动型和全齿轮直传动型。
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皮带传动机型的发动机动力通过皮带传递到变速箱，用张紧皮带的方式来实现动力的离合；变速箱体多为整体式结构，其上为变速部分，其下为动力输出部分，动力输出轴部分与变速部分之间一般采用链条传动。皮带传动性结构较为简单，但多用途扩展能力有限。
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全齿轮直传动机型的发动机与变速箱之间通过法兰盘直接相连，动力通过湿式摩擦离合器或锥面摩擦离合器直接传递到变速箱内，变速箱与行走箱各为一体，变速箱内有主轴、副轴和倒挡轴。通过拨动主轴、倒挡轴上的双联直齿轮位置，可实现快挡、慢挡和倒挡，再通过两组直锥齿轮换向、减速后将动力输出。该机型由于采用齿轮传动，动力损耗少，各种土质均能适应，部件钢性好，使用寿命长。但整机重量较大，操纵较为不便。
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根据主机功率的大小微耕机可分为小型、中型和大型。主机功率在4.5kW（6马力）以下的机型称为小型；主机功率在4.5～6kW（6～8马力）的机型为中型；主机功率在6～7.5kW（8～10马力）的机型，称为大型。
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2.微耕机的工作原理与结构组成
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各类型微耕机，其基本工作原理都是一样的：发动机通过传动部分将动力传入齿轮箱，齿轮箱通过齿轮的啮合将动力进一步传到驱动轮轴，然后直接驱动工作部件进行各种作业。
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如图3-25为一种微耕机的结构示意图，总体结构包括机架、发动机、离合器、减速器、传动箱、旋耕刀辊和陷深调节装置等。
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图3-25 WG-600型微耕机的结构
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依功能划分，微耕机由动力传输部分、行走部分和工作部分三大部分组成。
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图3-26 一种微耕机实物图
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动力传输部分主要包括发动机、中间链盒、变速箱。发动机可以配置风冷汽油机，也可以配置水冷柴油机。中间链盒：连接发动机与变速箱，起到动力传输的作用。变速箱：一般设计有2个前进挡，1个后退挡，也有设计成带有动力输出部分，可以配置后旋耕机。
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行走部分：行走胶轮。
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工作部分：包括操纵手把和各种配套农机具。操纵手把高低可以调节5个位置，水平可以回转大于350°定位操作方向。
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主机架固定在变速箱的中部，后部与尾架连接，机架上固定发动机和主离合器，从而使各部件组成一个整体。后旋耕机通常在出厂时就与主机配置，它也可以作为独立的农机具。
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由于其整机重量轻，外形尺寸小，操作灵活，一般适用于蔬菜大棚中、低矮的果树林下、作物行间，进行中耕除草、培土施肥、喷洒液体等作业。
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3.使用注意事项
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在运转中需要注意的是：在主离合器处于分离状态下，先选择“前进”或“后退”挡。如果反方向操作时，应缓慢起车，否则容易造成个别齿轮超负荷冲击，损坏机件。另外，倒退时更应小油门且缓慢接合离合器，以免伤人。
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在果树下操作时，由于地方狭窄，地上又长满了草，容易挡住视线，遮盖住相关障碍物。操作人员在作业前，要仔细的检查周围是否有铁丝、石块等，排除障碍后才能作业。同时要注意的是，选择“倒退”挡时，必须小油门起车，确定身后有足够的空间，没有障碍物后，方能作业。
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五、开沟机
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1.开沟机的类型
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目前在国内外较为广泛使用的开沟机种类繁多。根据开沟机工作部件的运动形态可分为三种类型：固定工作部件型、非连续运转工作部件型和旋转工作部件型。
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具有固定工作部件的开沟机，最常见的是铧式开沟犁，具有对称的双翼犁壁。由于这类开沟机的结构和性能比较成熟，农业上使用很广泛。这类开沟机的特点是结构简单，工作可靠，生产率高，单位功率消耗小，作业成本一般较低。但存在有结构笨重，沟边留下的土块大且不易分散，开好的沟渠有时需人工修理等缺点。特别是工作时牵引阻力很大，需用较大型的履带拖拉机牵引。
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具有非连续运转工作部件的开沟机来源于工程机械。常见的是各种挖掘机，特别是单斗挖掘机。在农业上可用于大型排灌工程。但一般生产率较低，生产费用较大。
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具有旋转工作部件的开沟机常称为旋转开沟机。利用旋转工作部件切削土壤来开沟。单就旋转开沟机而言，型式就有多种。但有一个共同点，都是以一个主动旋转的转子作为工作部件。工作时，其上的刀齿切下土壤并形成沟形。按工作部件的切削速度，旋转开沟机分为慢速（V切〈5m/s）和快速（V切〉5m/s）两类。旋转开沟对发动机功率消耗比较大。
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2.开沟机的结构组成和工作原理
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（1）链式开沟机
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图3-27所示一种自走式链式开沟机，由手扶拖拉机、挂接机构、减速箱和开沟装置组成。开沟装置通过中间的挂接机构与手扶拖拉机刚性联接，减速箱安装在挂接机构的前端面板上。开沟装置由主轴组合、链刀组合、机架组合、从动轴组合、升降——张紧组合和刮土机构等组成。主轴组合通过轴承座联接在挂接机构侧板上，轴承座外安装有可绕其回转的升降套筒。链刀组合设有双节距链条、外链板等距地分布在链条上，外链板的一侧与对应的垫块联接，垫块的一侧与圆弧形刀片联接。
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图3-27 一种链式开沟机的总体结构示意图
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链式开沟机由拖拉机提供动力，工作时动力由拖拉机后动力输出轴输出至减速箱，经过变速传递给开沟装置主轴，拖拉机液压系统控制使开沟装置下倾一定角度，链刀与土壤作用，主轴回转，并带动其上的主动链轮转动，链条紧边上的刀片沿机架组合向上运动并切削土壤，切削下来的土壤在刀片带动下绕过主动链轮卸载，卸载后的刀片沿机架上侧往下运动，绕过从动链轮后继续切削土壤，如此连续不断地工作。在主动链轮处落下来的土壤，经过侧面的螺旋排土器被分到沟的一侧，开沟机同时前行，形成沟槽。
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该机结构简单，功耗较低，沟深、沟宽调节方便，可实现一机多用，适合于果树、蔬菜和油菜等作物种植的开沟作业。
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图3-28为一种履带链式开沟机的实物图。
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图3-28 履带链式开沟机
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（2）旋转圆盘开沟机
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图3-29为辽宁省农业机械化研究所研制的IKX-100旋转开沟机，该机是与东方红-75拖拉机配套的一种双圆盘铣刀式开沟机。开沟机工作装置主要由悬挂架、悬挂架加强管、上油缸、传动轴总成、机架、稳定板、运输轮、圆盘轴紧固螺母、圆盘（转盘）、刀齿、齿轮箱等部分构成。
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图3-29 1KX-100旋转开沟机结构示意图
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其主要工作部件为两个带齿的圆盘。由拖拉机动力输出轴驱动，开沟时两个旋转圆盘将沟的两侧土铣下并抛出，沟中间留下的三角形土垫塌落下来靠圆盘里刀抛出沟外，这样便形成一条完整的梯形沟渠。可用于挖条、台田沟及田间渠道等，也可用于清沟和清淤。开沟时能将土均匀抛撒到距沟两侧15～20cm的地带，无需再用人工清理。
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拖拉机在开沟时需以超低速行走。所以，拖拉机变速箱前需加一副变速箱使拖拉机速度降至200～400m/h。
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由于拖拉机的后面悬挂开沟机，使整个机组发生后重前轻的现象。在拖拉机前部加了配重，以保持整个机组的纵向稳定，并便于开沟机的升降。开沟机后部装有运输轮，以便运输。
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第四章 果园管理机械与设施
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一、修剪机械
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（一）整株几何修剪机
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整株几何修剪主要是控制树冠大小、形状和树高，以便于采光和植保、除草、收获等环节的机械化操作。整株几何修剪机是在拖拉机上安装可以上下升降、左右转动的外伸作业臂，臂端装有液压驱动的切割器，如图4-1所示。
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图4-1 整株几何修剪机
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根据切割器的类型不同，又分为往复割刀式修剪机（图4-2）、旋转刀盘式修剪机（图4-3）和圆盘锯式修剪机（图4-4）三种。
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图4-2 往复割刀式修剪机
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图4-3 旋转刀盘式修剪机
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图4-4 圆盘锯式修剪机
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果树整形修剪后的侧边与铅垂面的夹角一般是15°～25°，如图4-5和图4-6所示。使用这种机械的修剪周期一般是三年，第一年修剪树的一边，第二年修剪另一边，第三年则修剪顶部，主要是为了保证修剪后水果产量不会下降太多。再一种就是隔行修剪，第一年修剪单行果树的两边及顶部，第二年再修剪双行果树。
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图4-5 果树整形修剪示意图
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图4-6 整形修剪后的果树
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（二）单枝修剪机
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1.手动剪
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手动剪主要剪除细小的果树枝条，应用最广，如图4-8所示。使用手动剪虽然方便，但劳动强度较大。
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图4-8 手动剪
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2.气动剪
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（1）单作用气缸与传统气动剪原理
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单作用气缸只有一个方向的运动是靠气压传动，活塞的复位是靠弹簧力或自重或其他外力。传统气动剪的工作原理就是一个靠弹簧力复位的单作用气缸。活塞杆推动的是剪刀组件中的动刀运动，与定刀咬合，完成剪切动作。
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气动剪作为一个手动控制的气动工具，要求操作简单方便，如果使用双作用气缸，则需要两根进气管，会增加操作麻烦。事实上，修剪作业只是在剪切时需要较大的力量，在回位时不需要多大的力量，因此，单作用气缸完全能够满足要求。
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图4-13所示的是传统气动剪的结构和组成。其工作原理如下：当开关阀2（单向阀）按下时，压缩空气由气接头12进入，推动内置的活塞11运动，动力由活塞杆9传递给剪刀组件中的动刀6，动刀6和定刀5咬合完成剪切树枝动作，动作结束后，由回位弹簧8将活塞11顶回初始位置，并带动动刀6回位，无杆腔内空气从开关阀2的出气口排出。
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图4-13 气动剪结构图
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该类气动剪的代表如意大利生产的F/4型传统气动剪，该剪重量仅为790g，最高工作压力为1MPa，最大剪切直径可达35mm，耗气量为80L/min。该类型的气动剪为了增大推力，以能够达到最大剪切直径，在使用压力最高时，只能增加气缸活塞直径，就导致气动剪手柄处直径加大，从而使人手操作不便。另外，该类型的气动剪在使用时对手臂有较大的反冲作用力，使操作者容易疲劳。为了解决这些问题，出现了新型气动剪。
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（2）串联气缸与新型气动剪原理
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新型气动剪采用串联气缸工作原理，在同样气缸直径的情况下可以增加输出推力，这对于手握式（手握直径有限，普通人的最大手握直径在50～60mm）的气动剪而言是非常重要的。串联型气缸也可称为倍力型气缸。它是两个或多个单杆双作用气缸串联在一起，且两个或多个活塞串联在一根活塞杆上，其输出推力为单个气缸的两倍或多倍，从而达到使用小缸径而获得较大输出推力的效果，常用于气动压力机上或要求输出推力较大，且安装空间较小，不能增加气缸缸径，又允许增长缸体长度的场合。
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该类型气动剪的代表如瑞士生产的F70型气动剪，如图4-10所示。其工作压力为0.7～1.5MPa，长度为260mm，重量为710g，最大剪切直径为30mm，耗气量为24～50L/min。与上述数据同样重要的是其手柄处直径仅为42mm（要达到同样的推力，传统气动剪手柄直径在55mm以上），还减小了气缸作用时对手臂的反冲力，大大增加了操作舒适度。
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3.电动剪
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电动剪一般采用可充电锂电池（或背负式铅酸电池）作为动力源。充电1次可连续作业6～8h，充电时间为2～3h。作业时只需轻按扳机，就可轻松剪除直径2～3cm粗的枝条，可大大降低劳动强度、提高作业效率。
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4.动力链锯
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（1）发动机
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一般为单缸风冷二冲程高速汽油机。为适应油锯在不同锯切方向不同位置作业，采用带有输油泵的泵膜式化油器，利用曲轴箱内的压力脉动驱动膜片泵油，使发动机在任何位置上都能正常供油。此外，还日益广泛地采用晶体管无触点磁电机点火系统和单向阀进气系统等新型结构，从而提高了发动机的使用性能。
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（2）传动机构
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包括离心式摩擦离合器和减速器。减速器一般采用圆锥齿轮减速器（只用于高把动力链锯），便于使锯枝机构相对于机体作水平和垂直调节，以适应不同锯切方向的需要。
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（3）锯枝机构
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是动力链锯的工作部件，包括驱动链轮、锯链、导板、锯链张紧装置和插木齿等。驱动链轮在发动机动力带动下旋转，再驱动锯链沿导板运动进行切削作业。锯链有直齿型和角钢型（万能型）两种，直齿型锯链适用于横截；角钢型锯链可对树枝进行横截或斜向锯切，制造简便，锉磨也较直齿型锯链简易，是应用较广的锯链型式。插木齿是动力链锯在锯切时的支撑点，它将动力链锯的部分重量和锯链切削树枝时的反作用力，作用到树枝本身，从而减轻操作者的劳动强度。为便于操作，动力链锯还设有包括锯把在内的操纵装置。
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动力链锯的发展趋向是采用新材料、新工艺、新结构，以进一步减轻重量；减小噪音与振动，减低空气污染，以改善操作条件；增设安全保护装置，以提高使用可靠性和安全性；同时将继续完善以转子发动机为动力的新型动力链锯及遥控动力链锯。
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（三）残枝粉碎还田机
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果树生产完成后的残体或修剪下来的枝条既是好的回田有机肥，也是可以再利用的生物质材料。因水果种类不同，残体与残枝的处理机械也不相同。在澳大利亚，柑橘果园剪下的树枝铺在果树行间，使用如图4-15所示的粉碎机切断后直接铺在果树行间地面或喷撒到果树行覆盖在地面，起到保持水分、减少杂草、提高土壤生物活性的作用。有的国家使用如图4-16所示的残枝粉碎机，将粉碎后的树枝再利用，可以作造纸和菌类培养基的原料再利用，提高经济效益，推动水果产业朝着环境友好、资源节约型发展。
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图4-15 残枝粉碎还田机
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图4-16 残枝粉碎机
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香蕉收获后的残体处理与一般果树有所不同，它是利用如图4-17所示的残体粉碎还田机进行处理。
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图4-17 香蕉残体粉碎还田机
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二、喷雾机械与设施
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（一）传统喷雾机械
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1.背负式手动喷雾器
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（1）背负式手动喷雾器的组成及技术特点
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主要由手动活塞泵、喷射部件和药液箱组成，如图4-19所示。
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图4-19 背负式手动喷雾器结构图
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①活塞泵 由泵筒，塞杆，皮碗，进、出水阀，吸水管，吸水滤网等构成。进、出水阀包括进、出水阀座，阀球及垫圈。进、出水阀用来控制和开闭进、出水管。吸水滤网由滤网头、滤网片和夹环组成，通过吸水管与进水阀座相连，供滤水用。
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活塞泵必须与空气室配合使用。空气室位于药液箱的外侧、出水阀接头的上方，是一个中空的全封闭外壳。在空气室的上部标有安全水位线。活塞泵工作时，不能连续压液，所以排液量和排液压力都是不均匀的。空气室的作用是蓄积能量和均衡压力，使喷雾器工作时有比较稳定的喷射压力，能够均匀而连续地进行喷射，保证喷雾质量。
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②喷射部件 由套管、喷杆、喷头、开关和胶管等组成。套管由塑料制成，内装一个过滤网，用于过滤喷出的药液。喷杆与套管和喷头连接，由人拿着对作物喷雾，其长度不短于0.63m。
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③药液箱 由加水盖、滤网盘、箱体及背带构成。过去，药液箱一般由薄钢板制成，内涂抗腐蚀涂料。现已发展为聚乙烯、玻璃钢、搪瓷、铝板等多种材料制造。为了增加箱体的刚度，使之不易变形，箱体外侧设置了两条钢制夹环。箱壁上标有最高水位线，工作时，箱内药液不能高于此线。药液箱的加液口处设有加水盖和滤网盘，加水盖能防止药液从箱内溅出，滤网盘的网孔直径小于喷孔半径，可以滤去药液中的杂质，防止杂质堵塞喷孔。
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手动背负式喷雾器具有整机重量轻的优点，但操作者的工作强度大，喷出药液的压力不稳定。
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（2）工作原理
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工作时，操作者上下摇动手压杆，通过连杆带动塞杆和皮碗在泵筒内做上下往复运动。当塞杆和皮碗上行时，皮碗下方的泵筒腔容积增大，压力降低，使出水阀关闭。这时，药液箱内的药液在液面和泵筒腔的压力差作用下，冲开进水阀，沿吸水管进入泵筒，完成吸液过程。当塞杆和皮碗下行时，泵筒内的药液受到压缩，压力升高，使进水阀关闭，药液推开出水阀进入空气室。当塞杆和皮碗再次上行时，出水阀关闭，阻止空气室内的药液回流，同时打开进水阀，再次吸入药液。随着塞杆和皮碗的往复运动，进入空气室的药液逐渐增多，空气室里的空气被压缩，对药液产生压力。这时，如果打开开关，压缩空气便把药液压向喷头，由喷孔连续不断喷出。
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（3）使用方法
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使用前准备：
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①检查各部件是否清洁干净，特别要注意各接头垫圈是否完好。对于新的或放置过久的牛皮碗，应将其浸在机油（或动物油）中胀软后（约24h），方可使用。
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②喷头选择。为了提高喷射效率及对作物的适应性，可以将手持喷杆的形状及喷头做成“一”字形喷杆，安装2～4个喷头；做成“T”形喷杆，安装2～3个喷头；做成“H”形喷杆，安装4个喷头。
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③机具装配。把喷头和套管连接在喷杆的两端，然后把胶管连接在开关和出水接头上，装配完成后，在机具各活动部位加注润滑油。
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④试喷。加入清水，上下摇动摇杆，检查各连接部位有无漏气漏水现象。打开开关，观察喷出的雾滴是否正常。如有故障，应查出原因并修复后方可使用。
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使用操作
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①加液：关闭开关，将配好的药液从加水盖处的滤网盘倒入。注意药液不能超过安全水位线。加液后盖紧加水盖。
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②喷药：左手摇动摇杆，右手持套管。先摇动摇杆6～8次，即可打开开关，边走边喷雾。工作中，一般每走1～2步，摇动摇杆1次，就能完成正常的作业要求。整个工作过程中加水盖上气孔要保持畅通，防止药液箱内形成真空。
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③为了避免农药中毒，操作者不能过分弯腰，防止农药漏出。喷雾时注意风向，应做到“顺风喷，倒退喷”。喷药作业时一定要注意安全防护。
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保养
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①使用前，在机具各活动部位加注润滑油。所有皮质垫圈、皮碗应浸足机油。
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②使用后，打开加水盖倒出剩余药液，再加入清水续喷几分钟。若喷用乳剂或油剂药液，须先用热碱水洗涤机具，再用清水冲净。
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③长期存放时必须将机具各活动部件拆下清洗，擦干后涂上润滑油脂，用纸包好，并封闭进液口和出液口。将机具存放于阴凉、通风、干燥的地方。
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2.背负式动力喷雾器
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（1）电动背负式喷雾器的组成及技术特点
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电动背负式喷雾器由电动隔膜泵、蓄电池、充电器、喷射部件（出水胶管、手柄开关、喷杆、喷头）、药液箱、滤网及其他附件组成。隔膜泵的工作压力在0.2～0.4MPa间，蓄电池电压一般为12V，电动机工作电流2.8～3.5A。小型电动泵经开关与蓄电池联接，电池盒装于贮液桶底部。由于取消了抽吸式吸筒，背负式动力喷雾器有效地消除了农药外溢伤害操作者的弊病。
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电动背负式喷雾器的主要技术特点有：①电能转换效率高。一个12V、7Ah的蓄电池在一次性充足电后，可连续使用3h以上，喷施药液300～400kg以上。②工作效率高。其喷施速度是手摇喷雾器3倍以上。③使用成本低。充电只花费少量电费。④噪音小。喷雾作业时，噪声低，震动小。
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（2）汽油机背负式喷雾器的组成及技术特点
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汽油机背负式喷雾器如图4-21所示。汽油机背负式喷雾器与电动背负式喷雾器的主要不同是动力的形式，配套动力一般为1E34F汽油机。由于汽油机背负式喷雾器采用汽油机作为喷雾动力，具有喷雾压力高（可达1.5～2MPa）、雾化效果好的特点，与电动背负式喷雾机相比，机身重量大，喷雾作业时震动大、噪声高。
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图4-21 汽油机背负式喷雾器
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（3）动力喷雾器的技术特点
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①杀虫效果好 使用手动喷雾器喷雾，雾粒直径为200～400μm，直观感觉喷到处流水，其实由于雾粒大，70%左右的药液都从叶面滴落到地上，再加上农药浓度低，叶面上所粘着的农药有效成分太少，药液分布密度不足以达到控制病虫的程度。使用动力喷雾器则不同：雾粒直径在30～90μm，雾化效果好，雾滴数目是常规喷雾器的150倍，叶面附着药液均匀，药液分布密度大，许多看似没有喷到的地方其实药液都已经达到，且用水量少，药液不流失，农药利用率高（可达80%～90%）。
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②动力喷雾器能使雾滴在靶标叶面的正反面附着 由于喷雾压力比手动式的喷雾压力大，药液雾化好，可产生2m3的雾团，一个雾团可分成8000个雾点药液，超细的颗粒在空中随空气的流动进入了叶面之间的缝隙而吸附在叶背面，使得药液正面反面都有药液附着。
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③动力喷雾器的结构优势 手动式塑料喷雾器大都使用再生塑料，容易变形，整机密封性能差，承受压力的空气室甚至在使用中发生爆炸，喷射部件、唧筒、进出水阀、密封件等强度较差，造成漏药严重、使用寿命短。农药利用率只有30%～40%，不但严重污染环境，而且易发生农药中毒事故；手动喷雾器劳动强度大也是众所周知的。
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动力喷雾器使用的是全新塑料，整机密封性能好，属于低容量细雾喷洒。农药利用率高达80%～90%，且具有省力、省药、防治效果好、工作效率高等特点。避免人体接触农药，不易发生农药中毒事故。
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3.担架式喷雾机
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（1）担架式喷雾机的组成
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担架式喷雾机的组成主要有：机架、动力机（汽油机、柴油机或电动机）、药液泵、吸水部件和喷洒部件五大部分组成，有的还配用了自动混药器。
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担架式喷雾机的动力可以配汽油机、柴油机或电动机，可根据用户的需求而定。
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（2）担架式喷雾机的工作部件
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①药液泵 目前，担架式喷雾机配置的药液泵主要为往复式容积泵。往复式容积泵的特点是压力可以按照需要在一定范围内调节变化，而液泵排出的液量（包括经喷射部件喷出的液量和经调压阀回水液量）基本保持不变。理论分析和试验表明，多缸泵中，三缸泵叠加后流量、压力波动均最小。因此，通常用于植保的喷雾机配置的往复式容积泵多为三缸柱塞泵。
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图4-23为三缸柱塞泵及其剖视图。它由曲轴箱、曲轴、连杆组、柱塞、进水阀和出水阀（可通用）、泵室、吸水座、出水室、压力指示器（压力表）和调压阀、空气室、出水开关等组成。
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图4-23 三缸柱塞泵及其剖视图
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吸水座、泵室和出水室三者用双头螺柱、螺母及垫圈固为一体，安装在曲轴箱端部，在曲轴箱和泵室内各有一组菱形密封圈。连杆的一端与曲轴相连，另一端通过连杆销与柱塞相连；曲轴安装在曲轴箱内，它的两端各有一个滚动轴承，曲轴的一端伸出曲轴箱，用键和皮带轮相连接。柱塞为圆柱状，一般用不锈钢制成或表面镀硬铬，以提高耐腐耐磨性能。泵的阀门进水阀和出水阀通用，阀门弹簧用不锈钢或铜制造，阀座、阀盘、阀罩用不锈钢或工程塑料制造。
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三缸柱塞泵的空气室，多数为长圆柱状中空耐压容器，这种结构的空气室也是往复式容积泵常采用的。
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往复式容积泵所配置的调压阀，是调节和控制药液泵排出液体压力高低和卸去压力负荷的装置。其结构如图4-24所示。主要由回水体、套管、阀座、阀门、阀套、弹簧、调压轮及减压手柄等组成。是利用调节压缩弹簧的弹力与出水压力相平衡来控制或调节压力的。
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图4-24 调压阀结构
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往复式容积泵虽然有活塞式、柱塞式、隔膜式，结构上也有些差异，但零部件的功能和泵的工作原理是一样的。现仅以柱塞泵为例简述其工作原理，如图4-25所示，发动机输出的动力通过三角皮带驱动曲轴旋转，带动连杆牵引柱塞在泵腔内作往复运动。当柱塞向后移动时，如图4-25b，泵室内空间增大，压力降低直至形成真空，此时，在外界大气压力的作用下，进水阀打开，水经过吸水座，进入泵室，完成了吸水；当柱塞向前移动时，如图4-25a，泵室内的水被挤压，泵室内受挤压的水压力达到一定值时，顶开出水阀门，进入出水室，完成了排水。当截止阀（出水开关）打开时，高压药液就可经喷雾管从喷头喷出。
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图4-25 柱塞泵的工作原理图
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②吸水滤网 吸水滤网是担架式喷雾机的重要工作部件。图4-26为常见的一种吸水滤网结构，这种吸水滤网主要适用于果园。主要由胶套圈、滤网托盘、下滤网、上滤网、扁螺母、滤网接头、吸水头斜口、夹箍、吸水管、垫圈、连接螺母等组成。
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图4-26 吸水滤网
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③喷洒部件 喷洒部件配置和选择是否合理不仅影响喷雾机性能的发挥，而且影响防治工效、防治成本和防治效果。目前国产担架式喷雾机喷洒部件主要有两类：一类是喷杆，一类是喷枪。
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喷杆：喷杆由喷头、套管滤网、开关、喷杆组合及喷雾胶管等组成。喷雾胶管一般为内径8mm、长度30m高压胶管两根。喷头为双喷头和四喷头。喷头片孔径有1.3mm和1.6mm两种规格。
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可调喷枪：可调喷枪又称果园喷枪，如图4-27所示，由喷嘴或喷头片、喷嘴帽、枪管、调节杆、螺旋芯、关闭塞等组成。主要用于果园，因为射程、喷雾角、喷幅等都可调节，所以可喷洒高大果树。当螺旋芯向后调节时，涡流室加深，喷雾角度小，雾滴变粗，射程增加，可用来喷洒树的顶部；当螺旋芯向前调节时，涡流室变浅，喷雾角增大，雾滴变细，射程变短，可用来喷洒果树的低处。
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图4-27 可调式喷枪的结构
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④配套动力和机架
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配套动力：担架式喷雾机的配套动力主要为四冲程小型汽油机和柴油机。功率范围在1.5～3kW，由于药液泵转速一般在600～900r/min，所以配套动力机一般为减速型，输出转速1500r/min为宜。配套动力产品型号主要有四冲程165F汽油机、165F和170F柴油机。一般泵流量在36L/min以下的可配165F汽油机或柴油机；40L/min泵配170F柴油机。用三角皮带一级减速传动即可满足配套要求。此外，为满足有电源地区的需要，还可配电动机。
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机架：担架式喷雾机的机架通常用钢管或角钢焊接而成。一般为双井字抬架，为了担架起落方便和机组的稳定，支架下部有支撑脚，四支把手有的为固定式，有的为可拆式或折叠式。动力机和泵的底脚孔，通常做成长孔，便于调节中心距和皮带的张紧度，如图4-28所示。为了操作安全，三角皮带传动处，必须安装防护罩，以保护人身安全和防止杂草缠入。
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图4-28 机架
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（3）使用注意事项
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①按说明书的规定将机具组装好，保证各部件位置正确、螺栓紧固，皮带及皮带轮运转灵活，皮带松紧适度，防护罩安装好，将胶管夹环装上胶管定块。
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②按说明书规定的牌号向曲轴箱内加入润滑油至规定的油位。以后每次使用前及使用中都要检查，并按规定对汽油机或柴油机检查及添加润滑油。
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③启动和调试 检查吸水滤网，滤网必须沉没于水中。将调压阀的调压轮按反时针方向调节到较低压力的位置，再把调压柄按顺时针方向扳足至卸压位置。启动发动机，低速运转10～15min，若见有水喷出，并且无异常声响，可逐渐提高至额定转速。然后将调压手柄向逆时针方向扳足至加压位置，并按顺时针方向逐步旋紧调压轮调高压力，使压力指示器指示到要求的工作压力。调压时应由低向高调整压力。因由低向高调整时指示的数值较准确，由高向低调指示值误差较大。可利用调压阀上的调压手柄反复扳动几次，即能指示出准确的压力。用清水进行试喷，观察各接头处有无渗漏现象，喷雾状况是否良好。
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（4）田间使用操作
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①泵运转时，柱塞处允许有少量液滴渗出。要注意及时向泵体上的油杯加润滑脂（黄油）。
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②泵转移工作地点时，发动机必须熄火（因泵体内无法形成液体内循环）。
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③在工作压力状态下调节柴油机调速手柄，待液泵曲轴转速在额定转速（880r/min）附近后，固紧翼形调速螺帽。
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喷枪喷药时注意不要损伤作物。喷雾操作人员应穿戴必要的防护用具，特别是掌握喷枪或喷杆的操作人员。喷洒时应注意风向，应尽可能顺风喷洒，以防止中毒。在机具的所有使用过程以及对农药的使用保管中，必须严格遵守各项安全操作规程。使用后的农药空瓶，不要随意丢弃在果园，要集中回收、妥善处理，以免污染环境。
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每次开机或停机前，应将调压手柄扳在卸压的位置。
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（5）维护保养注意事项
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①每天作业完后，应在使用压力下，用清水继续喷洒2～5min，清洗泵内和管路内的残留药液，防止药液残留内部腐蚀机件。
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②卸下吸水滤网和喷雾胶管，打开出水开关；将调压阀减压手柄往逆时针方向扳回，旋松调压手轮，使调压弹簧处于自由松弛状态。再用手旋转发动机或液泵，排除泵内存水，并擦洗机组外表污物。
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③按使用说明书要求，定期更换曲轴箱内机油。遇有因膜片（隔膜泵）或油封等损坏，曲轴箱进入水或药液，应及时更换零件修复好机具并提前更换机油。清洗时应用柴油将曲轴箱清洗干净后，再换入新的机油。
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④当防治季节工作完毕，机具长期贮存时，应严格排除泵内的积水，防止天寒时冻坏机件。应卸下三角皮带、喷枪、喷雾胶管、喷杆、吸水滤网等，清洗干净并晾干。能悬挂的最好悬挂起来存放。
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4.其他形式的喷雾机
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（1）手推式喷雾机
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手推式喷雾机是依靠人力推动行走的喷雾机。由药泵、汽油机、水箱、喷枪、卷带机构、行走装置等组成，如图4-29所示。工作原理同担架式喷雾机。喷雾作业时，一人值守在喷雾机旁，观察机组运行及药液箱药液的剩余情况，另一人进行喷雾作业，转移时利用人力推动喷雾机行走。
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图4-29 手推式喷雾机
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（2）自走式喷雾机及车载式喷雾机
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自走式及车载式喷雾机的行驶动力是拖拉机或小三轮车，如图4-30所示。除行走动力不同外，工作原理同手推式喷雾机。
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图4-30 自走式及车载式喷雾机
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（二）果园风送式喷雾机械
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1.果园风送式喷雾机的组成
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图4-32为拖拉机牵引果园风送式喷雾机，它分为动力和喷雾两部分。喷雾部分（图4-33）由药液箱、轴流风机、三缸柱塞泵、调压分配阀、过滤器、吸水阀、传动轴和喷洒装置等组成。
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图4-32 风送式果园喷雾机
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图4-33 喷雾机喷雾部分组成
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①药液箱 药液箱用玻璃钢制成，箱中底部装有射流液力搅拌装置，通过3个安装方向不同的射流喷嘴，依靠液泵的高压水流进行药液搅拌，使药液混合均匀，从而提高喷雾质量。
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②轴流风机 轴流风机为喷雾机的主要工作部件。它由叶轮、叶片、导风板、风机壳和安全罩等组成。为了引导气流进入风机壳内，风机壳的入口处特制成有较大圆弧的集流口。在风机壳的后半部设有固定的出口导风板，以消除气流圆周分速带来的损失，保证气流轴向进入、径向流出，以提高风机的效率。
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③三缸柱塞泵 见图4-32。
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④调压分配阀 由调压阀、总开关、分置开关、压力表等组成。可根据工作需要调节调压阀工作压力。总开关控制喷雾机作业的启闭，分置开关可按作业要求分别控制左右侧喷管的启闭，以保证经济用药。
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⑤过滤器 为了减少喷头堵塞而设置。过滤器滤网的拆洗应方便，同时要有足够的过滤面积和适当的过滤孔隙。
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⑥喷洒装置 由径吹式喷嘴和左右两侧分置的弧形喷管部件组成。喷管上每侧装置喷头，呈扇形排列，在径吹式喷嘴的顶部和底部装有挡风板，以调节喷雾的范围。
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2.果园风送式喷雾机的工作原理
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当拖拉机驱动液泵运转时，药箱中的水经吸水头、开关、过滤器，进入液泵。然后经调压分配阀总开关的回水管及搅拌管进入药液箱，在向药箱加水的同时，将农药按所需的比例加入药箱，这样就边加水边混合农药。喷雾时，药箱中的药液经出水管、过滤器与液泵的进水管进入液泵，在泵的作用下，药液由泵的出水管路进入调压分配阀的总开关，在总开关开启时，一部分药液经2个分置开关，通过输药管进入喷洒装置的喷管中。进入喷管的具有压力的药液在喷头的作用下，以雾状喷出，并通过风机产生的强大气流，将雾滴再次进行雾化。同时将雾化后的细雾滴吹送到果树冠层内。
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（三）管道恒压喷雾设施及遥控喷雾技术
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1.管道恒压喷雾系统
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（1）管道恒压喷雾系统组成
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恒压喷雾系统的首部由变频器、变频电动机、药泵、压力变送器、恒压控制箱（虚线框内部分）组成，果园田间地下管网由管道、阀门、胶管、喷杆等组成，系统组成原理如图4-34所示，恒压喷药系统首部现场如图4-35所示。
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图4-34 恒压喷雾系统组成原理图
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图4-35 恒压喷雾系统首部现场
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（2）管道恒压喷雾系统工作原理
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如图4-36所示，喷雾工作时，压力变送器实时采集出药管道中药液的压力，把压力信号变换成电信号，经恒压控制箱内的信号调理电路把电信号变换成控制信号，通过单片机程序，根据控制决策计算出控制量，将控制量输入到变频器的模拟控制端子，控制变频器输出的频率。当检测到管道中的实际压力大于设定压力时，变频器输出的频率降低，电动机的转速下降，水泵出口的药液减少，管道中的压力下降，经过一定时间的调节，直到检测到管道中药液的压力与设定压力间的误差在允许范围内；同理，当检测到管道中的实际压力小于设定压力时，变频器输出的频率提高，电动机的转速上升，水泵出口的药液增加，管道中的压力上升，经过一定时间的调节，直到检测到管道中药液的压力与设定压力间的误差在允许范围内。这样，通过实时检测管道药液压力，并将药液压力变化的信息反馈到控制装置，形成一种闭环反馈控制，达到调节变频电动机和药泵的转速，改变药泵出口药液的流量，实现管道中压力恒定的目的。
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图4-36 二维模糊控制器结构
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（3）管道恒压喷雾控制器结构及控制算法简介
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在果园管道喷雾系统中，管道中药液的压力建立存在着非线性、时变性、大滞后特点，传统PID对这种对象的控制存在着参数修改不方便，不能进行在线自调整等缺点，即使加入变速积分和微分先行优化算法，控制效果也难以达到预期的目标。为提高管道喷雾药液压力的控制性能和鲁棒性，恒压控制箱选定了带变速积分、微分先行优化算子的自整定模糊PID控制方法。
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控制器采用二维模糊控制器结构，如图4-38所示，其中控制器的输入变量为压力信号误差E（k）和压力信号误差变化率EC（k），输出为PID参数调整量ΔK（k）、ΔK（k）和ΔK（k）。U（k）为喷雾系统压力设定值，压力变送器采集的压力信号经调理电路转化成压力信号采样值U（k），由此计算得到压力信号误差E（k）
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E（k）=U（k）-U（k） （5-1）
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图4-38 恒压喷药系统控制效果
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其中：k=1，2，3，…，E（0）=0MPa。
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压力信号误差变化率EC（k）
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EC（k）=[E（k）-E（k-1）]/T=｛[U（k）-U（k）]-[U（k-1）-U（k-1）]｝/T （5-2）
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为避免设定值的升降对系统造成冲击，取U（k）=U（k）
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∴ EC（k）=[-U（k）+U（k-1）]/T （5-3）
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其中k=1，2，3，…，U（0）=0MPa，T为采样周期。
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通过模糊控制器，输出PID参数调整量ΔK（k）、ΔK（k）和ΔK（k），与PID参数基准量K、K和K相加，得到PID参数K（k）、K（k）和K（k）
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K（k）=K+ΔK（k）；K（k）=K+ΔK（k）；K（k）=K+ΔK（k） （5-4）
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经PID控制器（带有变速积分和微分先行优化算子的增量式PID算法），得到控制增量ΔU（k）
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ΔU（k）=K（k）[E（k）-E（k-1）]+｛[E-E（k）]/E｝K（k）E（k）+K（k）[-U（k）+2U（k-1）-U（k-2）] （5-5）
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其中：k=1，2，3，…，E=E（1），U（-1）=0MPa。
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在原控制量U（k-1）的基础上，加上控制增量ΔU（k），得到新控制量U（k）
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U（k）=U（k-1）+ΔU（k） （5-6）
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其中：k=1，2，3，…，U（0）=0Hz。
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（4）管道恒压喷雾控制软件简介
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控制程序流程图如图4-37所示，程序开始之后，读取当前管道压力值并显示，当达到控制周期后，先通过当前压力和压力变化情况判断管网是否发生过压、爆管等事故，如果发生事故，控制器执行停机动作，并结束程序；如果没有发生事故，则进入模糊PID算法程序。由模糊PID控制算法得到的控制量u（k）对变频器的频率进行在线控制。
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图4-37 管道恒压喷雾控制程序流程图
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利用该控制器对管道喷雾系统进行了动态响应试验。试验结果表明：采用这种控制方法，比不使用自整定模糊PID参数的变速积分、微分先行PID控制，管道中压力响应的上升时间缩短18.42%，调整时间缩短12.56%，最大超调量减小4.43%，误差减小50%。同时，系统具有自动调整管道中药液压力的能力，控制精度在设定值的0.02MPa范围内；管道压力可以通过控制箱面板人工设定，上限压力根据管道的允许压力通过程序设定，具有防止爆管、意外爆管及时停机的功能。
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这种恒压控制装置由国家柑橘产业技术体系机械研究室研发，已在广东、江西、浙江、湖北、重庆等柑橘主产区示范使用。
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（5）恒压控制效果
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图4-38所示为当管道喷药的作业人数发生变化（增加喷枪开启数目或减少喷枪开启数目）时，恒压喷药系统对管道中压力的控制效果图。
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从图4-38a中可以看出，喷药人数（喷枪开启数目）增加时，在开启喷头的瞬间，管道中药液的压力有一个瞬间的下降，通过控制系统的自动调节（电动机转速增加，药泵流量加大），管道中药液的压力短暂波动后总能恢复到设定的压力下，图4-38a所示为喷枪数目由1增加到4过程中，控制装置对管道中药液压力的调整过程，喷枪数目的改变不会导致管道中药液压力的改变，保证了喷药作业中药液的初始速度及雾滴的雾化效果。
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从图4-38b中可以看出，当喷药作业进行到尾声或在工作过程中喷药人员需要关闭喷头转移喷雾地域时，喷药人数（喷枪开启数目）减少时，在关闭喷头的瞬间，管道中药液的压力有一个瞬间的上升，但通过控制系统的自动调节（电动机转速降低，药泵流量减小），管道中药液的压力短暂波动后仍能恢复到设定的压力下，管道中药液的压力不会因喷头数目的减少而不断增加从而导致管道爆裂，保证了喷药作业的安全性。
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图4-39所示为无恒压控制装置时，管道中药液压力变化的曲线，可以看出，在第Ⅰ段，当喷头开启个数逐渐增多时，由于没有恒压控制装置（药泵在恒转速下运转，流量不变），致使管道中压力随着喷头个数的增多而逐渐下降；在第Ⅱ段，当喷头开启个数逐渐减少时，由于没有恒压控制装置（药泵在恒转速下运转，流量不变），致使管道中压力随着喷头个数的减少而逐渐上升，若没有其他保护措施，很容易发生爆管现象，造成农药污染。
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图4-39 无恒压控制装置时管道药液压力变化曲线
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由于具有恒压自动调节作用，使用这种控制装置的管道喷药系统可以在药泵无回流的工况下工作，达到节约能源的目的。
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（6）主要设施
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主要设施包括管道喷雾首部和田间地下管道系统两部分。
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①管道喷雾首部：包括水源、电源、电动机、药泵、药池、搅拌装置等。
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蓄水池：山区或缺水地区需建蓄水池。其位置应靠近水源设在高处，容积以达到喷3次药的用水量为宜。13.3hm2果园的蓄水池容积不少于50m3。蓄水池底部应高于地面20cm，底部配带一个出水口，便于清洗，并布置好相应排水管道。平地水源较方便的地区可不设蓄水池。
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药池：平地果园应在水源方便处建药池，山地果园应因地制宜建药池（在主管与水泵连接处的旁边）。药池由倒品字形的三个连体池组成，上方为两个小药池，接近底部处各安装有开关的水嘴，下方为一个大药池，两个小药池的容积之和等于大药池的容积，主要供配制药液用。药池的大小可根据果园面积大小决定。一般百亩左右果园的大药池容积为5m3左右，药池底部应高于地面20cm，底部配带一个出水口，便于清洗药池，并布置好相应排水管道，池内壁做防水后贴瓷片，药池内壁有表示容量的刻度（抗腐蚀，不脱落，便于配药时的浓度控制）。
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电动机和药泵：药池旁应建立泵房，内装电机和药泵。对于平地果园，13.3hm2左右的果园配用3.7kW左右的动力，26.7hm2以上的果园一般选配5.5kW的动力，采用恒压控制喷药的系统应选用变频电动机及同容量的变频器。对于山区果园，4.7hm2左右的果园配用3.7kW左右的动力，10hm2左右的果园一般选配5.5kW的动力。
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药泵配有吸水管、出水管、回水管及过滤器。药泵的最高压力为3MPa，工作压力为2.5MPa，药泵的压力可根据情况自动调节。一般能带动10个以上喷枪或20个以上喷头，其雾化程度均为最佳状态，合计喷雾量28.8～57.6L/min。喷枪选择可调喷枪，根据喷药量、喷药角度及喷药射程的具体要求，可选用0.7mm、1.0mm、1.3mm、1.6mm等不同规格的喷孔片进行调整。
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搅拌装置：目前我国农药的剂型大多是适合于喷雾的剂型，其中以乳油和可湿性粉剂为主，还有一种是悬浮剂，多数农药剂型在使用前经过配制成为可喷洒状态后使用。由于很多颗粒状农药的悬浮性不好，容易沉淀，造成农药的浓度不均。浓度高了容易对果树造成药害，烧伤叶片，浓度低了，起不到有效的病虫害防治作用。为了保证喷药效果，必须保证药液搅拌的均匀。
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在一些原有简易管道的果园，有的利用回流搅拌，但回流的药液压力较低，且压力不稳定，搅拌效果较差；有的利用药泵出口的高压药液直接送回到药液池进行搅拌，这种搅药方式虽然可以保证药液的均匀，但却造成极大的能源浪费，约有1/3的能量消耗在药液搅拌中。一般，可以采用在药池内放入潜水泵的方式进行药液的搅拌，容量2m3的药池，可使用100W及以下的潜水泵搅拌药液，容量2～5m3的药池，可使用200～300W的潜水泵搅拌药液。
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②果园地下管道系统：由主管道、支管道、竖管、防护栅栏、阀门和转接件组成。主管道、支管道及立管均选用耐高压（2.5MPa以上）PVC或PE管材，其耐压能力应与药泵最高压力匹配。管道直径一般为20mm或16mm。管道的安装设计以使用方便为原则，一般在主管道上每30～50m设一条支管道，在支管道上每20～30m设一根立管，所有喷药管道暗埋于果园内地表下0.3～0.5m处相应的位置，支管与喷雾胶管的连接口由竖管和开关引至地表，方便作业时连接。每个竖管配备1个防护栅栏（高0.5m），防护栅栏要能保护竖管不受外力损坏，防护栅栏颜色应醒目，以提示作业人员注意，避免施工中损坏竖管和管道。主管道贯穿果园中心或一侧（面积大的果园可适当考虑分区布置管道），支管道在主管道上呈垂直分支。考虑到药液在管道中的压力损失，Φ20mm管道最远端距机房一般不超过400m，Φ16mm管道最远端距机房一般不超过200m。在可利用自然落差增压的山地果园，药泵的控制距离和面积可相应增大。
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管道恒压喷雾设施示意图如图4-40所示。
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图4-40 管道恒压喷雾设施示意图
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（7）恒压控制装置使用方法
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A.控制装置外观和连线 控制装置外观如图4-41所示，其接线分别为：①连接压力变送器；②连接380V三相五线制电源进线（含地线）；③连接380V变频器间的电源线（含地线）；④接变频器控制信号线。
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图4-41 管道恒压喷雾控制装置
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B.控制装置各部分名称和功能
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①极限压力 管道的极限承压能力（MPa），用户可通过“升压”和“降压”按钮修改极限压力。
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②设定压力 用户根据喷施对象的具体情况设定的喷雾压力（MPa），可通过“升压”和“降压”按钮修改设定压力。
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③工作压力 管道的实际工作压力（MPa）。
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④启动按钮 按下此按钮后，变频器、电机和水泵开始工作。
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⑤停止按钮 按下此按钮后，变频器、电机和水泵停止工作。
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⑥升压按钮 用来修改极限压力和设定压力，每按一次，压力增加0.1MPa。
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⑦降压按钮 用来修改极限压力和设定压力，每按一次，压力减少0.1MPa。
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C.使用操作
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①接通电源，设定“极限压力” 接通电源和控制装置内部的空气断路器后，“极限压力”闪烁，显示管道极限压力，此时用户可以通过“升压”和“降压”按钮修改极限压力的设定值，修改精度为±0.1MPa，最大极限压力为3MPa，其他数码管不显示。
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②开机 按下“启动”按钮后，机组运转，同时“极限压力”常亮，显示已经设定好的“极限压力”；“设定压力”闪烁，显示设定喷雾压力，此时用户可以通过“升压”和“降压”按钮在线修改设定压力，修改精度为±0.1MPa；“工作压力”常亮，显示实际的工作压力。
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③关机 按下“停止”按钮后，变频器、电机和水泵停止工作；断开控制装置内部的空气断路器；断开机泵房电源。
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④系统自动保存设定值 停机后系统会自动保存上次设定的“极限压力”和“设定压力”，在下一次开机时自动调用。
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⑤保护功能 工作压力超过极限压力后自动停机；爆管后自动停机；药池缺水后自动停机；保护功能作用停机后，“管道压力”常亮显示事故编号，按以上保护功能分别是：E.1，E.2，E.3，其他数码管不显示；若显示出现上述事故编号，请断开电源，排除故障后按使用操作①～②步骤重新开机。
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（8）管道恒压喷雾控制设施的技术特点
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①喷药速度快，自动稳定管道中药液的压力。果园管道喷药技术通常以电动机或柴油机、汽油机带动药泵，以提供喷药压力，通过管道输送药液，其压力大、流量足，一般可供10个以上喷枪或20个以上喷头同时喷药，雾化度高；恒压控制装置可以根据管道中药液压力的变化及时调整电动机和药泵的转速，保证管道中压力在设定的压力值下（此压力可以由用户自行设定），以保证药液雾滴雾化的效果。
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②防止爆管，当管道出现意外破裂时及时关机。恒压控制装置可以实时检测管道中药液的压力，控制程序中设定了压力的上限值，当检测到压力达到该上限值后，即发出停机指令，使药泵及时停止，防止爆管现象的发生；当检测到管道药液压力陡降时（例如管道受外力后意外爆裂造成管道压力骤减）即发出停机指令，使药泵及时停止，防止药液的继续外溢，避免污染环境。
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③实现电动机和药泵的软启动，结束喷药时可以对电动机进行软停车，避免水锤效应。电动机和药泵在启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行，这样可以减少启动电流对电动机的电流冲击，减缓启动时对药泵的机械冲击，延长设备的使用寿命；同时可以减小电动机启动对电力网的电流冲击，这对于位于低压配电网末端的果园供电极为重要；喷药系统突然停机时，会引起管道中药液压力的冲击和水锤效应，即药液流量的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击水锤，压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。药泵采用软停车，可以减少药液对管路及药泵的水锤影响。
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④省工省药，耗能低，可降低生产成本。安装本控制装置的管道喷药系统可以工作在无回流的状态，减少了回流所造成的电能损失；用潜水泵搅拌药液代替高压药液搅拌可以降低功率损失20%～30%。
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⑤提高果品质量，增加果农经济收入。管道喷药的直接效益是病虫果率的明显下降。采用管道喷药后，病虫害明显减少，好果率可由通常的75%上升到95%。
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2.遥控喷雾技术
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（1）遥控电动喷雾机的组成
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遥控电动喷雾机由遥控器、控制箱、单相电动机、药泵组成，如图4-42所示。
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图4-42 遥控电动喷雾机
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（2）遥控电动喷雾机工作原理
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采用遥控喷雾技术的电动喷雾机与普通的电动喷雾机主要的不同在于，电动机不是直接接于市电220V电源上，而是经过控制箱与市电相连。电动机的启动和停止可以由遥控器远距离控制操作。由控制箱和遥控器组成的遥控装置原理框图如图4-43所示。
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图4-43 遥控装置原理框图
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遥控装置启动时，合上空气开关QS，辅助电源VDC输出直流电，为遥控接收电路RRC及手控电路MC提供直流电源，遥控接收电路RRC处于接收信号状态。
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在控制箱面板的模式转换开关上选择遥控模式，使控制装置处于遥控模式运行方式下，按下遥控器启动按钮，遥控器发射一个启动信号，遥控接收电路接收到该信号，使固态继电器SSR闭合，交流电源经空气开关、固态继电器、热继电器与电动机绕组接通，电动机运转，进行喷雾；在遥控接收电路接收到启动信号的同时，应答发射电路发射应答信号，远距离通知喷雾作业人员，表明系统接收到了控制信号并运转正常。
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在控制面板的模式转换开关上选择手控模式，使控制装置处于手控模式运行方式下，按下手动启动按钮，使固态继电器接通，电动机运转，进行喷雾。
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装置中的热继电器RJ用于电动机过负载保护。当电动机过负载时，热继电器的常闭触点打开，切断固态继电器的控制端a、b间的电源，使固态继电器断开，电动机停止。
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装置中的空气开关QS、固态继电器SSR及热继电器RJ的型号根据电动机和水泵的功率选择。
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（3）使用方法
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喷雾时，作业人员将柱塞泵吸水管和出水管连接好，控制箱接上电源，电动机接入控制箱的插座上，并按下电源指示按钮；在作业点安装好喷雾胶管和喷枪后，作业人员可以按下随身配挂的遥控器的“开”按钮，启动喷雾机进行喷雾作业；转移作业点时，按下遥控器上的“关”按钮使喷雾机停止工作，整理好喷雾胶管和喷枪移至下一个作业点继续进行遥控喷雾作业。遥控器电源为直流9V，使用安全方便。这种装置由国家柑橘产业技术体系机械研究室研发，目前已经示范的型号有3YK-1.5、3YK-2.2、3YK-2.2S，在山区果园可靠的遥控距离为200m，已在广东、江西、湖南、湖北、重庆、福建、浙江、四川、贵州、陕西、云南、广西等柑橘主产区示范使用。
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（4）技术特点
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在有电的山地果园，动力装置往往使用电动机，传统的小型电动喷雾机采用开关控制，直接通过开关的通断来启动或停止喷雾作业。当喷雾作业点远离电源开关时，不得不专门安排值班人员在开关处，等待喷雾作业人员的口令来开启或关闭电源，这无疑造成人工的浪费，同时提高了喷雾作业的成本；且当喷雾作业场地环境复杂（山地或噪音大）时，值班人员与喷雾作业人员间的口令传递将显得十分困难或难以完成，配合不当会导致误操作，轻则误喷、重复喷药会造成农药浪费，污染环境，重则影响操作人员的健康，严重时会导致农药中毒。
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与现有技术相比，使用遥控装置进行遥控喷雾技术具有如下优点：
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①遥控接收、发射电路和固态继电器为核心构成的小型电动喷雾机控制装置可准确实现电动喷雾机手控和遥控两种工作状态之间的转换，其工作状态的转换可通过控制面板上的模式转换开关完成。通过控制面板的运行开关或遥控器中的启动、停止按钮完成电动喷雾机的控制，可实现远距离遥控电动喷雾机的工作状态。本装置采用遥控电路按键遥控方式，允许喷雾作业人员在远离电动机电源200m范围内遥控操纵，减少电动机及药液泵噪音、电磁辐射对喷雾作业人员的危害；避免值班人员与喷雾作业人员间的口令传递失误或配合不当导致的误操作。
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②电动机启动电路中，采用固态继电器代替传统的交流接触器。与传统的交流接触器比较，固态继电器没有机械部件，工作中没有任何机械动作，不存在触点接触的不稳定问题，因而可以快速进行一次性开、关。
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③固态继电器在输入和输出内部电路中使用光电耦合器，避免了输出端对前级控制电路的影响。
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④所采用的固态继电器内部有过零电路，即使是感性负载也可使尖脉冲降到最小，使得固态继电器对外界的电磁干扰和射频干扰很小，输出电路不存在触点抖动和电弧现象。
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⑤装置中的固态继电器采用全塑封密闭的封装结构，耐潮、耐腐蚀、防爆，可以在恶劣的条件下使用。
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⑥装置中控制电路采用直流供电，低压供电可确保操作者的安全。
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（四）其他喷雾方法与机械
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1.对靶喷雾
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对靶喷雾机是近年来发展起来的一类精准施药机具，是在喷雾机上加一套靶标识别与精确喷雾控制系统而成。
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对靶喷雾技术的关键是要解决靶标的识别技术。靶标识别技术可分为两类：一类是图像识别技术，一类是回波识别技术。图像识别技术又包括激光三维成像和普通二维成像技术；前者成像质量高，但价格昂贵，通常用于军事用途；后者采用普通摄像头成像后，用计算机对图像进行分析判别，控制喷雾系统工作。回波识别技术是应用超声波（或其他波源）在靶标上的反射回波来识别靶标。
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对靶喷雾技术是根据探测到的果树生长情况，由对应的喷头完成定向喷雾的新型施药技术。即通过探测设备，自动识别施药对象的位置，做到哪里有果树（果枝），就向哪里喷雾，没有果树（果枝）就停止喷雾，可以实现个体喷头的控制。
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2.超低量喷雾
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超低量喷雾是近年来防治病虫草害的新技术。它是将少量的农药原液或高浓度的油剂分散成数量很多、大小均匀的雾滴，借助自然风力或风机产生的风力吹送、飘浮、穿透和沉降到植株上，从而达到较好的防治效果。超低量喷雾机一般采用离心雾化原理，因而也称为离心喷雾机。它的类型有非风送式和风送式两类。非风送式超低量喷雾机的喷头旋转部件由电机直接驱动，通过自然风输送雾滴。风送式超低量喷雾机借助于风机产生的高速气流驱动喷头旋转部件并输送雾滴，与非风送式相比，在定向喷洒中效果较好。
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超低量喷雾机输送药液的方式有两种：一种是靠药液自身的重力经流量调节器向雾化盘表面输送；另一种是用专门的输液泵（如离心泵、滚子泵）输送药液。前者一般用于小型喷雾机械，后者一般用于一些与拖拉机配套的大型喷雾机械上。
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3.静电喷雾
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静电喷雾是近年来发展起来的一项新技术。通过静电喷雾机使农药雾化并使雾滴带电，从而使雾滴的命中率提高、分布均匀（尤其是使植物叶片的背面能附着雾滴），粘附牢固，飘失减少，以提高农药的使用效果，降低农药的施用量，减少农药对环境所造成的污染。在当今世界面临能源紧张和环境污染严重的情况下，静电喷雾所带来的好处更是不可忽视。所以近几十年来，世界各地的农业工程和卫生防疫等部门的科技人员都相继投入了这项技术的研究。
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静电喷雾的特点有如下几方面：
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①静电喷雾和喷粉的粒谱在微量范围内，由于药物粒子带电，农药的利用率比一般微量喷雾要高。
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②出于雾滴带有相同电荷，在空间的运行过程中互相排斥，不会发生凝聚现象，所以对目标作物覆盖较均匀，另外由于目标周围电场力的作用，使目标的正面、背面和隐蔽部位均能使雾滴沉积。
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③雾滴在电场力的作用下，能快速而均匀地飞向目标，特别是直径小于20μm的雾滴，更为明显。
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④由于带电雾滴在目标表面吸附率高，因而雾滴在喷洒以后，因风吹雨淋而流失的现象便大大减少。
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⑤由于雾滴是在电场的作用下吸附到目标表面的，因此静电喷雾受天气的影响相对较小，早晚和白天均可进行喷雾。
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⑥能适用于有导电性的各种农药制剂。
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⑦需要有产生直流高压电的电器装置，因而机器的结构比较复杂，成本也就比较高。
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静电喷雾是应用高压静电，在喷头与作物之间形成一个静电场。从喷头喷出的带有静电荷的雾滴，在静电场力的作用下，做定向运动而被植物吸附。静电喷雾具有雾滴分布均匀、附着牢固、沉积量高等特点，减少了喷雾时雾滴的飘移量，并提高了植物叶片背面雾滴的附着率，提高了农药的使用效果，降低了农药的施用量，减少了对环境的污染，是植保机械行列中新崛起的一种机械，静电喷雾机喷雾作业示意图如图4-44所示。
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图4-44 静电喷雾机喷雾作业示意图
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使雾滴带电的方法有三种：电离充电、接触充电和感应充电。静电喷雾机的雾化及带电方式有两种：一种是由机械、液力或气力使药液雾化并采用一定的充电方法使雾滴带电，即先雾化、后带电，一般采用超低量喷头使药液雾化，并采用接触充电方式使雾滴带电。另一种是雾化带电同时进行，即采用静电雾化喷头，利用静电场既使药液雾化又使雾滴带电。
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4.柔性及多管道风送式喷雾机
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图4-45所示的喷雾机为柔性管道风送式喷雾机。其出风头安装于尺寸可变化的支架上，出风口位于支架的两侧，根据作业对象的不同，可灵活调整支架的尺寸及出风口的位置，以使连接到出风口的喷头喷出的药液能从冠层的顶部沉积到靶标的叶面上。此类喷雾机适合每行种植4～6棵植株（具体取决于冠层厚度及植株种植的宽度）的处于生长期的葡萄园。
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图4-45 柔性管道风送式喷雾机
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图4-46为多管道风送式喷雾机。风机产生的气流由垂直分布于2条支架上的16条软管导出，每个软管的扁平型出风口安装一组配备空气感应功能的喷嘴。该喷雾机通过一组超声波传感器检测靶标，以实现对靶喷雾，最初的试验中在苹果园中进行，通过光电传感器检测苹果树的健康程度，以确定用药量的大小，还有基于GPS和超声风速仪的环境监测应用系统，以在不同的行走速度、不同的风速条件下，允许喷雾机对风机所产生的空气流量和喷雾质量实现自动管理。
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图4-46 多管道风送式喷雾机
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5.飞机喷雾技术
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飞机喷雾是一种高效、先进的施药技术，也是欧美国家最主要的植保手段。作业的飞机主要有两种：固定翼型和旋翼型。欧美国家的种植规模较大，以家庭农场为主，所以主要用固定翼型飞机；日本等国家的种植规模较小，以旋翼型飞机为主。“3S”技术、计算机技术、遥控技术等高新技术被普遍采用。1999年，美国得克萨斯州大学研制成功航空静电喷雾装置，并在“空中拖拉机”农用飞机上使用，获得了良好的效果。现在也有尝试用遥控飞机进行果园喷雾的试验。
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如果喷雾装置和控制装置性能欠佳，喷出的雾滴谱宽，对靶性差，部分细小的雾滴可飘移至数千米以外，造成污染。当飞机拐弯或处于非靶标区时，会出现“拖尾巴”现象。因此，飞机施药机具的发展方向是：研制先进的喷撒部件和控制部件；应用“3S”技术进行病虫草害的预测预报和飞机作业时的导航；飞机机型应以旋翼机为主，充分利用旋翼机产生的下压气流，避免雾滴的漂移和有利于雾滴穿透植被，提高雾滴的附着率。
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6.循环喷雾技术
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对常规喷雾机具进行重新设计改造，在喷雾部件的相对一侧加装药雾回收装置，将喷雾时没有沉积在靶标植物上的药液收集后抽回药液箱，循环利用，可大幅度地提高农药有效利用率。
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7.根部施药技术
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对于那些内吸性好的药剂，可以做成药丸，埋在果树根部，药剂缓慢定期释放，药剂通过果树根部吸收传导到果树上部用于防治地上病虫害。
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8.药辊涂抹技术
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药辊涂抹技术主要用于内吸性除草剂的使用，药液通过药辊（一种利用能吸收药液的泡沫材料做成的抹药滚筒）从药辊表面渗出，只需接触到杂草上部的叶片即可奏效。这种方法几乎可使药剂全部施在靶标植物上而不会发生药液抛洒和滴落。现在，欧美很多公司例如法国Tecnoma公司、Evrard公司和美国的Brohill公司、Femco INC公司等研究开发了多种样式的“涂抹机械”，可满足多种场合作业的需要。
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三、除草机械
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（一）除草机械的分类
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1.化学除草机械
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（1）叶面处理
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选用触杀性或传导性除草剂对杂草作叶面喷布，可控制杂草生长，又能保留一定数量的草覆盖果园。此方法适于梯田或土层浅、石头多不便机耕的柑橘园。
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（2）土壤处理
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选用残效期长的除草剂，并在杂草旺盛生长季节再用触杀性或传导性除草剂除去漏网杂草，保持果园无草状态。这种方法可完全排除杂草对果树生长的影响。
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（3）结合机耕的化学除草
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这是经济实用除草方法。在机耕后、杂草萌芽前用残效期长的除草剂做土壤处理，并于杂草旺盛生长季节用触杀性或传导性除草剂除去一些漏网杂草。此种方法既可提高肥效，又克服了长期采用化学除草免耕产生的果树浅根现象。
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化学除草机械主要以机动喷雾机为主，包括悬挂式机动喷雾机、自走式喷雾机和背负式机动喷雾器，所采用机械的形式、使用方法与《第四章果园管理机械与设施》的喷雾机械与设施的相关内容相同。
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2.锄草机械
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锄草机械是通过翻土、松土、犁地等机械作业的过程中，切断草根，干扰和抑制杂草生长，达到控制和清除杂草的目的。机械多数采用拖拉机等为动力，牵引旋耕、犁耕、松土、开沟等机具或采用微耕机等进行作业，机械化程度较高，效果好。由拖拉机牵引的旋耕机、犁耕机动力较大、适用于平原、缓坡和果树行距较宽的果园进行中耕锄草。微耕机以小型柴油机或汽油机为动力，整机具有重量轻、体积小、结构简单、操作方便、易于维修、油耗低等特点。微耕机可爬坡、越埂，广泛适用于平原、山区、丘陵的果园进行旋耕、犁耕、开沟起垄等作业，旋耕作业在浅旋耕的同时可达到锄草的目的。所采用的机械及使用方法与第三章“果园建园与耕作机械”相同。
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3.割草机械
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割草机械是将长到一定高度的杂草在地表面上割下并覆盖果园，当作果园的有机肥，增加土壤肥力。割草机械主要采用割草机、割灌机等。
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（二）几种常用除草机械
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1.旋转锄草机
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旋转锄草机也是机动锄草机的一类，安装于农用拖拉机的前端如图4-47，在其方框形的机架前端有锄草器，机架两侧装有向外倾斜的提苗器，该锄草器、提苗器由拖拉机输出轴上的皮带轮经主传动轴和中间传动轴的齿轮、链轮驱动，机架上方设有“人”字形拉杆经设置于拖拉机驾驶室的操纵机构而可控制锄草器的离地高度，除草质量好，工作效率高。
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图4-47 旋转锄草机
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2.多功能锄草机
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如图4-48所示，这种除草机由犁架、行走地轮、变速箱、高速风机、导风软管、喷嘴、耘锄、松土轮、气流挡板构成，其特征是，犁架下前两侧设有行走地轮、后部设有耘锄，耘锄后设有固定在耘锄支架上的松土轮，两个相对应的松土轮一个安装有导风软管喷嘴，另一个安有一块气流挡板，犁架上设有一个花键轴头带动的变速箱和两个高速风机，两个高速风机接有带喷嘴的导风软管。该除草机具有松土、保苗、除草一机多用的特点，是一种能降低农业生产成本，提高工作效率，较先进的一种锄草机。
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图4-48 多功能锄草机
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3.锄草中耕机
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如图4-49所示，此类田园管理机（中耕机）具有造型美观、设计新颖、体积小、功能多、操作灵活、突出性强、安全方便等诸多优点。同时配有开沟耕作、锄草保墒、施肥、施耕等专用机械。燕式耕锄：该锄杆采用铸造件，三锄头均为可调式锄头，具有使用方便、省力、锄草保墒等功能，适应各种地块行距。耕耘幅度20～70cm，耕耘深度5～15cm。平铲式耕锄：该锄头分一大二小三个锄头，大锄头为可调式锄头，具有深浅、培土、锄草保墒等功能。左右小锄头可左右移，适应各种地块行距。耕耘幅度20～70cm，耕耘深度5～15cm。旋耕：采用铸钢而成变速箱，具有强度高，结构紧凑，适应各种土壤要求，工作幅度30cm。
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图4-49 锄草中耕机示意图
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4.小型松土锄草机
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小型松土锄草机是一种手扶式耕整机械，如图4-50所示。适合处于山区、丘陵的果园使用，具有重量轻、体积小、结构简单、操作方便、易于维修、能耗低、效率高等特点。在果园中，可以一次性根除地表草类、藤蔓类、荆棘类等植物。配套的旋耕刀可以旋耕土壤、松土，去除草根并把草根旋出打碎。
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图4-50 小型松土机
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小型松土锄草机由动力（电动机或汽油机）、手持架、旋耕刀组成。旋耕刀如图4-51。
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图4-51 旋耕刀
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5.小型果园割草机
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如图4-52所示，此类割草机选用MI-3型耕耘机作动力机，充分利用其小巧灵活的特点。割草机与动力机之间采用三角带传动，经过一级锥齿轮等比传动使刀片以3600r/min的速度旋转，将草割下，并通过排草罩将草排出。割草机与动力机联结后整体尺寸为2.5m×0.6m×0.75m，质量仅为145kg，可由一人轻松进行操作。割草机采用无支撑方式、直线型刀片。行驶速度为3.0～9.0km/h，生产率为0.15～0.45hm2/h，其生产率高且整机成本低。
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图4-52 小型果园割草机示意图
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6.可施肥喷药的割草机
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可施肥喷药割草机是一种能在割草的同时进行施肥或喷药的割草机。如图4-53所示，它是通过在割草机上增加一个附加功能装置实现上述功能。该装置由盛药容器、支架、空气泵、进气管、出水管及喷射棒组成。支架用于连接割草机和盛药容器。盛药容器通过所连接的空气泵增压，空气泵通过进气管向盛药容器中充气增压，出气管一端通过针孔插入盛药容器，另一端连接到用于喷药或施肥的喷射棒。用于喷药或施肥的喷射棒固定在割草机底盘下部和刀片后部。施肥喷药功能装置与割草机为固定式或可分离式安装。在割草的同时，可对草坪进行喷药或施肥。
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图4-53 可施肥喷药割草机示意图
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7.割灌机
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割灌机可用于果园中杂草清除，割下的大量杂草可覆盖果园，又可当做果园的有机肥，增加土壤的有机质。割灌机仅是切割掉杂草的地上部分，对土壤表面几乎没有影响，加上草根的固土作用，对保持水土极为有利。
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割草割灌机有直杆侧挂式（如图4-54）和软轴背负式（如图4-55）。直杆侧挂式因在工作时其发动机和工作杆处于操作员的同一侧位而得名，重量轻、操作方便、结构简单，用于平地和缓坡地割草作业；软轴背负式工作时发动机通过减震装置背在操作员的身后而得名，工作杆通过柔性传动轴从操作者侧面输出进行作业。它可以任意弯曲、转向，用于各种复杂地形割草作业及高举打枝作业，操作灵活，轻便自如。
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图4-54 直杆侧挂式割草割灌机
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图4-55 软轴背负式割草割灌机
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割草割灌机由动力（汽油机或电动机）、传动部分和切割部分组成。其中切割部分可配不同的刀片，如图4-56所示，三齿刀片用于切割杂草和直径10mm以下的草本植物；四齿、八齿刀片用于切割杂草和直径6mm以下的小灌木；八十齿刀片，用于切割杂草和直径15mm以下的小灌木；在人多的地方用割灌机除草，可选用尼龙割草绳盘，以免刀具撞击破碎伤到附近的人员。
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图4-56 割灌机各种刀具
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割草机的工作原理是利用汽油机的动力，通过传动系统带动割草旋盘上的刀具或一条特制的高分子线（打草绳）同步调整旋转，产生一定的切割力，把杂草切断，起到除草的作用。使用割草割灌机除草，以杂草长到10～13cm时效果较好。如杂草长得过高，应分两步进行，先割上部，再割下部，割下来的杂草尽可能地落到果树边。一般每台割草机每日可割草5336m2以上，其功效相当于人工除草（每日333m2）的16倍。由于割草机旋转速度快，对果园杂草的切割效果好，特别对嫩度高的杂草的切割效果更佳。一年除草3次，基本能达到除草要求。
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果园全年需要进行多次除草，割下的草就地腐烂，覆盖在果园的杂草不但可以提高土壤肥力，还可以提高果树的越冬抗冻能力。
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四、灌溉施肥机械与设施
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（一）果园喷灌系统
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1.果园喷灌系统的组成
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（1）水源工程
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河流、湖泊、水库、水渠、池塘和井泉都可作喷灌的水源，但必须修建相应的水源工程，如泵站及附属设施、水量调蓄池和沉淀池等。
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（2）水泵及配套动力机
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水泵将灌溉水从水源点吸提后，经增压再输送到管道系统。喷灌系统常用的水泵有离心泵、长轴井泵、深井潜水泵等。在有电力供应的地方，常用电动机作为水泵的动力机；在无电力供应的地区，可用柴油机、手扶拖拉机等作为动力机。
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（3）管道系统
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管道系统的作用是将压力水输送并分配到果园。管道系统通常分干管和支管两级，在支管上装有用于安装喷头的竖管。在管道系统上装有各种连接和控制的附属配件，如弯头、三通、接头、各类闸阀等。
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（4）喷头
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喷头是喷灌系统的专用部件，喷头安装在竖管上，或直接安装在支管上。喷头的作用是将压力水流粉碎成水滴状，洒落在土壤表面。
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2.果园喷灌系统设施及装备
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（1）按获得压力的方式分类
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机压喷灌系统是利用动力机和水泵提供工作压力的喷灌系统。常用的动力机是柴油机、汽油机和电动机。水泵的流量应满足灌水要求，系统所有喷头和管道的压力应在规定范围之内。自压喷灌系统是指利用自然水头获得工作压力的喷灌系统。由于无需加压设备，仅利用地形高差对水加压，故该系统多用于山地或丘陵地区果园灌溉。此外，需要注意的是，自压喷灌系统中，水源和喷头的高差形成的压力也应在喷头和管道的工作压力范围之内。提水自压喷灌系统是指将水提到高处的蓄水池，然后按自压喷灌系统的方法实现喷灌，是丘陵山区常见的一种形式（图4-58）。
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图4-58 果园喷灌系统按压力方式分类
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（2）按结构组成的特点分类
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果园管道式喷灌系统，按照管道固定方式的不同分为三种基本类型：固定管道式喷灌系统、半固定管道式喷灌系统和移动管道式喷灌系统。固定式管道式喷灌系统的各组成部分是固定不动，动力和抽水用泵构成固定泵站，干管和支管常年埋在地面土层以下，喷管安装在固定的支管上的竖管。半固定式管道式喷灌系统的动力、水泵和干管部分与固定式喷灌系统一样是固定的，而支管、竖管和喷头均可拆卸，类似于移动管道式喷灌系统。移动管道式喷灌系统的水泵、动力设备、管道和喷头都是能够拆装的，一般在水源（如渠道、坑塘）附近的适当部位，安装水泵和动力机，将两级管道（干管、支管）用快速接头连接伸入喷灌的地块。如图4-59所示。
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图4-59 管道式果园喷灌系统
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果园机组式喷灌系统是将水泵、动力机、水管、喷头装配为一个可整体移动的喷灌机组的喷灌系统。有的喷灌机组省去输水管，而直接将喷头安装在水泵上，这种喷灌机组称为直联式喷灌机组。在果园种植区保有一定数量的柴油机、
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图4-60 果园机组式喷灌系统
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电动机和拖拉机等动力设备的情况下，机组式喷灌系统可一机多用，减少投资。为了便于喷灌机移动，降低劳动强度，山地果园的机组式喷灌系统多安装在手推车或者抬架上，如图4-60a和4-60b所示。对于平原地区果园，机组式喷灌系统常安装在拖拉机上，如图4-60c所示。
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（3）果园喷灌系统部件
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果园喷灌系统部件包括喷头、水泵、管道及附件。喷头是将有压水喷射到空中的部件。低压喷头工作压力为0.1～0.2MPa，射程为5～14m，又称近射程喷头；中压喷头工作压力为0.2～0.5MPa，射程14～40m，又称中射程喷头；高压喷头工作压力为0.5～0.8MPa，射程在40m以上，又称远射程喷头。常见喷头的结构形式有孔管式喷头、固定喷头和旋转喷头三类。孔管式喷头可分为单列孔管式和多列孔管式两种。常见的固定喷头有折射式、缝隙式和离心式三种。常见的旋转喷头有摇臂式、叶轮式、垂直摆臂式、反作用式和全射流式五种。上述喷头的外形如图4-61所示。
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图4-61 果园喷灌系统中的喷头
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水泵常用卧式单级离心泵，深井水源采用潜水电泵或射流式深井泵。如要求流量大而压力低，可采用效率高而扬程变化小的混流泵。移动式喷灌系统多采用自吸离心泵或设有自吸或充水装置的离心泵，也使用结构简单、体积小和自吸性能好的单螺杆泵，如图4-62所示。
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图4-62 果园喷灌系统中常用的水泵
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管道及附件，固定喷灌系统常用铸铁管、普通钢管、预应力或自应力钢筋混凝土管、石棉水泥管及塑料管等。半固定与移动喷灌系统常用镀锌薄壁钢管、铝合金薄壁管和塑料管。附件有双挂钩球快速接头、单挂钩承扦式快速接头、内转环式或旋扣式快速接头、S形连接管、弯管接头、三通、支承架管、给水栓附件，如图4-63所示。
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图4-63 果园喷灌系统中的管道与附件
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（二）果园滴灌系统
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1.果园滴灌系统的组成
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（1）水源工程
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河流、湖泊、水库、塘堰、沟渠、井泉等，只要水质符合灌溉要求，均可作为滴灌的水源。为了利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水、提水工程，以及相应的输配电工程。当以含泥沙量较多的河渠为水源时，还应修建沉沙池工程等。
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（2）首部控制枢纽
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滴灌首部通常由水泵及动力机、控制设备、肥料装置、水质净化装置、测量和报数设备组成，其作用是从水源抽水加压，施入肥料液，经过滤后按时按量送进管网。采用水池供水的小型系统，可直接向池水中加施可溶性肥料省去施肥装置。若系统直接取水于有压水源（水塔、压力给水管、高位水池等）则可省去水泵和动力机。首部枢纽是全系统的控制调度中心，如图4-65所示。
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图4-65 首部枢纽示意图
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（3）输配水管网
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包括干管、支管、毛管，将各级管路连接为一个整体所需的管件和必要的控制、调节设备（如闸阀、减压阀、流量调节器、进排气阀等）。根据滴灌系统所控制灌溉面积的规模，管网的等级划分也有所不同。其作用是将压力水或肥料溶液输送并均匀地分配到灌水器。
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（4）灌水器（滴头）
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滴头是滴灌系统的关键部分。其作用是使毛管中压力水流经过细小的流道或孔眼，造成能量损失，减小压力，变成水滴或细微流而均匀地分配于作物根区土壤。一个滴灌系统工作的好坏，最终取决于灌水器施水性能的优劣。
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2.滴灌系统相关设施及装备
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（1）果园滴灌系统部件
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过滤装置：果园滴灌系统灌水器出口的孔径小，容易被水源中的杂质堵塞，过滤装置是保障微灌系统正常运行，延长灌水器使用寿命和保障灌溉质量的关键。过滤装置分为4种：①旋流式水砂分离器。根据重力和离心力的工作原理，清除密度比水大的固体颗粒，需定期除砂清理，时间按当地水质而定。②砂石过滤器。利用砂石作为过滤介质的过滤设备，清除水中的悬浮物（比如藻类），需定期更换砂石，时间按当地水质定。③筛网式过滤器。过滤介质是尼龙筛网或者不锈钢筛网，杂质在经过过滤器时，会被筛网拦截在筛网内壁，为了保证过滤器有效地清除水中的各种杂质，需要定期清洗过滤器的筛网，一般建议每次灌溉后都清洗。④叠片过滤器。采用带沟槽的塑料圆片作为过滤介质，杂质在经过过滤器时，会被塑料圆片拦截在圆片外，清除水中杂质，需定期清洗过滤器，时间按当地水质而定。如图4-66所示。
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图4-66 果园滴灌系统的过滤装置
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水阀：起打开取水和关闭断水的作用。常用闸阀、蝶阀、球阀、止回阀和进排气阀等，材质有铸铁、钢质、塑料等。闸阀开启和关闭的力小，对水流的阻力小，并且水流可以两个方向流动等优点，结构较复杂。50mm以上的阀门多用法兰连接，50mm以下的阀门用螺纹连接。蝶阀是指关闭件（阀瓣或蝶板）为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。球阀在微灌系统中应用广泛，用在支管进口处。球阀构造简单，体积小，对水流的阻力也小，但缺点是如果开启动作太快会在管道中产生水锤。因此在微灌系统的主干管上不宜采用球阀，但可在干、支管末端装上球阀作冲洗之用，其冲洗排污效果好。止回阀也叫逆止阀或单向阀，水流只能沿一个方向流动。当切断水流时，用于防止含有肥料的水倒流进水源，还可防止水流倒流引起水泵叶轮倒转，进而保护水泵。进排气阀也叫空气阀，一般安装在微灌系统的最高处，用于放出管网中积累的空气，防止管道发生震动而遭破坏，或在系统需要泄水时，起到进气作用。如图4-67所示。
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图4-67 果园滴灌系统的水阀
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输配水管道：果园中输配水管安装方式十分重要，要考虑到地势、果树的间距、树冠位置的高低，还有首部枢纽上能提供的水压的大小等因素。果园中输配水管网包括输水干管、配水干管、配水分干管、支管、毛管等部分，还需将各级管路连接为一个整体所需的管件和必要的控制、调节设备（如闸阀、减压阀、流量调节器、进排气阀等）。据灌溉施肥系统所控制灌溉面积规模，管网的等级划分也有所不同。其作用是将压力水或肥料溶液输送并均匀地分配到灌水器。常用输配水管道网包括有杈形管网、梳齿形管网以及鱼骨形管网等多种形式，如图4-68所示。
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图4-68 果园滴灌系统的输配水管道
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量测装置：量测装置包括水表和压力表（图4-69）。微灌工程中常用水表来计量管道输水流量大小和计算灌溉用水量的多少，水表一般安装在首部枢纽中过滤器之后的干管上。微灌工程中常用的水表有旋翼式水表和螺翼式水表两种。微灌系统中经常使用弹簧管压力表测量管路中的水压力。
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图4-69 果园滴灌系统的量测装置
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施肥（药）装置：果园滴灌系统施肥（药）装置详见灌溉施肥系统中的内容。
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灌水器：①微喷头：微喷头从结构上分为折射式和旋转式两种，前者用于降温加湿，后者用于灌溉。旋转式微喷头可以采用倒挂和地插两种方式安装，折射式微喷头主要采用倒挂安装，采取倒挂安装时一定要安装防滴器。微喷头主要用于果园的灌溉和降温加湿。②滴头：滴头按压力分为压力补偿式和非压力补偿式两种，其中压力补偿式滴头主要用于长距离或者存在高差的山地果园铺设，非压力补偿式用于平地果园短距离铺设。滴头主要用于小型果园的灌溉，通常是配合滴箭使用。③滴箭：滴箭由Φ4的PE管和滴箭头及专用接头连接后插入毛管而成，主要用于小果园。④滴灌带：滴灌带是指滴头与毛管制造成一个整体，兼备配水和滴水功能的管。滴灌带有压力补偿式和非压力补偿式之分。压力补偿式主要用于大型果园长距离铺设或者是起伏地形的山地果园中铺设。滴灌管在多种果园中都可以使用，相对滴灌带而言，滴灌管的使用寿命稍长，但是价格比滴灌带高。⑤喷水带：喷水带是采用特殊的激光打孔方法生产的多孔微喷灌带，具有喷水柔和、适量、均匀，水压低、成本低，铺设、移动、收卷和保管简单方便等优点，主要使用在露地果树栽培中（图4-70）。
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图4-70 果园滴灌系统的灌水器
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（三）灌溉施肥系统
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1.灌溉施肥系统组成
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（1）水源工程
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河流、水库、机井、池塘等，只要水质符合微灌要求即可。
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（2）首部控制枢纽
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由电机、水泵、过滤器、控制和测量设备（压力调节阀、分流阀、水表等组成），自动操作时部首配备电脑自控系统。
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（3）输配水管道
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由干管、支管、毛管等组成。
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（4）滴水器
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即滴头或喷头。
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2.水肥一体化技术
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（1）压差法
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文丘里施肥器：文丘里施肥器与开敞式肥料罐配套，其构造简单，造价低廉，使用方便，适用于小型微灌系统。文丘里施肥器的缺点是直接装在骨干管道上注入肥料，则水头损失较大，故应用中常通过在管路中并联一个文丘里器来克服，构造如图4-72所示。
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图4-72 文丘里施肥器
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旁通施肥罐：旁通施肥罐是常用的压差式肥料罐，由肥料罐、进水管、出水管、调压阀等组成。肥料罐的进水管和出水管与灌水主管相连，在主管上位于肥料罐进、出水管连接点的中间设调压阀，当调压阀稍微关闭，两边即形成压差，调压阀前面主管上的一部分水流由进水管进入肥料罐，溶解罐内肥料，然后肥料溶液又通过肥料罐出水管进入主管输送到果园，如图4-73所示。
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图4-73 压差式施肥罐
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（2）泵注法
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泵注法使用施肥泵向滴灌系统注入肥料溶液，如图4-74示。施肥泵用电、内燃机或灌溉系统产生的水压来驱动。水力驱动施肥泵较通用、可靠且操作和维修的费用低。膜式或活塞式肥料泵由灌溉系统的压力驱动，能量消失后泵会排出一部分驱动水，这两类泵精确可靠且维修费用低，应用广泛。需要高容量或肥料溶液浑浊时，可以应用离心泵。而滚轴泵则可以用于精确注入少量养分溶液。泵注法的优点是：肥料浓度稳定不变，施肥质量好，效率高。其缺点是：需另加注入泵，造价较高。常用施肥泵有水力驱动泵、隔膜泵、活塞式泵、电力泵、无排水式水泵等。
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图4-74 泵注法示意图
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（3）手动追肥机具
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由于追肥期是作物生长的中、后期，植株高大，限制了机械追肥作业，近年来，各地针对这一矛盾，相继研制出一批手动追肥机具。如图4-75所示。
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图4-75 新型果树手动追肥机具
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（四）智能化灌溉施肥系统与自动控制关键装备
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1.果园低功耗滴灌控制器
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（1）控制器的组成
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控制器主要由单片机、干电池、电源电路、人机交互单元、电磁阀及其驱动电路组成。系统以干电池供电，电源电路用于将干电池的电压调节成合适的电压供给控制器的各电路单元使用。人机交互单元由刻度面板与2个多档位旋钮开关组成，用于设定滴灌的间隔周期和持续时间等参数。单片机是控制器的核心微处理器。电磁阀与滴灌主干管道相连，用于控制管道中水流的通断。驱动电路用于驱动电磁阀的开关动作。系统框图如图4-78所示。
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图4-78 控制器组成
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（2）控制器的功能及工作原理
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具有定时自动控制、手动控制和设定系统时钟3种功能，控制器通过2个旋钮开关进行设定操作。当选择定时自动控制时，系统根据滴灌启动时间、滴灌间隔天数和滴灌时长3个时间参数对电磁阀进行自动控制。其中，启动时间可根据果园的实际需水要求固定在每天的某一时刻；滴灌间隔天数和滴灌时长由用户通过2个旋钮开关进行设定，然后以单片机内部定时器的计时作为实时时钟，判断是否同时满足滴灌启动时间和间隔天数。若系统实时时间满足设定要求打开电磁阀进行滴灌。当滴灌持续的时间达到所设定的滴灌时长时，则关闭电磁阀停止滴灌。当选择手动控制时，滴灌的启动与停止由用户手动控制而自动控制功能失效。系统时钟的设定只在控制器上电瞬间进行。若需重新设定或校准时钟，则先将控制器断电，然后通过2个旋钮开关设定时间再上电即可完成。滴灌控制器实物如图4-79所示。
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图4-79 滴灌控制器实物
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（3）控制器各功能单元
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第五章 果实采收机械与装备
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一、人工采摘辅助机械与装备
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1.采果剪
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采收柑橘、柿子、葡萄等果实用特制的采果剪，圆头而刀口锋利，避免刺伤果实，如图5-1所示。
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图5-1 采果剪
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2.采果篮与采果袋
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采果篮是用细柳条编制或钢板制成的无底半圆形筐，筐底用布做成，如图5-2所示。采果袋可以用布缝制，底部用拉链作成一个开口，待装满水果后，把拉链拉开，让水果从底部慢慢转入周转箱中，这样可以大大减少水果之间的相互碰撞所造成的伤害，如图5-3所示。筐或篮用布包上，内衬柔软的物质，要求无刺、光滑、柔软、卫生，防止扎伤和碰伤水果。
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图5-2 采果篮
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图5-3 采果袋
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3.装果箱、周转箱
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装果箱也叫周转箱，有木箱（图5-4）、纸箱、金属箱（图5-5）、塑料箱（图5-6）等，周转箱应大小适中。周转箱过小，容量有限，会加大运输成本；周转箱过大容易造成底部产品的压伤。同时周转箱应光滑平整，防止刺伤产品。我国目前采收水果用的周转箱以柳条箱、竹筐为主，对产品伤害较重，而国外主要用木箱、防水纸箱和塑料周转箱。所以今后应推广防水纸箱和塑料周转箱在水果采摘中的应用。
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图5-4 木箱
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图5-5 金属箱
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图5-6 塑料箱
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4.采果梯、采摘台
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虽然果树矮化栽培是发展趋势，但很多情况下采摘果树上部的水果，还必须借助采果梯。采果梯有木梯和金属梯，如图5-7和图5-8所示，目前金属梯应用较多。
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图5-7 木梯
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图5-8 金属梯
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美国、澳大利亚等国，果园平坦、果树行间距大，应用了不同类型的水果采摘辅助平台，如图5-9所示，提高了水果采摘的机械化程度。采摘平台一般由一人单独操作，如图5-9（a）所示，有的用手操作控制平台，有的靠脚部控制，平台可以前进、后退、转动、上升、下降。有的平台除了辅助采摘水果，还装有气泵，使用气动剪进行果树修剪。
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图5-9 水果采摘辅助平台
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二、果实收获机械
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1.树冠振摇连续式收获机
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在柑橘收获上使用的树冠振摇连续式收获机有两种。一种是带有振摇部分和收集部分的自走式收获系统，如图5-11和图5-12所示，将果实从树上振落，再由收集部分收集。另一种是由拖拉机牵引工作的收获系统，如图5-13所示，将果实振摇落到地上，然后由人工收集地上的果实。
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图5-11 KORVAN自走式收获系统
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图5-12 OXBO自走式收获系统
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图5-13 OXBO拖拉机牵引式收获系统
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无论是自走式收获系统还是拖拉机牵引式收获系统，树冠振摇连续式收获机的核心单元都由一系列能够旋转的横向长棒条组成。每个旋转模块由一系列长约1.83m（约6ft），直径3.81～5.08cm（1.5～2in）的长棒条安装在旋转架上组成，旋转架连接在中间的旋转鼓上。每个长棒做成尖齿状，能够插进果树冠层里面，横向旋转并振摇树冠使果实脱落。
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收获机械旋转棒条的振动频率可以根据不同水果的脱落需要进行调整。OXBO公司生产的收获机械，还可以调节齿状棒条插入树冠的角度。旋转鼓与控制部分悬挂连接，能够使棒条与地面保持0.91m（3ft）的距离。整个旋转部分能够被升离地面5.49m（18ft），可以收获树冠高达5.49m的果树。进行机械收获的果树还需要被修剪成一致的树形，使得齿状棒条能够最大限度地插进果树冠层里面，可以提高果实脱落率。为了减少果实因为受到地面或收集架的冲击而破裂，果树高度最高应该在4.88～5.49m（16～18ft）。
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自走式收获系统以成对方式进行工作，在果树的两边各有一个单元。每个单元有一个液压调整系统。成对的单元在整齐的果树下面行进，行进速度为每小时804.67～2092.15m，这样每小时能够收获200～400棵果树。每个单元都能够收集果实和从果实中分离树叶和树枝，减少杂物。水果能够直接输送到山羊型卡车上，当水果少于60箱的时候暂时储放在OXBO收获机的机板上以保证能够连续工作。
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为了提高收获效率，自走式振摇和收集部分应该与果树树冠的形状和尺寸相适应。果树冠层应该修剪两边和去顶。果树应种成直行，树干的净高应该为距离最底部树枝的距离为45.72cm，长的树行能够提高收获效率。树枝裙部离地面的高度为76.2cm，这样收集架容易从果树下面移动，并且减少果树下边缘的破坏，增加果实的回收量。果树总的高度不应超过4.88～5.49m，树冠宽度从树干到边缘应该为1.98～2.44m。最后还需要人工采摘留在树上的果实或者找捡拾遗留在收集架上的果实。振摇和收集部分都有的连续式收获机能够收获90%～95%的果实，再加上人工收获的果实，总的果实收获率能够达到98%。
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一套振摇和收集部分都有的连续式收获机工作需要6名操作人员：2名收获机操作员和4名山羊型卡车驾驶员。综合起来，这套系统生产率比手工收获提高5～10倍，当然还与具体的果树、果园条件和机器的工作时间有关。
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对于没有被修剪统一形状、尺寸和没有被修剪边缘的果园来说，适合应用拖拉机牵引式树冠振摇连续收获机械系统，因为它具有较高的灵活性。拖拉机牵引式收获系统与树冠振摇和收集部分都有的收获系统类似，只是没有水果收集部分。齿状棒条安装在旋转架上，通过水平方向旋转振摇，使果实从果树脱落到地上。由于有独立的动力单元，操作者能够使带有齿状棒条的旋转鼓倾斜和提升到合适的位置。收获范围限制在5.49m高。在有经验的操作者和果树不超过5.49m的情况下，能够收获95%的果实。
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拖拉机牵引式树冠振摇收获系统须与人工收集脱落果实配合工作。该收获系统能够以804.67～1609.34m/h的速度行进，收获能力为每小时100～200棵果树。通常，该收获机收获果树量以当天能够人工收集完地上果实的果树量为准。拖拉机牵引式树冠振摇连续收获系统连同人工能够收获99%的果实，收获效率比一般手工收获提高至少2倍。
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2.树干振摇式收获机
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树干振摇式收获机也有两种基本类型，一种有收集系统，包括树干振摇部分和收集系统，如图5-14、图5-15和图5-16所示；另一种没有收集系统，只有树干振摇部分，如图5-17所示。这两种收获机各有优势和潜力。
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图5-14 Coe-Collier振摇系统
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图5-15 Coe-Collier收集系统
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图5-16 FMC树干振摇机
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图5-17 Stackhouse树干振摇机
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同时具有树干振摇和收集系统的水果收获机械使用两个自走式单元。在树的一边，树干振摇机和水果导流板组合成一个单元。振摇部分在芽接部位和第一个大分枝之间夹住树干。有一个特殊设计的衬套，这个衬套有颗粒填充，直线振摇果树。直线振摇的优点大于多方向振摇系统，它能够减小对树皮的破坏。
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振摇一般持续5～12s，这与果树树龄和品种有关。收获季节初期，果实的脱离力比较大，振摇时间可以超过10s。
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振摇果树后，脱离的果实下落到果树另一边的收集部分。收集部分能够分离树叶和细枝条，然后将果实输送到推车上面。推车在卸货前能够承载80～100箱果实。这套收获系统能够振落94%～97%的果实，收集88%～95%的果实。
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为了将收获机械的效率发挥到最大，果树要被种植成直行，树干在芽接以上的高度至少38.1cm。修剪果树裙部也能提高收获量。长在低处的水果会被收集架碰到，收获后水果仍然会留在树上或者在收获前就被收集架碰掉。从地面和滴灌管算起，果实的裙部至少应该离地76.2cm以上，这样收集架就比较容易在果树冠层下面移动。
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树干振摇和收集系统受树干尺寸的限制，树干直径要小于25.4cm。建议树高不要超过4.88m以减小果实破裂。一套树干振摇机每小时能够收获90～140棵果树。
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另一种树干振摇系统被称为单振树干摇晃系统。这套单振树干摇晃系统没有收集部分。单振机械收获系统可以在果树行中灵活移动，而同时包含树干振摇和收集部分的收获系统会受到树干尺寸，果树形状和低处树枝的限制。单振收获系统非常适合较老而树干比较短的果树，通常这些果树的直径大于22.86cm。单振树干摇晃机收获过高度达到7.62m的果树。当振摇较大果树的时候，要求果树下面铺一层软垫保护下落的果实，减少破裂。当单振摇晃收获系统在果树的中间行走的时候，它能够同时振摇收获左右两边的果树。
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由于单振树干摇晃系统没有收集部分，水果会掉到地上，需要人工捡起和收获果树低处的果实。这套系统能够振摇每小时30～100棵果树。
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使用树干振摇收获机的时候，需要考虑多种因素来提高收获效率。比如，微灌溉系统需要铺设到地下，在树干下面和两排果树的中间铺设。果树裙部的高度应该为76.2cm，这样收集架就能在果树冠层下面灵活移动，减少对果树的破坏。
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美国佛罗里达大学的研究表明，在对果树进行10年或更长时间的机械收获后，没有明显的证据表明机械收获会缩短果树的寿命和减少产量。在一些案例中，当果树的树皮生长旺盛的时候，树皮的破损会比较明显。但是能够通过适当的操作培训和设计合理的机器来减少树皮的破损。
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主要参考文献
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王元裕.1992.实用果树整形修剪手册[M].上海：上海科学技术出版社.
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王乃康，茅也冰，赵平.2001.现代园林机械[M].北京：中国林业出版社.
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苗平生，华敏.1999.现代果业技术与原理[M].北京：中国林业出版社.
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第六章 果园运送机械与设施
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一、轨道运输系统
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（一）山地果园单轨运输机
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1.山地果园单轨运输机的功能与适用范围
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7YGS-35型自走式单轨运输机采用8.8kW（12马力）柴油机做动力，巧妙地运用链轮链条机构实现了驱动，轨道可以依据地形架设，可以适应复杂地形的运输需求。国家柑橘产业技术体系机械研究室华中农业大学团队研发的单轨运输机目前经过了两轮的研制，第二轮研制的单轨运输机在第一轮的基础上对防止运输机侧倒、上跳、减小转弯半径、降低轨道高度和去除原辅助轨道等方面进行了一系列的优化设计和改进，最终实现了运输机的单轨道运输。实验表明该类单轨运输机可以实现最大爬坡角度35°，上坡载重300kg，下坡载重1000kg，转弯半径小于4m等主要功能。二代运输机主机长1.4m、高0.84m、宽0.8m，工作可靠，运行平稳，安装及使用成本较低，大大降低果实、农药、肥料等的运输劳动强度及成本。
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单轨运输机主要特征：
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（1）单轨运输机有前进、倒退、转弯、上坡、下坡及在任意点处停车、启动的功能；
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（2）单轨运输机最小转弯半径为4m；
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（3）单轨运输机最大爬坡角度为35°；
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（4）单轨运输机可载重300kg上坡，载重1000kg下坡；
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（5）单轨运输机平均运行速度为1.2m/s。
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单轨运输机适用范围：单轨运输机可以在坡度小于35°，转弯半径大于4m的坡地上架设轨道运行，同时在一定范围内也可以适应爬坡处转弯的空间弯曲地形，架设轨道时可以依据果园所处的地形灵活处理，能适应上坡、下坡及蜿蜒起伏的复杂地形。如图6-1和图6-2所示。
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图6-1 坡度不大于35°的斜坡
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图6-2 转弯处最小半径4m
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2.山地果园单轨运输机的结构
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