CN104396635A - 一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置及方法。该消毒装置包括行走机构、消毒箱、控制器和旋耕碎土器；所述行走机构包括车架和行走轮，所述行走轮安装于车架上；所述控制器用于控制所述行走轮在待消毒的地床上移动；所述旋耕碎土器位于消毒箱上，用于旋耕待消毒的地床；所述消毒箱位于车架上，用于向所述地床喷射消毒蒸汽。该消毒装置可实现将旋耕碎土与农药消毒集成为一体，使土壤与消毒蒸汽混合充分，从而完成土床的土壤消毒；同时在现场作业时还可快速进行移动，有效提高工作效率和消毒质量。

Description

一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置及方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置及方法。

背景技术

土壤消毒作为防治土壤疾病的重要方法，一直被广泛应用于在育苗地床作业。土壤是病虫害传播的主要媒介，也是病虫害繁殖的主要场所。许多细菌、线虫、病毒、虫卵和害虫等都会在土壤中生存，此外，土壤中还常存有杂草种子；而且，随着瓜果、蔬菜、花卉、药用植物等具有经济价值作物的种植面积不断扩大，设施农业的高密度栽培及在同一块土地上连年种植一种作物；以上这些情况均会导致土传病害病原菌的生长繁殖。这类病害如果不及时加以控制，会造成严重减产及降低产品质量，甚至会造成绝收。因此，为了使土壤更加有生产力，防止病虫害破坏和削弱农作物的生长，不论是苗床用土、盆花用土、露天苗圃地、农田还是温室大棚等设施土壤，在使用前都应该对土壤进行彻底消毒。

土壤消毒是控制土传病害的重要措施之一，是农业工业化生产的一个标准程序，土壤消毒可以通过高温处理和消毒处理等方法实现。

高温处理方法又叫物理消毒法，是利用高温杀死病菌、虫卵和杂草种子的方法，该方法简单易行，但是由于使用燃油等可燃物质易造成环境污染，且生产成本较高，难以大规模使用。

消毒处理又叫化学消毒法，是利用消毒药剂直接作用于土壤，杀灭病菌、虫卵的方法，效果好，使用普遍。但是，由于现有技术中不能兼顾旋耕方式和农药气体喷射消毒的一体化作业，在施药中容易造成药剂分布的不均匀及药剂量很难控制的问题，无法实现快速、有效地对土壤进行彻底消毒，同时也无法达到节约能源，提高作业效率的目的。

因此，针对以上不足，需要一种能够实现将旋耕碎土与农药消毒集成为一体，且可在育苗土床上快速移动，从而进行高效消毒作业的消毒装置及方法

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置及方法，使得能够将旋耕碎土与农药消毒集成为一体，且可在育苗土床上快速移动，从而进行高效消毒作业。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，包括行走机构、消毒箱、控制器和旋耕碎土器；所述行走机构包括车架和行走轮，所述行走轮安装于车架上；所述控制器用于控制所述行走轮在待消毒的地床上移动；所述旋耕碎土器位于消毒箱上，用于旋耕待消毒的地床；所述消毒箱位于车架上，用于向所述地床喷射消毒蒸汽。

其中，所述车架上安装有升降装置，所述升降装置与所述消毒箱连接，用于升降移动消毒箱；所述控制器根据行走轮的位置信号控制所述升降装置。

其中，所述消毒箱与控制器连接，且通过控制器控制所述消毒蒸汽在土壤间隙的扩散量。

其中，所述消毒箱内设有用于喷射消毒蒸汽的喷嘴，

所述喷嘴连接有流量开度阀，所述流量开度阀与控制器连接，所述控制器通过内置计算模块控制所述流量开度阀在打开时的冲击气流。

其中，还包括风机和送风轮，所述风机与送风轮连接，所述送风轮位于消毒箱内，用于加速和增强所述消毒蒸汽的消毒扩散。

其中，还包括蒸汽发生器和储气罐，所述储气罐与消毒箱连通，所述蒸汽发生器上安装有燃烧器，所述燃烧器通过输气管与储气罐连通，所述燃烧器用于加热所述消毒蒸汽。

本发明还提供一种所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的方法，包括：

S1、在待消毒的地床上间隔设置多条用于供行走机构通行的道路；

S2、对农药加热以形成消毒蒸汽，并将消毒蒸汽输送至消毒箱；

S3、通过旋耕碎土器对地床进行旋耕作业，同时消毒箱向旋耕土壤喷射消毒蒸汽；

S4、通过控制器控制行走轮在多条道路之间行走与切换。

其中，步骤S3还包括通过控制器对喷射的消毒蒸汽量进行调节，使旋耕土壤与消毒蒸汽充分接触。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明提供一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，通过旋耕碎土器旋耕待消毒的地床；同时利用消毒箱向旋耕土壤喷射消毒蒸汽，从而将旋耕碎土与农药消毒集成为一体，使土壤与消毒蒸汽混合充分；而且，该消毒装置还能在育苗土床上进行快速移动，自动化程度高，有效提高工作效率和消毒质量。

附图说明

图1为本发明实施例自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的工作状态图；

图2为本发明实施例消毒系统的工作状态图；

图3为本发明实施例自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的结构示意图；

图4为本发明实施例节消毒系统的工作流程图。

其中，1：行走机构；2：消毒机构；3：蒸汽发热机构；4：幼苗；5：道路；6：输气管；7：送风管；8：燃烧室；9：减震板；11：车架；12：升降装置；13：行走轮；21：消毒箱；22：旋耕碎土器；23：储气罐；24：风机；25：送风轮；31：蒸汽发生器；32：燃烧器；33：太阳能电池板；34：隔热层；211：喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图3所示，本实施例提供一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其包括行走机构1、消毒箱21、控制器和旋耕碎土器22；该行走机构1包括车架11和行走轮13，行走轮13安装在车架11的两侧；控制器控制行走轮13在待消毒的地床上行走。消毒箱21位于车架11上，且在行走轮13带动下在地床上移动。该行走机构1的形式可以为多种多样，只要能满足可带动消毒箱21的设备均属于本发明的保护范围。旋耕碎土器22位于消毒箱21上，用于旋耕待消毒的地床；与此同时，消毒箱21用于向旋耕土壤喷射消毒蒸汽，从而实现通过旋耕待消毒的地床使土壤与消毒蒸汽混合充分；行走机构1带动消毒箱21在地床上移动，可在育苗土床上快速移动并对育苗土床进行彻底消毒。

进一步地，为了方便该装置在育苗土床之间进行切换，车架11上安装有升降装置12，升降装置12与消毒箱21连接，用于升降移动消毒箱21；控制器根据行走轮13的位置信息控制升降装置。例如：控制器可通过传感器行走轮13检测到达地床一端时的位置信号，并根据所检测的信号自动调节升降装置12。其中，升降装置12可以为电动式，以提高升空换床的效率。

而且，为了更好地控制消毒蒸汽的输出量，消毒箱21与控制器连接，控制器用于控制消毒蒸汽在土壤间隙的扩散量。相应地，消毒箱21内设有喷嘴211，喷嘴211连接有流量开度阀，所述流量开度阀与控制器连接，控制器通过内置计算模块控制流量开度阀在打开时的冲击气流。

喷嘴211的喷孔大小及喷射角度均可以进行调节，喷射的间隔时间也可采用脉冲电流控制；流量开度阀可以设置在消毒蒸汽的通路上，用于调节蒸汽流量；控制器可根据土壤空隙使用速度和气体函数进行计算从而自动调控蒸汽量，在设定土壤空隙参数后，控制器可模拟农药蒸汽浸润土壤的情况，土壤微粒被蒸汽包裹浸润的吸收程度可自动计算得出，其吸收程度可根据不同土壤空隙进行自动调节。

值得说明，控制器可以通过计算机、传感检测器件(传感器、电磁阀)及数据处理单元实现对该系统实时控制，包括调节蒸汽量、消毒时间、消毒温度等，其中消毒时间可以通过行走速度和流量大小的调节来实现。

该消毒装置还包括风机24和送风轮25，风机24与送风轮25连接，送风轮25位于消毒箱21内，用于加速扩散消毒蒸汽。具体的，风机24与送风轮25通过送风管7连接，风机24可固定在消毒箱21外部，利用扇叶的高速转动实现正压力送风，其产生的高速气流通过送风管7到达送风轮25，送风轮25上设有多个出风孔，送风轮25与旋耕碎土器22对应设置，以便加速消毒蒸汽在土壤里的扩散。值得说明，送风轮25与旋耕碎土器22的位置关系并不局限于某种特定形式，只要能够保证使高速气流可加速消毒蒸汽在土壤里扩散即可。例如，如图2所示，送风轮25设置在旋耕碎土器22的左侧，送风轮25产生的高速气流可在土壤孔隙里起到扰动作用，使消毒蒸汽快速扩散以提高蒸汽浸润土壤的吸收率。而且，还可将消毒蒸汽扩散的深度从土壤表面加深到20cm-25cm，并对犁底层表面的坚硬土壤进行消毒处理，使得沉积后的雨水不会产生利于土壤有害物质生长的环境。

此外，该消毒装置还包括蒸汽发生器31和储气罐23，储气罐23与消毒箱21连通，蒸汽发生器31上安装有燃烧器32，燃烧器32通过输气管6与储气罐23连通，燃烧器32用于加热消毒蒸汽。储气罐23固定在行走机构1上，且在储气罐23上连接有燃烧室8。

其中，蒸汽发生器31内设有用于产生消毒蒸汽的空腔，在蒸汽发生器31上安装有燃烧器32，而且，蒸汽发生器31上由外向内依次设置有太阳能电池板33和隔热层34；优选地，太阳能电池板33可与燃烧器32电连接，从而为燃烧器32提供电能，有效节约能源。燃烧器32通过输气管6与储气罐23连通，燃烧器32用于加热消毒蒸汽，并将加热后的消毒蒸汽输入至储气罐23内。

进一步地，储气罐23固定在行走机构1上进行加压储备，储气罐23与消毒箱21连通。此外，在储气罐23上还可以连接有燃烧室8，实现消毒气体的二级加热和储能，达到节约能源目的，并提高作业效率；同时还可保证对两种不同农药进行燃烧和混合，实现多种农药气体混合作业的目的。当然，根据实际情况，也可去掉二级移动式燃烧室8，仅依靠太阳能加热进行单独作业。本实施例自带的气体燃烧室8可根据需求对农药进行加热使其蒸发成为气体，从而避免消毒管路的拖拽，并在加压后可直接喷射在密闭的消毒箱21内。

本发明还提供一种所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的方法，包括：

S1、在待消毒的地床上间隔设置多条用于供行走机构通行的道路；

S2、对农药加热以形成消毒蒸汽，并将消毒蒸汽输送至消毒箱；

S3、通过旋耕碎土器对地床进行旋耕作业，同时消毒箱向旋耕土壤喷射消毒蒸汽；

S4、通过控制器控制行走轮在多条道路之间行走与切换。

其中，步骤S3还包括通过控制器对喷射的消毒蒸汽量进行调节，使旋耕土壤与消毒蒸汽充分接触。

本实施例在农业生产时，可单独使用，也可以通过与其它机械设备的相互配合形成消毒系统。

如图2所示，该消毒系统包括该行走机构1、消毒机构2和蒸汽发热机构3，其中蒸汽发热机构3可采用太阳能对农药混合气体进行加热产生消毒蒸汽；当然，在光照条件等级较低时也可以辅助使用电加热的方式。蒸汽发热机构3将加热的消毒蒸汽输入至消毒机构2；该行走机构1驱动消毒机构2移动，以便其在育苗地床间进行消毒作业；消毒机构2作为消毒作业主体部件，包括上述消毒箱21和旋耕碎土器22，在行走机构1的带动下，通过旋耕待消毒的地床使土壤与消毒蒸汽混合接触，从而实现快速、节能、彻底地对育苗土床进行消毒。而且，该系统兼顾旋耕方式和农药气体喷射消毒的一体化作业，有效避免了在施药中容易造成药剂分布的不均匀及药剂量很难控制的问题。

本实施例蒸汽发热机构3能够在节能方式的条件下进行工作，其包括蒸汽发生器31和储气罐23，蒸汽发生器31内设有用于产生消毒蒸汽的空腔，在蒸汽发生器31上安装有燃烧器32，而且，蒸汽发生器31上由外向内依次设置有太阳能电池板33和隔热层34；优选地，太阳能电池板33可与燃烧器32电连接，从而为燃烧器32提供电能，有效节约能源。燃烧器32通过输气管6与储气罐23连通，燃烧器32用于加热消毒蒸汽，并将加热后的消毒蒸汽输入至储气罐23内。

该消毒系统使用时：如果在育苗的前期，即土床没有幼苗4，可在密封的消毒箱21内将土壤旋耕抛起至空中，使其在空中落下的过程被高压消毒气体冲击，被冲击的土壤运动至消毒箱21的侧壁后又进行反弹，从而再次进行浸润。这些破碎后的土壤颗粒会提高对气体浸润的吸收程度，在2s到3s的时间内，密闭消毒箱的温度可恒定在125℃-160℃，土壤颗粒间隙会增大，使消毒效率大幅度提高。而对于在幼苗4生长期，可进行有机气体的消毒作业。将作业温度调为22-28度，拆掉旋耕碎土器22，对幼苗苗体以及幼苗基质表面进行消毒，以及借助空隙使有机气体扩散到达基质的内部消毒作业。

值得说明，消毒蒸汽可采用多种形式，包括热蒸汽和卤化苦，可单一使用，也可混合使用。农药可在蒸汽发生器31内经过三次粉碎筛滤后，经过加热燃烧变成消毒蒸汽；消毒蒸汽还可经过震荡加湿器及预处理以调节到25℃-30℃范围内。

如图4所示，该消毒系统在育苗土床上工作时，包括：

S1、在待消毒的地床上间隔设置多条用于供行走机构通行的道路；

S2、作业开始后，蒸汽发热机构可利用太阳能以及电能辅助的方式对消毒农药进行加热，从而产生热蒸汽；并通过对蒸汽量的调节，实现块速、节能、彻底地对育苗土床进行消毒；同时还可采用风机送风，加速蒸汽混合，进而可将加热后的消毒蒸汽输送至消毒机构进行消毒作业。

S3、消毒机构通过旋耕待消毒的地床使土壤与消毒蒸汽充分接触；消毒机构在旋耕碎土后，借助旋耕碎土器和封闭消毒箱进行抛土、热蒸汽熏土和炒土，利用封闭消毒箱产生的涡流和抛射气流提高浸润和渗透的深度、速度。

S4、作业结束后，通过行走机构驱动消毒机构在多条道路之间进行切换；借助升降装置完成电动起升和换床动作。该系统到达相邻土床后进行循环作业，一直作业结束为止。

步骤S3还包括通过控制器控制消毒蒸汽的蒸汽量，使土壤与消毒蒸汽充分接触。具体的，控制器通过设定土壤空隙参数，系统可计算模拟农药蒸汽浸润土壤时，土壤微粒被蒸汽包裹浸润的吸收程度可自动计算得出，不同土壤间隙吸收可根据不同土壤空隙自动调节，根据设定参数和扩散模型，控制器可调节土壤消毒蒸汽量Q，其通过调节压力实现喷射角度α和喷射压力P的调节。具体描述大孔隙中消毒溶质扩散的公式如下：

$\frac{{\∂}_{C_F}}{{\∂}_t}=D_F\frac{{\∂}^2{C}_F}{{\∂}_{Z^2}}-V_F\frac{{\∂}_{C_F}}{{\∂}_Z}-\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\θ}}_F}(c_F-c_S);$

$\frac{{\∂}_{C_S}}{{\∂}_t}=D_S\frac{{\∂}^2{C}_S}{{\∂}_{Z^2}}-V_S\frac{{\∂}_{C_S}}{{\∂}_Z}-\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\θ}}_S}(c_F-c_S);$

C_t＝f_t(z)，t＝0，z>0；

其中，V为流速；c为溶质浓度；D为弥散系统系数；θ为水分含量；z为垂直距离；α(c_F-c_S)为土壤基质和大孔隙之间的药剂溶质交换线性值。

当消毒蒸汽溶质以脉冲方式进入土壤中时，首先进入大孔隙，然后再进入土壤基质，溶质运移问题可以如下描述：

$\mathrm{\θ\β}\frac{{\∂}_{C_m}}{{\∂}_t}+\mathrm{\θ}(1-\mathrm{\β})\frac{{\∂}_{{\mathrm{Ci}}_m}}{{\∂}_t}={\mathrm{\θ\βD}}_m\frac{{\∂}^2{C}_m}{{\∂Z}^2}-j_m\frac{{\∂}_{C_m}}{\∂Z};$

$\mathrm{\θ}(1-\mathrm{\β})\frac{{\∂}_{C_m}}{{\∂}_t}=a(C_m-C_{\mathrm{im}});$

式中，θ为水分含量，C为消毒气体溶质浓度，C_m为流动溶质浓度，C_im为非流动的土壤上吸附溶质浓度，β为流动气体水分含量θ_m和整个消毒区域内土壤吸附水分θ的比值，1-β是非流动水分θ_im和整个消毒区域内土壤吸附水分θ的比值，为一阶消毒溶质交换速率，D_m为土壤大孔隙弥散系数，Z为垂直距离，j_m为土壤水通量，t是时间，模型可计算得出θ_m的值，这个值和Q是线性关系，可通过控制器自动控制输入相关系数。通过调节压力以实现调节喷射角度α和喷射压力P，从而提高消毒溶质的均匀度。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，包括行走机构(1)、消毒箱(21)、控制器和旋耕碎土器(22)；所述行走机构(1)包括车架(11)和行走轮(13)，所述行走轮(13)安装于车架(11)上；所述控制器用于控制所述行走轮(13)在待消毒的地床上移动；所述旋耕碎土器(22)位于消毒箱(21)上，用于旋耕待消毒的地床；所述消毒箱(21)位于车架(11)上，用于向所述地床喷射消毒蒸汽。

2.根据权利要求1所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，所述车架(11)上安装有升降装置(12)，所述升降装置(12)与所述消毒箱(21)连接，用于升降移动消毒箱(21)；所述控制器根据行走轮(13)的位置信息控制所述升降装置。

3.根据权利要求1所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，所述消毒箱(21)与控制器连接，且通过控制器控制所述消毒蒸汽在土壤间隙的扩散量。

4.根据权利要求3所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，所述消毒箱(21)内设有用于喷射消毒蒸汽的喷嘴(211)，所述喷嘴(211)连接有流量开度阀，所述流量开度阀与控制器连接，所述控制器通过内置计算模块控制所述流量开度阀在打开时的冲击气流。

5.根据权利要求1所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，还包括风机(24)和送风轮(25)，所述风机(24)与送风轮(25)连接，所述送风轮(25)位于消毒箱(21)内，用于加速和增强所述消毒蒸汽的消毒扩散。

6.根据权利要求1所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置，其特征在于，还包括蒸汽发生器(31)和储气罐(23)，所述储气罐(23)与消毒箱(21)连通，所述蒸汽发生器(31)上安装有燃烧器(32)，所述燃烧器(32)通过输气管(6)与储气罐(23)连通，所述燃烧器(32)用于加热所述消毒蒸汽。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的方法，其特征在于，包括：

S1、在待消毒的地床上间隔设置多条用于供行走机构通行的道路；

S2、对农药加热以形成消毒蒸汽，并将消毒蒸汽输送至消毒箱；

S3、通过旋耕碎土器对地床进行旋耕作业，同时消毒箱向旋耕土壤喷射消毒蒸汽；

S4、通过控制器控制行走轮在多条道路之间行走与切换。

8.根据权利要求7所述的自走式自调节育苗地床土壤消毒装置的方法，其特征在于，步骤S3还包括通过控制器对喷射的消毒蒸汽量进行调节，使旋耕土壤与消毒蒸汽充分接触。