▲圖二  第二代輪軌式台車搬運系統 (3D系統)
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立大功的育苗作業小兵
輪軌式台車搬運系統

陳世銘 台灣大學農機系
張金發、李汪盛 桃園區農業改良場
鄭榮瑞 台南區農業改良場

一、前言

傳統的育苗方式以土拔苗為主,目前則逐漸為穴盤苗所取代,並且在溫室中集約栽培,形成專業分工之蔬菜育苗場。這種利用設施育苗的方式,不僅品質容易控制、產量高,供應面積亦穩定而增加。種苗生產過程必須耗費相當多的人力,從介質及容器經送入作業室後經過填土、打孔、播種及覆土等過程完成播種作業,至送入育苗室進行育苗栽培管理,需工甚多,尤其是搬運工作佔整個育苗成本相當高的比例。因此設計合用之簡易可行的搬運系統有其必要性。目前在蔬菜自動化育苗場使用的輪軌式台車搬運系統屬於四輪式台車,基本上是應用子母車的觀念所設計;在溫室中鋪設軌道,使能設定行走方向,以解決經常性的搬運工作。

二、輪軌式台車之構造

輪軌式台車搬運系統主要構造包括軌道、母車部份(包括控制、行走、載物平台升降、穴盤搬運及煞車等六部份)及子車部份(床沿雙軌台架),茲就第一代及第二代輪軌式台車搬運系統(圖1及圖2)分述如下:

 

 

圖一  第一代輪軌式台車搬運系統 (2D系統)

 

 

(一)、第一代輪軌式台車搬運系統(2D系統)

1. 軌道部份:利用三角鐵(L型鐵)固定於地面上,僅鋪設單軌。

2. 母車部份

(1)控制部份:利用繼電器等電控開關組成之控制部份可以控制搬運系統機台之上昇與下降,行走部之前進與後退等動作。
(2)行走部:以12V,1/2HP之直流馬達為動力,提供整個搬運系統前進與後退所需之動力,行走機構包括兩個橡膠輪及兩個鐵輪,以兩個鐵輪行駛於單軌上,可以保持行走方向,另外兩個橡膠輪則行駛於水泥地上,可以利用橡膠輪之彈性,吸收行走時產生之機體震動。
(3)載物平台升降部:以12V,1/8HP之直流馬達為動力,利用控制液壓缸之升降而控制雙剪式舉伸裝置之舉伸作用而達到控制機體高度,最高上升高度可達158 cm。雙剪式舉伸裝置由4根長度88 cm及4根長度82 cm之舉伸桿、兩個滑桿及插銷所組成。
(4)載物平台(含跨橋):載物平台長度為154 cm,寬度為110 cm,跨橋長度為154 cm,寬度為26 cm,附掛在載物平台長度方向之側邊,搬運至植床時,首先將跨橋放下使其連接載物平台與植床,然後將子車(床沿雙軌台架)沿跨橋以人力推下進入植床,床沿雙軌台架可自由移動於植床上而達到搬運種苗之目的。
(5)煞車部:利用行走動力之直流馬達出力軸加裝圓形煞車輪並在煞車輪上方機體固定圓弧形之煞車片,利用煞車片與煞車輪之摩擦而達到煞車作用。

3. 子車部份(床沿雙軌台架):床沿雙軌台架之長度為160 cm,寬度為110 cm,在沿寬度方向下方兩側各設置四個直徑3 cm之塑膠輪為行走裝置,以活動植床兩側凸起邊緣為行走軌道,床沿雙軌台架可以自由移動於活動植床上。

(二)、第二代輪軌式台車搬運系統(3D系統)

1. 軌道部份:利用三角鐵(L型鐵)固定於地面上,僅鋪設單軌。

2. 母車部份

(1)控制部份:利用繼電器及計時器等電控開關組成之控制部份可以控制搬運系統機台之上昇與下降,行走部之前進與後退及輸苗皮帶(正反轉)之左右輸苗作業,所以為三維之搬運系統。其中輸苗皮帶為第二代輪軌式台車搬運系統新增加之部份,此項研發是針對第一代輪軌式台車搬運系統之輸苗作業必須以人力完成之問題而加以改進,減輕操作時所需勞力。
(2)行走部:以24V,1/2HP之直流馬達為動力,提供整個搬運系統前進與後退所需之動力,行走機構包括兩個橡膠輪及兩個鐵輪,以兩個鐵輪行駛於單軌上,可以保持行走方向,另外兩個橡膠輪則行駛於水泥地上,可以利用橡膠輪之彈性,吸收行走時產生之機體震動。
(3)載物平台升降部:以24V,1/8HP之直流馬達為動力,利用控制液壓缸之升降而控制雙剪式舉伸裝置之舉伸作用而達到控制機體高度,最高上升高度可達146 cm。雙剪式舉伸裝置由兩根長度155 cm及兩根長度148 cm之舉伸桿、兩個滑桿及插銷所組成。另外為了使載物平台之作業高度能獲得適當之控制,本系統設有近接開關,當載物平台升降至某一適當之作業高度時會自動切斷機體升降部之電力而達到載物平台作業高度之控制。
(4)穴盤搬運部(含載物平台及跨橋):以12V,1/8HP之直流馬達為動力驅動輸送皮帶,載物平台長度為213 cm寬度為113 cm,跨橋由兩根長度為18 cm寬度為3 cm之L型鐵所組成,附掛在載物平台長度方向之側邊,本搬運系統在操作時首先將穴盤苗置於床沿雙軌台架上,然後進行搬運,當母車行進至欲下苗之植床時,先將載物平台一側之跨橋跨接於台車及活動植床之間充當臨時搬運軌道,然後啟動輸送皮帶將床沿雙軌台架由母車運送至活動植床,床沿雙軌台架可自由移動於活動植床上,如此可使種苗移動至活動植床之任何位置。
(5)煞車部:當搬運系統總電源切斷時,可利用電磁閥煞車系統煞車,但總電源未切斷時則無法煞車(圖3)。

▲圖三  子車(床沿雙軌台架)行走於植床上之情形

▲表一  第一代(2D)與第二代(3D)輪軌式台車煞車系統之比較

3. 子車部份(床沿雙軌台架):床沿雙軌台架之長度為160 cm,寬度為110 cm,在沿寬度方向下方兩側各設置四個直徑3 cm之塑膠輪為行走裝置,以活動植床兩側凸起邊緣為行走軌道,床沿雙軌台架可以自由移動於活動植床上。
目前研發完成之第二代輪軌式台車搬運系統可進行3D方式作業,即機體之前進或後退、載物平台之上升與下降及穴盤搬運部搬運皮帶之正轉或反轉。與初期發展之第一代輪軌式台車搬運系統相較,第一代輪軌式台車可進行2D方式作業,即機體之前進或後退及載物平台之上升與下降,由於僅能進行2D作業,因此穴盤之搬運上下母車必須以人力為之,使用上較不方便;目前研發完成之輪軌式台車搬運系統根據第一代台車之缺點加以改進而成為3D方式作業,在穴盤苗之運搬上下母車加裝了穴盤搬運部輸送皮帶使操作方面更加便利,而且由於加裝近接開關在安全與作業方便性方面較初期機種有更大保障。
第一代與第二代輪軌式台車煞車系統之比較,如表1。第一代輪軌式台車採用煞車輪摩擦式煞車系統,任何時間均能使用煞車以控制車速,但必須以手動方式操作煞車桿才能煞車;第二代輪軌式台車採用電磁閥式煞車系統,當台車行駛至適當之植床時,關掉總電源即可利用電磁閥式煞車系統煞車。
第一代與第二代輪軌式台車搬運系統在進行搬運作業時,通常以床沿雙軌台架放置於搬運系統之載物平台上當作穴盤苗搬運時之棧板,床沿雙軌台架除了可以做為載物平台使用外,搬運至適當植床時可將床沿雙軌台架直接由母車推至活動植床,以利後續之植床排苗作業,使用上相當便利。

三、目前應用現況

輪軌式搬運系統具有(1)採用單軌雙輪導向可減少地面上鋪設雙軌的缺點,另兩輪則以橡膠輪在平地面上行走,方向及穩定性佳。(2)採用繼電器等電控開關組成之控制部份可以有效控制系統之前進、後退,穴盤輸送皮帶之正轉與反轉及載物平台之上升與下降而且由於配合近接開關之裝設可使本系統之操作更加安全及便利。

輪軌式台車搬運系統載重與行走速度之關係,如表2所示。第一代(2D)與第二代(3D)輪軌式台車搬運系統空車之平均前進速度分別為0.636 (m/sec)及0.692 (m/sec),平均後退速度分別為0.636 (m/sec)及0.679 (m/sec),第二代輪軌式台車搬運系統平均前進與後退速度均較2D系統快一些。茂盛育苗中心之溫室長度為150 m,則以2D及3D系統進行搬運所需之前進行走時間分別為236秒及216秒,倒退行走時間分別為236秒及220秒,第二代輪軌式台車搬運系統載重153kg時之前進速度為0.672(m/sec)與空車速度0.692 (m/sec)差異不大。

表二  輪軌式台車搬運系統載重與行走速度之關係

▼表三  輪軌式台車搬運系統穴盤苗運搬與排箱作業時間

輪軌式台車搬運系統穴盤苗運搬與排箱作業時間,如表3所示。搬運穴盤方式為每次搬運10個128格穴盤並於其下放置一個水稻育苗箱作為棧板,穴盤搬運上車速度約0.928 (個/秒×一個女工),茂盛育苗中心之活動植床約可放置128格穴盤180個,以一個女工搬運上車所需時間約需194秒,排箱速度約0.456 (個/秒×兩個女工),即180個穴盤以兩個女工排箱所需時間約395秒。

圖4為2D及3D輪軌式台車搬運系統各個操作單元所需時間,其中行走時間包括搬運穴盤至適當活動植床所需時間及空車回程所需時間之和,搬運距離為150 m。

 

圖四  為2D及3D輪軌式台車搬運系統各個操作單元所需時間,其中行走時間包括搬運穴盤至適當活動植床所需時間及空車回程所需時間之和,搬運距離為150 m。其中A代表進行時間(包括搬運穴盤至適當活動植床所需時間及空車回程所需時間之和),B代表床沿雙軌台架由搬運車移至活動植床所需時間,C代表以一個女工搬運180個穴盤上車所需時間,D代表以兩個女工排180個穴盤至活動植床所需時間。

四、結論

我國即將加入世界貿易組織,農業體質勢必作徹底的改變,以提高農業生產品質,同時政府為提昇農業競爭力,積極研究並推廣農業生產自動化,種苗生產自動化為其中之一項,輪軌式搬運系統即為因應設施內搬運之需要而研發,其投資相當低廉,而且可以立即達到經濟、省工及運搬之目的,稱得上是小兵立大功,值得推廣。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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