一種節能育苗地床土壤消毒系統及方法
【專利摘要】本發明涉及農業機械領域，尤其涉及一種節能育苗地床土壤消毒系統及方法。該系統包括行走機構、消毒機構和蒸汽發熱機構；所述蒸汽發熱機構通過太陽能加熱形成消毒蒸汽，且將消毒蒸汽輸入至消毒機構；所述行走機構驅動所述消毒機構移動；所述消毒機構通過旋耕待消毒的地床使土壤與所述消毒蒸汽混合接觸。該節能育苗地床土壤消毒系統能夠將旋耕碎土與農藥消毒集成為一體，利用太陽能作為其能源，并可實現對蒸汽量進行有效控制；可在快速行進的同時，實現在節能方式條件下對育苗土床的土壤進行徹底消毒。
【專利說明】一種節能育苗地床土壤消毒系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及農業機械領域，尤其涉及一種節能育苗地床土壤消毒系統及方法。
【背景技術】
[0002] 土壤消毒作為防治土壤疾病的重要方法，一直被廣泛應用于在育苗地床作業。土 壤是病蟲害傳播的主要媒介，也是病蟲害繁殖的主要場所。許多細菌、線蟲、病毒、蟲卵和害 蟲等都會在土壤中生存，此外，土壤中還常存有雜草種子；而且，隨著瓜果、蔬菜、花丼、藥用 植物等具有經濟價值作物的種植面積不斷擴大，設施農業的高密度栽培及在同一塊土地上 連年種植一種作物；以上這些情況均會導致土傳病害病原菌的生長繁殖。這類病害如果不 及時加以控制，會造成嚴重減產及降低產品質量，甚至會造成絕收。因此，為了使土壤更加 有生產力，防止病蟲害破壞和削弱農作物的生長，不論是苗床用土、盆花用土、露天苗圃地、 農田還是溫室大棚等設施土壤，在使用前都應該對土壤進行徹底消毒。
[0003] 土壤消毒是控制土傳病害的重要措施之一，是農業工業化生產的一個標準程序， 土壤消毒可以通過高溫處理和消毒處理等方法實現。
[0004] 高溫處理方法又叫物理消毒法，是利用高溫殺死病菌、蟲卵和雜草種子的方法，該 方法簡單易行，但是由于使用燃油等可燃物質易造成環境污染，且生產成本較高，難以大規 模使用。
[0005] 消毒處理又叫化學消毒法，是利用消毒藥劑直接作用于土壤，殺滅病菌、蟲卵的方 法，效果好，使用普遍。但是，由于現有技術中不能兼顧旋耕方式和農藥氣體噴射消毒的一 體化作業，在施藥中容易造成藥劑分布的不均勻及藥劑量很難控制的問題，無法實現快速、 有效地對土壤進行徹底消毒，同時也無法達到節約能源，提高作業效率的目的。
[0006] 因此，針對以上不足，需要一種能夠將旋耕碎土與農藥消毒集成為一體，能夠快 速、節能、徹底地對育苗土床進行消毒的系統及方法。
【發明內容】
[0007] (一）要解決的技術問題
[0008] 本發明要解決的技術問題是提供了一種節能育苗地床土壤消毒系統及方法，使得 能夠將旋耕碎土與農藥消毒集成為一體，能夠快速、節能、徹底地對育苗土床進行消毒。
[0009] (二）技術方案
[0010] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種節能育苗地床土壤消毒系統，其包括行 走機構、消毒機構和蒸汽發熱機構；所述蒸汽發熱機構通過太陽能加熱形成消毒蒸汽，且將 消毒蒸汽輸入至消毒機構；所述行走機構驅動所述消毒機構移動；所述消毒機構通過旋耕 待消毒的地床使土壤與所述消毒蒸汽混合接觸。節能的機構描述加上。
[0011] 其中，所述消毒機構包括消毒箱和旋耕碎土器，所述消毒箱可拆卸地安裝在行走 機構上，所述旋耕碎土器安裝在消毒箱的底部，用于旋耕待消毒的地床。可拆卸的描述加上
[0012] 其中，所述消毒機構還包括風機和送風輪，所述風機與送風輪連接，所述送風輪與 旋耕碎土器對應設置，所述送風輪用于向旋耕碎土器均勻送風，且根據行走機構的速度自 動調節風量。送風輪均勻送風，行走快時風量自動加大
[0013] 其中，所述消毒箱上設有控制器，所述控制器通過噴嘴、流量開度閥控制輸出所述 消毒蒸汽，所述流量開度閥的輸出蒸汽與送風輪的轉速呈線性正比關系。流量閥和送風輪 轉速有關，線性正比關系
[0014] 其中，所述蒸汽發熱機構包括蒸汽發生器和儲氣罐，所述蒸汽發生器上安裝有燃 燒器，所述燃燒器通過輸氣管與儲氣罐連通，所述燃燒器用于加熱所述消毒蒸汽，且燃燒器 的溫度通過控制器設定。燃燒器的溫度通過控制器設定
[0015] 其中，在所述蒸汽發生器上由外向內依次設置有太陽能電池板和隔熱層，所述太 陽能電池板用于電池儲電，且通過電動加熱消毒蒸汽。太陽能可替代燃燒器，太陽能可以電 池儲電，通過電動加熱
[0016] 其中，所述儲氣罐固定在行走機構上，在儲氣罐上連接有燃燒室，所述燃燒室用于 使儲氣罐均勻輸出消毒蒸汽。減少氣罐長距離輸送引起的氣流不均勻
[0017] 其中，所述行走機構包括車架和升降裝置，所述車架的兩側分別安裝有行走輪，所 述升降裝置安裝在車架上，用于驅動所述消毒機構升降移動。
[0018] 本發明還一種所述的節能育苗地床土壤消毒系統的方法，包括：
[0019] S1、在待消毒的地床上間隔設置多條用于供行走機構通行的道路；
[0020] S2、蒸汽發熱機構利用太陽能對消毒農藥加熱形成消毒蒸汽，并將消毒蒸汽輸送 至消毒機構；
[0021] S3、消毒機構通過旋耕待消毒的地床使土壤與消毒蒸汽充分接觸；
[0022] S4、通過行走機構驅動消毒機構在多條道路之間進行行走與切換。
[0023] 其中，步驟S3還包括通過控制器對噴射的消毒蒸汽量進行調節，使土壤與消毒蒸 汽充分接觸。
[0024] (三）有益效果
[0025] 本發明的上述技術方案具有以下有益效果：本發明提供一種節能育苗地床土壤消 毒系統，通過蒸汽發熱機構將加熱的消毒蒸汽輸入至消毒機構；同時，行走機構驅動消毒機 構在待消毒的地床之間進行移動與切換；消毒機構通過旋耕待消毒的地床使土壤與消毒蒸 汽混合充分，從而能夠實現快速、節能、徹底地對育苗土床進行消毒。該節能育苗地床土壤 消毒系統能夠將旋耕碎土與農藥消毒集成為一體，利用太陽能作為其能源，并可實現對蒸 汽量進行有效控制，在快速行進的同時，實現在節能方式條件下對育苗土床的土壤進行徹 底消毒。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明實施例節能育苗地床土壤消毒系統的工作狀態圖；
[0027] 圖2為本發明實施例節能育苗地床土壤消毒系統的結構示意圖；
[0028] 圖3為本發明實施例節能育苗地床土壤消毒方法的流程圖。
[0029] 其中，1 :行走機構；2 :消毒機構；3 :蒸汽發熱機構；4 :幼苗；5 :道路；6 :輸氣管； 7 :送風管；8 :燃燒室；9 :減震板；11 :車架；12 :升降裝置；13 :行走輪；21 :消毒箱；22 :旋 耕碎土器；23 :儲氣罐；24 :風機；25 :送風輪；31 :蒸汽發生器；32 :燃燒器；33 :太陽能電池 板；34 :隔熱層；211 :噴嘴。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于 說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0031] 在本發明的描述中，除非另有說明，"多個"的含義是兩個或兩個以上；術語"上"、 "下"、"左"、"右"、"內"、"外"、"前端"、"后端"、"頭部"、"尾部"等指示的方位或位置關系為 基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對 本發明的限制。此外，術語"第一"、"第二"、"第三"等僅用于描述目的，而不能理解為指示 或暗示相對重要性。
[0032] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本 領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0033] 如圖1所示，本實施例提供的節能育苗地床土壤消毒系統包括行走機構1、消毒機 構2和蒸汽發熱機構3 ;蒸汽發熱機構3可采用太陽能對農藥混合氣體進行加熱產生消毒 蒸汽；當然，在光照條件等級較低時也可以輔助使用電加熱的方式。蒸汽發熱機構3將加熱 的消毒蒸汽輸入至消毒機構2 ;行走機構1驅動消毒機構2移動，以便其在育苗地床間進行 消毒作業；消毒機構2作為消毒作業主體部件，在行走機構1的帶動下，通過旋耕待消毒的 地床使土壤與消毒蒸汽混合接觸，從而實現快速、節能、徹底地對育苗土床進行消毒。而且， 該系統兼顧旋耕方式和農藥氣體噴射消毒的一體化作業，有效避免了在施藥中容易造成藥 劑分布的不均勻及藥劑量很難控制的問題。
[0034] 如圖2所示，消毒機構2包括消毒箱21和旋耕碎土器22,消毒箱21固定在行走機 構1上，可隨行走機構1 一起在育苗土床間行進；旋耕碎土器22可拆卸地安裝在消毒箱21 的底部，用于旋耕待消毒的地床。旋耕碎土器22可以為農田撓地使用的旋耕機配件，呈鉸 刀狀，通過旋轉對土壤進行破碎，并可將破碎土壤旋轉拋在空中。從消毒箱21噴射出的消 毒蒸汽沖擊土壤顆粒，在土壤顆粒表面進行浸潤吸收作用；而且，借助土壤顆粒的空隙，蒸 汽氣流在土壤顆粒的空隙里進行擴散，重點清除土壤顆粒空隙里殘存的土壤病蟲害的孢子 和病原；經過農藥蒸汽浸潤的土壤顆粒借助旋耕作用再次混合后落入土壤深層。利用封閉 消毒箱21產生的渦流和拋射氣流提高浸潤和滲透的深度、速度。
[0035] 此外，消毒機構2還包括風機24和送風輪25,風機24與送風輪25通過送風管7 連接，風機24可固定在消毒箱21外部，利用扇葉的高速轉動實現正壓力送風，其產生的高 速氣流通過送風管7到達送風輪25,送風輪25上設有多個出風孔，送風輪25與旋耕碎土器 22對應設置，而且送風輪25用于向旋耕碎土器22均勻送風，且根據行走機構1的速度自 動調節風量，例如：在行走快時其風量可自動加大，以便加速消毒蒸汽在土壤里的擴散。值 得說明，送風輪25與旋耕碎土器22的位置關系并不局限于某種特定形式，只要能夠保證使 高速氣流可加速消毒蒸汽在土壤里擴散即可。例如，如圖2所示，送風輪25設置在旋耕碎 土器22的左側，送風輪25產生的高速氣流可在土壤孔隙里起到擾動作用，使消毒蒸汽快速 擴散以提高蒸汽浸潤土壤的吸收率。而且，還可將消毒蒸汽擴散的深度從土壤表面加深到 20cm-25cm，并對犁底層表面的堅硬土壤進行消毒處理，使得沉積后的雨水不會產生利于土 壤有害物質生長的環境。
[0036] 為了能夠進行精確地消毒作業，在消毒箱21上設有控制器，控制器通過噴嘴211、 流量開度閥控制輸出消毒蒸汽。流量開度閥的輸出蒸汽與送風輪的轉速呈線性正比關系， 即，輸出蒸隨送汽量風輪的轉速遞增或遞減。
[0037] 優選地，噴嘴211的噴孔大小及噴射角度均可以進行調節，噴射的間隔時間也可 采用脈沖電流控制；流量開度閥可以設置在消毒蒸汽的通路上，用于調節蒸汽流量；控制 器可根據土壤空隙使用速度和氣體函數進行計算從而自動調控蒸汽量，在設定土壤空隙參 數后，控制器可模擬農藥蒸汽浸潤土壤的情況，土壤微粒被蒸汽包裹浸潤的吸收程度可自 動計算得出，其吸收程度可根據不同土壤空隙進行自動調節。
[0038] 值得說明，控制器可以通過計算機、傳感檢測器件（傳感器、電磁閥）及數據處理 單元實現對該系統實時控制，包括調節蒸汽量、消毒時間、消毒溫度等，其中消毒時間可以 通過行走速度和流量大小的調節來實現。
[0039] 本實施例蒸汽發熱機構3能夠在節能方式的條件下進行工作，其包括蒸汽發生器 31和儲氣罐23,蒸汽發生器31內設有用于產生消毒蒸汽的空腔，在蒸汽發生器31上安裝 有燃燒器32,且燃燒器的溫度通過控制器設定，實現自動控制。
[0040] 蒸汽發生器31上由外向內依次設置有太陽能電池板33和隔熱層34;太陽能電池 板33可替代燃燒器32,太陽能可以為電池儲電，且通過電動加熱消毒蒸汽，有效節約能源。 當然，在光照條件等級較低時也可以使用燃燒器32進行輔助加熱，燃燒器32通過輸氣管6 與儲氣罐23連通，燃燒器32用于加熱消毒蒸汽，并將加熱后的消毒蒸汽輸入至儲氣罐23 內。
[0041] 儲氣罐23固定在行走機構1上進行加壓儲備，儲氣罐23與消毒箱21連通。此 夕卜，在儲氣罐23上還可以連接有燃燒室8,實現消毒氣體的二級加熱和儲能，達到節約能源 目的，并提高作業效率；同時還可保證對兩種不同農藥進行燃燒和混合，實現多種農藥氣體 混合作業的目的。當然，根據實際情況，也可去掉二級移動式燃燒室8,僅依靠太陽能加熱進 行單獨作業。
[0042] 本實施例自帶的氣體燃燒室8可根據需求對農藥進行加熱使其蒸發成為氣體，從 而避免消毒管路的拖拽，并在加壓后可直接噴射在密閉的消毒箱21內。
[0043] 使用時，如果在育苗的前期，即土床沒有幼苗4,可在密封的消毒箱21內將土壤旋 耕拋起至空中，使其在空中落下的過程被高壓消毒氣體沖擊，被沖擊的土壤運動至消毒箱 21的側壁后又進行反彈，從而再次進行浸潤。這些破碎后的土壤顆粒會提高對氣體浸潤的 吸收程度，在2s到3s的時間內，密閉消毒箱的溫度可恒定在125°C _160°C，土壤顆粒間隙 會增大，使消毒效率大幅度提高。而對于在幼苗4生長期，可進行有機氣體的消毒作業。將 作業溫度調為22-28度，拆掉旋耕碎土器22,對幼苗苗體以及幼苗基質表面進行消毒，以及 借助空隙使有機氣體擴散到達基質的內部消毒作業。
[0044] 本實施例中消毒蒸汽可采用多種形式，包括熱蒸汽和鹵化苦，可單一使用，也可混 合使用。農藥可在蒸汽發生器31內經過三次粉碎篩濾后，經過加熱燃燒變成消毒蒸汽；消 毒蒸汽還可經過震蕩加濕器及預處理以調節到25°C -30°C范圍內。
[0045] 行走機構1包括車架11和升降裝置12,車架11的兩側分別安裝有行走輪13,行 走輪13可沿著水泥道路5移動。升降裝置12安裝在車架11上，升降裝置12采用電動提 升消毒機構2,用于驅動消毒機構2升降移動，以進行升空換床；消毒機構2位于兩組行走 輪13之間，用于對育苗土床進行消毒作業。
[0046] 如圖3所示，本發明還提供一種節能育苗地床土壤消毒系統的方法，包括：
[0047] S1、在待消毒的地床上間隔設置多條用于供行走機構通行的道路；
[0048] S2、作業開始后，蒸汽發熱機構可利用太陽能以及電能輔助的方式對消毒農藥進 行加熱，從而產生熱蒸汽；并通過對蒸汽量的調節，實現塊速、節能、徹底地對育苗土床進行 消毒；同時還可采用風機送風，加速蒸汽混合，進而可將加熱后的消毒蒸汽輸送至消毒機構 進行消毒作業。
[0049] S3、消毒機構通過旋耕待消毒的地床使土壤與消毒蒸汽充分接觸；消毒機構在旋 耕碎土后，借助旋耕碎土器和封閉消毒箱進行拋土、熱蒸汽熏土和炒土，利用封閉消毒箱產 生的渦流和拋射氣流提高浸潤和滲透的深度、速度。
[0050] S4、作業結束后，通過行走機構驅動消毒機構在多條道路之間進行行走與切換；借 助升降裝置完成電動起升和換床動作。該系統到達相鄰土床后進行循環作業，一直作業結 束為止。
[0051] 步驟S3還包括通過控制器對噴射的消毒蒸汽量進行調節，使土壤與消毒蒸汽充 分接觸。具體的，控制器通過設定土壤空隙參數，系統可計算模擬農藥蒸汽浸潤土壤時，土 壤微粒被蒸汽包裹浸潤的吸收程度可自動計算得出，不同土壤間隙吸收可根據不同土壤空 隙自動調節，根據設定參數和擴散模型，控制器可調節土壤消毒蒸汽量Q，其通過調節壓力 實現噴射角度α和噴射壓力P的調節。具體描述大孔隙中消毒溶質擴散的公式如下：
【權利要求】
1. 一種節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，包括行走機構（1)、消毒機構（2)和 蒸汽發熱機構（3);所述蒸汽發熱機構（3)通過太陽能加熱形成消毒蒸汽，且將消毒蒸汽輸 入至消毒機構（2);所述行走機構（1)驅動所述消毒機構（2)移動；所述消毒機構（2)通過 旋耕待消毒的地床使土壤與所述消毒蒸汽混合接觸。
2. 根據權利要求1所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述消毒機構（2) 包括消毒箱（21)和旋耕碎土器（22)，所述消毒箱（21)可拆卸地安裝在行走機構（1)上，所 述旋耕碎土器（22)安裝在消毒箱（21)的底部，用于旋耕待消毒的地床。
3. 根據權利要求2所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述消毒機構（2) 還包括風機（24)和送風輪（25)，所述風機（24)與送風輪（25)連接，所述送風輪（25)與旋 耕碎土器（22)對應設置，所述送風輪（25)用于向旋耕碎土器（22)均勻送風，且根據行走 機構（1)的速度自動調節風量。
4. 根據權利要求2所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述消毒箱（21) 上設有控制器，所述控制器通過噴嘴（211)、流量開度閥控制輸出所述消毒蒸汽，所述流量 開度閥的輸出蒸汽與送風輪的轉速呈線性正比關系。
5. 根據權利要求4所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述蒸汽發熱機 構（3)包括蒸汽發生器（31)和儲氣罐（23)，所述蒸汽發生器（31)上安裝有燃燒器（32)， 所述燃燒器（32)通過輸氣管（6)與儲氣罐（23)連通，所述燃燒器（32)用于加熱所述消毒 蒸汽，且燃燒器的溫度通過控制器設定。
6. 根據權利要求5所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，在所述蒸汽發生 器（31)上由外向內依次設置有太陽能電池板（33)和隔熱層（34)，所述太陽能電池板（33) 用于電池儲電，且通過電動加熱消毒蒸汽。
7. 根據權利要求5所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述儲氣罐（23) 固定在行走機構（1)上，在儲氣罐（23)上連接有燃燒室（8)，所述燃燒室（8)用于使儲氣罐 (23)均勾輸出消毒蒸汽。
8. 根據權利要求1所述的節能育苗地床土壤消毒系統，其特征在于，所述行走機構（1) 包括車架（11)和升降裝置（12)，所述車架（11)的兩側分別安裝有行走輪（13)，所述升降 裝置（12)安裝在車架（11)上，用于驅動所述消毒機構⑵升降移動。
9. 一種根據權利要求1-8中任一項所述的節能育苗地床土壤消毒系統的方法，其特征 在于，包括： 51、 在待消毒的地床上間隔設置多條用于供行走機構通行的道路； 52、 蒸汽發熱機構利用太陽能對消毒農藥加熱形成消毒蒸汽，并將消毒蒸汽輸送至消 毒機構； 53、 消毒機構通過旋耕待消毒的地床使土壤與消毒蒸汽充分接觸； 54、 通過行走機構驅動消毒機構在多條道路之間進行行走與切換。
10. 根據權利要求9所述的節能育苗地床土壤消毒系統的方法，其特征在于，步驟S3還 包括通過控制器對噴射的消毒蒸汽量進行調節，使土壤與消毒蒸汽充分接觸。
【文檔編號】F22B1/00GK104488612SQ201410657802
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】馬偉, 王秀, 王松林, 蔡吉晨, 鄒偉 申請人:北京農業信息技術研究中心