气雾式植物培养装置的设计及分析.pdf
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1、新疆农机化圆园24 年第 2 期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2024.02.014中图分类号:S31文献标识码:A0 引言植物工厂近年来发展迅速,植物工厂光照培养架的智能控制是 PLC 技术与传感器的结合,可对影响植物光合作用的光照强度、温湿度及培养液成分、浓度等因素进行精确控制从而使植物光合作用的强度达到最大值并最大程度抑制呼吸作用,进而缩短蔬菜生产周期。家庭植物工厂因其美观和可观赏性成为家庭种植的新宠,许多学者研究了植物工厂立体式栽培、光照、湿度、温度和营养液等重要理论1-5。现代化植物工厂主要采用无土栽培技术,包括水培和雾培,其中水培是将营养液放置在营养箱
2、里供植物汲取养分;雾培是将作物的根系悬挂,通过设备喷出雾状营养液,根系通过吸收空气中的营养液得以生长6,7。气雾栽培技术在黄瓜、甜瓜、马铃薯和番茄等多种植物上成功应用8,9。气雾式栽培的优势:(1)植物根系直接暴露在充满营养液的空气中,可以充分吸收营养;(2)能够有效提高肥料的利用率;(3)可以有效避免土培导致的土壤污染问题;(4)可以缩短植物培养周期;(5)便于观察根系生长情况7,10。气雾栽培技术中喷雾频率和喷雾的颗粒大小至关重要,其直接影响植物的生长以及喷头的使用寿命。因此本文设计了气雾式培养装置,对不同的喷雾频率、雾化颗粒大小、喷水量进行研究。1 气雾式培养装置的结构设计气雾式植物工厂
3、培养装置由栽培区和设备区组成,结构如图 1。栽培区由箱体、栽培架、进水管路、回水管路、雾化喷头、风扇和LED光源组成。设备区位于柜体的底部,由储液箱、紫外线消毒灯(位于贮液箱内)、自吸泵、液位传感器(位于贮液箱内)和风扇等组成。植物工厂培养装置采用温室结构,内部安装了控制单元、营养液循环单元、培养架和监测元件等。监测元件采用 PLC 控制,利用温度传感器和湿度传感器监测数据,用于监测培养架的温度和湿度等指标,当温湿度指标超出范围时将通过控制元件发送信号控制执行元件进行工作。装置结构中营养液的循环单元包括输送管道、喷文章编号院1007-7782渊2024冤02-0048-04气雾式植物培养装置的
4、设计及分析洪培瑶1,李澍源2(1.福建开放大学,福建 福州 350013;2.福建师范大学,福建 福州 350000)摘要院本文将气雾式栽培模式引入到家庭式植物培养装置中,气雾式喷雾方式可促进植物根系生长、发挥植物生长潜能并提高空间利用率,解决了部分现有家庭式植物培养装置存在的问题。通过理论计算得到泵在喷雾时供水压力为 0.355MPa,流量为 2.277L/min,液滴从雾化盘边缘抛出的初速度可近似为雾化盘的切向速度,其达到 100r/min时喷雾的利用率最高。关键词院气雾;家庭植物工厂;控制DesignandanalysisofaerosolplantculturedeviceHong P
5、eiyao1,Li Shuyuan2(1.Fujian Open University,Fuzhou,350013,Fujian,China;2.Fujian Normal University,Fuzhou,350000,Fujian,China)Abstract:In this paper,the aerosol cultivation mode was introduced into the home-type plant culture device.The aerosol spraymodecanpromotethegrowthofplantroots,givefullplaytot
6、hegrowthpotentialofplantsandimprovetheutilizationrateofspace,whichsolvessomeproblemsexistinginthehome-typeplantculturedevice.Throughtheoreticalcalculationstoobtainthepumpinthe spray whenthewatersupply pressure of0.355MPa,theflow rateof2.277 L/min,dropletsfromtheedgeofthe atomizationdiskthrown out of
7、 the initial velocity can be approximated as the tangential velocity of the atomization disk,which reaches 100 r/minwhenthesprayhasthehighestutilizationrate.Key words:Aerosol;Domestic plant factory;Control基金项目院福建省教育厅中青年教师教育科研项目基金(JAT220538);校级科研项目(FK22B11C)修回日期院2023-11-16窑 开发研究 窑48援援新疆农机化圆园24 年第 2 期
8、图 1 气雾式植物工厂培养装置整体结构1.机架2.雾化喷头区3.LED灯4.栽培架5.链条式升降结构6.主轴7.营养液收集区8.营养液循环系统区12345678头、电机和循环泵等。营养液经过泵将喷雾喷入管道中,通过电磁阀的控制在特定的条件下进行喷雾,为植物提供所需养分,从叶片上滴落的营养液则通过通道回流至回收机构。光源采用 LED 灯,LED 灯会随着时间和植物生长的变化而改变颜色和光照强度,形成红蓝光配合。链条式升降机构通过电机带动链条传动进而带动培养架上下移动,形成规律性运动。2 气雾式培养装置营养液循环系统2.1 营养液循环系统结构营养液循环与控制系统由营养液箱、紫外线消毒灯、自吸泵、液
9、位开关、进水管路、回水管路及雾化喷头等辅件构成,系统结构如图 2。营养液箱用于存储营养液;自吸泵用于从营养液箱内抽取营养液并提供系统所需的水压,进水管路连接自吸泵与雾化喷头并通过雾化喷头将营养液雾化,使植物获取水肥;回水管路与底座上方收集营养液的箱体连接,将营养液重新收集回营养液箱内。为了避免营养液箱内滋生细菌,在营养液内设置紫外线消毒灯,同时为了避免系统因营养液不足导致种植失败,在营养液箱内配备液位传感器。2.2 循环系统关键参数设计气雾栽培系统中雾化喷头是关键部件之一,直接关系到设备运行效果。喷雾角度()、喷雾直径()、喷嘴与被喷物体的距离()、重叠部分的宽度()、喷嘴间的间距()以及喷雾
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