秧苗箱自動疊棧機之研製

一、前  言

水稻栽培的第一個工作就是育苗，將篩選並完成催芽的稻種，撤播於裝好苗土的秧苗箱上，進行育苗。育苗完成後，再進行插秧。水稻育苗使用之秧苗箱為塑膠製的淺盤，大小為 60 × 30 × 3 公分。目前育苗中心均以一貫化作業設備來自動化完成播種作業，每小時播種作業可達2,000箱以上，作業速度相當快。一貫化育苗播種作業設備乃利用輸送帶連結各作業單元而成，包括排箱機、裝土機、灑水機、播種機、噴葯機、覆土機和積箱機等。積箱機功用係將播種完成之苗箱堆積成疊，每疊約3箱，便利人工搬運。播種後苗箱需堆積約3-5日，保持在高溫、高濕的環境，使種子容易萌芽。種子萌芽後，再將苗箱搬運到田間排放，進行7-15天的綠化作業，使秧苗長成。

目前本省水稻育苗中心大都將播種後之秧苗箱搬運堆疊於棧板上，進行保溫催芽。使用之棧板規格大致有1280×1280mm (大棧板)及1280×640mm (小棧板)等兩種，每個棧板完成堆疊後，再以堆高機進行整個棧板搬運至催芽區集中管理，屬於批次式搬運。待種子冒出苗箱覆土層，再利用堆高機將整塊棧板搬至入苗的供箱區，以人工將苗箱從棧板上搬上輸送帶，送至綠化場內，進行後續的秧苗綠化及硬化工作。

由於播種後之苗箱每個平均重約5kg，人工每次搬運3箱約15公斤，相當辛勞，且需3~5人力來搬運，育苗中心亟盼能有機械來取代人力作業(圖1)。因此本研究在行政院農業委員會的經費補助下，開發一台秧苗箱自動疊棧機，可將播種後秧苗箱堆疊於棧板上，使播種作業達到自動化目的。

圖1、人工堆箱作業

二、疊棧機之設計

本研究配合育苗中心使用的棧板規格，開發兩種樣式疊棧機分別為大棧板型式1280×1280 mm及小棧板型式1280×640mm。大棧板型式可堆放8疊；以每疊30箱，可堆放240箱。小棧板則為大棧板之一半，可堆放4疊，約120箱。設計之疊棧機每次夾取4疊苗箱，夾取之每疊可依需要設定為2-5箱。圖2為小棧板型式之疊棧機，可分為供箱單元、苗箱夾送單元及棧板輸送單元。

2-1. 供箱單元                                                                                                                                        

供箱單元主要由滾筒輸送帶、轉向導桿、水平檔板、導引板等所組成，負責苗箱輸送、轉向、導正及整列用。轉向導桿和水平檔板分別由氣壓缸控制升降，導引板之角度可調整。

堆箱作業時，透過進箱之轉向導桿、導引板及水平檔板，將送入之苗箱由縱向轉90度成橫向 (圖3)，進入夾取等待區。因為夾取部每次夾取四疊秧苗箱，故夾取等待區裝有四個苗箱定位開關，分別感測四疊苗箱是否進入夾取定位。 

圖3、供箱作業

2-2. 苗箱夾送單元

苗箱夾送單元架設於供箱單元與棧板輸送單元上方，裝有一水平移動天車，天車上裝載有夾取部，進行垂直方向移動。藉由水平和垂直的移動，將秧苗箱由供箱單元夾送至棧板上堆疊。水平移動天車利用馬達經由鏈條帶動滾輪，進行前進與後退。

夾取部由升降馬達帶動鋼索，控制夾取部的升降。夾取部的兩側裝有六組線性軸承(35mm×25mm)，使夾取部垂直移動時位置不會偏移。夾取部的開閉由氣壓缸驅動，來夾放苗箱。圖4~6為苗箱夾取、運送與堆疊作業情形。

圖4、苗箱夾取

圖5、苗箱夾送

圖6、苗箱堆疊

2-3. 棧板輸送單元

棧板輸送單元可分為棧板排放及棧板輸送兩部份。棧板排放部負責棧板供應，棧板堆放區可容納8個空棧板的堆疊，藉由感測與程式控制可自動排放棧板於棧板輸送滾筒上。棧板排放使用4只棧板勾與棧板承接板，進行空棧板排放，棧板勾與棧板承接板均由氣壓缸驅動。整疊空棧板於排放區時，利用4只棧板勾分別勾住最下方棧板之4個角落，藉以支撐整疊空棧板。棧板排放時，棧板承接板上升、棧板勾打開，使承接板順利接下一個空棧板，棧板承接板下降，將空棧板排放於輸送滾筒上 (圖7)。當空棧板下降時，棧板勾再度夾緊下一個棧板，完成單一棧板排放作業。

棧板輸送部負責棧板輸送，包括棧板進入苗箱堆放區，以及堆箱完成後，將滿載棧板運送至搬運等待區，等待堆高機將滿載棧板運送至堆積發芽區。棧板輸送部主要由滾筒所組成，並以定位開關及定位板進行棧板定位。當棧板碰觸定位開關時，定位板上升，使棧板定位，準備苗箱堆放作業。一個棧板的苗箱堆疊完成後，輸送滾筒將滿載之棧板送出 (圖8)，再由堆高機將整個棧板運送至堆積發芽區(圖9)。

圖7、棧板排放

圖8、滿載棧板輸送

圖9、利用堆高機搬運完成堆疊之棧板

2-4. 控制系統

秧苗箱自動疊棧機採用可程式控制器配合觸控螢幕，來進行設定、控制與操作。控制系統具有手動和自動控制兩種模式，可由觸控開關選擇，使兩種模式分別作動，互不相關。手動控制方面，可以獨立操作疊棧機之各項作動設備，分別為：棧板輸送帶、夾取部上升下降、棧板輸送、定位板、苗箱轉向導桿、天車移動、棧板排放機構、水平檔板、棧板承接板、夾爪等(圖10)。系統切換至自動控制模式時，依據設定完成作業要求。控制操作採用觸控螢幕 (人機介面)設計，可由使用者在操作介面設定堆疊之每疊箱數(模式2、3、4、5箱/疊)、開始堆疊之層數、棧板高度、總堆疊苗箱數等，操作使用上更加實用化。透過人機介面的顯示，亦可瞭解疊棧作業情形，諸如堆疊位置、堆疊總數、已疊箱數等(圖11)。

圖10、手動控制操作之人機介面

圖11、人機介面顯示目前疊棧作業情形

三、結果與討論

3-1. 作業性能試驗結果

以小棧板型式自動疊棧機進行作業能量測定，試驗設定每次夾取4疊，每疊3箱，然後置放於棧板上，3箱為一層，每個棧板放置10層，共120箱。疊棧作業每次20分鐘，重覆3次，來推算疊棧之作業能力。試驗過程中並同時紀錄苗箱積疊失敗疊數、苗箱夾送失敗疊數、疊棧整齊度偏離量及棧板供應情形等。性能試驗於92年12月4日在宜蘭縣頭城鎮頭圍水稻育苗中心進行，試驗結果顯示，每小時可完成2,490個苗箱的堆疊作業，積疊成功率達100%，夾送成功率達96.4 %以上。在疊棧整齊度偏離量方面，隨機抽取完成疊棧之苗箱共9疊量測其偏離量，測試結果顯示最大偏離量為8 mm，最小為4.3 mm，平均為6.2 mm，由此可知機械疊棧之整齊度佳。在連續4個小時的運轉作業中，經測試無阻礙作業進行之不良現象，且無異常故障，持久性、操作性能及棧板供應情形均良好，符合國家性能測定標準。圖12為性能性能測定作業情形。

圖12、疊棧機性能測定作業情形

3-2. 實地測試與示範

開發完成之秧苗箱自動疊棧機經由初步試驗後，實地安裝於育苗中心進行作業試驗，並與一貫化育苗播種作業設備連線進行試驗，以達到自動播種堆疊之目的。圖13為大棧板型式之疊棧機在桃園縣新屋鄉育苗中心作業情形；圖14為小棧板型式之疊棧機在嘉義縣水上鄉育苗中心育苗中心作業情形。為達到新開發設備之推廣與示範，本設備已陸續辦理四場示範觀摩會 (圖15)，藉由吸取參觀農民的意見，來改善機械設備之缺點，至目前為止，本項設備已達商品化實用價值，農民對於機械性能相當滿意。

圖13、大棧板型式之疊棧機實地作業情形

圖14、小棧板型式之疊棧機實地作業情形

圖15、疊棧機示範觀摩與討論

四、結  論

本研究已成功開發出一套秧苗箱自動疊棧系統，在播種作業時，可與一貫化播種機連線作業，將播種完成之苗箱自動堆疊於棧板上。疊棧機每小時作業能量可達2,490箱以上，成功率為95%，且機械疊棧後的苗箱整齊度較人工佳。經由實地示範觀摩，農民對於機械性能相當滿意。開發之秧苗箱自動疊棧機亦已通過國家性能測定，93年度並已列入國產新型農機購置補助機種，目前已推廣十餘處水稻育苗中心設置使用，將可有效紓解農村勞力不足的問題，並降低育苗生產成本，對提升育苗搬運自動化有莫大助益。