雙側(cè)溫室自動(dòng)鋪卷簾幕裝置的研究

李延國(guó) 李建軍 任慧 趙紅星 黃雷 楊眉 孫雪嬌 歐志鵬 何禹 張航

摘? 要：雙側(cè)溫室自動(dòng)鋪卷簾幕裝置包括溫室、固定桿、簾幕、鋪卷?xiàng)U、移動(dòng)軌道、減速電機(jī)、支撐桿、連接桿、鉸鏈銷(xiāo)、擋片、L型支架、底座、自動(dòng)控制中心;該裝置為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，具有2個(gè)簾幕、鋪卷?xiàng)U、減速電機(jī)、支撐桿、連接桿和L型支架;簾幕一端與鋪卷?xiàng)U相連，另一端被固定桿固定在溫室棚頂;鋪卷?xiàng)U一端沿著軌道運(yùn)動(dòng)，另一端與減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接;支撐桿頂端與減速電機(jī)外殼連接，底端與連接桿構(gòu)成滑動(dòng)伸縮結(jié)構(gòu);連接桿底端開(kāi)有銷(xiāo)孔，與鉸鏈銷(xiāo)外徑形成滑動(dòng)配合;整個(gè)裝置固定在底座上，鉸鏈銷(xiāo)垂直穿過(guò)L型支架、連接桿和擋片。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將溫室簾幕收卷起來(lái)或鋪放在溫室棚頂表面，保持溫室內(nèi)植物的正常生長(zhǎng)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：雙側(cè)溫室;鋪卷;簾幕;生長(zhǎng)環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：S-3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181032022

1? ? ?研究的背景

溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的核心部分，是采用工程技術(shù)手段，營(yíng)造相對(duì)可控的植物生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)行高效生產(chǎn)的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式。與露天植物種植相比，設(shè)施溫室不僅能在冬季有效的利用自然光，生產(chǎn)出反季節(jié)的蔬菜、花卉等;同時(shí)還能減少病蟲(chóng)害、降低農(nóng)藥殘留，培育出安全和優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者的生活需求。因此，為了提高溫室的利用效率，創(chuàng)造和改善相應(yīng)的溫室配套設(shè)施成為了其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。

溫度和光照是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因素，溫室內(nèi)部環(huán)境易受外界溫度和光照的影響。在溫室的棚頂和側(cè)壁鋪設(shè)簾幕設(shè)施，有助于維護(hù)溫室內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，為植物生長(zhǎng)提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，提高溫室的利用效率。當(dāng)外界光照強(qiáng)、溫度高，致使溫室內(nèi)部溫度高于植物生長(zhǎng)的最佳溫度時(shí)，可以在溫室外部鋪設(shè)遮陽(yáng)簾幕，有助于降低溫室內(nèi)部溫度，避免強(qiáng)光灼傷植物，尤其在夏季的中午最為明顯。當(dāng)外界溫度過(guò)低時(shí)，直接導(dǎo)致溫室內(nèi)部溫度低于植物生長(zhǎng)的適宜溫度，可以在溫室外部鋪設(shè)保溫簾幕，來(lái)維持溫室的內(nèi)部溫度，在冬季最為常用。除此之外，簾幕有助于抵擋外界風(fēng)沙、雨雪等惡劣的環(huán)境氣候?qū)厥倚阅芙Y(jié)構(gòu)的侵蝕，提高溫室的使用壽命。

簾幕是溫室外部設(shè)施的重要組成部分，能抵御溫室外部環(huán)境的大幅度變化，保護(hù)溫室結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定，調(diào)控溫室內(nèi)部環(huán)境，維護(hù)植物正常生長(zhǎng)。與單側(cè)日光溫室相比，雙側(cè)溫室具有采光量大，采光時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但相應(yīng)的抵御外界環(huán)境變化的能力較弱，鋪設(shè)遮陽(yáng)網(wǎng)、保溫被等簾幕的難度遠(yuǎn)高于單側(cè)日光溫室。目前，緊貼雙側(cè)溫室表面鋪卷遮陽(yáng)網(wǎng)難度大，多是在溫室棚頂搭設(shè)遮陽(yáng)棚，這種做法易受太陽(yáng)入射角影響，效果欠佳;保溫被鋪卷的機(jī)械化程度較低，多數(shù)雙側(cè)溫室仍存在人工鋪卷，浪費(fèi)人力物力，而且具有一定的危險(xiǎn)性。因此，需要研究開(kāi)發(fā)一種合理、簡(jiǎn)便的雙側(cè)溫室自動(dòng)鋪卷簾幕裝置。

2? ? ?技術(shù)要點(diǎn)

雙側(cè)溫室自動(dòng)鋪卷簾幕裝置可用于雙側(cè)溫室外部遮陽(yáng)網(wǎng)、保溫被等簾幕的鋪放或收卷，可上下往復(fù)的將簾幕鋪放到溫室棚頂和側(cè)壁，能夠抵擋外界環(huán)境的大幅度變化，維持植物的正常生長(zhǎng)環(huán)境，延長(zhǎng)溫室的使用壽命，同時(shí)解決了溫室外側(cè)簾幕收卷不便及機(jī)械化程度低等問(wèn)題，還節(jié)省人力物力，提高了溫室的利用效率。

該裝置能同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫室兩側(cè)簾幕上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將溫室簾幕收卷起來(lái)或鋪放在溫室棚頂表面，保證溫室內(nèi)植物的正常生長(zhǎng)環(huán)境的穩(wěn)定而不受外界環(huán)境變化的影響。

3? ? ?自動(dòng)鋪卷簾幕裝置構(gòu)成及附圖說(shuō)明

3.1? ? 顯示的是自動(dòng)鋪卷簾幕裝置工作狀態(tài)下的整體透視結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示。

3.2 顯示的是自動(dòng)鋪卷簾幕裝置工作狀態(tài)下的正視圖

如圖2所示。

1.雙側(cè)溫室;2.固定桿;3.簾幕;4.鋪卷?xiàng)U，5.移動(dòng)軌道;6.減速電機(jī);7.支撐桿;8.連接桿;9.鉸鏈銷(xiāo);10.擋片;11.L型支架;12.底座;13.自動(dòng)控制中心

4? ? ?自動(dòng)鋪卷簾幕裝置工作原理

結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明如下：雙側(cè)溫室自動(dòng)鋪卷簾幕裝置包括雙側(cè)溫室1、固定桿2、簾幕3、鋪卷?xiàng)U4、移動(dòng)軌道5、減速電機(jī)6、支撐桿7、連接桿8、鉸鏈銷(xiāo)9、擋片10、L型支架11、底座12、自動(dòng)控制中心13;所述的裝置為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，符合雙側(cè)溫室1的結(jié)構(gòu)形式，具有兩個(gè)簾幕3、鋪卷?xiàng)U4、減速電機(jī)6、支撐桿7、連接桿8和L型支架11;所述的減速電機(jī)6外殼與支撐桿7剛性連接，減速電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)軸與鋪卷?xiàng)U4剛性連接;鋪卷?xiàng)U4帶動(dòng)簾幕3，沿著移動(dòng)軌道5進(jìn)行鋪放或收卷。連接桿8與支撐桿7的底端構(gòu)成可滑動(dòng)的伸縮結(jié)構(gòu)，連接桿8底端的銷(xiāo)孔內(nèi)徑與鉸鏈銷(xiāo)9外徑進(jìn)行滑動(dòng)配合;鉸鏈銷(xiāo)9垂直穿過(guò)L型支架11、連接桿8和擋片10。

簾幕3完全展開(kāi)后呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度和寬度要比雙側(cè)溫室1側(cè)壁邊長(zhǎng)略長(zhǎng)，一端被固定桿2固定，另一端與鋪卷?xiàng)U4相連。選用的鋪設(shè)簾幕3為柔性材料，耐磨性好，且長(zhǎng)時(shí)間暴露在惡劣氣候條件下，不易損壞和侵蝕。柔性材料可選用塑料材料、機(jī)織織物及復(fù)合材料等，比如夏季可采用性能好的遮陽(yáng)塑料材料，冬季可選用具有一定厚度的保溫復(fù)合材料。

固定桿2位于雙側(cè)溫室1棚頂，縱向軸線與雙側(cè)溫室1棚頂?shù)募咕€重合，為剛性或半剛性的長(zhǎng)方形構(gòu)件，可以通過(guò)螺栓、鉚釘?shù)确绞桨押熌?固定在雙側(cè)溫室1棚頂。其作用是將簾幕3的一端固定在雙側(cè)溫室1棚頂，便于簾幕3的鋪放或收卷，材料可選用帶有防護(hù)涂層的金屬材料、塑料或其他復(fù)合材料，便于拆卸安裝。

鋪卷?xiàng)U4為剛性的實(shí)心或空心的圓柱形構(gòu)件，要比雙側(cè)溫室1的長(zhǎng)度略長(zhǎng)。要求構(gòu)件的材料堅(jiān)固，具有很強(qiáng)的承重能力，且不宜變形，能夠承受簾幕3鋪放或收卷的所有重力，可選用帶有防護(hù)涂層的金屬材料或其他復(fù)合材料。

移動(dòng)軌道5處于雙側(cè)溫室1長(zhǎng)方向的一端，與減速電機(jī)6所在端相對(duì)。移動(dòng)軌道5是鋪卷?xiàng)U4鋪放或收卷簾幕3的移動(dòng)軌道，為鋪卷?xiàng)U4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的著力點(diǎn)，材料可以選用帶有涂料的矩形金屬板，完成一定的弧度，經(jīng)螺栓或焊接等方式形成移動(dòng)軌道5并通過(guò)支架安裝在雙側(cè)溫室1上。

減速電機(jī)6為一端封閉的殼體結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)軸輸出端與鋪卷?xiàng)U4同軸剛性連接，比如螺栓連接、焊接等方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)減速電機(jī)6收到程序控制命令時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸沿順時(shí)針或者逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋪卷?xiàng)U4轉(zhuǎn)動(dòng)，完成簾幕3的鋪放或收卷。

支撐桿7為剛性的空心圓柱形構(gòu)件，具有很強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度且不易變形，長(zhǎng)度要比溫室的高度要長(zhǎng)。其頂端與減速電機(jī)6的殼體剛性連接，如采用焊接、螺栓或螺釘連接等，底端與連接桿8形成可滑動(dòng)的伸縮配合。

連接桿8為剛性的實(shí)心圓柱形構(gòu)件，底端部分開(kāi)有圓柱形銷(xiāo)孔，垂直于支撐桿7的縱向軸線。連接桿8與支撐桿7底端形成可伸縮的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，有利于簾幕3更好的鋪放或收卷。連接桿8底端的銷(xiāo)孔內(nèi)徑與鉸鏈銷(xiāo)9外徑相連，形成滑動(dòng)配合。

鉸鏈銷(xiāo)9垂直穿過(guò)L型支架11、連接桿8和擋片10，其位于雙側(cè)溫室1一端正中間或者相對(duì)的雙側(cè)溫室1另一端，軸線與雙側(cè)溫室1長(zhǎng)方向的軸線一致。鉸鏈銷(xiāo)9的外徑與支撐桿7的銷(xiāo)孔形成滑動(dòng)配合連接，材料必須堅(jiān)固，能夠承受較大的壓力而不會(huì)變形和彎曲。

擋片10一端固定在鉸鏈銷(xiāo)9上，另一端固定在底座12上，位于兩個(gè)連接桿8之間，作用是防止連接桿8移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生相互摩擦而影響裝置的運(yùn)行。

L型支架11，為堅(jiān)固不易變形的金屬材料，具有很強(qiáng)的承重能力。

底座12為承重構(gòu)件，主要是起到固定作用，使簾幕3鋪放或收卷時(shí)能平穩(wěn)進(jìn)行，有效防止運(yùn)行時(shí)發(fā)生傾斜或劇烈震動(dòng)。

自動(dòng)控制中心13內(nèi)部含有控制模塊、定時(shí)模塊、傳感器、電路等。自動(dòng)控制中心13控制模塊能向減速電機(jī)6發(fā)出信號(hào)“鋪放或收卷”的程序控制命令，并且使減速電機(jī)6做出相應(yīng)的響應(yīng)，對(duì)簾幕3進(jìn)行鋪放或收卷。如果簾幕3已經(jīng)鋪放到極限位置時(shí)，則停止鋪放信號(hào)命令;同理，當(dāng)收卷到極限位置時(shí)，則停止收卷信號(hào)命令。定時(shí)模塊不僅可以通過(guò)定時(shí)控制減速電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，進(jìn)行簾幕3的鋪放或收卷，也可以制定1d中鋪卷?xiàng)U4的啟動(dòng)時(shí)間，比如處于冬季的溫室，白天接受陽(yáng)光時(shí)簾幕3自動(dòng)卷起，夜晚簾幕3自動(dòng)鋪放在溫室棚頂表面，起到保溫作用。

5? ? ?自動(dòng)鋪卷簾幕裝置特點(diǎn)

該裝置為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，具有2個(gè)簾幕、2個(gè)鋪卷?xiàng)U、2個(gè)減速電機(jī)、2個(gè)支撐桿、2個(gè)連接桿和2個(gè)L型支架，能夠同時(shí)對(duì)溫室兩側(cè)進(jìn)行鋪放或收卷工作。

簾幕一端被固定桿固定在雙側(cè)溫室棚頂，縱向軸線與屋頂?shù)募咕€重合，另1端與鋪卷?xiàng)U相連，減速電機(jī)外殼與支撐桿剛性連接，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與鋪卷?xiàng)U剛性連接，鉸鏈銷(xiāo)垂直穿過(guò)L型支架、連接桿和擋片，具有結(jié)構(gòu)緊湊容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

簾幕的鋪放或收卷，均通過(guò)鋪卷?xiàng)U轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，非常方便運(yùn)行。

鋪卷?xiàng)U一端是沿著預(yù)設(shè)的移動(dòng)軌道運(yùn)行，具有很好的導(dǎo)向作用，使簾幕的鋪放或收卷過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定而不至震動(dòng)。

支撐桿底端與連接桿構(gòu)成可滑動(dòng)的伸縮結(jié)構(gòu)，保證了卷?xiàng)U在棚頂很好的仿行。

自動(dòng)控制中心的控制模塊能向減速電機(jī)發(fā)出信號(hào)“鋪放或收卷”的程序控制命令，定時(shí)模塊能控制減速電機(jī)起止時(shí)間，保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6? ? ?結(jié)論

由于該裝置采用的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，符合雙側(cè)溫室的結(jié)構(gòu)形式，能方便、省力的將溫室簾幕收卷起來(lái)或鋪放在溫室棚頂表面，具有快捷性、上下往復(fù)性、整體鋪放或收卷一致性好等特點(diǎn)。該裝置的簾幕可以根據(jù)季節(jié)氣候要求進(jìn)行更換，如夏季可以鋪設(shè)遮陽(yáng)網(wǎng)，冬季可以鋪設(shè)保溫被等來(lái)給溫室保溫以保持溫室內(nèi)植物的正常生長(zhǎng)，提高植物產(chǎn)量。同時(shí)，在維護(hù)溫室結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)溫室壽命，更換溫室覆蓋透光材料等方面具有很大的作用。