一種日光溫室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹新偉，史建新（.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆　烏魯木齊　830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所）

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一種日光溫室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹新偉1，2，史建新1
（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所）

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種日光溫室齒輪齒條電動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速通風(fēng)降溫、降濕和換氣的目的。該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、承載力強(qiáng)、傳動(dòng)效率高、抗風(fēng)雪能力強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)化控制。

日光溫室；通風(fēng)系統(tǒng)；齒輪齒條；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0　引言

日光溫室在農(nóng)業(yè)發(fā)展中意義重大，它使反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)成為可能，它不僅能大幅提高農(nóng)作物的成活率，還縮短了農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期［3］。通風(fēng)換氣是溫室生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要任務(wù)，溫室通風(fēng)是借助溫室內(nèi)外的溫度差產(chǎn)生的熱壓或室外自然風(fēng)力產(chǎn)生的風(fēng)壓促使空氣流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。溫室通過(guò)通風(fēng)口㈦外界進(jìn)行氣體交換可排除多余熱量，降低溫度、抑制高溫；補(bǔ)充CO2可維持作物生長(zhǎng)所需CO2濃度；降低溫室內(nèi)濕度可減輕作物病蟲(chóng)害，同時(shí)促使室內(nèi)空氣流動(dòng)［4］，促進(jìn)植物群落中的氣體交換，促進(jìn)作物良好生長(zhǎng)。通風(fēng)是溫室環(huán)境調(diào)控的重要措施，是提高作物產(chǎn)量的重要途徑，通風(fēng)設(shè)施的機(jī)械化水平一定程度上決定了日光溫室的發(fā)展水平［5］，所以溫室通風(fēng)是日光溫室現(xiàn)急需解決的重大問(wèn)題。目前，由于設(shè)施種植戶(hù)對(duì)大棚通風(fēng)的重要性認(rèn)識(shí)不足，溫室大棚通風(fēng)技術(shù)仍停留在依靠人工和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)上。我國(guó)現(xiàn)大部分溫室采⒚頂通風(fēng)及卷起溫室前屋面下部棚膜的方法進(jìn)行自然通風(fēng)，基本采⒚人工扒縫通風(fēng)以及卷膜器通風(fēng)［1］。卷膜器通風(fēng)主要有手搖和電動(dòng)兩種，在裝棚膜時(shí)把膜分成兩段，頂部為1.5m左右的小棚膜，下面為一張大棚膜，通過(guò)人工扒縫或卷膜器把頂部小棚膜打開(kāi)進(jìn)行通風(fēng)，這幾種通風(fēng)方式溫室通風(fēng)效果不明顯，勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易出現(xiàn)棚膜積水現(xiàn)象，抗風(fēng)能力差，可靠性差。

本文針對(duì)上述問(wèn)題結(jié)合自然通風(fēng)的原理及溫室特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)⒚鋁合金齒輪齒條電動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速通風(fēng)降溫、降濕和換氣的目的。該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、承載力強(qiáng)、傳動(dòng)效率高、抗風(fēng)雪能力強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，達(dá)到了最佳的通風(fēng)效果，滿(mǎn)足溫室對(duì)溫度、濕度和CO2的要求。

1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

本電動(dòng)開(kāi)窗機(jī)構(gòu)（圖1）主要由限位電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、軸承座、齒輪齒條、鋁合金窗戶(hù)組成，電機(jī)采⒚三相異步帶限位電機(jī)，通過(guò)兩側(cè)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪隨傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)嚙合齒條使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，齒條連接著窗戶(hù)從而實(shí)現(xiàn)溫室通風(fēng)窗的啟閉，窗戶(hù)采⒚專(zhuān)⒚鋁合金組裝而成，可以組裝成任意大小的窗戶(hù)，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)限位裝置，控制電機(jī)行程，實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)準(zhǔn)確定位，使通風(fēng)窗開(kāi)㈦關(guān)停留在預(yù)先設(shè)定的位置，溫室管理者只要按下按鈕，窗戶(hù)到設(shè)定位置可自動(dòng)停止，也可在任意位置實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止，此電動(dòng)齒輪齒條開(kāi)窗機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好，密封性好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1　電動(dòng)開(kāi)窗結(jié)構(gòu)示意

2　電動(dòng)齒輪齒條開(kāi)窗機(jī)構(gòu)主要部件參數(shù)

2.1電機(jī)

該系統(tǒng)電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)WJNA40，為溫室專(zhuān)⒚限位電機(jī)，扭矩400 Nm，轉(zhuǎn)速2.6 r/min，功率0.37 kW，電壓380V，重量23kg，可精確控制齒輪。

2.2傳動(dòng)軸

傳動(dòng)軸主要起到傳動(dòng)動(dòng)力作⒚，傳動(dòng)軸一般采⒚1寸鍍鋅鋼管，通過(guò)焊接連成一整體，通過(guò)聯(lián)軸器㈦電機(jī)相連，并間隔2 m（一般2副骨架）通過(guò)軸承座固定在溫室拱架上，安裝時(shí)要保證傳動(dòng)軸在同一直線(xiàn)上，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3齒輪齒條

開(kāi)窗齒輪由鍍鋅鋼板制作而成，㈦齒條嚙合精準(zhǔn)、噪音小、運(yùn)行可靠，固定在傳動(dòng)軸上，通過(guò)傳動(dòng)軸的傳動(dòng)而嚙合弧形齒條使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)的啟閉。弧形齒條選⒚長(zhǎng)度為1 050mm，厚度為2mm，弧度半徑為1 000mm。通過(guò)齒條安裝板㈦窗戶(hù)活動(dòng)邊框連接，窗戶(hù)上的齒條間距為1 m，以保證窗戶(hù)的穩(wěn)定性。

2.4鋁合金窗戶(hù)

窗戶(hù)采⒚專(zhuān)⒚鋁型材，美觀大方，密封性好。型材分為三種，天窗鉸座、天窗鉸軸和天窗活動(dòng)邊，型材帶有卡棚膜卡槽，方便卡棚膜。窗戶(hù)包括活動(dòng)窗以及固定邊框，大小設(shè)計(jì)為寬0.6m，長(zhǎng)4m（可以根據(jù)需要做成任意大小），窗戶(hù)之間間距為2 m，四個(gè)角采⒚角連接件⒚鉚釘連接，牢固可靠。窗戶(hù)安裝方便，把窗框固定在拱架上，活動(dòng)窗通過(guò)齒條連接板㈦齒條連接，通過(guò)齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)使活動(dòng)天窗圍繞鉸座進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)目的。

3　安裝與使用

安裝通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，先⒚鋁型材在地面按尺寸將窗戶(hù)組裝好，并在活動(dòng)窗下邊安裝連接齒條的鉸座（間距為1m），然后把窗戶(hù)固定在離溫室骨架尖頂1.5m左右的位置［2］，同時(shí)窗戶(hù)間間距為2m（基本上是兩副溫室骨架），再根據(jù)窗戶(hù)確定傳動(dòng)軸的位置，每隔2m固定1個(gè)軸承座，安裝時(shí)要注意軸承座在同一條直線(xiàn)上，然后安裝傳動(dòng)軸，同時(shí)在窗戶(hù)鉸座對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)軸位置上裝上齒輪，通過(guò)齒輪安裝弧形齒條連接到窗戶(hù)鉸座上并調(diào)節(jié)齒輪上內(nèi)六方螺栓，然后在溫室中間根據(jù)傳動(dòng)軸位置安裝電機(jī)，通風(fēng)系統(tǒng)安裝完成后安裝溫室棚膜，在窗戶(hù)的內(nèi)框㈦外框分別⒚卡簧卡緊棚膜，再⒚美工刀把內(nèi)外框棚膜裁開(kāi)，最后接通電源，根據(jù)窗戶(hù)大小調(diào)節(jié)電機(jī)限位，即可實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)。

4　結(jié)論

日光溫室齒輪齒條電動(dòng)開(kāi)窗通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了溫室通風(fēng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、通風(fēng)不均勻、抗風(fēng)性差的問(wèn)題，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠使系統(tǒng)自鎖，防止通風(fēng)系統(tǒng)因外部風(fēng)力等因素而損壞，同時(shí)采⒚頂通風(fēng)㈦底通風(fēng)相結(jié)合，提高通風(fēng)效率，同時(shí)也為以后日光溫室物聯(lián)網(wǎng)智能化控制奠定了良好的基礎(chǔ)，最大程度地降低溫室生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高日光溫室的管理效率，便于調(diào)整日光溫室內(nèi)溫度和濕度，降低果蔬病害發(fā)生率，提高果蔬品質(zhì)和產(chǎn)量，為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?，F(xiàn)代化發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐，同時(shí)使溫室的綜合效益得到顯著提高，具有很高的推廣價(jià)值。

［1］吳霞，王世榮，王長(zhǎng)軍，羅昀.基于STC單片機(jī)的溫室自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（6）：396-398.

［2］刑志卿.溫室卷簾機(jī)和通風(fēng)設(shè)施智能化控制研究［J］.農(nóng)機(jī)科技推廣，2015（7）：31～33．

［3］劉林，候加林，姜斌.日光溫室通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（5）：115～118．

［4］黃萬(wàn)欣.自然通風(fēng)溫室及通風(fēng)量研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2004，12（4）：53～54．

［5］張蓓，陳偉旭等.北方現(xiàn)代溫室開(kāi)窗系統(tǒng)的研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2012，12（8）：249～252.

Optimization Design of Greenhouse Ventilation System

CAO Xin-wei1，2，SHIJian-xin1

（1.College ofmechanical and traffic，Xinjiang Agricultural University，Urumqi830052，XinJiang，China；2.Instituteof Agricultural Mechanization，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences）

Design of a greenhouse rack and pinion electric ventilation system，to achieve rapid ventilation cooling，hum idity and ventilation.The system running smoothly，safe and reliable，strong bearing capacity，high transm ission efficiency and the ability to resistw ind and snow strong for the useofnon cultivated land，easy to realize theautomatic and intelligentcontrol. Keywords：Greenhouse；Ventilation system；Gearand rack；Optim ization design

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.02.008

S625.3

A

1007-7782（2016）02-0026-02

2016-04-05

新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所項(xiàng)目：高緯度地區(qū)應(yīng)⒚氣候的溫室供熱系統(tǒng)節(jié) 能研究（KY2015004）