日光溫室電動齒輪齒條開窗通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹新偉 史慧鋒 肖林剛

溫室通風(fēng)是通過通風(fēng)口與外界進(jìn)行氣體交換，可以排出多余熱量，降低溫度、抑制高溫；補(bǔ)充CO2，維持作物生長需要的CO2的濃度；降低溫室內(nèi)濕度，減輕作物病蟲害；同時(shí)促使室內(nèi)空氣流動，促進(jìn)植物群落中的氣體交換，促進(jìn)作物良好的生長；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影響了日光溫室的發(fā)展水平。所以溫室通風(fēng)是日光溫室急需解決的重大問題。

中國日光溫室通風(fēng)現(xiàn)狀

目前，中國大部分溫室采用人工扒縫通風(fēng)以及卷膜器通風(fēng)，卷膜器通風(fēng)主要有手搖和電動兩種，在裝棚膜時(shí)把膜分成兩段，頂部為1.5 m左右的小棚膜，下面為一大棚膜，通過人工扒縫或卷膜器把頂部小棚膜打開進(jìn)行通風(fēng)，這幾種通風(fēng)方式，溫室通風(fēng)效果不明顯，勞動強(qiáng)度大，容易出現(xiàn)棚膜積水現(xiàn)象，抗風(fēng)能力差。針對上述問題本項(xiàng)目組設(shè)計(jì)一種專用鋁合金齒輪齒條電動通風(fēng)系統(tǒng)。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)、傳動效率高、抗風(fēng)雪能力強(qiáng)，適合非耕地使用，便于實(shí)現(xiàn)自動化控制。

電動齒輪齒條開窗原理

該電動開窗系統(tǒng)（圖1）主要由電機(jī)、傳動軸、軸承座、齒輪齒條、鋁合金窗戶組成，電機(jī)采用三相異步帶限位電機(jī)，通過兩側(cè)鏈輪聯(lián)軸器帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪嚙合齒條使其往復(fù)運(yùn)動，齒條連接著窗戶從而實(shí)現(xiàn)溫室通風(fēng)窗的啟閉，窗戶采用專用鋁合金組裝而成，同時(shí)通過調(diào)節(jié)電機(jī)限位裝置，控制電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)窗戶準(zhǔn)確定位，使通風(fēng)窗停留在預(yù)先設(shè)定的位置，溫室管理者只要按下按鈕，窗戶到設(shè)定位置可自動停止。此電動齒輪齒條開窗機(jī)構(gòu)，穩(wěn)定性好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，密封性好，大大減輕了勞動強(qiáng)度。電動齒輪齒條開窗機(jī)構(gòu)各部分功能如下。

電機(jī)

傳動軸

主要起到傳動動力作用，傳動軸一般采用1寸（3.3 cm）鍍鋅鋼管，通過焊接連成一整體，通過鏈輪與電機(jī)相連，并間隔3 m（一般3副骨架），通過軸承座固定在溫室拱架上，安裝時(shí)一定要保證傳動軸在同一直線上，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

齒輪齒條

開窗齒輪（圖3）固定在傳動軸上，通過傳動軸的傳動而嚙合弧形齒條使其往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)窗戶的啟閉，弧形齒條選用長度為1050 mm，厚度為2 mm，弧度半徑為1000 mm。通過齒條安裝板與窗戶活動邊框連接，窗戶上的齒條間距為1 m，以保證窗戶的穩(wěn)定性。

鋁合金窗戶

窗戶采用專用鋁型材（圖4），大小設(shè)計(jì)為0.6 m×3 m，窗戶之間間距為3 m，窗戶采用專用鋁合金，美觀大方，密封性好，共有三種型材，天窗鉸座、天窗鉸軸、天窗活動邊，可以根據(jù)需要做成任意大小，四個(gè)角采用連接件用鉚釘連接，牢固可靠，窗戶安裝方便，窗戶鋁型材帶有卡棚膜卡槽，方便卡棚膜，窗戶分窗框與活動窗，窗框固定在拱架上，活動窗通過齒條連接板與齒條連接，圍繞天窗鉸座進(jìn)行轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)目的。

日光溫室通風(fēng)管理

為加強(qiáng)日光溫室內(nèi)空氣對流，使溫室降溫和排濕效果達(dá)到最好，降低溫室病害的發(fā)生，日光溫室頂部采用齒輪齒條電動開窗通風(fēng)，同時(shí)在前屋面1～1.3 m高處，設(shè)前屋面通風(fēng)口，采用手動或電動卷膜器通風(fēng)，與頂通風(fēng)口配合使用，促進(jìn)空氣循環(huán)，提高通風(fēng)效率。通風(fēng)口正確的通風(fēng)順序是先開頂部通風(fēng)口，當(dāng)溫度還升高時(shí)，再開前屋面通風(fēng)口。關(guān)閉通風(fēng)口時(shí)與開啟時(shí)順序相反，先關(guān)前屋面通風(fēng)口，后關(guān)頂部通風(fēng)口。通過溫室的通風(fēng)口合理設(shè)置，根據(jù)通風(fēng)目的、蔬菜生長狀況、生長季節(jié)等情況，靈活采取科學(xué)的通風(fēng)措施，以促進(jìn)光合作用，抑制病害的發(fā)生與發(fā)展。

結(jié)論

本課題設(shè)計(jì)日光溫室齒輪齒條電動開窗系統(tǒng)，采用了限位電機(jī)、齒輪齒條、窗戶專用鋁合金，解決了溫室通風(fēng)勞動強(qiáng)度大、通風(fēng)不均勻、抗風(fēng)性差的問題，結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)能夠自鎖，防止通風(fēng)系統(tǒng)因外部風(fēng)力等因素而損壞。同時(shí)采用頂通風(fēng)與底通風(fēng)相結(jié)合，提高通風(fēng)效率，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)。本系統(tǒng)操作簡單，已在新疆南北疆推廣30多套，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)控制，大大減輕了勞動強(qiáng)度，溫室的綜合效益得到顯著提高，具有很高的推廣價(jià)值。

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*項(xiàng)目支持：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)：適合西北非耕地園藝作物栽培的溫室結(jié)構(gòu)與建造技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化示范（201203002）。

作者簡介：曹新偉，男，湖南邵陽人，助理研究員，學(xué)士，主要從事日光溫室結(jié)構(gòu)研究。