CN113228999A - 一种大棚外保温被翻越式铺卷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于设施园艺领域的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置；其中大棚的上方设有卷被轴，大棚的两侧均安装有一组支撑轨道系统，卷被轴由在两棚脚之间沿支撑轨道系统中弧形齿条导轨的轨迹往返移动，弧形齿条导轨的跨度和高度均大于大棚山墙的对应尺寸；保温被一端固定在大棚的棚脚，另一端在卷被轴上缠绕固定；卷被轴的两端均安装有一个齿轮，且卷被轴的两端分别留有动力连接部和轴向限位部，在动力连接部一侧的山墙外安装有动力传动机构，动力连接部与动力传动机构中减速器的输出轴固接。本发明两侧支撑轨的支撑，使得卷被轴上的载荷分布更为均匀，有效减小了卷被轴的变形，突破了卷被轴对于棚长的限制。

Description

一种大棚外保温被翻越式铺卷装置

技术领域

本发明属于设施园艺技术领域，具体为一种大棚外保温被翻越式铺卷装置。

背景技术

塑料大棚是中国应用面积最大，适应地域最广的一种设施园艺类型，具有造价低，透光性能好，土地利用率高等优点，并且装配式塑料大棚能够进行工厂化生产，进一步降低了建造成本。但由于保温性能不足，大部分北方地区的塑料大棚通常难以实现越冬生产，设施全年的利用率不高。结合日光温室外保温被系统和大棚结构的外保温塑料大棚，是近些年出现的一种具有发展潜力的新型设施园艺类型，根据结构形式不同可将其划分为对称式和非对称式。对称式外保温塑料大棚继承了传统塑料大棚的性能优点，同时具有良好的保温性，能够延长大棚的周年使用时间，实现进一步春季提前、秋季延后栽培。

目前的外保温塑料大棚沿用了日光温室保温被铺卷的方法，产生了许多问题。日光温室广泛采用电动转轴卷被式卷帘机，将保温被的活动边首先缠绕并固定在卷被轴上，电机减速机直接驱动卷被轴转动，从而卷起或铺展保温被，实现保温被的单坡卷放。大棚沿用日光温室的铺卷装置，并根据需求进行了一定的调整：两个坡面都覆盖保温被，在生产中采用两套电动转轴卷被式卷帘机，分别对两侧两块保温被进行独立卷放，卷起后停放在大棚屋脊上。虽然经过调整，但应用在外保温塑料大棚上的这种铺卷方式，仍面临以下问题：

(1)影响采光。停放在屋脊的保温被会遮挡太阳光进入棚内，从而在棚内形成一条阴影带，影响棚内植物的采光。

(2)造成集中载荷。棚面停放的被卷对大棚造成集中载荷，对大棚结构的稳定性和骨架的承载能力提出了更高的要求。这需要在大棚中部布置更多立柱，增加建设成本，并且过多的立柱不利于棚内开展机械化作业。

(3)影响通风。屋脊位置是通风效果最好的位置，卷起后的保温被，占用了屋脊，通风口只能设置在大棚屋脊两侧更靠下的部位。

产生上述问题的根本原因在于，对称式外保温塑料大棚的建筑形式、保温被的铺设与日光温室不同，因此日光温室的保温被系统并不能完全适用于大棚。

目前，适用于塑料大棚的保温被系统的相关研究主要围绕以下两个方面展开：(1)全棚面覆盖，用单块保温被覆盖大棚表面实现全棚面一体化铺开、卷收；(2)落地式卷被，卷起后的保温被放于地面，避免影响采光和对棚面产生集中载荷。在中国专利申请号为CN201611206803.8的一种拱棚保温被全棚面卷放装置中公开了一种在棚体前后分别设置丝杆的连接动力装置，作为牵引装置卷起、放开绳索，通过对绳索的卷放拉动卷被轴铺卷保温被，适用于屋面倾角较小的情况。在中国专利申请号为202010804149.0的一种外保温卷被地下存放的塑料大棚卷被装置中公开了一种在大棚前后设置保温被存放装置、两侧设置的独立滑架，能够在白天不用保温被时将其卷起放置在存放装置中，临近夜晚棚内需保温时将保温被由下至上从塑料大棚的东西两侧分别沿大棚骨架向上铺，但并没有实现全棚面一体化铺卷。一种中国农科院研究出的拱型温室外保温被翻越式铺卷系统(展正朋,杨其长,张义,马前磊,张晋芳,宋国祥,杨华.拱型温室外保温被翻越式铺卷系统的设计与模拟试验[J].中国农业大学学报,2020,25(04):102-112.)中公开了卷被杆和卷绳杆由轴承座支撑放置在两侧天沟上，保温被卷收在卷被杆上放置于天沟一侧，另一边固定在牵引杆上，牵引杆固定牵引保温被的一边在拱形屋面上运动，减小棚面负载，但保温被与棚面之间的相对滑动会不可避免的对棚膜产生摩擦。因此，有必要设计一种适用于大棚的外保温被铺卷装置，以改善大棚保温被的铺卷效果。

针对这一问题，我们提出了一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，实现全棚面一体化覆盖外保温被的翻越式铺卷，并将卷起后的保温被置于棚底，从而避免影响棚内采光、通风，以及增大棚面负载。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，包括：大棚、保温被、卷被轴、卷放被装置、支撑轨道系统和动力传动机构，其中大棚的上方设有卷被轴，大棚的两侧均安装有一组支撑轨道系统，卷被轴由在两棚脚之间沿支撑轨道系统中弧形齿条导轨的轨迹往返移动；保温被一端固定在大棚的棚脚，另一端在卷被轴上缠绕固定；

卷被轴的两端均安装有一个齿轮，且卷被轴的两端分别留有动力连接部和轴向限位部，在动力连接部一侧的山墙外安装有动力传动机构，动力连接部与动力传动机构中减速器的输出轴固接。

所述轴向限位部加装有限位槽，在轴向限位部一侧的支撑轨道系统外还加装有与限位槽匹配的弧形压杆；

弧形压杆通过弧形板和若干“L”型支撑结构加装在轴向限位部一侧的支撑轨道系统外，弧形板与支撑轨道系统中弧形齿条导轨的外侧固接，“L”型支撑结构上方的弯折部通过短杆与弧形压杆的顶部固接，“L”型支撑结构下方的长直杆与弧形板的上表面固接。

所述支撑轨道系统包括：两个预埋体、弧形齿条导轨、“V”型支撑结构和弧形支撑杆，两个预埋体安装在大棚南北两侧的地面下，弧形支撑杆和弧形齿条导轨的两端均固接在预埋体上，下方的弧形支撑杆和上方的弧形齿条导轨之间固接有“V”型支撑结构，弧形齿条导轨的跨度和高度均大于大棚山墙的对应尺寸。

所述动力传动机构包括：套筒、电动机、减速器、摇杆和弹簧，其中减速器焊接在套筒上，减速器的输出轴与卷被轴的动力连接部焊接；电动机与减速器的外壳固接，电动机的动力输出与减速器的输入轴通过皮带组相连；摇杆棚脚与安装在山墙一旁地面下的摇杆基座在铰接点铰接，套筒安装在摇杆外，且可以沿摇杆上下自由滑动，套筒的上端设有一根弹簧；摇杆顶部设有端盖。

所述摇杆下端的铰接点与弧形齿条导轨的最高点所处的径面间设有铰接偏转距离e，铰接偏转距离e为被卷最大直径大于齿轮直径，计算方式为：

e＝n*p/2 (3)

式中：n为齿轮转过的总圈数，n小于15；p为保温被的厚度。

所述齿轮中齿盘的直径：

l＝n*π*D (1)

式中：l为支撑轨轨道面长度；n为齿轮转过的总圈数，同时也为卷被圈数；n小于15； D为齿轮的齿顶圆直径；

所需卷被轴的直径为：

D＝d+n*p (2)

式中：d为卷被轴的直径；p为保温被的厚度。

本发明的有益效果在于：

1.能够实现对全棚面一体化覆盖的保温被实现翻越式铺放、卷收，避免了大棚脊部由于被卷停放以及保温被搭接，而造成的影响棚内采光、通风。

2.卷被装置及保温被的全部重量由两侧支撑轨承载，减少了大棚骨架的负载。

3.两侧支撑轨的支撑，使得卷被轴上的载荷分布更为均匀，有效减小了卷被轴的变形，突破了卷被轴对于棚长的限制。

4.安装方便、成本低，进一步完善了外保温塑料大棚的卷放机构。

附图说明

图1为本发明一种大棚外保温被翻越式铺卷装置实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的左视图；

图3是大棚结构形式示意图；

图4是北侧支撑轨的结构示意图；

图5是南侧支撑轨的结构示意图；

图6是卷被轴的结构示意图。

其中：

1.大棚，2.摇杆，2-1.端盖，3.套筒，4.减速器，5.电动机，6.弹簧，7.南侧支撑轨，8.北侧支撑轨，9.齿轮，10.卷被轴，11.保温被，12.预埋体，13.弧形齿条导轨，14.“V”型支撑结构， 15.支撑梁，16.“L”型支撑结构，17.弧形压杆，18.限位槽，19.摇杆基座，20.弧形板，31.铰接点， 101.动力连接部，102.轴向限位部。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的本发明实施例，包括：大棚1、保温被11、卷被轴10、卷放被装置、支撑轨道系统、动力传动机构和弧形压杆17，其中大棚1为南北走向的对称式外保温塑料大棚，大棚1的两侧即南侧和北侧的山墙；保温被11一端固定在大棚东侧棚脚，另一端在卷被轴10上缠绕固定，大棚1的上方设有卷被轴10，大棚1的两侧均安装有一组支撑轨道系统；一端在动力传动机构的带动下，卷被轴10由在两棚脚之间沿支撑轨道系统中弧形齿条导轨13的轨迹往返移动，弧形齿条导轨13的跨度和高度均大于大棚1山墙的对应尺寸；

如图6所示的卷被轴10的两端均安装有一个齿轮9，卷被轴10的两端并不相同，卷被轴 10的两端分别留有动力连接部101和轴向限位部102，轴向限位部102加装有限位槽18，在轴向限位部102一侧的支撑轨道系统外还加装有与限位槽18匹配的弧形压杆17，作为用来限制卷被轴轴向自由度的限位端；在动力连接部101一侧的山墙外安装有动力传动机构，动力连接部101与动力传动机构中减速器4的输出轴固接，作为动力输入端；

在本实施例中，动力连接部101和轴向限位部102均位于临近齿轮9外侧；

在本实施例中，大棚1的具体参数为：棚面曲线长19m，跨度16m，南北长40m，脊高4m，如图3所示的顶部、中部、棚脚屋面倾角a、b、c分别为18°、26°、75°。

在本实施例中，弧形压杆17加装的方式为：通过弧形板20和若干“L”型支撑结构16加装在轴向限位部102一侧的支撑轨道系统外，弧形板20与支撑轨道系统中弧形齿条导轨13 的外侧固接，“L”型支撑结构16上方的弯折部通过短杆与弧形压杆17的顶部固接，“L”型支撑结构16下方的长直杆与弧形板20的上表面固接。

如图1、图2、图4和图5所示的支撑轨道系统支撑整个卷放被装置的重量，包括：两个预埋体12、弧形齿条导轨13、“V”型支撑结构14和弧形支撑杆15，两个预埋体12安装在大棚1南北两侧的地面下，弧形支撑杆15和弧形齿条导轨13的两端均固接在预埋体12上，下方的弧形支撑杆15和上方的弧形齿条导轨13之间固接有多个“V”型支撑结构14，以保证强度；与卷被轴10两侧齿轮9啮合的弧形齿条导轨13作为卷放被装置运行的轨道。

如图1和图2所示的侧置摇杆式的动力传动机构包括：套筒3、电动机5、减速器4、摇杆2和弹簧6，其中减速器4焊接在套筒3上，减速器4的输出轴与卷被轴10的动力连接部 101焊接；电动机5与减速器4的外壳固接，电动机5的动力输出与减速器4的输入轴通过皮带组相连；山墙一旁地面下安装有摇杆基座19，摇杆2与摇杆基座19在铰接点31铰接，套筒3安装在摇杆3外，且可以沿摇杆3上下自由滑动，套筒3的上端设有一根弹簧6；摇杆3 顶部设有端盖2-1；电动机5、减速器4和套筒3三者一体运动，并通过套筒套接摇杆的方式实现沿摇杆2滑动；

摇杆2下端的铰接点31与弧形齿条导轨13的最高点所处的径面间设有铰接偏转距离e，铰接偏转距离e为：被卷最大直径大于齿轮直径时多出来的长度预留空间，具体的，在卷被轴 10卷起保温被11的过程中，被卷直径是越来越大，所以弧形齿条导轨与棚面之间要留一定的空间给直径不断变化的被卷；又因为要尽量保证保温被与棚面贴合，所以在设计时，这个空间也是随被卷最大直径改变而改变的。

当卷被轴10运动到靠近地面位置时，套筒3沿着摇杆2上滑挤压在套筒3与摇杆端盖2-1 之间的弹簧6；弹簧6弹力通过减速器传递到齿轮9，在弹簧弹力的作用，保证齿轮9运行到大棚屋面倾角较大的棚脚位置不会脱齿。

在本实施例中，卷被轴的工作转速固定，在工作过程中，随着被子的卷起，被卷的直径不断增大，导致卷被速度(指被卷最外边缘的线速度，与卷被轴的转速和被卷的直径有关)不断增加，即角速度不变，随着直径增加，线速度不断增大；反之，铺放保温被的过程中，放被速度(同样是指被卷最外边缘的线速度，与卷被轴的转速和被卷的直径有关)在不断较小。容易理解的是，铺放保温被的过程与卷收保温被的过程在方向上相反，但过程相同，因此只要能实现保温被的卷收，则必能完成保温被的铺放。

由于卷被轴的工作转速固定，齿轮9的行进速度不变，而保温被的速度随着铺或卷的过程持续减小或增大；当被卷直径小于齿轮直径时，卷被速度小于行进速度，造成保温被部分未被卷起；当被卷直径大于齿轮直径时，卷被速度大于行进速度，开始拉扯保温被；对齿轮与卷被轴的直径参数需要计算得出。进一步地，通过合理设计齿盘与卷被轴的直径，使得保温被卷被时前半段未被卷起的保温被长度(称为保温被的余量)不小于后半段要多卷的长度，即可实现整个铺卷过程。实际卷被过程中，被卷直径的增加是涡状线式连续递增的，因而卷被速度、保温被的余量变化也是连续的，是关于时间变量的一次函数，计算涉及一元一次函数的积分。将被卷直径的变化进行不均匀的分割，假设每卷完一圈被卷进行一次直径的增大，保温被余量则为以被卷圈数为项数，公差与卷被轴直径和保温被厚度相关的等差数列，相较前者而言，计算过程进一步简化，而误差在可接受范围之内，故以后者作为齿盘、卷被轴参数计算方法。

设计计算方法如下：

步骤1、根据大棚跨度，选取适当的卷被圈数，并计算出齿轮9中齿盘的直径：

l＝n*π*D (1)

式中：l为支撑轨轨道面长度；n为齿轮转过的总圈数，同时也为卷被总圈数；不宜取太大，一般小于15，过大会增大保温被与棚面的摩擦；D为齿轮的齿顶圆直径；

步骤2、计算所需卷被轴直径：

D＝d+n*p (2)

式中：d为卷被轴的直径；p为保温被的厚度，取保温被未受压变形的厚度；

步骤3、计算铰接偏转距离e：

因为要尽量保证保温被与棚面贴合，所以计算铰接偏转距离e为被卷最大直径，计算方式为：

e＝n*p/2 (3)

本实施例工作时，随着传动机构中电动机5的带动，以实现卷被轴10正反转时卷起或者放开保温被11，同时带动齿轮9在两侧的弧形齿条导轨13上转动前进、后退。当电动机5顺时针转动时，经过减速器4传动，带动卷被轴10顺时针转动卷起保温被11，卷被轴10上的齿轮9与卷被轴10同步转动，实现卷被，整个装置沿南北两侧的支撑轨道系统向东行进，行进到大棚东侧的劵被棚脚时完成卷被，并停放于此；电动机5逆时针转动时，带动卷被轴10逆时针转动松开保温被11，整个装置沿南北两侧支撑轨行进，铺放保温被11，行进到大棚西侧的装被棚脚时完成铺被，并停放于此。

具体的，当选择保温被的厚度p＝0.03m的再生纤维针刺毡保温被，n＝10时，根据公式 (1)、(2)和(3)计算得，齿轮的齿顶圆直径D为0.6m，卷被轴的直径d为0.31m，偏心距(铰接偏转距离e)为0.15m。

Claims (6)

1.一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，包括：大棚(1)、保温被(11)、卷被轴(10)、卷放被装置、支撑轨道系统和动力传动机构，其中大棚(1)的上方设有卷被轴(10)，大棚(1)的两侧均安装有一组支撑轨道系统，卷被轴(10)由在两棚脚之间沿支撑轨道系统中弧形齿条导轨(13)的轨迹往返移动；保温被(11)一端固定在大棚(1)的棚脚，另一端在卷被轴(10)上缠绕固定；

卷被轴(10)的两端均安装有一个齿轮(9)，且卷被轴(10)的两端分别留有动力连接部(101)和轴向限位部(102)，在动力连接部(101)一侧的山墙外安装有动力传动机构，动力连接部(101)与动力传动机构中减速器(4)的输出轴固接。

2.根据权利要求1所述的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，所述轴向限位部(102)加装有限位槽(18)，在轴向限位部(102)一侧的支撑轨道系统外还加装有与限位槽(18)匹配的弧形压杆(17)；

弧形压杆(17)通过弧形板(20)和若干“L”型支撑结构(16)加装在轴向限位部(102)一侧的支撑轨道系统外，弧形板(20)与支撑轨道系统中弧形齿条导轨(13)的外侧固接，“L”型支撑结构(16)上方的弯折部通过短杆与弧形压杆(17)的顶部固接，“L”型支撑结构(16)下方的长直杆与弧形板(20)的上表面固接。

3.根据权利要求1所述的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，所述支撑轨道系统包括：两个预埋体(12)、弧形齿条导轨(13)、“V”型支撑结构(14)和弧形支撑杆(15)，两个预埋体(12)安装在大棚(1)南北两侧的地面下，弧形支撑杆(15)和弧形齿条导轨(13)的两端均固接在预埋体(12)上，下方的弧形支撑杆(15)和上方的弧形齿条导轨(13)之间固接有“V”型支撑结构(14)，弧形齿条导轨(13)的跨度和高度均大于大棚(1)山墙的对应尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，所述动力传动机构包括：套筒(3)、电动机(5)、减速器(4)、摇杆(2)和弹簧(6)，其中减速器(4)焊接在套筒(3)上，减速器(4)的输出轴与卷被轴(10)的动力连接部(101)焊接；电动机(5)与减速器(4)的外壳固接，电动机(5)的动力输出与减速器(4)的输入轴通过皮带组相连；摇杆(3)棚脚与安装在山墙一旁地面下的摇杆基座(19)在铰接点(31)铰接，套筒(3)安装在摇杆(3)外，且可以沿摇杆(3)上下自由滑动，套筒(3)的上端设有一根弹簧(6)；摇杆(3)顶部设有端盖(2-1)。

5.根据权利要求4所述的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，所述摇杆(2)下端的铰接点(31)与弧形齿条导轨(13)的最高点所处的径面间设有铰接偏转距离e，铰接偏转距离e为被卷最大直径大于齿轮直径，计算方式为：

e＝n*p/2 (3)

式中：n为齿轮转过的总圈数，n小于15；p为保温被的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种大棚外保温被翻越式铺卷装置，其特征在于，所述齿轮(9)中齿盘的直径：

l＝n*π*D (1)

式中：l为支撑轨轨道面长度；n为齿轮转过的总圈数，同时也为卷被圈数；n小于15；D为齿轮的齿顶圆直径；

所需卷被轴的直径为：

D＝d+n*p (2)

式中：d为卷被轴的直径；p为保温被的厚度。

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