高占文

摘要：為提高卷簾機的安全性，設(shè)計DJL-100型溫室大棚卷簾機。詳細介紹卷簾機的結(jié)構(gòu)及工作原理，探討卷簾機主要技術(shù)參數(shù)的確定方法及電動機的選擇，校核卷簾機的工作負荷和最大工作負荷，確定卷簾機設(shè)計合理。

關(guān)鍵詞：卷簾機；溫室大棚；設(shè)計；負荷；技術(shù)參數(shù)

中圖分類號：S625.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0017-03

卷簾機是用于驅(qū)動日光溫室外保溫材料展開和收攏的設(shè)備，是日光溫室大棚生產(chǎn)重要的農(nóng)業(yè)機械。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大棚種植越來越被政府和農(nóng)民所重視，卷簾機對日光溫室生產(chǎn)的重要性得到農(nóng)戶、專家和政府的一致認可。然而，卷簾機使用環(huán)境惡劣，不確定因素多，在設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和使用等方面存在很多問題，質(zhì)量和安全問題時有發(fā)生。因此，研制一種新型省工、省力、安全、高效的卷簾機械，對有效解決卷簾機質(zhì)量安全問題具有重要的現(xiàn)實意義。

1 DJL-100型溫室大棚卷簾機的結(jié)構(gòu)及工作原理

DJL-100型溫室大棚卷簾機采用前置卷軸上推式結(jié)構(gòu)，由主機、支撐桿、立桿、聯(lián)接活結(jié)、底座、聯(lián)接板等組成，其中主機包括主電機、變速箱、卷桿、離合與制動系統(tǒng)等（如圖1所示）。

該卷簾機的撐桿通過撐桿軸與立桿鉸鏈，立桿的另一端與地基形成鉸鏈聯(lián)接，立桿下端與減速器的底座相連，電動機固定在減速器上。電動機的輸出扭矩通過帶傳動傳至齒輪式減速器輸入軸上，減速器輸出軸將輸出扭矩通過聯(lián)軸器或者法蘭盤傳至卷簾軸，從而實現(xiàn)卷簾軸的卷簾和放簾作業(yè)。收簾時，電動機通過減速器帶動卷簾軸轉(zhuǎn)動，使拴在卷簾軸上的簾子卷在卷簾軸上；鋪簾時，電動機旋轉(zhuǎn)方向相反，完成鋪簾作業(yè)。

2 DJL-100型溫室大棚卷簾機主要技術(shù)參數(shù)確定

2.1 卷簾要求

收簾或鋪簾作業(yè)在5 min內(nèi)結(jié)束；卷簾軸轉(zhuǎn)速n1≤3 r/min。

2.2 卷簾轉(zhuǎn)角及自由度

卷簾過程中忽略簾子的壓縮量，簾子以卷簾軸為中心按阿基米德螺旋規(guī)律運動。卷簾軸每轉(zhuǎn)1周，卷簾半徑的變化量為δ=0.04 m。卷簾軸半徑r0=0.25 m。

電動機通過減速器帶動卷簾軸轉(zhuǎn)動時，卷簾軸在鉛錘平面內(nèi)一方面作上下鉛錘運動，另一方面作水平方向的前后水平運動。因此，整個機構(gòu)在鉛錘平面內(nèi)必須有2個自由度，即支承地面與立桿之間、立桿與撐桿之間均采用轉(zhuǎn)動副。

自由度由計算公式為：Fα=3n-2PL-PH。式中：Fα為機構(gòu)自由度；n為運動構(gòu)件數(shù)；PL為低副；PH為高副。機構(gòu)中有3個運動件、3個低副、1個高副，故Fα=3×3-2×3-1=2。

2.3 立桿底座位置

為使機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，應正確選擇立桿底座軸的位置，否則卷簾機工作時立桿與撐桿之間移動距離大，機構(gòu)工作時不穩(wěn)定，將影響結(jié)構(gòu)的強度。支架式卷簾機橫向安裝在大棚的中間位置。設(shè)計縱向安裝位置時，應盡量縮小立桿底座軸與大棚前端之間的距離。根據(jù)實際運行經(jīng)驗效果，確定立桿底座軸與大棚前端的距離為1.5～2.0 m。

2.4 立桿和撐桿長度

立桿和撐桿材料均選用φ50 mm×5 mm以上圓管。立桿長6.05～7.05 m，撐桿長度選取6.5～7.5 m。

2.5 卷簾機總傳動比及分配

卷簾軸轉(zhuǎn)速n2=β/t。式中：t為卷簾所需要的時間；β為卷簾軸回轉(zhuǎn)圈數(shù)。取t=5 min，β=5。則n2=1 rad。

為降低機器設(shè)計制造成本，選擇轉(zhuǎn)速為1400 rad的電動機。總傳動比i=n1/n2=1400﹥480，為降低減速器質(zhì)量，減小減速器的結(jié)構(gòu)尺寸，采用一級帶輪和6級齒輪傳動的結(jié)構(gòu)型式。

帶傳動傳動比i1=2.25，減速器的總傳動比i減=621.00。實際總傳動比i=1397.25，實際卷簾軸轉(zhuǎn)速n2=n1/i=1.002 rad，實際收簾所需時間t=β/n2=4.99min，符合使用要求。

3 卷簾機受力分析

隨著卷簾作業(yè)的進行，保溫被卷起的質(zhì)量不斷加大、溫室坡角逐漸減小，卷簾機工作負荷變化過程比較復雜。現(xiàn)按支架式結(jié)構(gòu)型式對卷簾機的工作負荷進行分析計算。

3.1 工作負荷分析

隨動式卷簾機的卷簾靠卷軸直接驅(qū)動完成，保溫被卷受力分析如圖3所示。

保溫被卷受力包括重力G、屋頂?shù)闹Х戳1、卷簾繩的拉力F1、卷軸的扭矩M。其中，G分解為下滑力F和對溫室屋頂?shù)膲毫；N1在保溫被滾動的過程中向前移動一定距離d，形成滾動阻力，并隨保溫被卷的半徑r的增大而增大，與r近似正比關(guān)系。

3.2 最大工作負荷計算

根據(jù)理論分析和試驗可知，卷簾機的工作負荷的變化規(guī)律近似線性，最大工作阻力發(fā)生在溫室屋脊處。

保溫被長度S計算公式為：S=R1（θ-θ0）+rθ0。代入數(shù)據(jù)得：S=10.95 m；保溫被質(zhì)量G1=48827 N；卷簾機提升總質(zhì)量G=G0+G1=54 827（N）；保溫卷半徑r=0.374 3 m；卷簾機的阻力矩M=11431 N·m。工作力矩大于阻力矩，設(shè)計合理。

4 傳動裝置總體設(shè)計

4.1 確定傳動方案

考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，將V型帶設(shè)置在高速級。根據(jù)設(shè)計要求，傳動路線為：電機—V型帶傳動—齒輪減速器—聯(lián)軸器—卷簾軸。

傳動裝置的總效率：ηα=η1η26η35η4

式中：η1為V型帶傳動的效率；η2為軸承的效率；η3為齒輪傳動的效率；η4為聯(lián)軸器的效率。

代入數(shù)據(jù)得：ηα=0.96×0.986×0.995×0.99=0.801。

4.2 減速器總傳動比分配

減速器總傳動比i減=621?？紤]到減速器的結(jié)構(gòu)尺寸等因素，各級傳動比分配如下： i2=3.14；i3=3.11；i4=3.78；i5=4.33；i6=3.90。

5 電動機選擇

按工作要求和工作條件選擇Y系列籠型三相異步電動機，其結(jié)構(gòu)為全封閉自扇冷式，電壓為220 V。工作機的有效功率為：Pd=Tn3/9550=1.033 5（kW）。

電動機到卷簾軸間的總效率ηα=0.801，故P=Pd/ηα=1.0335/0.801=1.45（kW）。

綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質(zhì)量及價格，為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速1400 rad的電動機。根據(jù)電動機的類型、容量和轉(zhuǎn)速，由機械設(shè)計手冊選定電動機的型號為Y90L-4。

參考文獻

[1] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].北京，機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 中國農(nóng)業(yè)機械化科學技術(shù)研究院.農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社，2007.

[3] 劉剛.溫室大棚卷簾機的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012（11）：29-30.

Abstract： In order to increase the security of rolling blinds machine for greenhouse using， type DJL-100 rolling blinds machine is designed. The article introduces rolling blinds machine's structure and operating principle， discusses the determination method of main technical parameter and motor selecting for rolling blinds machine， verifies the machine's working load and its maximum limitation， determines logical design for the machine.

Key words： rolling blinds machine； greenhouse； design； load； technical parameter