周長吉（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125）

中卷二連桿卷簾機(jī)是日光溫室最常用的外保溫被卷簾機(jī)之一[1]。其中，二連桿是支撐和導(dǎo)引電機(jī)減速機(jī)的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其一端連接電機(jī)減速機(jī)，隨電機(jī)減速機(jī)和保溫被及其卷軸同步運(yùn)動，是二連桿的活動端；另一端則固定在地面或屋面的連桿底座上，形成二連桿的固定端。為適應(yīng)電機(jī)減速機(jī)在運(yùn)動過程中位移的不斷變化，同時(shí)要保證連桿結(jié)構(gòu)在運(yùn)行平面內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)行，在桿件連接中，二連桿與底座的連接以及二連桿兩根桿之間的連接均采用鉸接的方式，而與電機(jī)減速機(jī)之間的連接端則采用固結(jié)連接。

二連桿之間的鉸接以及二連桿與電機(jī)減速機(jī)之間的固結(jié)連接方式變化不大，其中，二連桿與電機(jī)減速機(jī)之間固結(jié)連接的方式大都采用焊接，而二連桿兩根桿件之間的鉸接連接則主要采用栓接，但二連桿在固定端的鉸接連接方式在工程實(shí)踐中卻有多種形式。本文總結(jié)梳理了工程中常用的幾種鉸接方式，可供工程設(shè)計(jì)中研究和應(yīng)用。

按照連桿與底座連接方式不同，可將連接底座大體分為單鉸直連底座和連桿放腳底座兩種，每種底座在生產(chǎn)實(shí)踐中工程做法不同。

單鉸直連底座

所謂單鉸直連底座，就是用一根銷釘（單鉸）將二連桿的下端桿直接栓接在底座上，銷釘既是連桿下端桿與底座的連接件，也是二連桿隨電機(jī)減速機(jī)運(yùn)動的轉(zhuǎn)軸。底座固定在基礎(chǔ)上，形成連桿的不動支座，連桿下端桿則通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，形成二連桿中部節(jié)點(diǎn)的圓周運(yùn)動軌跡，帶動二連桿的上端桿下端沿相同的圓周軌跡運(yùn)動，從而調(diào)節(jié)二連桿固定端與活動端之間的直線距離以滿足電機(jī)減速機(jī)運(yùn)動過程中對支撐連桿活動端位移變化的需求。

工程實(shí)踐中連桿與底座的連接形式有2 種：一種是Π 形底座，連桿直接插入Π 形底座的雙支夾縫，銷釘貫穿雙支夾板與連桿（圖1a）；另一種是T 形底座，在連桿的端部焊接Π 形夾板，將底座的T 形單支板插入連桿端部的Π 形雙支夾縫，用銷釘貫穿連桿端部Π 形夾板的雙支板和底座的T 形單支板（圖1b，圖2）。底座固定在基礎(chǔ)上，形成連桿的不動支座。其共同特點(diǎn)就是“雙支夾單支”，銷釘貫穿“三支”。不同之處僅在于“單支”和“雙支”的上下位置有區(qū)別。

圖1 單鉸直連底座的結(jié)構(gòu)形式

圖2 單鉸T 形底座

從圖2 的T 形底座實(shí)際工程應(yīng)用看，無論是連桿端部的Π 形雙支板還是底座的T 形單支板，在連桿運(yùn)動平面外的剛度與連桿管材的剛度相比都相差甚遠(yuǎn)，而且這些板件都未經(jīng)表面防腐處理，長期運(yùn)行銹蝕嚴(yán)重，工程隱患較大。此外，在連桿的端部焊接Π 形雙支板比在底座上焊接雙支板要費(fèi)工。因此，在工程實(shí)踐中，大量應(yīng)用的單鉸直連底座是Π 形底座。

連桿與Π 形底座的連接方式有2 種：一種是將連桿的端部壓扁后插入Π 形底座的雙支板內(nèi)，用銷釘貫穿底座雙支板和連桿端部壓扁部位（圖3a）；另一種是將連桿原樣不動地插入Π形底座的雙支板內(nèi)，用銷釘貫穿底座雙支板和連桿端部（圖3b）。將連桿端部壓扁的做法可減小底座的尺寸，工程實(shí)踐中可將Π 形底座直接焊接在鋼管端部，鋼管按照樁基的做法直接打入地基，由此使基礎(chǔ)的做法得到簡化（圖3a），而將連桿原樣不動地插入Π 形底座雙支板內(nèi)的做法不削弱連桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且也節(jié)省一道壓扁端頭的加工程序。

圖3 單鉸Π 形底座與基礎(chǔ)的連接

工程實(shí)踐中，Π 形底座與基礎(chǔ)的連接方式除了上述鋼樁基礎(chǔ)外，一般有2 種連接方式。一種是在底座的底板焊接鋼筋，將底座預(yù)埋在基礎(chǔ)內(nèi)，表面露出夾持連桿的雙支板（圖3b），這種做法底座的位置在土建施工過程中已經(jīng)確定，卷簾機(jī)安裝過程中無法調(diào)整位置，但底座與基礎(chǔ)的連接牢固、可靠；另一種是在基礎(chǔ)表面預(yù)埋平板埋件，將Π 形底座的底板焊接在基礎(chǔ)預(yù)埋板上（圖3c），這種做法在卷簾機(jī)安裝過程中可根據(jù)需要微調(diào)底座的位置，便于卷簾機(jī)的精準(zhǔn)定位和安裝，但基礎(chǔ)埋件和Π 形底座的用鋼量較大，底座底板與埋件的焊接質(zhì)量及其表面防腐都受施工質(zhì)量的影響較大。

連桿放腳底座

連桿放腳底座就是在連桿的端部垂直連桿運(yùn)動平面焊接一根直徑和連桿相同、長度約1.0 m的鋼管，稱為連桿放腳。該放腳既是連桿的轉(zhuǎn)軸，又是連桿的端部支撐，還可平衡連桿在運(yùn)動平面外的扭曲彎矩。相比單鉸直連底座，不僅連接強(qiáng)度大大提高，而且還能抵抗連桿平面外的變形，對提高卷簾機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行具有良好的作用。因此，這種底座在工程實(shí)踐中得到大量應(yīng)用。

連桿放腳既是轉(zhuǎn)軸，也是連桿的固定點(diǎn)，也就是說，放腳轉(zhuǎn)軸只能轉(zhuǎn)動但不能平面位移。所以固定轉(zhuǎn)軸位置并保證其靈活轉(zhuǎn)動是工程設(shè)計(jì)中主要解決的問題。工程設(shè)計(jì)師和民間工匠們在解決這一問題的過程中也創(chuàng)新提出了多種工程做法。

最簡單的做法是將放腳直接放置在地面上（圖4）。在相對堅(jiān)硬的自然土壤地面上（或?qū)ψ匀煌寥肋M(jìn)行表面夯實(shí)），放腳轉(zhuǎn)軸可自由轉(zhuǎn)動，地面土壤既是轉(zhuǎn)軸的支撐，同時(shí)也不約束轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，固定轉(zhuǎn)軸不再需要增設(shè)基礎(chǔ)，是一種最經(jīng)濟(jì)的做法。但這種做法由于連桿在運(yùn)行過程中會對轉(zhuǎn)軸形成推力，如果土壤比較松軟（尤其是降雨后支撐轉(zhuǎn)軸的土壤可能會吸水變松或發(fā)生大范圍蠕變），對轉(zhuǎn)軸完全不限位的固定方法（圖4a）可能會由于該推力使轉(zhuǎn)軸發(fā)生沿卷簾機(jī)運(yùn)動方向向外的位移，造成保溫被卷放位置不到位或連桿內(nèi)力發(fā)生變化，為此，簡單的做法是在轉(zhuǎn)軸的外側(cè)單側(cè)（圖4b）或雙側(cè)（圖4c）用鋼筋或鋼管設(shè)置轉(zhuǎn)軸在連桿運(yùn)動平面方向限制位移的擋桿。這種做法投資低、安裝方便，可在卷簾機(jī)安裝定位后再最后錨釬鋼筋（鋼管）限位擋桿固定轉(zhuǎn)軸，但這種做法只能限定連桿端部在卷簾機(jī)運(yùn)動平面內(nèi)的位移，卻不能阻擋連桿端部在卷簾機(jī)運(yùn)動平面外的位移（盡管這種位移量在卷簾機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)不會發(fā)生或者發(fā)生量較小，但在保溫被卷放過程中如出現(xiàn)卷軸變形，則這種位移將不可避免）。此外，轉(zhuǎn)軸直接坐落在地面土壤表面，受土壤水分和鹽分的侵蝕比較嚴(yán)重，對轉(zhuǎn)軸的表面防腐要求也較高。從圖4a 和圖4b 看，放腳轉(zhuǎn)軸都發(fā)生了大面積腐蝕，但如果在自然土壤地面上鋪磚或?qū)ν寥辣砻孢M(jìn)行局部混凝土罩面，將放腳轉(zhuǎn)軸脫離地面自然土壤，可有效減輕管材的表面腐蝕（圖4c）。

圖4 直接落地式連桿放腳底座及其固定方式

第二種做法是用套管外套在放腳轉(zhuǎn)軸的兩端并將轉(zhuǎn)軸架離地面（圖5）。這種做法徹底消除了轉(zhuǎn)軸與地面自然土壤接觸可能造成材料表面由于接觸土壤鹽分和水分而發(fā)生腐蝕的問題，是一種提高卷簾機(jī)連桿底座使用壽命更有效的方法。

在轉(zhuǎn)軸上加裝外套管后，轉(zhuǎn)軸在套管內(nèi)同軸旋轉(zhuǎn)，可保證轉(zhuǎn)軸的自由旋轉(zhuǎn)，但要固定轉(zhuǎn)軸的平面位移，套管則需要配套基礎(chǔ)固定，而且由于轉(zhuǎn)軸在套管內(nèi)轉(zhuǎn)動和位移的摩擦阻力較地面土壤小很多，為了避免轉(zhuǎn)軸在套管內(nèi)徑向位移，還需要在套管端頭或轉(zhuǎn)軸端頭增設(shè)堵頭，為此，工程實(shí)踐中也派生出多種做法。

從套管的固定基礎(chǔ)看，有鋼管樁基（圖5a、圖5c）和鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)（圖5b）之分，其共同的特點(diǎn)是每個(gè)套管下配置各自獨(dú)立的基礎(chǔ)，套管與樁基或基礎(chǔ)埋件采用焊接連接，保證套管與基礎(chǔ)的可靠連接。由于套管安裝在轉(zhuǎn)軸的兩端，所以每根轉(zhuǎn)軸需要配套2 個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)。為保證連桿在運(yùn)行過程中不發(fā)生偏移，兩個(gè)轉(zhuǎn)軸套管固定基礎(chǔ)的頂面標(biāo)高必須保持水平一致，施工中不得出現(xiàn)相對高差。

圖5 鋼管套管式連桿放腳底座及其固定方式

從防止轉(zhuǎn)軸在套管內(nèi)徑向位移的限位方式看，有在轉(zhuǎn)軸端頭設(shè)封堵的（圖5a、圖5b），也有在套管端頭設(shè)封堵的（圖5c）。在轉(zhuǎn)軸端頭設(shè)封堵的辦法可以是焊接鋼筋（圖5a），也可以是焊接鋼板（圖5b），只要封堵件的外緣超出套管的外徑保證轉(zhuǎn)軸不會從套管內(nèi)捅出即可；封堵件可以只在轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置，也可以在轉(zhuǎn)軸的兩端都設(shè)置，為保證安全最好在轉(zhuǎn)軸兩端都設(shè)置封堵，或者應(yīng)加長未焊接封堵端轉(zhuǎn)軸伸出套管的長度。在套管端頭設(shè)封堵的方法就是直接在套管的外端焊接鋼板，將套管的端口封死（圖5c）。顯然，轉(zhuǎn)軸端頭設(shè)封堵時(shí)，轉(zhuǎn)軸的長度應(yīng)大于兩套管外緣之間的距離；套管端頭設(shè)封堵時(shí)，轉(zhuǎn)軸的長度應(yīng)小于兩套管外緣之間的距離。一般轉(zhuǎn)軸從套管內(nèi)伸出或縮進(jìn)的長度應(yīng)控制在套管長度的1/3～2/3，而套管的長度應(yīng)控制在轉(zhuǎn)軸直徑的2～3 倍。

固定轉(zhuǎn)軸的第三種做法是采用U 形抱箍（圖6a）。這種做法兼取了轉(zhuǎn)軸直接落地和套管限位轉(zhuǎn)軸兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸直接落地不需要做底座基礎(chǔ)，用鋼筋做U 形抱箍較鋼管套管節(jié)省投資，方便安裝，但轉(zhuǎn)軸落地與地面土壤接觸鋼管表面腐蝕的弊端猶存。固定U 形抱箍的方式，一種是加長抱箍的雙支，將其釬錨在地基中（插入土壤深度一般在500 mm 以上）；另一種是和轉(zhuǎn)軸套管的固定形式一樣采用獨(dú)立基礎(chǔ)，將抱箍的雙支插入基礎(chǔ)并在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)彎鉤或焊接在鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部的主筋或箍筋上，鋼筋混凝土基礎(chǔ)的埋深一般也應(yīng)超過500 mm，視基礎(chǔ)截面大小和地基的承載力而定。

圖6 其他形式連桿放腳底座及其固定方式

第四種固定放腳轉(zhuǎn)軸的做法是在轉(zhuǎn)軸內(nèi)插入內(nèi)插管，轉(zhuǎn)軸繞內(nèi)插管轉(zhuǎn)動（圖6b）。這種做法由于內(nèi)插管貫通轉(zhuǎn)軸，對轉(zhuǎn)軸在卷簾機(jī)運(yùn)行平面外連桿的變形約束更強(qiáng)，同時(shí)為了約束轉(zhuǎn)軸在垂直卷簾機(jī)運(yùn)行方向的位移，如同轉(zhuǎn)軸外套管設(shè)置限位一樣，需要在內(nèi)插管伸出轉(zhuǎn)軸的兩端設(shè)置轉(zhuǎn)軸的限位。所不同的是由于還要對內(nèi)插管進(jìn)行固定，所以內(nèi)插管必須伸出轉(zhuǎn)軸兩端以便有空間安裝其固定基礎(chǔ)，由此，外套管中使用的在轉(zhuǎn)軸和套管端頭焊接封堵的做法在這里將無法實(shí)施。工程實(shí)踐中，一種方法是如外套管一樣，在內(nèi)插管的兩個(gè)伸出端設(shè)置獨(dú)立的基礎(chǔ)，在內(nèi)插管靠近轉(zhuǎn)軸兩端的位置外套套管或焊接鋼筋環(huán)、短鋼筋等做轉(zhuǎn)軸的限位；另一種做法是在內(nèi)插管的兩端直接焊接直徑與轉(zhuǎn)軸相同的鋼管，并將該外伸鋼管固定到基礎(chǔ)即可。前一種做法比較適合連桿固定點(diǎn)設(shè)置在地面的情況，而后一種做法則更適合用于連桿固定端設(shè)置在溫室屋脊的情況（圖6c）。

底座設(shè)計(jì)和安裝中的注意事項(xiàng)

底座是卷簾機(jī)連桿的重要結(jié)構(gòu)部分，其作用是在保證連桿平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，不發(fā)生底座自身在三維方向的變形或位移。為此，在底座設(shè)計(jì)中首先要保證底座的強(qiáng)度。

對于單鉸直連底座，不論是Π 形底座還是T形底座，或是從連桿端部焊接的Π 形雙支，要保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，各支板的寬厚比必須保持在一定范圍，使用鋼板不得過薄，在保證連桿可轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)應(yīng)盡量減小支板的長度。

對于放腳轉(zhuǎn)軸底座，要保證連桿不發(fā)生運(yùn)行平面外的變形或偏移，放腳轉(zhuǎn)軸的長度應(yīng)適當(dāng)加長。對于跨度較大的溫室，由于連桿的長度較長，側(cè)向偏移的風(fēng)險(xiǎn)較大，為平衡連桿的側(cè)向偏移彎矩，放腳轉(zhuǎn)軸的長度應(yīng)適當(dāng)加長。在這種情況下如果連桿與放腳轉(zhuǎn)軸直接連接，連接節(jié)點(diǎn)承受的彎矩將更大，可能會造成連接節(jié)點(diǎn)的扭曲變形或斷裂。為此，在工程實(shí)踐中可在連桿和放腳轉(zhuǎn)軸上設(shè)置加強(qiáng)支撐桿來減小連桿與放腳轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力。加強(qiáng)支撐桿的做法是在連桿與放腳轉(zhuǎn)軸平面內(nèi)，連桿兩側(cè)設(shè)置與放腳轉(zhuǎn)軸連接的傾斜支撐（圖7），斜支撐與連桿和放腳轉(zhuǎn)軸呈45°左右角度，支撐的管徑可采用與連桿相同規(guī)格。

圖7 加強(qiáng)放腳的做法

在保證底座強(qiáng)度的條件下，要保證連桿平穩(wěn)運(yùn)行，還需要保證連桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動靈活，不得出現(xiàn)卡殼或過大的摩擦，這是減小運(yùn)行阻力的基本要求。

對直連底座，連桿與底座連接的間隙不能過大，銷釘與連桿及底座連接的間隙也不能過大，否則可能會發(fā)生連桿在運(yùn)行平面外的偏移（圖8a、圖8b）。對于放腳轉(zhuǎn)軸底座，套管與轉(zhuǎn)軸的間隙要適中，不得過緊或過松，轉(zhuǎn)軸兩端套管與基礎(chǔ)連接應(yīng)牢固、可靠，兩個(gè)套管的基礎(chǔ)頂面標(biāo)高應(yīng)相同一致。

圖8 底座與連桿設(shè)計(jì)和安裝中的失敗案例

此外，底座的安裝位置要適宜，不得距離溫室基礎(chǔ)過遠(yuǎn)或過近。過遠(yuǎn)了，連桿的長度要求長，在相同動力驅(qū)動時(shí)，要求連桿的剛度大，材料用量增大；過近了，連桿在運(yùn)行過程中下端桿可能會碰到溫室屋面，造成卷簾機(jī)無法正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)中事先要對底座的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，避免底座施工完后連桿無法安裝的問題（圖8c）。