高占文
滤扇【摘 要】汽车电子调节器In order to increase the security of rolling blinds machine for greenhouse using, type DJL-100 rolling blinds machine is de-signed. 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, de-termines logical design for the machine.%为提高卷帘机的安全性，设计DJL－100型温室大棚卷帘机。详细介绍卷帘机的结构及工作原理，探讨卷帘机主要技术参数的确定方法及电动机的选择，校核卷帘机的工作负荷和最大工作负荷，确定卷帘机设计合理。 【期刊名称】《农业科技与装备》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】3页(P17-19)
【关键词】卷帘机;温室大棚;设计;负荷;技术参数
【作 者】高占文协议转换模块
【作者单位】辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161
【正文语种】中 文
【中图分类】S625.3
卷帘机是用于驱动日光温室外保温材料展开和收拢的设备，是日光温室大棚生产重要的农业机械。近年来，随着我国农业产业结构的调整，大棚种植越来越被政府和农民所重视，卷帘机对日光温室生产的重要性得到农户、专家和政府的一致认可。然而，卷帘机使用环境恶劣，不确定因素多，在设计、生产、安装和使用等方面存在很多问题，质量和安全问题时有发生。因此，研制一种新型省工、省力、安全、高效的卷帘机械，对有效解决卷帘机质量安全问题具有重要的现实意义。 DJL－100型温室大棚卷帘机采用前置卷轴上推式结构，由主机、支撑杆、立杆、联接活结 、底座、联接板等组成，其中主机包括主电机、变速箱、卷杆、离合与制动系统等（如图1所示）。
该卷帘机的撑杆通过撑杆轴与立杆铰链，立杆的另一端与地基形成铰链联接，立杆下端与减速器的底座相连，电动机固定在减速器上。电动机的输出扭矩通过带传动传至齿轮式减速器输入轴上，减速器输出轴将输出扭矩通过联轴器或者法兰盘传至卷帘轴，从而实现卷帘轴的卷帘和放帘作业。收帘时，电动机通过减速器带动卷帘轴转动，使拴在卷帘轴上的帘子卷在卷帘轴上；铺帘时，电动机旋转方向相反，完成铺帘作业。 2．1 卷帘要求
收帘或铺帘作业在5 min内结束；卷帘轴转速n1≤3 r／min。
2．2 卷帘转角及自由度
卷帘过程中忽略帘子的压缩量，帘子以卷帘轴为中心按阿基米德螺旋规律运动。卷帘轴每转1周，卷帘半径的变化量为δ＝0．04 m。卷帘轴半径r0＝0．25 m。保温被卷为阿基米德螺旋线，其极坐标方程为：
式中：S为保温被卷起部分的长度，m；rs为温室屋顶小圆弧半径，m；R1为温室屋顶大圆弧半径，m；θ为温室屋顶的展角，rad；θ0为温室屋顶大、小圆相接处的展角（弧度），θ0＝Arctan（a／b）；α0为温室屋脊处的坡角。
式中：r为卷帘半径，m；r0为卷帘轴半径，m；δ为保温被厚度，m；θ为卷帘轴转角，rad。
保温被卷起工作原理如图2所示。保温被卷起部分的长度为：
代入数据，得：s＝10．95 m。
保温被半径r与保温被卷长度S之间的关系为：
推导得：
将式（4）代入得：
将数据代入，得：θ2＋78．5θ－3438．3＝0。解方程得卷帘轴转角为θ＝32．31rad；卷帘轴回转圈数β＝θ／2π＝31．31／2π＝4．98。
电动机通过减速器带动卷帘轴转动时，卷帘轴在铅锤平面内一方面作上下铅锤运动，另一方面作水平方向的前后水平运动。因此，整个机构在铅锤平面内必须有2个自由度，即支承地面与立杆之间、立杆与撑杆之间均采用转动副。
自由度由计算公式为：Fα＝3n－2PL－PH。式中：Fα为机构自由度；n为运动构件数；PL为低副；PH为高副。机构中有3个运动件、3个低副、1个高副，故Fα＝3× 3－2×3－1＝2。
2．3 立杆底座位置
为使机构的结构紧凑，应正确选择立杆底座轴的位置，否则卷帘机工作时立杆与撑杆之间移动距离大，机构工作时不稳定，将影响结构的强度。支架式卷帘机横向安装在大棚的中间位置。设计纵向安装位置时，应尽量缩小立杆底座轴与大棚前端之间的距离。根据实际运行经验效果，确定立杆底座轴与大棚前端的距离为1．5～2．0 m。
2．4 立杆和撑杆长度
立杆和撑杆材料均选用φ50 mm×5 mm以上圆管。立杆长6．05～7．05 m，撑杆长度选取
6．5～7．5 m。
2．5 卷帘机总传动比及分配
卷帘轴转速n2＝β／t。式中：t为卷帘所需要的时间；β为卷帘轴回转圈数。取t＝5 min，β＝5。则n2＝1 rad。
为降低机器设计制造成本，选择转速为1400 rad的电动机。总传动比i＝n1／n2＝1400＞480，为降低减速器质量，减小减速器的结构尺寸，采用一级带轮和6级齿轮传动的结构型式。
带传动传动比i1＝2．25，减速器的总传动比i减＝621．00。实际总传动比i＝1397．25，实际卷帘轴转速n2＝n1／i＝1．002 rad， 实际收帘所需时间 t＝β／n2＝4．99min，符合使用要求。
随着卷帘作业的进行，保温被卷起的质量不断加大、温室坡角逐渐减小，卷帘机工作负荷变化过程比较复杂。现按支架式结构型式对卷帘机的工作负荷进行分析计算。
3．1 工作负荷分析
随动式卷帘机的卷帘靠卷轴直接驱动完成，保温被卷受力分析如图3所示。
渗透汽化膜保温被卷受力包括重力G、屋顶的支反力N1、卷帘绳的拉力F1、卷轴的扭矩M。其中，G分解为下滑力F和对温室屋顶的压力N；N1在保温被滚动的过程中向前移动一定距离d，形成滚动阻力，并随保温被卷的半径r的增大而增大，与r近似正比关系。
根据保温被卷的受力情况，建立力学平衡方程式：
整理得：M＝Gdcosα＋Grsinα。令k＝d／r，则：
式中：G为提升总质量，包括被卷起的保温被的重量G1与机组重量G0，N；r为保温被卷的半径，m；α温室在某处的坡角，α＝π／2－θ；k为比例系数。
监视门
这里G（G1）、r随着卷帘作业的进行逐渐增大，α随着卷帘作业的进行逐渐减小，k基本保持不变。
保温被卷起部分的质量计算公式为：
式中：G1为保温被卷起部分的质量，kg；L为温室长度，m；S为保温被卷起部分的长度，
m；ρ为保温被单位面积密度，km；g为重力加速度，m／s2。
将式（2）代入式（7）得：
总重量
3．2 最大工作负荷计算
根据理论分析和试验可知，卷帘机的工作负荷的变化规律近似线性，最大工作阻力发生在温室屋脊处。
保温被长度S计算公式为：S＝R1（θ－θ0）＋rθ0。代入数据得：S＝10．95 m；保温被质量G1＝48827 N；卷帘机提升总质量G＝G0＋G1＝54 827（N）；保温卷半径r＝0．374 3 m；卷帘机的阻力矩M＝11431 N·m。工作力矩大于阻力矩，设计合理。
4．1 确定传动方案
考虑到电机转速高，传动功率大，将V型带设置在高速级。根据设计要求，传动路线为：电机—V型带传动—齿轮减速器—联轴器—卷帘轴。
传动装置的总效率：
式中：η1为V型带传动的效率；η2为轴承的效率；η3为齿轮传动的效率；η4为联轴器的效率。
代入数据得：ηα＝0．96×0．986×0．995×0．99＝0．801。
4．2 减速器总传动比分配
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减速器总传动比i减＝621。考虑到减速器的结构尺寸等因素，各级传动比分配如下：i2＝3．14；i3＝3．11；i4＝3．78；i5＝4．33；i6＝3．90。
按工作要求和工作条件选择Y系列笼型三相异步电动机，其结构为全封闭自扇冷式，电压为220 V。工作机的有效功率为：Pd＝Tn3／9550＝1．033 5（kW）。
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