玻璃溫室棚頂清洗機設(shè)計

孔維蓉++何培祥++李博++徐丹

摘要：玻璃溫室棚頂易受灰塵、微生物等污染，人為清洗困難，而市面上缺乏相應(yīng)的清洗設(shè)備，針對此現(xiàn)狀設(shè)計了一種可遙控的玻璃溫室棚頂清洗機。該清洗機由電機驅(qū)動的行走機構(gòu)、可旋轉(zhuǎn)的毛刷、水泵等構(gòu)成，通過遙控器可使其在玻璃溫室棚頂前進(jìn)、后退、噴水清洗，以保證溫室大棚的透光率，提高室內(nèi)農(nóng)作物的產(chǎn)量，具有很好的實用價值，對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室栽培的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：玻璃溫室；大棚清洗機；設(shè)施農(nóng)業(yè)；透光率；產(chǎn)量

中圖分類號： S220.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0429-02

為緩解我國副食品供應(yīng)偏緊的矛盾，我國農(nóng)業(yè)部于1988年提出“菜籃子工程”；1995年，新一輪“菜籃子工程”提出大力實施“設(shè)施化、多產(chǎn)化、規(guī)模化”三化政策，“設(shè)施化”是大棚化，“多產(chǎn)化”是種植多種新品種蔬菜，“規(guī)模化”是大批量種植[1]。三化政策的提出使溫室大棚種植技術(shù)在我國各地迅速發(fā)展，如今我國溫室大棚總建筑面積超過200萬hm2，居世界前列[2]。蔬菜、花卉等農(nóng)作物的種植具有季節(jié)性、地理區(qū)域性，受氣候、海拔、溫度、濕度的影響，大棚栽培有效解決了此問題，大棚可以收集光照，人為控制溫度、濕度等以滿足作物光合作用的需求，從而提高作物的生長速度和產(chǎn)量，是農(nóng)民脫貧致富的重要手段，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要組成部分[3]。溫室大棚主要有玻璃溫室和塑料薄膜溫室大棚，相比之下玻璃溫室的保溫性、透光性、設(shè)施控制性更好，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，壽命一般為10～20年，透光率為80%～90%，室內(nèi)光照均勻，其缺點是成本較高，因此多用于科研或高標(biāo)準(zhǔn)種植，尤以花卉種植、育種育苗中應(yīng)用最多[4]。玻璃溫室可人為模擬作物生長的最佳環(huán)境，而溫室內(nèi)的光照狀況決定溫度、濕度等諸多因子，是影響溫室生產(chǎn)力的重要因素，因此溫室大棚的透光率直接影響作物的生長[5]。受自然環(huán)境影響，玻璃溫室頂棚常被灰塵污染，并有微生物繁殖形成的苔蘚等附著其上，且不易被自然降雨沖掉，使溫室內(nèi)照度明顯下降，并使氣溫、地溫上升，嚴(yán)重影響植物的光合作用及生長發(fā)育，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益降低[6-7]。玻璃溫室大棚是使用壽命較長、制造成本較高的農(nóng)業(yè)設(shè)施，須每年對大棚棚頂進(jìn)行清潔以保證透光率，使其能夠正常使用。而大棚頂部沒有牢固的搭接結(jié)構(gòu)供清潔人員著力，使清潔費時費力且有較高的危險性，若工具使用不當(dāng)則易損壞大棚，使農(nóng)民蒙受額外的經(jīng)濟(jì)損失[8-9]。目前市面上的玻璃溫室棚頂清洗設(shè)備較少，且已有設(shè)備的工作效率、自動化程度均較低，并受許多使用條件的限制，因此急需一種高效、高自動化的玻璃溫室棚頂清洗設(shè)備。

1 機械結(jié)構(gòu)與工作原理

為降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效益，種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展逐漸規(guī)模化。常見的玻璃溫室主要是大型連棟式雙屋脊型，此溫室節(jié)省占地面積且規(guī)模效益好，本研究所設(shè)計的大棚棚頂清洗機主要用于該類玻璃溫室，清洗機的整體機械結(jié)構(gòu)及工作示意見圖1。

玻璃溫室棚頂清洗機由放置在大棚棚頂兩側(cè)的清潔裝置構(gòu)成。清潔裝置包括主懸架，主懸架的前方固定有毛刷輥，毛刷輥由清洗電機經(jīng)傳動皮帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，毛刷輥前、后兩側(cè)設(shè)有帶噴頭的噴水管，前、后噴水管分別起濕潤、清洗的作用，2個噴水管與供水的水泵和濾水器連接，濾水器放置在大棚天溝里。在噴水管支撐桿的前端設(shè)有端部傳感器，用于檢測清洗機是否走到大棚端部。主懸架的后方固定有行走大輪，行走大輪通過行走電機經(jīng)傳動皮帶驅(qū)動，控制整個清潔裝置的前進(jìn)和后退，主懸架左、右各固定有輔助小輪，起輔助行走的作用。大棚屋脊兩側(cè)的清洗裝置用鉸鏈連接。

工作時先將大棚天溝的下水道堵起，天溝蓄滿水后起動清洗機，水泵和濾水器從天溝里抽水并輸送給噴水管，蓄電池的低壓直流電源通過電源線為行走電機、清洗電機供電，驅(qū)動行走大輪和毛刷輥轉(zhuǎn)動起來，行走大輪慢速推進(jìn)清洗裝置，毛刷輥以合適的高速度旋轉(zhuǎn)，有效清洗溫室大棚棚頂上的灰塵、青苔等附著物[10-12]。

2控制系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)原理

玻璃溫室棚頂清洗機控制系統(tǒng)的主要功能是：控制器根據(jù)遙控器發(fā)出的信號，控制清洗機在棚頂前進(jìn)、后退、停止，并自動進(jìn)行清洗。控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以單片機為核心，對各輸入量進(jìn)行分析，并輸出相應(yīng)信號控制電機和水泵工作[13-14]（圖2）。

2.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

清洗機采用遙控控制，遙控器向單片機輸出不同的控制

信號，經(jīng)單片機分析后對各電機進(jìn)行精確控制，確保清洗機的準(zhǔn)確運行。控制系統(tǒng)的主程序、行走子程序流程見圖3、圖4。

首先對單片機各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，判定起動清洗機后，檢測電池容量是否大于設(shè)定值，以保證電量可維持清洗機至少清洗溫室大棚的一個縱向長度，若電量不足則發(fā)出報警信號，電量充足則開始行走。行走前先對遙控器發(fā)來的信號進(jìn)行判定，前進(jìn)、后退信號相應(yīng)地控制電機正傳、反轉(zhuǎn)。行走過程中隨時檢測端部傳感器的信號，若有端部信號傳來則表明清洗機走到大棚最末端，電機和水泵立即停止。清洗過程中，若控制人員發(fā)出停止信號，則清洗機的電機和水泵立即停止，保證清洗機的準(zhǔn)確運行[15-17]。

3結(jié)論

設(shè)計的玻璃溫室棚頂清洗機可在人員的遙控下對溫室大棚棚頂進(jìn)行清洗，其自動化程度、工作效率均較高，能夠保證溫室大棚的透光率，提高作物產(chǎn)量，有效解決人為清洗大棚困難、效率低的問題。該清洗機不僅用于玻璃溫室，對于雙屋脊型板材材質(zhì)的溫室大棚同樣適用，具有很好的實用價值，對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚栽培的發(fā)展具有重要意義。

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