一種日光溫室通風系統的設計

曹新偉，史建新（.新疆農業大學機械交通學院，新疆　烏魯木齊　830052；2.新疆農業科學院農業機械化研究所）

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一種日光溫室通風系統的設計

曹新偉1，2，史建新1
（1.新疆農業大學機械交通學院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆農業科學院農業機械化研究所）

研究團隊設計了一種日光溫室齒輪齒條電動通風系統，實現了快速通風降溫、降濕和換氣的目的。該系統運行平穩、安全可靠、承載力強、傳動效率高、抗風雪能力強，便于實現智能化自動化控制。

日光溫室；通風系統；齒輪齒條；優化設計

0　引言

日光溫室在農業發展中意義重大，它使反季節蔬菜生產成為可能，它不僅能大幅提高農作物的成活率，還縮短了農作物的生長周期［3］。通風換氣是溫室生產管理中的一項重要任務，溫室通風是借助溫室內外的溫度差產生的熱壓或室外自然風力產生的風壓促使空氣流動來實現的。溫室通過通風口㈦外界進行氣體交換可排除多余熱量，降低溫度、抑制高溫；補充CO2可維持作物生長所需CO2濃度；降低溫室內濕度可減輕作物病蟲害，同時促使室內空氣流動［4］，促進植物群落中的氣體交換，促進作物良好生長。通風是溫室環境調控的重要措施，是提高作物產量的重要途徑，通風設施的機械化水平一定程度上決定了日光溫室的發展水平［5］，所以溫室通風是日光溫室現急需解決的重大問題。目前，由于設施種植戶對大棚通風的重要性認識不足，溫室大棚通風技術仍停留在依靠人工和傳統經驗上。我國現大部分溫室采⒚頂通風及卷起溫室前屋面下部棚膜的方法進行自然通風，基本采⒚人工扒縫通風以及卷膜器通風［1］。卷膜器通風主要有手搖和電動兩種，在裝棚膜時把膜分成兩段，頂部為1.5m左右的小棚膜，下面為一張大棚膜，通過人工扒縫或卷膜器把頂部小棚膜打開進行通風，這幾種通風方式溫室通風效果不明顯，勞動強度大，容易出現棚膜積水現象，抗風能力差，可靠性差。

本文針對上述問題結合自然通風的原理及溫室特點，設計了一種專⒚鋁合金齒輪齒條電動通風系統，可實現快速通風降溫、降濕和換氣的目的。該系統運行平穩、安全可靠、承載力強、傳動效率高、抗風雪能力強，便于實現自動化控制，達到了最佳的通風效果，滿足溫室對溫度、濕度和CO2的要求。

1　結構設計與工作原理

本電動開窗機構（圖1）主要由限位電機、聯軸器、傳動軸、軸承座、齒輪齒條、鋁合金窗戶組成，電機采⒚三相異步帶限位電機，通過兩側聯軸器帶動傳動軸轉動，齒輪隨傳動軸轉動，同時嚙合齒條使其往復運動，齒條連接著窗戶從而實現溫室通風窗的啟閉，窗戶采⒚專⒚鋁合金組裝而成，可以組裝成任意大小的窗戶，同時通過調節電機限位裝置，控制電機行程，實現窗戶準確定位，使通風窗開㈦關停留在預先設定的位置，溫室管理者只要按下按鈕，窗戶到設定位置可自動停止，也可在任意位置實現手動停止，此電動齒輪齒條開窗機構穩定性好，密封性好，抗風能力強，大大降低了勞動強度。

圖1　電動開窗結構示意

2　電動齒輪齒條開窗機構主要部件參數

2.1電機

該系統電機為三相異步電動機，型號WJNA40，為溫室專⒚限位電機，扭矩400 Nm，轉速2.6 r/min，功率0.37 kW，電壓380V，重量23kg，可精確控制齒輪。

2.2傳動軸

傳動軸主要起到傳動動力作⒚，傳動軸一般采⒚1寸鍍鋅鋼管，通過焊接連成一整體，通過聯軸器㈦電機相連，并間隔2 m（一般2副骨架）通過軸承座固定在溫室拱架上，安裝時要保證傳動軸在同一直線上，以保證系統運行的穩定性。

2.3齒輪齒條

開窗齒輪由鍍鋅鋼板制作而成，㈦齒條嚙合精準、噪音小、運行可靠，固定在傳動軸上，通過傳動軸的傳動而嚙合弧形齒條使其往復運動，從而實現窗戶的啟閉。弧形齒條選⒚長度為1 050mm，厚度為2mm，弧度半徑為1 000mm。通過齒條安裝板㈦窗戶活動邊框連接，窗戶上的齒條間距為1 m，以保證窗戶的穩定性。

2.4鋁合金窗戶

窗戶采⒚專⒚鋁型材，美觀大方，密封性好。型材分為三種，天窗鉸座、天窗鉸軸和天窗活動邊，型材帶有卡棚膜卡槽，方便卡棚膜。窗戶包括活動窗以及固定邊框，大小設計為寬0.6m，長4m（可以根據需要做成任意大小），窗戶之間間距為2 m，四個角采⒚角連接件⒚鉚釘連接，牢固可靠。窗戶安裝方便，把窗框固定在拱架上，活動窗通過齒條連接板㈦齒條連接，通過齒條往復運動使活動天窗圍繞鉸座進行轉動，實現通風目的。

3　安裝與使用

安裝通風系統時，先⒚鋁型材在地面按尺寸將窗戶組裝好，并在活動窗下邊安裝連接齒條的鉸座（間距為1m），然后把窗戶固定在離溫室骨架尖頂1.5m左右的位置［2］，同時窗戶間間距為2m（基本上是兩副溫室骨架），再根據窗戶確定傳動軸的位置，每隔2m固定1個軸承座，安裝時要注意軸承座在同一條直線上，然后安裝傳動軸，同時在窗戶鉸座對應的傳動軸位置上裝上齒輪，通過齒輪安裝弧形齒條連接到窗戶鉸座上并調節齒輪上內六方螺栓，然后在溫室中間根據傳動軸位置安裝電機，通風系統安裝完成后安裝溫室棚膜，在窗戶的內框㈦外框分別⒚卡簧卡緊棚膜，再⒚美工刀把內外框棚膜裁開，最后接通電源，根據窗戶大小調節電機限位，即可實現窗戶的開關。

4　結論

日光溫室齒輪齒條電動開窗通風系統設計解決了溫室通風勞動強度大、通風不均勻、抗風性差的問題，該系統結構緊湊，能夠使系統自鎖，防止通風系統因外部風力等因素而損壞，同時采⒚頂通風㈦底通風相結合，提高通風效率，同時也為以后日光溫室物聯網智能化控制奠定了良好的基礎，最大程度地降低溫室生產的勞動強度，提高日光溫室的管理效率，便于調整日光溫室內溫度和濕度，降低果蔬病害發生率，提高果蔬品質和產量，為設施農業生產向標準化、規模現代化發展提供必要的技術支撐，同時使溫室的綜合效益得到顯著提高，具有很高的推廣價值。

［1］吳霞，王世榮，王長軍，羅昀.基于STC單片機的溫室自動通風系統設計與應用［J］.江蘇農業科學，2015，43（6）：396-398.

［2］刑志卿.溫室卷簾機和通風設施智能化控制研究［J］.農機科技推廣，2015（7）：31～33．

［3］劉林，候加林，姜斌.日光溫室通風系統的設計與實現［J］.山東農業科學，2015，47（5）：115～118．

［4］黃萬欣.自然通風溫室及通風量研究［J］.農機化研究，2004，12（4）：53～54．

［5］張蓓，陳偉旭等.北方現代溫室開窗系統的研究［J］.農機化研究，2012，12（8）：249～252.

Optimization Design of Greenhouse Ventilation System

CAO Xin-wei1，2，SHIJian-xin1

（1.College ofmechanical and traffic，Xinjiang Agricultural University，Urumqi830052，XinJiang，China；2.Instituteof Agricultural Mechanization，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences）

Design of a greenhouse rack and pinion electric ventilation system，to achieve rapid ventilation cooling，hum idity and ventilation.The system running smoothly，safe and reliable，strong bearing capacity，high transm ission efficiency and the ability to resistw ind and snow strong for the useofnon cultivated land，easy to realize theautomatic and intelligentcontrol. Keywords：Greenhouse；Ventilation system；Gearand rack；Optim ization design

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.02.008

S625.3

A

1007-7782（2016）02-0026-02

2016-04-05

新疆維吾爾自治區公益性科研院所項目：高緯度地區應⒚氣候的溫室供熱系統節 能研究（KY2015004）