高占文

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

關(guān)鍵詞：卷簾機(jī)；溫室大棚；設(shè)計(jì)；負(fù)荷；技術(shù)參數(shù)

中圖分類號：S625.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0017-03

卷簾機(jī)是用于驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)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(rèn)可。然而，卷簾機(jī)使用環(huán)境惡劣，不確定因素多，在設(shè)計(jì)、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(shí)有發(fā)生。因此，研制一種新型省工、省力、安全、高效的卷簾機(jī)械，對有效解決卷簾機(jī)質(zhì)量安全問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 DJL-100型溫室大棚卷簾機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

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

該卷簾機(jī)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(dòng)機(jī)固定在減速器上。電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩通過帶傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)卷簾軸的卷簾和放簾作業(yè)。收簾時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使拴在卷簾軸上的簾子卷在卷簾軸上；鋪簾時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷簾軸在鉛錘平面內(nèi)一方面作上下鉛錘運(yùn)動(dòng)，另一方面作水平方向的前后水平運(yùn)動(dòng)。因此，整個(gè)機(jī)構(gòu)在鉛錘平面內(nèi)必須有2個(gè)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(dòng)副。

自由度由計(jì)算公式為：Fα=3n-2PL-PH。式中：Fα為機(jī)構(gòu)自由度；n為運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)；PL為低副；PH為高副。機(jī)構(gòu)中有3個(gè)運(yùn)動(dòng)件、3個(gè)低副、1個(gè)高副，故Fα=3×3-2×3-1=2。

2.3 立桿底座位置

為使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)正確選擇立桿底座軸的位置，否則卷簾機(jī)工作時(shí)立桿與撐桿之間移動(dòng)距離大，機(jī)構(gòu)工作時(shí)不穩(wěn)定，將影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。支架式卷簾機(jī)橫向安裝在大棚的中間位置。設(shè)計(jì)縱向安裝位置時(shí)，應(yīng)盡量縮小立桿底座軸與大棚前端之間的距離。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(jī)總傳動(dòng)比及分配

卷簾軸轉(zhuǎn)速n2=β/t。式中：t為卷簾所需要的時(shí)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(jī)器設(shè)計(jì)制造成本，選擇轉(zhuǎn)速為1400 rad的電動(dòng)機(jī)?？倐鲃?dòng)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(dòng)的結(jié)構(gòu)型式。

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

3 卷簾機(jī)受力分析

隨著卷簾作業(yè)的進(jìn)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(jī)工作負(fù)荷變化過程比較復(fù)雜?，F(xiàn)按支架式結(jié)構(gòu)型式對卷簾機(jī)的工作負(fù)荷進(jìn)行分析計(jì)算。

3.1 工作負(fù)荷分析

隨動(dòng)式卷簾機(jī)的卷簾靠卷軸直接驅(qū)動(dòng)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(dòng)的過程中向前移動(dòng)一定距離d，形成滾動(dòng)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(fù)荷計(jì)算

根據(jù)理論分析和試驗(yàn)可知，卷簾機(jī)的工作負(fù)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(jì)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(jī)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(jī)的阻力矩M=11431 N·m。工作力矩大于阻力矩，設(shè)計(jì)合理。

4 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)

4.1 確定傳動(dòng)方案

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

傳動(dòng)裝置的總效率：ηα=η1η26η35η4

式中：η1為V型帶傳動(dòng)的效率；η2為軸承的效率；η3為齒輪傳動(dòng)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(dòng)比分配

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

5 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)為全封閉自扇冷式，電壓為220 V。工作機(jī)的有效功率為：Pd=Tn3/9550=1.033 5（kW）。

電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、質(zhì)量及價(jià)格，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速1400 rad的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、容量和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定電動(dòng)機(jī)的型號為Y90L-4。

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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