DJL—100型温室大棚卷帘机设计

高占文

摘要：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。

关键词：卷帘机；温室大棚；设计；负荷；技术参数

中图分类号：S625.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0017-03

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。

1 DJL-100型温室大棚卷帘机的结构及工作原理

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 DJL-100型温室大棚卷帘机主要技术参数确定

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。

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。

3 卷帘机受力分析

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。

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。

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 传动装置总体设计

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：ηα=η1η26η35η4

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

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。

5 电动机选择

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）。

电动机到卷帘轴间的总效率ηα=0.801，故P=Pd/ηα=1.0335/0.801=1.45（kW）。

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速1400 rad的电动机。根据电动机的类型、容量和转速，由机械设计手册选定电动机的型号为Y90L-4。

参考文献

[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京，机械工业出版社，2004.

[2] 中国农业机械化科学技术研究院.农业机械设计手册[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007.

[3] 刘刚.温室大棚卷帘机的设计[J].农业科技与装备，2012（11）：29-30.

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