玻璃温室棚顶清洗机设计

2015-10-20孔维蓉何培祥李博徐丹

江苏农业科学 2015年9期

孔维蓉++何培祥++李博++徐丹

摘要：玻璃温室棚顶易受灰尘、微生物等污染，人为清洗困难，而市面上缺乏相应的清洗设备，针对此现状设计了一种可遥控的玻璃温室棚顶清洗机。该清洗机由电机驱动的行走机构、可旋转的毛刷、水泵等构成，通过遥控器可使其在玻璃温室棚顶前进、后退、喷水清洗，以保证温室大棚的透光率，提高室内农作物的产量，具有很好的实用价值，对我国设施农业温室栽培的发展具有重要意义。

关键词：玻璃温室；大棚清洗机；设施农业；透光率；产量

中图分类号： S220.2 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0429-02

为缓解我国副食品供应偏紧的矛盾，我国农业部于1988年提出“菜篮子工程”；1995年，新一轮“菜篮子工程”提出大力实施“设施化、多产化、规模化”三化政策，“设施化”是大棚化，“多产化”是种植多种新品种蔬菜，“规模化”是大批量种植[1]。三化政策的提出使温室大棚种植技术在我国各地迅速发展，如今我国温室大棚总建筑面积超过200万hm2，居世界前列[2]。蔬菜、花卉等农作物的种植具有季节性、地理区域性，受气候、海拔、温度、湿度的影响，大棚栽培有效解决了此问题，大棚可以收集光照，人为控制温度、湿度等以满足作物光合作用的需求，从而提高作物的生长速度和产量，是农民脱贫致富的重要手段，也是现代化农业的重要组成部分[3]。温室大棚主要有玻璃温室和塑料薄膜温室大棚，相比之下玻璃温室的保温性、透光性、设施控制性更好，其结构稳固，寿命一般为10～20年，透光率为80%～90%，室内光照均匀，其缺点是成本较高，因此多用于科研或高标准种植，尤以花卉种植、育种育苗中应用最多[4]。玻璃温室可人为模拟作物生长的最佳环境，而温室内的光照状况决定温度、湿度等诸多因子，是影响温室生产力的重要因素，因此温室大棚的透光率直接影响作物的生长[5]。受自然环境影响，玻璃温室顶棚常被灰尘污染，并有微生物繁殖形成的苔藓等附着其上，且不易被自然降雨冲掉，使温室内照度明显下降，并使气温、地温上升，严重影响植物的光合作用及生长发育，导致作物减产，经济效益降低[6-7]。玻璃温室大棚是使用寿命较长、制造成本较高的农业设施，须每年对大棚棚顶进行清洁以保证透光率，使其能够正常使用。而大棚顶部没有牢固的搭接结构供清洁人员着力，使清洁费时费力且有较高的危险性，若工具使用不当则易损坏大棚，使农民蒙受额外的经济损失[8-9]。目前市面上的玻璃温室棚顶清洗设备较少，且已有设备的工作效率、自动化程度均较低，并受许多使用条件的限制，因此急需一种高效、高自动化的玻璃温室棚顶清洗设备。

1 机械结构与工作原理

为降低成本并提高经济效益，种植业、养殖业的发展逐渐规模化。常见的玻璃温室主要是大型连栋式双屋脊型，此温室节省占地面积且规模效益好，本研究所设计的大棚棚顶清洗机主要用于该类玻璃温室，清洗机的整体机械结构及工作示意见图1。

玻璃温室棚顶清洗机由放置在大棚棚顶两侧的清洁装置构成。清洁装置包括主悬架，主悬架的前方固定有毛刷辊，毛刷辊由清洗电机经传动皮带驱动旋转，毛刷辊前、后两侧设有带喷头的喷水管，前、后喷水管分别起湿润、清洗的作用，2个喷水管与供水的水泵和滤水器连接，滤水器放置在大棚天沟里。在喷水管支撑杆的前端设有端部传感器，用于检测清洗机是否走到大棚端部。主悬架的后方固定有行走大轮，行走大轮通过行走电机经传动皮带驱动，控制整个清洁装置的前进和后退，主悬架左、右各固定有辅助小轮，起辅助行走的作用。大棚屋脊两侧的清洗装置用铰链连接。

工作时先将大棚天沟的下水道堵起，天沟蓄满水后起动清洗机，水泵和滤水器从天沟里抽水并输送给喷水管，蓄电池的低压直流电源通过电源线为行走电机、清洗电机供电，驱动行走大轮和毛刷辊转动起来，行走大轮慢速推进清洗装置，毛刷辊以合适的高速度旋转，有效清洗温室大棚棚顶上的灰尘、青苔等附着物[10-12]。

2控制系统总体设计

2.1控制系统原理

玻璃温室棚顶清洗机控制系统的主要功能是：控制器根据遥控器发出的信号，控制清洗机在棚顶前进、后退、停止，并自动进行清洗。控制系统的总体结构以单片机为核心，对各输入量进行分析，并输出相应信号控制电机和水泵工作[13-14]（图2）。

2.2控制系统软件设计

清洗机采用遥控控制，遥控器向单片机输出不同的控制

信号，经单片机分析后对各电机进行精确控制，确保清洗机的准确运行。控制系统的主程序、行走子程序流程见图3、图4。

首先对单片机各模块进行初始化设置，判定起动清洗机后，检测电池容量是否大于设定值，以保证电量可维持清洗机至少清洗温室大棚的一个纵向长度，若电量不足则发出报警信号，电量充足则开始行走。行走前先对遥控器发来的信号进行判定，前进、后退信号相应地控制电机正传、反转。行走过程中随时检测端部传感器的信号，若有端部信号传来则表明清洗机走到大棚最末端，电机和水泵立即停止。清洗过程中，若控制人员发出停止信号，则清洗机的电机和水泵立即停止，保证清洗机的准确运行[15-17]。

3结论

设计的玻璃温室棚顶清洗机可在人员的遥控下对温室大棚棚顶进行清洗，其自动化程度、工作效率均较高，能够保证温室大棚的透光率，提高作物产量，有效解决人为清洗大棚困难、效率低的问题。该清洗机不仅用于玻璃温室，对于双屋脊型板材材质的温室大棚同样适用，具有很好的实用价值，对我国设施农业温室大棚栽培的发展具有重要意义。

参考文献：

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