周博士考察拾零（一百零八）一种以屋面拱杆为支撑轨道的日光温室内卷被/卷膜保温系统

传统日光温室大都采用外保温方式，相应配套卷放保温被的卷帘机有摆臂式、二连杆式等[1]。近年来，在一些高寒地区，为了进一步提高日光温室的保温性能，相關机构研究开发了多层保温系统，包括双膜双被保温系统[2]、双膜单被保温系统[3]等。其共同的特点是增设内拱杆（架）、配置内保温被。在保留外层透光塑料薄膜和保温被的基础上增设内拱杆配置保温被和保温膜可形成双膜双被保温系统，在内拱杆上仅配置保温被与外膜、外保温被结合即形成单膜双被保温系统。在一些多雨雪的地区，为了避免保温被被雨水浸湿而保温性能降低，也有的生产者完全取消外保温被，或者说将外保温被内置，与外表面围护透光塑料膜组合可形成双膜单被保温系统或单膜单被内保温系统。这些措施对提高日光温室的保温性能都起到非常积极的作用，由此也得到了较大面积的推广应用。

将保温被内置后，由于保温被不再受室外风雪雨霜的侵袭和紫外线的直接照射，可显著提高保温被的保温性能和使用寿命，同时也避免了保温被由于雨水淋湿而可能产生的对温室结构的额外荷载。由此，内置保温被对保温被自身的防雨性能和耐老化性能的要求也相应有所降低。因此，设计经济可靠的内保温系统一直是日光温室保温的重要研究方向之一。

将保温被内置后，由于室内空间受限，传统的外保温用中置二连杆卷帘机、滚筒卷帘机、行车式卷帘机等都将无法使用。只有侧摆臂式卷帘机通过在温室山墙内侧建造二道内山墙支撑卷帘机可用来驱动卷被轴操控保温被卷放（图1）。但这种卷帘机卷被系统，一是需要建设二道承重内山墙（主要为砖墙），施工周期长，建设成本高;二是卷帘机摆臂杆固定在外山墙和内山墙之间的地面上占用地面空间，且为便于作业和维修，外山墙和内山墙之间必须留出足够的操作距离，这又不利于高效开发利用温室室内种植空间;三是侧摆臂卷帘机由于输出动力限制和卷被轴变形的影响，每台卷帘机驱动保温被的长度大都限制在60 m以内，对于长度超过60 m的温室，必须在温室的两端山墙分别配套卷帘机，这不仅增加了温室卷被的建设成本，运行管理中操控2台卷帘机花费的时间也相应增加了1倍。为此，也有人开发过一种中置摆臂式内保温卷帘系统（图2）。这种系统由于摆臂杆端部固定在温室中部地面，给室内机械耕作和作物种植带来不便。

为了解决摆臂式卷帘机和卷膜器摆杆落地的问题，内蒙古农业大学崔世茂教授的团队和内蒙古中天科技有限公司合作创新开发了一种利用屋面拱杆做支撑的轨道式卷膜、卷被系统。在此分享给广大读者，可供大家进一步研究、改进和推广。

侧置单侧卷被卷膜系统

利用屋面内拱杆做支撑轨道的侧置单侧卷帘机和卷膜器是将保温被和活动塑料薄膜铺放在温室内拱杆之上（一般保温被铺放在塑料薄膜的上部），在卷帘机和卷膜器的机头上安装一个直角导杆，一端与卷帘机或卷膜器减速电机固定连接，与卷轴垂直，另一端为活动的自由端，与卷轴平行（图3），运行中将导杆的自由端掖在内拱杆的下表面，随着卷被（膜）电机的转动，导杆的自由端以温室内拱杆为支撑导轨沿着内拱杆的下表面平移，即实现对卷帘机（卷膜器）的活动支撑（视频参见二维码1和二维码2）。这种轨道支撑活动导杆卷帘机（卷膜器）的工作原理实际上也是一种变形的二力杆形式，与中置行车外保温卷帘机构造原理基本相同，所不同的只是行车卷帘机是将二连杆吊挂在桁架的上表面运动，而内置卷帘机则是将二连杆的支撑点放置在了温室内拱杆的下表面，而且为了避免运行过程中由于卷帘机（卷膜器）卷轴的水平位移而造成支撑点在温室内拱杆上脱位的风险，内置卷帘机（卷膜器）与温室内拱杆的支撑由行车卷帘机的点式吊挂滚轮改变成了杆式承托，由此，只要保证自由端支杆足够的长度就可完全保证卷帘机（卷膜器）在温室内拱杆上的安全支撑。

为了解决卷帘机（卷膜器）支撑导轨由于自由端支杆伸入室内而导致山墙无法密封的问题，崔教授的团队设计了一种凹槽式保温山墙顶（图4a）。凹槽凸进室内，3面用柔性保温被保温（图4b）。卷帘机（卷膜器）的直角自由端支杆正好插入该凹槽，只要保证凹槽的深度大于自由端支杆的长度并附加一定的安全间距即可保证卷帘机（卷膜器）的安全运行。

将活动保温膜铺设在保温被下部，将保温被铺设在保温膜的上部，两者共同安装在温室内拱杆上（图5a）与外层透光围护塑料薄膜以及外保温被组合即形成内置保温被和活动保温膜的双膜双被保温系统（图5b）。同样的内保温配置，如果取消外保温被即形成双膜单被保温系统。

内保温膜和内保温被白天卷起便于温室采光，夜间展开进行温室保温。在光照良好的寒冷地区，白天也可将被内保温膜展开，形成与外围护采光膜结合的双层透光膜保温系统，可大大减少白天温室前屋面的热损失。由于内保温膜不受外界风雪荷载的影响，为获得较高的透光性能，内保温膜可选择与外层围护透光塑料薄膜不同的材料，一是减小薄膜的厚度;二是取消薄膜抗紫外线的要求;三是提高薄膜的透光率;四是可适当降低对薄膜的流滴性要求。

中置双侧卷被卷膜系统

为了避免卷轴过长而变形，不论是卷帘机还是卷膜器，其减速电机单侧卷轴的长度多控制在60 m以内。对侧置单侧卷帘机（卷膜器），由于卷轴长度的限制，直接影响到温室建设的长度。如果将温室长度控制在60 m以内，则温室的生产作业效率以及温室建设的土地利用率都将相应降低，同时也会使温室单位面积的建设成本相应提高。

为了提高温室生产的机械作业效率和温室建设的经济效益，目前日光温室的建设长度大都在80～100 m，根据建设地区的地形条件温室的建设长度甚至会超过100 m。由此，侧置单侧卷被（膜）的卷帘机（卷膜器）将难以适应这种生产实际需要。为了突破这一技术瓶颈，崔世茂教授团队按照侧置单侧卷被（膜）的卷帘机（卷膜器）机械原理，开发了一种减速电机中置的双侧卷被（膜）内卷帘机（卷膜器），如图6和图7（视频参见二维码3和二维码4）。

中置双侧卷膜器由于卷轴两侧卷放塑料膜薄的负荷较轻，所以卷膜器导杆仍然采用了与侧置单侧卷膜器相同的L形导杆。为了避免卷膜器在运行过程中与拱架纵向系杆碰撞，设计中将纵向系杆安装在桁架下弦杆的上表面，在靠近桁架上弦杆的侧下方单独设置了一道单管内拱杆，专门用于卷膜器的支撑轨道。同时为了避免卷膜器卷轴沿温室长度方向平移，卷膜器导杆与内拱杆的连接不再是直杆与拱杆的直接摩擦连接，而是在导杆的末端增设了一个开口抱箍（图6c），环抱内拱杆后随卷膜器的移动以内拱杆为支撑轨道在其上运动，实现对卷膜器运动轨迹的定位。这种导轨连接模式实际上也完全适用于侧置单侧卷膜的内卷膜系统。

中置双侧卷被用卷帘机（图7a），由于被卷的负荷较大，侧置单侧卷帘机（卷膜器）以及中置双侧卷膜器用L形导杆强度不能满足要求。为此，设计中采用了一种加强导杆（图7b），与内拱杆接触的导桿不再是支撑在一根桁架上，而是支撑在临近的2根桁架上。为了加强连接电机减速机导杆与内拱杆支撑导杆的连接，两导杆之间增设了1根与内拱杆支撑导杆平行的附加支杆，将电机减速机连接支杆首先连接到该附加支杆上，再将该附加支杆两端设置连接杆与内拱杆支撑导杆相连。这种做法可在内拱杆支撑导杆上外套1个圆管，卷帘机运行时内拱杆支撑导杆与温室屋面桁架下弦杆之间滑动运动改变成了滚动运动，由此可大大减小两者之间的表面摩擦，不仅大大减小卷帘机运行的摩擦阻力，而且也会显著减小由于金属构件直接接触摩擦而造成的表面磨损，由此可显著提高支撑导杆和拱架的使用寿命。

事实上，如果在内拱杆支撑导杆外套滚动圆管的基础上再增套1根橡胶管或尼龙管，则可完全消除支撑杆与屋面拱杆金属构件之间的直接接触和摩擦，从根本上消除金属构件表面磨损，延长构件的使用寿命。

采用滚动杆替代滑动杆的设计思想实际上也完全适用于侧置单侧卷帘机（卷膜器）导杆的设计。此外，中置双侧卷帘机的电机连接杆与轨道导向支撑杆之间的连接也有更多的解决方案，建议在今后的研究改进中不断完善设计，使这种卷帘（膜）机构更加完善，为中国日光温室的发展增添更多、更高效的配套设备。

在加强支撑导杆强度的同时，为了进一步提高卷帘机的卷被能力，在保温被选择上摒弃了传统的质量较大的针刺毡保温被，选用保温性能更好且质轻的腈纶棉或发泡材料，这样卷帘机单侧的卷被长度可从传统的60 m增长到90 m，由此，中置双侧卷帘机的卷被长度整体可提高到150～180 m，这是侧置单侧卷帘机卷被能力的2～3倍，1台中置卷帘机可替代2～3台侧置卷帘机，这不仅显著降低了卷帘机的建设和运行成本，而且由于双侧卷被，卷轴两侧受力均匀，卷帘机在运行过程中走偏的问题也得到有效改善。此外，采用内置中卷后保温被可以卷到内拱杆的最高点，一方面方便限位器的安装，另一方面也基本消除了保温被过卷的问题。

参考文献

[1] 周长吉.周博士考察拾零（九十六）日光温室卷帘机的创新与发展[J].农业工程技术（温室园艺），2019，39（25）：34-41.

[2] 周长吉.周博士考察拾零（九十）双膜双被水墙装配结构日光温室——记内蒙古农业大学崔世茂教授对高寒地区日光温室结构性能的探索与实践[J].农业工程技术（温室园艺），2019，39（7）：46-55.

[3] 周长吉.周博士考察拾零（一百零三）一种适用于高寒多雪气候的双膜单被内保温装配结构日光温室——记哈尔滨鸿盛集团在日光温室上的创新[J].农业工程技术（温室园艺），2020，40（10）：13-21.

[4] 周长吉.周博士考察拾零（四十三）日光温室内保温被的两种卷被方式[J].农业工程技术（温室园艺），2015，35（10）：20-22.

致谢

非常感谢内蒙古农业大学崔世茂教授和内蒙古中天科技有限公司张长青总经理的邀请并全程陪同参观了安装各种不同类型内置卷帘机（卷膜器）的日光温室，他们不仅在参观过程中对设备构造和原理给予了耐心细致的介绍，而且在成文的过程中也提出了很多宝贵的修改意见，在此一并表示深深的谢意。

[引用信息]周长吉.周博士考察拾零（一百零八）一种以屋面拱杆为支撑轨道的日光温室内卷被/卷膜保温系统——记内蒙古农业大学崔世茂教授与内蒙古中天科技有限公司的合作创新[J].农业工程技术，2020，40（25）：36-39.