基于温室大棚除雪骨架结构的研究

张海燕，王文博

（山东华宇工学院，山东 德州 253000）

0 引言

科技高速发展，我国的经济水平和国际社会地位都在不断的进步和提高，人们对生活质量的要求也越来越高。因此，许多人们希望在一年四季内都能吃到新鲜优质的蔬菜瓜果，人们的这一需求促进了蔬菜大棚的进步和发展。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。我国北方地区，冬季经常会有降雪，积雪影响大棚的透光性、保温性，不仅对大棚内部植物的正常生长产生不良影响，积雪过厚时甚至会压垮大棚，造成巨大的经济损失。不仅增加了农民劳动成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了减小农业投入成本并实现高效农业生产的科学化，推动我国农业的发展，大力发展大棚设施与相应的温室工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，便大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。鉴于此，笔者设计了一种涉及农业温室大棚骨架，解决了现有的温室大棚清雪困难，积雪对温室大棚的危害的问题。

1 温室大棚设计背景及简介

1.1 背景技术

温室大棚是起源于蔬菜、花卉保护地栽培的一种建筑设置。发展到现在，它已经被广泛地应用于植物及动物生产等领域。在植物生产方面，它不但大量用于蔬菜、花卉的栽培，而且也用于苗木、水果以及药材生产的过程。在栽培方式上，它既适合一般地栽方式，又可采用盆栽、栽培床栽培方式，还适用于现代化的多层立体栽培、无土栽培甚至植物工厂化栽培等栽培方式。

在我国的北方地区，冬季经常会有降雪，积雪影响大棚的透光性、保温性，不仅对大棚内部植物的正常生长产生不良影响，积雪过厚时甚至会压垮大棚，造成巨大的经济损失[1]。目前温室大棚的除雪多为人工手动作业，不仅工作强度太大，而且效率不高，除雪时间过长，棚膜有变形破损的危险，针对上述的问题进行了深入的研究，设计了一种农业温室大棚骨架，解决了现有的温室大棚清雪困难，积雪对温室大棚的危害的问题。

1.2 项目简介

该大棚骨架包括一对结构相同的底架台，一对底架台上安装有支撑结构以及收集结构，支撑结构上安装有辅助支撑结构、监测结构以及温度调节结构；支撑结构主要包括：若干个结构相同的n 型支撑架、若干个结构相同的支撑柱以及顶部固定杆[2]。本项目的有益效果是，通过对大棚结构的设计，将棚顶的积雪消融滑落，使植物的生长不会因为光照而影响。其次滑落的积雪融水进行回收利用，利用温湿度传感器等各种元件实施检测，进行浇灌作物，对资源的合理利用，使菜农增收增产。

2 大棚骨架的整体及各部分结构设计

2.1 整体结构设计

该种温室大棚包括栽种槽、雪水收集系统、温控系统、辅助照明系统及湿度检测控制系统；栽种槽设于地面或做成隔屏状，供栽种植物；将冰雪融水收集到供水系统通过检测自动适时适量供给水分；温控系统包括排风扇、热风扇、温度感应器及恒温系统控制箱等，以适时调节温度；辅助照明系统包用于无日光时提供照明，使植物进行光合作用，温度控制系统配合排风扇而调节湿度及降低室内温度。

2.2 结构设计及工作原理

如图1 所示，当密封透明塑胶布22 外侧上有大量积雪时，使用者操控一对控制板26，通过控制板26 控制两对小型驱动机17 运作，带动两对小型驱动机17 上的一对升降杆14 转动，一对升降杆14 转动带动其上的若干个升降齿轮15 转动，通过升降齿轮15 与升降圆弧卡条16 齿轮啮合，使得升降齿轮15向上或向下移动[3]，通过控制板26 控制小型驱动机17 的转动方向，使得升降齿轮15 与升降圆弧卡条16 配合，使得若干个固定块10 向上移动，同时带动插装于固定块10 上升降凹槽12 内的侧壁支撑杆11，结构如图4 所示，通过侧壁支撑杆11 内设置的电热丝21 加热，使得贴附于侧壁支撑杆11 上的密封透明塑胶布22 受热，同时通过密封透明塑胶布22将热量传递给贴附于密封透明塑胶布22 上的积雪受热润滑，贴附于密封透明塑胶布22 上的积雪润滑，使得摩擦力减小，从而使得积雪顺着融化后的积雪一起流下，流到底架台1 上收集水槽9 内，通过收集水槽9 内的防护网8 对落下的积雪进行过滤，避免了有石头子落入收集水槽9 内，堵塞了收集水槽9上的L 型引流管6[4]，通过支撑柱3 以及底架台1 上的温度传感器19 以及湿度传感器20 监控大棚内的温度以及湿度，温度传感器19 将监测信息传递给控制板26，当发现大棚底端温度低于一定温度时，控制板26 控制辅助支撑结构下降，同时控制电热丝21加热，从而在大棚的底端进行加热，当湿度传感器20监测到大棚内过于干燥时，控制板26 接收到湿度传感器20 传来的信息低于正常湿度时，通过控制板26控制电磁阀门7 开启以及防冻加热管28 加热积雪，将积雪融化，循环利用收集水槽9 内的积雪。之后通过L 型引流管6 引流到大棚内，通过固定块10 上的移动凹槽24 内的移动球25，使得固定块10 在上下移动时与密封透明塑胶布22 的摩擦系数降低，避免了固定块10 上下移动时磨损密封透明塑胶布22。

图1 大棚骨架整体结构

2.3 部分结构设计

2.3.1 雪水循环回收系统

棚膜表面的雨雪水收集比较方便，但是大多数的菜农未考虑这部分雨雪水的利用。较为廉价的水资源浪费还会造成温室的局部缺水。在该骨架的结构设计中把水资源充分的利用了起来，在棚前顺棚修好倾斜的集水槽，在棚壁附近有蓄水池，收集棚面上的水，在棚内安装节水灌溉滴灌设备。具体结构主要包括：一对结构相同的L 型引流管6 以及电磁阀门7；一对底架台1 上分别开设有收集水槽9，内分别设置有防护网8 对落下的积雪进行过滤，避免了有石头子落入收集水槽内，堵塞了收集水槽上的L型引流管6，L 型引流管分别插装于收集水槽9 上，电磁阀门7 分别安装于L 型引流管6 上，结构如图2所示。

图2 雪水收集循环系统（序号同上）

2.3.2 系统的检测结构——湿度传感器

在大棚内种植作物，温度和湿度是衡量大棚的重要指标。大棚内的大多数作物发生疾病的最大障碍就是温度、湿度失控引起的，为了促进温室棚内各种作物的健康成长，增加收成，需要及时调节棚内的湿度和温度。温湿度传感器是检测和传递棚内温度、湿度的电子仪器，也是目前智慧农业中应用范围最广的一类传感器，在农业大棚中为空气湿度传感器、土壤湿度传感器两种。

在该结构设计中主要特指的是空气温湿度传感器，棚内使用温湿度传感器可以实时检测促进作物的生长，运用温湿度传感器进行检测控制，可以有效防止出现棚内空气温度及土地的干裂、洪涝。不仅如此，还可以通过了解农作物，得知它所需的湿度环境。当湿度数据超标时，通过湿度传感器发出信号并联动排湿设备，实现智能控制，极大地方便了人们的生活。在设计的检测系统中若干个结构相同的温度传感器19 以及湿度传感器20，结构如图3 所示。通过支撑柱以及底架台1 上的温度传感器19 以及湿度传感器20 监控大棚内的温度以及湿度，温度传感器19 将监测信息传递给控制板26，当发现大棚底端温度低于一定温度时，控制板26 控制辅助支撑结构下降，同时控制电热丝21 加热，从而在大棚的底端进行加热，当湿度传感器20 监测到大棚内过于干燥时，控制板26 接收到湿度传感器20 传来的信息低于正常湿度时，通过控制板26 控制电磁阀门7 开启以及防冻加热管28 加热积雪，将积雪融化，启动联动设施智能灌溉，满足农作物对水的需求，当温湿度传感器感觉土壤中水分充足的时候就给灌溉系统一个停止供水的信号[5]，从而实现灌溉系统的自动化，在不浪费水资源的情况下满足了农作物的需要。

图3 监测系统（序号同上）

3 结论

随着现代农业生产技术迅猛发展，大棚化种植被广泛应用。温室大棚在现今的农业生产中己占据越来越重要的地位。为了更好地满足作物的生长条件，提高温室大棚内蔬菜的产量，具有智能化、数据化、远程控制等特点。在电脑或者手机上就可以及时掌握棚内温度、土壤湿度、CO2浓度和光照强度等参数，并进行实时测控，从而实现温室大棚科学、数字化、高效率的管理。

本文完成了温室大棚除雪骨架进行结构设计及部分结构研究，对大棚内的作物生长温度及土壤和空气温湿度的检测、调控，使大棚环境得到了良好的控制。通过温湿度传感器控制器等各种元件相互配合将棚上积雪清除、冰雪融水收集并利用，实现智能控制，切实增加农作物的产量，极大地方便了人们的生活，具有一定的使用价值。