周博士考察拾零（一百三十三）日光温室中卷二连杆卷帘机连杆底座的形式

周长吉（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

中卷二连杆卷帘机是日光温室最常用的外保温被卷帘机之一[1]。其中，二连杆是支撑和导引电机减速机的重要结构构件，其一端连接电机减速机，随电机减速机和保温被及其卷轴同步运动，是二连杆的活动端；另一端则固定在地面或屋面的连杆底座上，形成二连杆的固定端。为适应电机减速机在运动过程中位移的不断变化，同时要保证连杆结构在运行平面内的平稳运行，在杆件连接中，二连杆与底座的连接以及二连杆两根杆之间的连接均采用铰接的方式，而与电机减速机之间的连接端则采用固结连接。

二连杆之间的铰接以及二连杆与电机减速机之间的固结连接方式变化不大，其中，二连杆与电机减速机之间固结连接的方式大都采用焊接，而二连杆两根杆件之间的铰接连接则主要采用栓接，但二连杆在固定端的铰接连接方式在工程实践中却有多种形式。本文总结梳理了工程中常用的几种铰接方式，可供工程设计中研究和应用。

按照连杆与底座连接方式不同，可将连接底座大体分为单铰直连底座和连杆放脚底座两种，每种底座在生产实践中工程做法不同。

单铰直连底座

所谓单铰直连底座，就是用一根销钉（单铰）将二连杆的下端杆直接栓接在底座上，销钉既是连杆下端杆与底座的连接件，也是二连杆随电机减速机运动的转轴。底座固定在基础上，形成连杆的不动支座，连杆下端杆则通过转轴转动，形成二连杆中部节点的圆周运动轨迹，带动二连杆的上端杆下端沿相同的圆周轨迹运动，从而调节二连杆固定端与活动端之间的直线距离以满足电机减速机运动过程中对支撑连杆活动端位移变化的需求。

工程实践中连杆与底座的连接形式有2 种：一种是Π 形底座，连杆直接插入Π 形底座的双支夹缝，销钉贯穿双支夹板与连杆（图1a）；另一种是T 形底座，在连杆的端部焊接Π 形夹板，将底座的T 形单支板插入连杆端部的Π 形双支夹缝，用销钉贯穿连杆端部Π 形夹板的双支板和底座的T 形单支板（图1b，图2）。底座固定在基础上，形成连杆的不动支座。其共同特点就是“双支夹单支”，销钉贯穿“三支”。不同之处仅在于“单支”和“双支”的上下位置有区别。

图1 单铰直连底座的结构形式

图2 单铰T 形底座

从图2 的T 形底座实际工程应用看，无论是连杆端部的Π 形双支板还是底座的T 形单支板，在连杆运动平面外的刚度与连杆管材的刚度相比都相差甚远，而且这些板件都未经表面防腐处理，长期运行锈蚀严重，工程隐患较大。此外，在连杆的端部焊接Π 形双支板比在底座上焊接双支板要费工。因此，在工程实践中，大量应用的单铰直连底座是Π 形底座。

连杆与Π 形底座的连接方式有2 种：一种是将连杆的端部压扁后插入Π 形底座的双支板内，用销钉贯穿底座双支板和连杆端部压扁部位（图3a）；另一种是将连杆原样不动地插入Π形底座的双支板内，用销钉贯穿底座双支板和连杆端部（图3b）。将连杆端部压扁的做法可减小底座的尺寸，工程实践中可将Π 形底座直接焊接在钢管端部，钢管按照桩基的做法直接打入地基，由此使基础的做法得到简化（图3a），而将连杆原样不动地插入Π 形底座双支板内的做法不削弱连杆的结构强度，而且也节省一道压扁端头的加工程序。

图3 单铰Π 形底座与基础的连接

工程实践中，Π 形底座与基础的连接方式除了上述钢桩基础外，一般有2 种连接方式。一种是在底座的底板焊接钢筋，将底座预埋在基础内，表面露出夹持连杆的双支板（图3b），这种做法底座的位置在土建施工过程中已经确定，卷帘机安装过程中无法调整位置，但底座与基础的连接牢固、可靠；另一种是在基础表面预埋平板埋件，将Π 形底座的底板焊接在基础预埋板上（图3c），这种做法在卷帘机安装过程中可根据需要微调底座的位置，便于卷帘机的精准定位和安装，但基础埋件和Π 形底座的用钢量较大，底座底板与埋件的焊接质量及其表面防腐都受施工质量的影响较大。

连杆放脚底座

连杆放脚底座就是在连杆的端部垂直连杆运动平面焊接一根直径和连杆相同、长度约1.0 m的钢管，称为连杆放脚。该放脚既是连杆的转轴，又是连杆的端部支撑，还可平衡连杆在运动平面外的扭曲弯矩。相比单铰直连底座，不仅连接强度大大提高，而且还能抵抗连杆平面外的变形，对提高卷帘机的平稳运行具有良好的作用。因此，这种底座在工程实践中得到大量应用。

连杆放脚既是转轴，也是连杆的固定点，也就是说，放脚转轴只能转动但不能平面位移。所以固定转轴位置并保证其灵活转动是工程设计中主要解决的问题。工程设计师和民间工匠们在解决这一问题的过程中也创新提出了多种工程做法。

最简单的做法是将放脚直接放置在地面上（图4）。在相对坚硬的自然土壤地面上（或对自然土壤进行表面夯实），放脚转轴可自由转动，地面土壤既是转轴的支撑，同时也不约束转轴转动，固定转轴不再需要增设基础，是一种最经济的做法。但这种做法由于连杆在运行过程中会对转轴形成推力，如果土壤比较松软（尤其是降雨后支撑转轴的土壤可能会吸水变松或发生大范围蠕变），对转轴完全不限位的固定方法（图4a）可能会由于该推力使转轴发生沿卷帘机运动方向向外的位移，造成保温被卷放位置不到位或连杆内力发生变化，为此，简单的做法是在转轴的外侧单侧（图4b）或双侧（图4c）用钢筋或钢管设置转轴在连杆运动平面方向限制位移的挡杆。这种做法投资低、安装方便，可在卷帘机安装定位后再最后锚钎钢筋（钢管）限位挡杆固定转轴，但这种做法只能限定连杆端部在卷帘机运动平面内的位移，却不能阻挡连杆端部在卷帘机运动平面外的位移（尽管这种位移量在卷帘机平稳运行时不会发生或者发生量较小，但在保温被卷放过程中如出现卷轴变形，则这种位移将不可避免）。此外，转轴直接坐落在地面土壤表面，受土壤水分和盐分的侵蚀比较严重，对转轴的表面防腐要求也较高。从图4a 和图4b 看，放脚转轴都发生了大面积腐蚀，但如果在自然土壤地面上铺砖或对土壤表面进行局部混凝土罩面，将放脚转轴脱离地面自然土壤，可有效减轻管材的表面腐蚀（图4c）。

图4 直接落地式连杆放脚底座及其固定方式

第二种做法是用套管外套在放脚转轴的两端并将转轴架离地面（图5）。这种做法彻底消除了转轴与地面自然土壤接触可能造成材料表面由于接触土壤盐分和水分而发生腐蚀的问题，是一种提高卷帘机连杆底座使用寿命更有效的方法。

在转轴上加装外套管后，转轴在套管内同轴旋转，可保证转轴的自由旋转，但要固定转轴的平面位移，套管则需要配套基础固定，而且由于转轴在套管内转动和位移的摩擦阻力较地面土壤小很多，为了避免转轴在套管内径向位移，还需要在套管端头或转轴端头增设堵头，为此，工程实践中也派生出多种做法。

从套管的固定基础看，有钢管桩基（图5a、图5c）和钢筋混凝土独立基础（图5b）之分，其共同的特点是每个套管下配置各自独立的基础，套管与桩基或基础埋件采用焊接连接，保证套管与基础的可靠连接。由于套管安装在转轴的两端，所以每根转轴需要配套2 个独立基础。为保证连杆在运行过程中不发生偏移，两个转轴套管固定基础的顶面标高必须保持水平一致，施工中不得出现相对高差。

图5 钢管套管式连杆放脚底座及其固定方式

从防止转轴在套管内径向位移的限位方式看，有在转轴端头设封堵的（图5a、图5b），也有在套管端头设封堵的（图5c）。在转轴端头设封堵的办法可以是焊接钢筋（图5a），也可以是焊接钢板（图5b），只要封堵件的外缘超出套管的外径保证转轴不会从套管内捅出即可；封堵件可以只在转轴的一端设置，也可以在转轴的两端都设置，为保证安全最好在转轴两端都设置封堵，或者应加长未焊接封堵端转轴伸出套管的长度。在套管端头设封堵的方法就是直接在套管的外端焊接钢板，将套管的端口封死（图5c）。显然，转轴端头设封堵时，转轴的长度应大于两套管外缘之间的距离；套管端头设封堵时，转轴的长度应小于两套管外缘之间的距离。一般转轴从套管内伸出或缩进的长度应控制在套管长度的1/3～2/3，而套管的长度应控制在转轴直径的2～3 倍。

固定转轴的第三种做法是采用U 形抱箍（图6a）。这种做法兼取了转轴直接落地和套管限位转轴两种方式的优点，转轴直接落地不需要做底座基础，用钢筋做U 形抱箍较钢管套管节省投资，方便安装，但转轴落地与地面土壤接触钢管表面腐蚀的弊端犹存。固定U 形抱箍的方式，一种是加长抱箍的双支，将其钎锚在地基中（插入土壤深度一般在500 mm 以上）；另一种是和转轴套管的固定形式一样采用独立基础，将抱箍的双支插入基础并在基础内设弯钩或焊接在钢筋混凝土基础内部的主筋或箍筋上，钢筋混凝土基础的埋深一般也应超过500 mm，视基础截面大小和地基的承载力而定。

图6 其他形式连杆放脚底座及其固定方式

第四种固定放脚转轴的做法是在转轴内插入内插管，转轴绕内插管转动（图6b）。这种做法由于内插管贯通转轴，对转轴在卷帘机运行平面外连杆的变形约束更强，同时为了约束转轴在垂直卷帘机运行方向的位移，如同转轴外套管设置限位一样，需要在内插管伸出转轴的两端设置转轴的限位。所不同的是由于还要对内插管进行固定，所以内插管必须伸出转轴两端以便有空间安装其固定基础，由此，外套管中使用的在转轴和套管端头焊接封堵的做法在这里将无法实施。工程实践中，一种方法是如外套管一样，在内插管的两个伸出端设置独立的基础，在内插管靠近转轴两端的位置外套套管或焊接钢筋环、短钢筋等做转轴的限位；另一种做法是在内插管的两端直接焊接直径与转轴相同的钢管，并将该外伸钢管固定到基础即可。前一种做法比较适合连杆固定点设置在地面的情况，而后一种做法则更适合用于连杆固定端设置在温室屋脊的情况（图6c）。

底座设计和安装中的注意事项

底座是卷帘机连杆的重要结构部分，其作用是在保证连杆平稳运行的前提下，不发生底座自身在三维方向的变形或位移。为此，在底座设计中首先要保证底座的强度。

对于单铰直连底座，不论是Π 形底座还是T形底座，或是从连杆端部焊接的Π 形双支，要保证其结构强度，各支板的宽厚比必须保持在一定范围，使用钢板不得过薄，在保证连杆可转动的范围内应尽量减小支板的长度。

对于放脚转轴底座，要保证连杆不发生运行平面外的变形或偏移，放脚转轴的长度应适当加长。对于跨度较大的温室，由于连杆的长度较长，侧向偏移的风险较大，为平衡连杆的侧向偏移弯矩，放脚转轴的长度应适当加长。在这种情况下如果连杆与放脚转轴直接连接，连接节点承受的弯矩将更大，可能会造成连接节点的扭曲变形或断裂。为此，在工程实践中可在连杆和放脚转轴上设置加强支撑杆来减小连杆与放脚转轴节点的内力。加强支撑杆的做法是在连杆与放脚转轴平面内，连杆两侧设置与放脚转轴连接的倾斜支撑（图7），斜支撑与连杆和放脚转轴呈45°左右角度，支撑的管径可采用与连杆相同规格。

图7 加强放脚的做法

在保证底座强度的条件下，要保证连杆平稳运行，还需要保证连杆转轴转动灵活，不得出现卡壳或过大的摩擦，这是减小运行阻力的基本要求。

对直连底座，连杆与底座连接的间隙不能过大，销钉与连杆及底座连接的间隙也不能过大，否则可能会发生连杆在运行平面外的偏移（图8a、图8b）。对于放脚转轴底座，套管与转轴的间隙要适中，不得过紧或过松，转轴两端套管与基础连接应牢固、可靠，两个套管的基础顶面标高应相同一致。

图8 底座与连杆设计和安装中的失败案例

此外，底座的安装位置要适宜，不得距离温室基础过远或过近。过远了，连杆的长度要求长，在相同动力驱动时，要求连杆的刚度大，材料用量增大；过近了，连杆在运行过程中下端杆可能会碰到温室屋面，造成卷帘机无法正常运行。设计中事先要对底座的位置进行准确定位，避免底座施工完后连杆无法安装的问题（图8c）。