基于水銀開關的溫室卷簾機防后翻裝置的設計.pdf

新 疆農(nóng)機化 21年第 1期 修 回 日 期 2021 01 19 基 金 項 目 新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研 業(yè)務經(jīng)費資助項目 ky 2019025 doi 10 13620 ki issn1007 7782 2021 01 011 中 圖 分 類 號 S625 文 獻 標 識 碼 A 0 引 言 日光溫室機械化和自動化程度越來越高 保溫被 成為溫室冬季生產(chǎn)必不可少的裝備 現(xiàn)階段日光溫室 保溫被覆蓋率比例逐年增加 1 大 部 分通過倒順開關 人工控制開啟 在溫室作物順利安全越冬生產(chǎn)的同時 會產(chǎn)生一系列問題 每座溫室開啟完畢最少需要 8min 2 如果同時打開 外界環(huán)境的變化會導致卷被機工作方 式不可靠 保溫被位置無法精確限位 3 嚴 寒 天 氣 下 出 現(xiàn)故障后難以解決 稍有不慎就會使保溫被卷過頭 墜 落至溫室后墻 難以短時間內(nèi)解決 甚至造成人員傷 亡 3 5 同時造成整座溫室作物凍死和財產(chǎn)損失 6 目前 國內(nèi)在溫室卷簾機限位方面的研 究 有 很 多 主要有通過碰撞限位開關切斷電源方式 利 用 角 度傳感器記錄卷簾機運行位置 采用卷簾機定時器進 行 限 位 7 9 或 通 過 PLC 可編程序控制器對電動機的 控制系統(tǒng)設計以及采用卷簾機接收到頂端或 底 端 接 近開關電信號時 停止交流電機的運轉(zhuǎn) 最終 實 現(xiàn) 保 溫材料的卷放的方式 10 12 因此 溫室冬季應用卷被機 大多采用行程時間控制 紅外電路控制和碰撞機械式 裝置等進行控制 這幾種控制裝置經(jīng)過時間和實踐證 明在西北極端天氣條件 如 20 惡 劣 天 氣 下 容 易 出 現(xiàn) 故 障 安 全 性 與可靠性不夠 出現(xiàn)故障的主要原因 包 括 1 雨雪滲入保溫被內(nèi)部后 溫度下降易結冰 卷被機上卷時保溫被變形 導致保溫被左右端上卷速 度 不 一 致 2 冬季雨雪覆蓋 卷被機裝置結冰 導致 文 章 編 號 1007 7782 2021 01 0035 04 基于水銀開關的溫室卷簾機防后翻裝置的設計 鄒平 1 2 姜魯艷 1 王 瑞 2 羅文杰 2 1 新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所 烏魯木齊 830091 2 農(nóng)業(yè)部林果棉與設施農(nóng)業(yè)裝備科學觀 測實驗站 摘 要 溫室卷簾機限位裝置在我國西北嚴寒風雪環(huán)境中運用時的安全性和可靠性不夠 經(jīng)常出現(xiàn)保溫被翻過后墻的事故發(fā)生 本文通過分析目前常用溫室卷簾機自動限位的工作原理和特點 探討防后翻裝置在西北嚴寒地區(qū)溫室卷簾機運用中存在的主要 問題和安全隱患 改進設計了以水銀開關為基礎的溫室卷簾機防后翻裝置系統(tǒng) 從而實現(xiàn)了保溫被的安全卷放 有效解決了極端 嚴寒天氣下機構失靈導致保溫被墜落等問題 通過試驗測試表明該裝置運行穩(wěn)定 性能可靠 成本低 可有效降低農(nóng)民勞動強度 促進設施農(nóng)業(yè)節(jié)本增效 關 鍵 詞 水銀開關 卷簾機 限位裝置 設計 DesignofAnti rollbackDeviceforGreenhouseCurtain RollerBasedonMercurySwitch ZOU Pin 1 2 JIANG Luyan 1 WANG Rui 2 LUO Wenjie 2 1 Institute of Agricultural Mechanization Xinjiang Academy of Agricultural Sciences Urumqi 830091 Xinjiang China 2 Scientific Observation and Experiment Station of Forest Fruit Cotton and Facility Agricultural Equipment Ministry of Agriculture Abstract The safety and reliability of the limit device of greenhouse curtain rolling machine are not enough when it is used in the severe cold and snowstorm environment in Northwest China and accidents often occur when the thermal insulation is turned over the back wall By analyzing the working principle and characteristics of automatic limit of greenhouse curtain rolling machine this paper discusses the main problems and potential safety hazards in the design of anti rollover device in Northwest frigid area improves and designs the anti rollover device system of greenhouse curtain rolling machine based on mercury switch thus realizing the safety of thermal insulation quilt Roll up It effectively solves the problems of the thermal in sulation falling due to the failure of the mechanism in extreme cold weather Long term test results show that the system runs stably has reliable performance and low cost It can effectively reduce the labor intensity of farmers and promote cost saving and efficiency of facility agriculture Key words Mercury switch Curtain rolling machine Limiting device Design 設 施 農(nóng) 業(yè) 35 新 疆農(nóng)機化 21 年第 1期 機械式裝置失靈或卡死 3 室外溫度過低且風雪過 大 使紅外電路控制元器件部分無法正 常 工 作 卷 棉 被機構失靈導致事故時有發(fā)生 因 此 設計一種在嚴寒 天氣中能夠安全可靠使用的卷簾機限位裝置 對于實 現(xiàn)日光溫室的自動化管理具有重要意義 1 結 構 與 工 作 原 理 1 1 總 體 結 構 卷 簾 機 控 制 系 統(tǒng) 見 圖 1 該系統(tǒng)主要由機架 電 機 減速器 鋼管 支架及限位控制五部分組成 在冬 季作業(yè)時通過控件完成卷放被工作 日光溫室頂部覆 蓋保溫被 在推動臂頂端水平設置鋼管作為卷軸 固定 設有電機 電機與鋼管傳動連接 每卷一次需 6 8min 具體根據(jù)保溫被種類而定 限位裝置接入配電系統(tǒng) 由 接觸器線圈零線位控制斷停 其工作原理見圖 5 卷 簾 機手動控制裝置的手動部件在減速器大帶輪上安裝搖 把 主要用于停電或者故障時手動操作卷放 13 設 計 的 電機主要參數(shù)如下 電 動 機 功 率 1 5 kW 減速器速比 1 280 四 軸 鋼 管 5 cm 轉(zhuǎn) 數(shù)5 3 r min 1 適 合溫室 長 度50 100 m 圖1 卷簾機控制系統(tǒng) 1 溫室 2 溫室后墻 3 支撐橫桿 4 水銀開關模塊 5 水銀開關保護盒 6 連 接節(jié) 7 推動臂 8 調(diào)速輪 9 電機 10 固定圈 11 保溫被 12 傳動輪 13 鋼管 14 被卷筒 1 2 工 作 原 理 圖2 限位裝置工作原理 卷簾機位于溫室的中間位置 卷被時根據(jù)機械傳 動原理 由電機及減速器帶動左右兩側(cè)鋼管均速轉(zhuǎn)動 利用鋼管綁定覆蓋物將覆蓋物卷起 當卷簾機上升至 溫室頂部預設停止位置附近時 安裝在保溫被內(nèi)側(cè)的 水銀限位裝置一同被卷起 限位裝置中玻璃管內(nèi)的水 銀因重力而流向另一側(cè) 使控制裝置內(nèi)的觸點連接機 構由原先的水銀連接的導電狀態(tài)而變成斷開狀態(tài) 從 而使卷被機停止工作 達到防止保溫被后翻的目的 2 關鍵工作部件應用 2 1 限 位 裝 置 結 構 本次設計選用玻璃外殼水銀 開 關 圖 3b 當 水 銀開關傾斜一個工作角度時 兩個電極 通 過 水 銀 進 行開關的通斷動作 這種水銀開關的優(yōu)點是可從外 部觀察到它的工作狀態(tài) 出現(xiàn)問題可隨時發(fā)現(xiàn) 缺 點是容易破碎 因 此 在 設 計時增加了塑料保護盒 圖 4 為 使 水 銀 開關不易破碎 也可使用塑料外殼 圖 3a 或 金 屬 外 殼 水 銀 開 關 圖 3c 金屬外殼本身就 是一個電極 當水銀開關傾斜一個工作角時 金屬 外殼和電極通過水銀進行開關的通斷動作 這 種 水 銀開關可承受較大的沖擊加速度 但缺點是成本 高 無法觀察其工作狀態(tài) 出現(xiàn)問題時難以排查 圖3 水銀開關結構 圖4 水銀限位裝置實物 水 銀 限 位 開 關 由 玻 璃 管 設在玻璃管內(nèi)位于玻璃 管兩側(cè)的觸點機構和封入玻璃管下端的水銀構成 玻 璃管中伸入一固定桿 固定桿位于觸點機構中間 固定 桿下接有發(fā)條 發(fā)條下接有電極 電極上部與觸點機 構的觸點碰觸 電極下端伸入水銀中 水 銀 限 位 裝 置 1 線 路 接入卷簾機驅(qū)動電機控制回路中 接觸器線圈 零 線 位 圖 5 因 接觸器線圈一進一出一火一零 因 此限位裝置安全不會發(fā)生電氣事故 2 2 防后翻控制裝置 2 2 1 防后翻控制設計 手動按下升起開 關 按 鈕 2 正轉(zhuǎn)交流接觸器 1 閉 合通電 電機正轉(zhuǎn) 棉被被卷起 水銀限位裝置因被 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 玻璃外殼 電極 水銀 b 玻璃管式 a 塑料外殼式 金屬 外 殼 水銀 電極 c 金屬外殼式 A 塑料外殼 電極 設 施 農(nóng) 業(yè) 36 新 疆農(nóng)機化 21 年第 1期 安裝在保溫被下方而跟隨保溫被一起卷起后被抬 起 抬起至一定角度后 使玻璃管內(nèi)部的兩側(cè)觸點機 構通過水銀導電而成連接狀態(tài) 或者變成水銀流向 玻璃管的另一端 導致電路斷開 正轉(zhuǎn)交流 接 觸 器 1 斷開停止供電 從 而使卷被機停止工作 實現(xiàn) 防 止 卷 被機后翻過度的目的 卷簾系統(tǒng)停止工作后 按 下 開 關 按 鈕 3 反轉(zhuǎn)交流接觸器 4 閉 合 通 電 電 機 反 轉(zhuǎn) 水銀限位裝置隨著棉被放下而恢復至原先的位置 其中的水銀因重力流向兩側(cè)觸點 機 構 而 后 恢 復 與 玻 璃管觸點機構的連接 按下卷簾機下降 按 鈕 4 后 卷 簾機開始自鎖下降 當卷簾機下壓下限位 5 時 電路 斷開失電 卷簾機無法再下降 整個電路設計可對卷 簾機起到保護作用 防止翻過頭和下降過低 圖5 卷簾機升降控制電路 2 2 2 防后翻裝置分布設計 進行限位布局安排時 限位裝置應安裝在日光溫 室拱桿的中間位置 不應與拱桿接觸造成水銀開關保護 盒 受 損 整個溫室防后翻限位裝置 1 和4 分 別 安 裝 于 溫 室 東 西 山 墻 內(nèi) 側(cè) 約0 5 1 m 處 東 西 方 向 以 防 止 當 卷簾機機頭上升時 由于阻力過大或外部天氣影響導致 卷簾機機頭上升速度慢于溫室東西山墻處的保溫被卷 筒速度 從而使東西兩側(cè)邊緣保溫被翻過溫室頂部 當 溫 室 長 度 低 于50m 時 可以考慮不安裝 圖6 限位裝置安裝分布圖 限位裝置 2 和 3 分別安裝在卷簾機兩側(cè)左右方 向 各 1 5 m 處 4 個限位裝置均安裝在距離溫室屋 脊 最 高 處 南 北 方 向 1 m 左右棉被內(nèi)側(cè)下方 安裝 于棉被內(nèi)側(cè) 可避免包括嚴寒天氣 風雪雨等外界惡 劣環(huán)境對裝置的破壞 增加裝置的可靠性 實 際 安 裝 尺寸及個數(shù)還因保溫被的 厚 薄 溫室的結構尺寸等 不同而有差別 3 應 用 效 果 限位裝置采用水銀電路組成 水銀凝固點為 39 在 嚴 寒 天 氣 30 下可正常工作 控制方面做到多臺卷簾機 可同時實現(xiàn)上卷下落 在操作效果方面安全可靠一鍵式減 少勞動力和時間 隨著時代的進步人工智能物聯(lián)網(wǎng)快速融 入各個行業(yè) 使用水銀限位開關可通過云平臺APP 直 接 對溫室卷被機構遠程控制 檢 測 和 監(jiān) 測 在解決因嚴寒天氣導致的保溫被變形 機械式裝置失 靈或卡死和電路控制元器件部分無法正常工作的問題過 程中 設計的限位裝置使用了該項專利技術 可長期使用 正常情況下不需要定期保養(yǎng)或維護 2016 年 2018 年 在 南 疆 阿 圖 什 市 東 經(jīng)76 1 北 緯39 7 2017 2019 年 在 北 疆烏魯木齊西山溫室基地 東經(jīng) 87 7 北 緯43 8 已 進 行 越冬季生產(chǎn)試驗 經(jīng)過 3年的生產(chǎn)實踐 安全性和可靠性 大 大 提 高 4 結 論 1 在實現(xiàn)溫室自動化管理的過程當中 無論是電 腦還是手機終端 都存在控制信號容易受到干擾或產(chǎn)生 延 時 現(xiàn) 象 14 這一點是制約溫室實現(xiàn)自動化 智能化管理 的關鍵節(jié)點 從目前的技術應用來看 這個現(xiàn)象普遍存 在 以 后 或 可 通 過5G 技術手段加以解決 但 是 在 北 方 嚴 寒地區(qū) 自動控制裝置諸如卷簾機限位機構 執(zhí)行電腦或 手機發(fā)出的信號指令時 可靠性和安全性仍存在許多問 題 而這一點對于實現(xiàn)溫室智能化和自動化管理顯得尤 為 重 要 2 卷簾機限位裝置應根據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境 溫室 結構特點等進行設計 對于基于水銀開關設計的限位裝 置來說 適用于氣候惡劣 冰雪較多的西北嚴寒地區(qū) 在 實際應用中應根據(jù)保溫被種類 防 水 質(zhì) 量 卷 被 后 的 卷 筒 大小 水銀開關數(shù)量及安放位置等差別來設定 但在其它 氣候下的運用效果及實用性如何 仍然有待于進一步的 驗 證 與 研 究 參 考 文 獻 1 丁 小 明 我國日光溫室卷簾機技術現(xiàn)狀分析 J 農(nóng) 機 化 研 究 2011 33 12 217 222 2 張 守 慶 日光溫室卷簾機跑偏原因與防跑偏措施 J 農(nóng) 業(yè) 機 械 2019 2 95 97 下轉(zhuǎn)第 42 頁 卷 被 電 機 控 制 SB 6 4 2 K M 1 K M 1 K M 1 K M 2 K M 2 K M 2 3 5 1 卷被機上升 卷被機落下 L N 設 施 農(nóng) 業(yè) 37 新 疆農(nóng)機化 21年第 1期 上接第 37 頁 3 丁 小 明 日光溫室卷簾機安全隱患分析和預防 J 農(nóng) 業(yè) 工 程 技 術 溫 室 園 藝 2011 2 22 24 4 崔 玉 祥 趙 亮 趙 慧 芳 潘 大 豐 楊 蕊 日光溫室卷簾機控制 技術現(xiàn)狀及發(fā)展研究 J 農(nóng)業(yè)技術與裝備 2019 4 50 51 5 馮 光 濤 由一起卷簾機致人死亡農(nóng)機事故引發(fā)的思考 J 中 國 農(nóng) 機 監(jiān) 理 2018 2 21 23 6 劉 凡 渝 電動卷簾機的安全操作與維修保養(yǎng) J 現(xiàn) 代 農(nóng) 機 2018 5 58 59 7 王 曦 日光節(jié)能溫室卷簾機定位關鍵技術研究 J 農(nóng) 產(chǎn) 品 加 工 2016 1 41 43 46 8 曹 海 俠 卷簾機在設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用及類型 J 現(xiàn) 代 農(nóng) 村 科 技 2016 23 70 9 石 建 業(yè) 羅 有 中 王 嬌 敏 石 剛 董 建 文 日光溫室卷簾機自動 控制技術研究與應用 J 中 國 農(nóng) 業(yè) 信 息 2017 8 77 79 10 張 麗 娟 基 于 PLC 的溫室大棚自動卷簾機控制系統(tǒng)設計 J 農(nóng) 業(yè) 機 械 2018 9 106 108 11 宗 相 令 武 博 昊 葛 會 娟 王 正 洋 基于單片機的大棚卷簾機控 制裝置 J 電子世界 2017 10 182 183 12 袁 永 偉 馬 躍 進 弋 景 剛 孔 德 剛 劉 江 濤 李 珊 珊 日 光 溫 室 無縫卷簾機的研制 J 農(nóng) 機 化 研 究 2017 39 6 140 144 13 帕 合 爾 鼎 阿 布 來 提 吳 樂 天 楊 會 民 吐 爾 遜 娜 依 熱 依 木 江 張 麗 JLL 1 5 型卷簾機溫光自動控制系統(tǒng)的設計 與 研 究 J 中國農(nóng)機化學報 2015 36 4 65 68 72 14 裴 雪 范 奧 華 劉 煥 宇 王 孝 龍 王 東 范 葉 滿 翟 長 遠 基 于 溫 光耦合的溫室卷簾機控制設備開發(fā) J 農(nóng) 機 化 研 究 2018 40 4 83 86 15 韓 廣 勛 劉 玫 蔬菜溫室保溫被自動收放系統(tǒng)的研究與開 發(fā) J 機 電 一 體 化 2011 17 2 44 46 70 16 孔 國 利 蘇 玉 日照溫室大棚自動卷簾機與智能通風控制 系 統(tǒng) 設 計 J 湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學 2015 54 24 6386 6388 6393 中型和聯(lián)合作業(yè)機具 以促進農(nóng)機裝備的升級換代 2 4 培育農(nóng)機合作社 促進新技術推廣 農(nóng)機專業(yè)合作社對農(nóng)機化新科技接受能力強 消 化吸收快 示范效應好 載體作用明顯 因 此 應 當 積 極 貫 徹 落 實 農(nóng) 民 專 業(yè) 合 作 社 法 等 相 關 法 律 引 導 扶 持 地區(qū)農(nóng)機專業(yè)合作社的快速發(fā)展 一 方 面 加 大 農(nóng) 機 專業(yè)合作社發(fā)展的政策資金扶持力度 積極爭取自治 區(qū)財政扶持農(nóng)機專業(yè)合作社發(fā)展建設項目資金 加大 農(nóng)機購置補貼資金向合作社的傾斜力度 另一方面指 導扶持合作社不斷完善基礎設施建設 強化內(nèi)部經(jīng)營 管理 解決合作社場庫棚建設等實際困難 促進農(nóng)機 服務組織發(fā)展壯大 快 速 發(fā) 展 3 加快和擴大新技術成果的轉(zhuǎn)化應用 從地區(qū)的棉花種植情況來看 棉花種植大 多 都 是 由小農(nóng)戶生產(chǎn)為主 棉花生產(chǎn)的標準化 規(guī)?；潭?還不高 難以實現(xiàn)機械化生產(chǎn)的低成本目標 生產(chǎn)企 業(yè)的研發(fā)能力不足 對棉花生產(chǎn)新技術成果的引進消 化比較滯后 另外 棉花全程機械化發(fā)展過程中的專 業(yè)技術人員更是嚴重匱乏 這些 都阻礙了棉花生產(chǎn) 全程機械化示范區(qū)的建設步伐 因此 如何加快和擴 大以棉花機采技術為核心的棉花全程機械化新技術 成果的轉(zhuǎn)化是急待解決的課題 3 1 加快棉花全程機械化新技術成果和裝備的引進 消 化 吸 收 創(chuàng) 新 加強農(nóng)機部門 科研院所 農(nóng)機企業(yè)和服務組 織 的橫向聯(lián)合與協(xié)作 協(xié)助農(nóng)機企業(yè)進行技術改造 增 強研發(fā)能力 積極爭取棉花生產(chǎn)科技研發(fā)項目 以 項 目為載體 推進棉花新技術成果的轉(zhuǎn)化應用 在示 范 區(qū)建設中組成聯(lián)合攻關組 集中對關鍵環(huán)節(jié)的生產(chǎn)技 術問題進行突破 爭取在節(jié)水灌溉 衛(wèi)星導航精量 播 種 殘膜回收 精細田管 棉花機采 清花加工等關 鍵 技術環(huán)節(jié)有重大突破性進展 3 2 加大農(nóng)機農(nóng)藝融合力度 促進農(nóng)機農(nóng)藝技術集成 目前 地區(qū)棉花種植品種和栽培模式的機采適用 性還有待提高 因此 應加強農(nóng)機 農(nóng)業(yè)部門的協(xié)調(diào) 配合 建立聯(lián)動機制 促進農(nóng)機農(nóng)藝融合技術成果 的 轉(zhuǎn) 化 應 用 積 極 引 導 農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)研究開發(fā)和生產(chǎn)農(nóng) 民 迫 切 需 要 與 現(xiàn) 行 農(nóng)作制度和農(nóng)藝規(guī)范相銜接的農(nóng) 機產(chǎn)品 建立農(nóng)機和農(nóng)藝科研單位協(xié)作攻關機制 對 農(nóng)機 棉藝中的重大技術問題進行研究 促進農(nóng)機 農(nóng) 藝技術集成和融合 3 3 做好農(nóng)機化標準及技術規(guī)程的制 修 訂 工 作 依 據(jù) 地 區(qū) 的 植 棉 特 點 應 加 快 制 修 訂 地 區(qū) 農(nóng) 藝 與農(nóng)機融合的棉花機采作業(yè)條件 機采作業(yè)規(guī)程等標 準 以促進地區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)的標準化生產(chǎn)和規(guī)范化 經(jīng) 營 實現(xiàn)節(jié)本增效的目標 管 理 服 務 42