溫室移動噴灌機(jī)關(guān)鍵部位研究進(jìn)展

高星星，張俊峰，曾凡琮，劉 海，龐雄斌，周 朝

(武漢市農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所，湖北武漢 430345)

溫室移動噴灌機(jī)關(guān)鍵部位研究進(jìn)展

高星星，張俊峰，曾凡琮，劉 海，龐雄斌，周 朝

(武漢市農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所，湖北武漢 430345)

近年來溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，溫室內(nèi)移動噴灌機(jī)市場隨之?dāng)U大。對國內(nèi)外溫室內(nèi)自走式移動噴灌機(jī)的軌道結(jié)構(gòu)形式、噴灌機(jī)供水方式、移跨裝置等關(guān)鍵部位的研究狀況進(jìn)行了表述，對各種結(jié)構(gòu)形式的特點進(jìn)行了比較，總結(jié)了目前溫室內(nèi)移動噴灌機(jī)的發(fā)展趨勢，為后續(xù)開展相關(guān)研究工作提供參考。

溫室；噴灌機(jī)；軌道；供水方式；移跨裝置

溫室內(nèi)移動式噴灌機(jī)，工作覆蓋面積大、噴灌均勻、智能化程度高、能充分發(fā)揮溫室種植面積，是一種較理想的溫室內(nèi)灌溉方式，其在蔬菜、花卉的工廠化育苗等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來，我國溫室種植面積逐年增長，因此，溫室移動式噴灌機(jī)具有很好的市場前景。目前市場上的溫室移動式噴灌機(jī)主要在軌道形式、供水方式和移跨裝置等主要部件上有所不同。

1 噴灌機(jī)的軌道形式

溫室內(nèi)移動式噴灌機(jī)多數(shù)為懸掛式支撐結(jié)構(gòu)，根據(jù)其支撐噴灌機(jī)主體運(yùn)行的軌道數(shù)量，可分為雙軌式噴灌機(jī)和單軌式噴灌機(jī)。雙軌式噴灌機(jī)是由兩根平行的軌道支撐噴灌機(jī)機(jī)體，機(jī)體在雙根軌道上來回移動噴灌，軌道布置在溫室內(nèi)需要噴在作物上方，通過連接桿與溫室的上部結(jié)構(gòu)連接一體固定。單軌式噴灌機(jī)是由單根軌道支撐噴灌機(jī)體來回噴灌作業(yè)的溫室內(nèi)灌溉設(shè)備。

注：1-吊桿；2-吊桿橫撐；3-C形吊鉤；4-圓形軌道；5-輸送水管；6-托輪。圖1 雙根圓形軌道固定示意圖

1.2 非圓形雙軌道 對應(yīng)圓形軌道形式，還有各種異型結(jié)構(gòu)。Cito和Julie[7]設(shè)計了一種方形軌道的移動噴灌機(jī)，軌道與小車的裝配關(guān)系如圖3所示。兩根平行的方形軌道固定在溫室上部，噴灌小車有4個滾輪與軌道接觸，滾輪在驅(qū)動軸的帶動下滾動，從而帶動整個噴灌設(shè)備移動，在小車的同一側(cè)軌道上設(shè)定了2個限位裝置⑤(圖3)，用以限制噴灌小車的左右方向上的位移。該種形式的軌道與小車輪之間的接觸面積較大，小車移動平穩(wěn)，噴灌小車可以設(shè)定比較高的移動速度，但軌道成本比圓形軌道高。

注：1-窄滾輪；2-帶座軸承；3-從動軸；4-控制箱；5-小車縱撐；6-寬滾輪；7-圓形軌道；8-噴灌主體；9-主動帶輪；10-皮帶；11-從動帶輪；12-減速電機(jī)；13-主動軸；14-中間縱撐；15-橫撐。圖2 雙軌式移動噴灌小車示意圖

Da Ros srl公司研制CI3型移動噴灌機(jī)，是一種凹槽型軌道，如圖4-a所示，兩根平行的凹槽軌道由鋁合金材料制造，重量較輕，噴灌小車由4個氨基甲酸乙酯橡膠滾支撐，滾輪在軌道凹槽內(nèi)移動。該種軌道可以保證噴灌小車具有非常平穩(wěn)的移動速度，噪聲小，小車移動速度可以設(shè)定的較高，但相對造價也較高。Urbinati Nursery公司生產(chǎn)的IRMO3型雙軌式噴灌機(jī)，其軌道形式如圖4-b所示，小車的4個滾動是內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)，軌道為方形，滾輪也能與軌道保持良好的接觸，小車移動平穩(wěn)，但軌道造價也相對較高。

注：1-滾輪；2-帶座軸承；3-軸；4-小車支架；5-限位裝置。圖3 方形軌道噴灌機(jī)體示意圖

注：1-軸；2-橡膠滾輪；3-軌道；4-噴灌機(jī)體。圖4 2種雙軌噴灌機(jī)軌道示意圖

注：1-噴灌小車箱體；2-滾輪；3-軸；4-圓形軌道。圖5 單軌式噴灌機(jī)軌道

注：1-滾輪；2-機(jī)體；3-軸；4-圓形軌道。圖6 自走式單軌噴灌機(jī)軌道及一組支撐滾輪

1.3 單根軌道 單軌式噴灌機(jī)由單根軌道支撐噴灌機(jī)噴灌作業(yè)，與雙軌式相比，噴灌機(jī)平衡性較難控制，但是因其只有一根軌道具有安裝過程更簡捷，材料更加節(jié)省，且占用溫室內(nèi)面積更少等特點，有很大的應(yīng)用前景。汪士尚等人[8]研制了一種單軌式的噴灌機(jī)，如圖5所示，軌道為圓形，小車滾輪為凹槽型，一方面可以與軌道充分接觸，同時還需要保證小車能平穩(wěn)運(yùn)行，小車由2個滾輪支撐，從其結(jié)構(gòu)上看，小車有左右搖晃的趨勢，平穩(wěn)欠佳，小車在軌道上容易側(cè)傾，如需要保證小車平穩(wěn)運(yùn)行還需要額外加防止小車側(cè)翻裝置。Gary等人[9]設(shè)計的一種單軌式噴灌機(jī)，2個滾輪支撐噴灌機(jī)在圓形軌道上移動，滾輪為凹圓弧形，但沒有設(shè)計防小車側(cè)翻的裝置。張躍峰等人[10]設(shè)計了一種自行走式單軌噴灌機(jī)。如圖6所示，噴灌移動小車由2組共8個滾輪支撐，8個滾輪與單根圓形軌道接觸，小車動力由其中一組軌道中的單側(cè)滾輪提供，由減速電機(jī)帶動。該種單軌式結(jié)構(gòu)的特點是小車通過自重自動對中，具有一定的行車穩(wěn)定性，但噴灌小車機(jī)體如果重心位置變動，會對小車的穩(wěn)定性造成影響，因此在穩(wěn)定性方面有一定局限性。David等人[11]設(shè)計了一種單軌式噴灌機(jī)。如圖7所示，軌道為圓形，噴灌小車由兩組共4個滾輪懸掛，4個滾輪僅起到支撐噴灌小車的作用，小車動力來源于軌道底部的驅(qū)動輪。該種軌道及小車結(jié)合方式相對比較平穩(wěn)，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，該設(shè)計者還提出如圖8-a、8-b所示的T型和工字型的軌道形式，也具有一定的可行性。Andrews等人[12]設(shè)計了一種方形的軌道的單軌噴灌機(jī)，如圖8-c所示，噴灌機(jī)由2個滾輪支撐，在方形軌道兩側(cè)有限位裝置。Urbinati Nursery公司生產(chǎn)的IRMO11型單軌式噴灌機(jī)為方形軌道結(jié)構(gòu)。MOSA公司生產(chǎn)的IO56-1R型單軌式噴灌機(jī)軌道形式，也是類似于方形結(jié)構(gòu)的軌道，其噴灌小車由兩對滾輪支撐，每對滾輪分別安裝在軌道的上方和下方，兩個滾輪將軌道夾在中間，小車移動具有較好的平穩(wěn)性。故單軌式噴灌機(jī)因考慮其平穩(wěn)性，軌道一般設(shè)計成非圓形軌道，如軌道是圓形結(jié)構(gòu)反而噴灌機(jī)整體結(jié)構(gòu)會更加復(fù)雜。

2 噴灌機(jī)的供水方式

2.1 端部供水 端部供水方式是指水源從噴灌機(jī)軌道端部開始供給。端部供水方式是較為常見的一種供水方式，容易實現(xiàn)，但是供水管會因為壓力損失[13]，管道長度不能過長，這也就限制了噴灌機(jī)的工作行程。Gary等人[9]設(shè)計的單軌式噴灌機(jī)采用端部供水方式，如圖9所示，其供水管道⑥設(shè)置在溫室的一側(cè)，靠近噴灌機(jī)軌道⑧的起始端，供水主管⑥上面裝有特制的閥門⑤，當(dāng)移跨小車②行走到工作位置后，閥門⑤和噴灌小車的軟管⑨連接上，需要進(jìn)行噴灌作業(yè)時，閥門⑤被開啟，噴灌水源從噴灌機(jī)軌道⑧的起始端開始供水。Gary等人設(shè)計的這種端部供水方式，在噴灌小車的下部有一個卷揚(yáng)裝置，供水軟管一圈一圈的全部卷在這個卷揚(yáng)裝置的中心軸上，供水軟管的一端連接到供水閥門，另一端連接到噴灌機(jī)噴頭。當(dāng)小車前進(jìn)或后退的移動噴灌過程中，卷揚(yáng)裝置隨驅(qū)動電機(jī)一起驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行釋放或者收卷供水軟管，電機(jī)的電源線設(shè)置在供水軟管的內(nèi)部。張躍峰等人[14-15]設(shè)計的端部供水式噴灌機(jī)，其供水軟管通過懸掛的吊鉤固定，吊鉤上有滾輪可以在噴灌機(jī)軌道上來回移動，從而使供水軟管隨著噴灌機(jī)的移動而移動。很顯然，在噴灌機(jī)底部卷揚(yáng)供水軟管結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而將供水軟管用吊鉤懸掛在噴灌軌道上，隨噴灌機(jī)一起移動噴灌更容易實現(xiàn)。因此，目前市面上的端部供水式噴灌機(jī)的供水軟管多是懸掛在噴灌軌道上的。

注：1-滾輪；2-圓形軌道；3-軸臂；4-減速電機(jī)；5-驅(qū)動輪；6-驅(qū)動軸；7-箱體。圖7 單軌式噴灌機(jī)軌道及支撐輪示意圖

注：1-T型軌道；2-滾輪；3-工字型軌道；4-限位裝置；5-驅(qū)動輪；6-方向軌道。圖8 幾種單軌結(jié)構(gòu)

注：1-移跨軌道；2-移跨小車；3-溫室墻壁；4-噴灌小車；5-單向閥門；6-供水主管道；7-苗床；8-噴灌機(jī)軌道；9-供水軟管。圖9 端部供水方式

注：1-噴灌機(jī)軌道；2-噴灌小車；3-供水軟管；4-導(dǎo)向滾輪；5-托盤小車；6-固定裝置；7，11-定滑輪；8，9-定滑輪；10-鋼絲繩。圖10 中部供水方式

3 噴灌機(jī)跨間轉(zhuǎn)移裝置

噴灌機(jī)的跨間轉(zhuǎn)移裝置，能使噴灌機(jī)從一個工作軌道轉(zhuǎn)移到另外一個軌道上工作，可使單臺噴灌機(jī)具有更大的噴灌作業(yè)面積。Gary等人[9]設(shè)計的單軌可移跨式噴灌機(jī)，如圖9所示，其移跨裝置為移跨小車②，移跨小車②在移跨軌道①上運(yùn)動，移跨軌道①與噴灌機(jī)軌道⑧互相垂直布置，且移跨軌道①在噴灌機(jī)軌道⑧的上部，當(dāng)噴灌小車完成一跨的噴灌作業(yè)后，行走到軌道⑧的起始端，并繼續(xù)移動到移跨小車底部與噴灌軌道對齊的一截軌道上停止，移跨小車開始沿著移跨軌道運(yùn)行到下一噴灌軌道位置停止，噴灌機(jī)脫離移跨小車到噴灌軌道上作業(yè)。整個過程主要由機(jī)械原理控制自動進(jìn)行。卓杰強(qiáng)和卜云龍等人設(shè)計[18-20]的一種雙軌式可移跨式噴灌機(jī)，其工作原理與上述類似，其特點是噴灌軌道和移跨軌道都是雙軌道式結(jié)構(gòu)，且其設(shè)備上安裝有多種電子傳感設(shè)備，進(jìn)行自動控制作業(yè)，具有較高的智能性。

4 總結(jié)

溫室內(nèi)移動噴灌機(jī)隨著溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其市場前景越來越好。自走式移動噴灌機(jī)技術(shù)水平也逐漸成熟，但是智能移動式噴灌機(jī)的制造安裝維護(hù)成本、單臺噴灌機(jī)作業(yè)行程與覆蓋面積依然是滯礙其大面積推廣的瓶頸。因此，開發(fā)成本較低的單軌式、高效率的可進(jìn)行跨間轉(zhuǎn)移的噴灌機(jī)，是未來溫室內(nèi)移動噴灌機(jī)發(fā)展的一個方向。

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Research Progress in the Key Parts of the Greenhouse Mobile Irrigation Machines

GAO Xing-xing et al

(Wuhan Institute of Agricultural Machinery, Wuhan Academy of Agricultural Science & Technology, Wuhan, Hubei 430345)

As the greenhouse industry developed rapidly in recent years, the greenhouse moving sprinkler has broad prospects. In this paper, the key parts of the self-propelled mobile greenhouse irrigation machines, such as the form of track structure, water supply mode, transfer across devices were reviewed, the characteristics of the various structural forms were described, the current greenhouse development trend of mobile irrigation machine was summarized, which will provide a reference for subsequent relevant research work.

Greenhouse; Irrigation machine; Track; Water supply mode; Transfer across devices

武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院人才項目(編號:YC201401)。

高星星(1985-)，男，湖北武漢人，工程師，碩士，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械工程研究。

2014-04-17

S 23

A

0517-6611(2014)15-04934-04