玻璃溫室棚頂清洗機設計

孔維蓉++何培祥++李博++徐丹

摘要：玻璃溫室棚頂易受灰塵、微生物等污染，人為清洗困難，而市面上缺乏相應的清洗設備，針對此現狀設計了一種可遙控的玻璃溫室棚頂清洗機。該清洗機由電機驅動的行走機構、可旋轉的毛刷、水泵等構成，通過遙控器可使其在玻璃溫室棚頂前進、后退、噴水清洗，以保證溫室大棚的透光率，提高室內農作物的產量，具有很好的實用價值，對我國設施農業溫室栽培的發展具有重要意義。

關鍵詞：玻璃溫室；大棚清洗機；設施農業；透光率；產量

中圖分類號： S220.2 文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0429-02

為緩解我國副食品供應偏緊的矛盾，我國農業部于1988年提出“菜籃子工程”；1995年，新一輪“菜籃子工程”提出大力實施“設施化、多產化、規模化”三化政策，“設施化”是大棚化，“多產化”是種植多種新品種蔬菜，“規模化”是大批量種植[1]。三化政策的提出使溫室大棚種植技術在我國各地迅速發展，如今我國溫室大棚總建筑面積超過200萬hm2，居世界前列[2]。蔬菜、花卉等農作物的種植具有季節性、地理區域性，受氣候、海拔、溫度、濕度的影響，大棚栽培有效解決了此問題，大棚可以收集光照，人為控制溫度、濕度等以滿足作物光合作用的需求，從而提高作物的生長速度和產量，是農民脫貧致富的重要手段，也是現代化農業的重要組成部分[3]。溫室大棚主要有玻璃溫室和塑料薄膜溫室大棚，相比之下玻璃溫室的保溫性、透光性、設施控制性更好，其結構穩固，壽命一般為10～20年，透光率為80%～90%，室內光照均勻，其缺點是成本較高，因此多用于科研或高標準種植，尤以花卉種植、育種育苗中應用最多[4]。玻璃溫室可人為模擬作物生長的最佳環境，而溫室內的光照狀況決定溫度、濕度等諸多因子，是影響溫室生產力的重要因素，因此溫室大棚的透光率直接影響作物的生長[5]。受自然環境影響，玻璃溫室頂棚常被灰塵污染，并有微生物繁殖形成的苔蘚等附著其上，且不易被自然降雨沖掉，使溫室內照度明顯下降，并使氣溫、地溫上升，嚴重影響植物的光合作用及生長發育，導致作物減產，經濟效益降低[6-7]。玻璃溫室大棚是使用壽命較長、制造成本較高的農業設施，須每年對大棚棚頂進行清潔以保證透光率，使其能夠正常使用。而大棚頂部沒有牢固的搭接結構供清潔人員著力，使清潔費時費力且有較高的危險性，若工具使用不當則易損壞大棚，使農民蒙受額外的經濟損失[8-9]。目前市面上的玻璃溫室棚頂清洗設備較少，且已有設備的工作效率、自動化程度均較低，并受許多使用條件的限制，因此急需一種高效、高自動化的玻璃溫室棚頂清洗設備。

1 機械結構與工作原理

為降低成本并提高經濟效益，種植業、養殖業的發展逐漸規模化。常見的玻璃溫室主要是大型連棟式雙屋脊型，此溫室節省占地面積且規模效益好，本研究所設計的大棚棚頂清洗機主要用于該類玻璃溫室，清洗機的整體機械結構及工作示意見圖1。

玻璃溫室棚頂清洗機由放置在大棚棚頂兩側的清潔裝置構成。清潔裝置包括主懸架，主懸架的前方固定有毛刷輥，毛刷輥由清洗電機經傳動皮帶驅動旋轉，毛刷輥前、后兩側設有帶噴頭的噴水管，前、后噴水管分別起濕潤、清洗的作用，2個噴水管與供水的水泵和濾水器連接，濾水器放置在大棚天溝里。在噴水管支撐桿的前端設有端部傳感器，用于檢測清洗機是否走到大棚端部。主懸架的后方固定有行走大輪，行走大輪通過行走電機經傳動皮帶驅動，控制整個清潔裝置的前進和后退，主懸架左、右各固定有輔助小輪，起輔助行走的作用。大棚屋脊兩側的清洗裝置用鉸鏈連接。

工作時先將大棚天溝的下水道堵起，天溝蓄滿水后起動清洗機，水泵和濾水器從天溝里抽水并輸送給噴水管，蓄電池的低壓直流電源通過電源線為行走電機、清洗電機供電，驅動行走大輪和毛刷輥轉動起來，行走大輪慢速推進清洗裝置，毛刷輥以合適的高速度旋轉，有效清洗溫室大棚棚頂上的灰塵、青苔等附著物[10-12]。

2控制系統總體設計

2.1控制系統原理

玻璃溫室棚頂清洗機控制系統的主要功能是：控制器根據遙控器發出的信號，控制清洗機在棚頂前進、后退、停止，并自動進行清洗。控制系統的總體結構以單片機為核心，對各輸入量進行分析，并輸出相應信號控制電機和水泵工作[13-14]（圖2）。

2.2控制系統軟件設計

清洗機采用遙控控制，遙控器向單片機輸出不同的控制

信號，經單片機分析后對各電機進行精確控制，確保清洗機的準確運行。控制系統的主程序、行走子程序流程見圖3、圖4。

首先對單片機各模塊進行初始化設置，判定起動清洗機后，檢測電池容量是否大于設定值，以保證電量可維持清洗機至少清洗溫室大棚的一個縱向長度，若電量不足則發出報警信號，電量充足則開始行走。行走前先對遙控器發來的信號進行判定，前進、后退信號相應地控制電機正傳、反轉。行走過程中隨時檢測端部傳感器的信號，若有端部信號傳來則表明清洗機走到大棚最末端，電機和水泵立即停止。清洗過程中，若控制人員發出停止信號，則清洗機的電機和水泵立即停止，保證清洗機的準確運行[15-17]。

3結論

設計的玻璃溫室棚頂清洗機可在人員的遙控下對溫室大棚棚頂進行清洗，其自動化程度、工作效率均較高，能夠保證溫室大棚的透光率，提高作物產量，有效解決人為清洗大棚困難、效率低的問題。該清洗機不僅用于玻璃溫室，對于雙屋脊型板材材質的溫室大棚同樣適用，具有很好的實用價值，對我國設施農業溫室大棚栽培的發展具有重要意義。

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