溫室大棚卷簾機力學分析*

車小偉

（天水師范學院機電與汽車工程學院，甘肅 天水 741000）

溫室大棚為人類提供了新鮮的食材，滿足了人民生活的需要，提高了土地種植的收益，因而在全國各地得到了大量的使用[1]。為了得到保溫效果，采用在塑料大棚或者玻璃大棚的采光面覆蓋保溫被方式以減弱熱量的散發，從而將白天日光照射得到的熱量保存。溫室大棚保溫被使用卷簾機作業大大減輕農民勞動強度，因而電動卷簾機得到了廣泛使用。在卷簾機實際使用中，經常出現卷簾機卷軸斷裂、減速器齒輪折斷等現象，尤其在溫度較低的冬天更易發生，究其原因主要是保溫被在吸水或結冰后質量明顯增大，導致電動卷簾機負載超過額定負荷，從而導致機械失效情況發生。國內大量學者研究了卷簾機設計及卷簾機運行過程受力情況分析，如劉剛等設計了卷簾機機械本體[1]；孫昊等通過實驗的方法測量了卷簾機的載荷，但對卷簾機負載沒有采用適當的模型計算。因此，本文對溫室大棚卷簾機系統進行建模分析，計算出不同狀態下最大拉力值與最大扭矩值，從而為卷簾機設計或選型提供基本理論依據。

1 結構及工作原理

溫室大棚卷簾機根據電動機位置不同，可分為后置卷繩上拉式卷簾機和棚面自走式卷簾機兩大類[2]；棚面自走式卷簾機又可分為側置卷軸上推式卷簾機和側置卷軸上推式兩類。其中，側置卷軸上推式卷簾機因其占用面積少、結構簡單、成本低等優點被大量用于大棚長度較小的場合，但其容易發生卷軸斷裂或減速器傳動齒輪失效的情況。側置卷軸上推式卷簾機的結構如圖1 所示，該裝置主要由電動機、減速器、卷軸、支撐桿等構成。其中，卷軸通過減速器與電動機連接，支撐桿1 下端鉸接于地面，形成轉動副，另一端插入支撐桿2 構成移動副。減速器常采用減速比大、質量小，結構緊湊并具有自鎖功能減速器，如蝸輪蝸桿轉動減速器，以防止在斷電或意外停機的情況下卷軸與保溫被在重力作用下向下滑動發生意外事故。為了降低卷簾機生產成本，支撐桿1、支撐桿2 以及卷軸均采用價格低廉的普通鋼管制成。工作時，如果電機正轉，帶動卷軸逆時針轉動，將已展開的保溫被卷至卷軸上，同時卷軸向上運動，實現保溫被收納；反之，電機反轉，卷軸向下運動，實現保溫被鋪開作業。

圖1 側置式溫室大棚卷簾機示意圖

2 力學分析

2.1 模型建立

溫室大棚在不同工況下，其受力情況不同，而當保溫被吸水后其質量將明顯增加，也是在這種情況下容易出現機械傳動裝置失效現象，因此，本文只研究保溫被吸水后受力情況。為了進行力學分析，需要對大棚結構進行簡化，現做基本假設：將溫室大棚斷面近似為四分之一橢圓面；卷軸為剛性軸，并且在工作過程中沒有跑偏現象，即卷軸垂直于斷面運動；載荷為均布載荷，均勻分布于軸上。

（3）論文請用A4紙打印，并請提供電子版（發送電子郵件,郵件名稱請標注“2019年第二屆微生物制劑在釀酒生產中的應用技術論文”投稿）；

圖2 模型示意圖

根據上述基于假設，在軸的某一剖面建立直角坐標系進行分析，其中橢圓的參數方程為

L為大棚長度；

b為橢圓短軸長度，單位為m，對應于大棚的高度；

結合交叉學科 水文學及水資源（高校本科專業一般稱為水文與水資源工程專業）是水利工程一級學科下的二級學科，內容主要包括水文、水資源、水生態和水環境四大方面。在很多知識點上，如土壤水文、蒸散發計算、水環境監測與分析、流域產匯流計算等，與土壤學、農業水土工程、資源環境科學、系統工程等存在交叉研究。同時，隨著科技的進步，水文研究方法也在不斷擴展，遙感水文也是現代水文學的一個重要方面，采用遙感手段和地理信息系統進行水文監測與分析也是一項基本技能。為此，可以設計部分學科交叉的內容供有興趣進行拓展訓練的學生選擇，一般建議結合指導教師所從事的生產、科研項目進行自由選題。

由于蘆埠港河重新通航，原來確定的采砂船舶集中停泊點已不適合繼續使用。經報請市政府批準后，確定將采砂船舶集中停泊點位置移到蘆埠港閘北200 m處，并重新豎立標志牌。在新確定的停泊點加裝監控設備，以便隨時了解停泊情況。如采砂船只不經許可擅自離開，監控設備錄像資料可作為證據材料。制訂《采砂船舶集中停泊點管理制度》，加強對采砂船的統一管理。定期召開江陰籍采砂船主座談會，不斷開展說服教育工作，盡可能勸誡江陰籍采砂船主改行從事其他合法經營活動。

T為橢圓參數方程的參變量。

Lt為已卷起大棚 的長度：

式中：m0為卷簾機在低部時總質量；

ρ為保溫被干密度；

(2)混凝土養護時間不足。軌枕養護時間不足會導致脫模強度不滿足規范要求，從而導致軌枕擋肩出現裂紋。但軌枕脫膜前均需試驗室下發脫模通知單，待脫模強度達到要求后方可進行脫模作業，不存在養護時間不足的情況。

μ為保溫被吸水率，定義為（濕重量-干重量）/干重量*100%[3]；

式中：a為橢圓長軸長度，單位為m，對應于大棚的寬度；

H為保溫被厚度；

入冬了，來暖氣了。回想起以前那個零食不如現在豐富的年代，家里大人放在暖氣上烘烤的蘋果干、山楂干、地瓜干和胡蘿卜干等，就成了孩子們的零食。在暖氣旁邊玩邊吃，也成了多少人的童年回憶。其實除了它們，暖氣還能做出各種各樣好吃的。

對于任一點，其卷軸上質量m為

側面兩支撐桿之間為移動副連接，其底部鉸接于地面支座，所以其主要起限位作用，受力很小，可忽略不計。由于大棚卷簾機整個工作過程為5～10 min，其運行平穩，運行過程中加速度小，忽略慣性力影響[4]，則其切線斜率k 為

因此，保溫被拉力與水平線夾角計算公式為：

2.2 受力分析

將卷簾機、卷軸及已纏繞至卷軸上的保溫被當成一整體，其作為一個整體，卷軸在保溫被拉力Ft、大棚表面支撐力Fn和重力G以及電動機轉矩TM作用下力學平衡，建立力學平衡方程得：

①素填土層，呈松散狀，壓縮性高，承載力較低，分布較均勻，未經過處理，不能直接作為擬建建筑物的天然地基淺基礎的持力層；

式中，R為拉力Ft至重心的距離，因保溫被螺旋形纏繞于卷軸上，為了將問題簡化，將其截面近似為圓，則其半徑為

將（1）～（6）式聯合求解得出拉力、扭矩計算方程：

橘紅是被迫走的，她并不想離開濱湖。楊琳說，橘紅和她分手告別時，流了眼淚。何牦只要站在臨湖廣場這個昔日的碼頭上，仿佛就看了橘紅流著兩串長長的淚水，依依不舍走向四層客輪。濱湖是她的傷心之地，為何還這樣依依不舍？對濱湖她有什么不舍？一定是為了他，為了他這個不爭氣的膽小男人。橘紅早預料到這一走難能相見。

3 編程計算

3.1 程序編寫

分別求出Ft與TM的最大值用于大棚設計校核，而Lt計算表達式中積分無解析解，因而無法用解析法求最大值，本文使用MATLAB 軟件編程進行數值計算方法求最大值。MATLAB程序主要部分如下。

t=0:0.01:pi/2;

s=size(t)

A0=pi*d*d/4;

ft=inline((a*a*sin(tao)*sin(tao)+b*b*cos(tao)*cos(tao))^0.5)

for N=1:s(2)

當學生學習了一些英語流行歌曲，初步建立起了記憶曲庫之后，教師可以在適當的時候，播放一些學過的歌曲的片段，讓學生猜出其歌名，說出其演唱歌手。還可以在推薦學生進行泛聽的曲目里選擇一些歌曲片段，采取搶答游戲的形式，讓學生識別其歌名，檢驗其學習效果，活躍課堂氣氛。

Lt(N)=quad(ft，0，t(N));

其次，要敢于擔當，善于擔當。要將人民擁護不擁護、贊成不贊成、高興不高興、答應不答應作為工作的出發點和落腳點。習近平總書記號召各級領導干部要學習焦裕祿“敢叫日月換新天”的精神，始終做到心中有黨、心中有民、心中有責、心中有戒。黨的十九大給我們制定了任務書、路線圖和時間表，我們要不忘初心、牢記使命，將實現個人夢想與實現國家的發展戰略同頻，用奮斗書寫歷史，用奮斗書寫幸福。

end

thetat=pi+atan(K)

(4)常見的管道連接方式有3種：①絲扣連接；②法蘭連接；③卡箍連接。選擇配件時，其接口應當與管道的連接方式相匹配，特殊情況下可采用相應的轉換管件，例如將絲扣連接轉為法蘭連接的管件。

K=-b/a*cot(t)

mt=m0+miu*rho*L*h*Lt

G=mt*g

syms tao

R=((A0+h*Lt)/pi).^0.5

Ft=G.*sin(thetat)

T=Ft.*R

3.2 計算結果分析

本文選用現在較為常用的針刺氈保溫被為例計算，其吸水率因不同的環境有差異，在下雨和下雪情況下，1 h 內其吸水率約為127%、108%[5]，而在溫度較低有結冰現象時，其吸水率更高，約為200%[6]。因此，本文分別以吸水率μ為0%（完全干燥），100%（下雨或下雪），200%（結冰）分別計算，計算過程主要參數如表1所示。

表1 計算所用主要參數取值及意義

通過運行計算程序，得出干、濕、結冰三種情況下卷簾機在不同位置對應的拉力及電機扭矩曲線，如圖3所示。

由計算結果可知。

1）對于側置棚面自走式卷簾機，其保溫被拉力及電動機負載扭矩都由小變大再變小，在中部出現最大值，與文獻1的實際測量結果一致。

公路工程項目施工周期長、涉及范圍廣、資金回籠慢，施工工種眾多，這無形中增加了公路工程全過程造價管理難度。PPP模式下，私人投資者最為關注的是投資收益，對投資估算的要求更加精確，所以，建設方案既要適應宏觀政策，更要讓私人投資者滿意于項目風險的控制。PPP模式下公路工程施工成本如果根據定額等標準計算，則會高出常規的施工成本[2]，因為定額中并不包含新工藝、新技術等成本。

2）不同吸水率μ對應的卷簾機受力情況差異較大，μ分別取1、2、3時，對應的最大拉力依次為2.277 5 kN、3.326 5 kN、4.3769 kN，μ越大，相同位置對應的拉力值越大，μ=3 時的最大拉力是μ=1時的1.92倍，相差較大。

圖3 不同吸水率對應的拉力及扭矩曲線

3）不同吸水率μ對應的最大拉力出現位置不同，μ分別取1、2、3 時，對應的最大拉力對應角度依次為42.971 8°，44.117 8°，44.690 7°，但相差較小。

4）同一吸水率μ對應的最大拉力與最大扭矩出現位置不同，如μ=1 時，最大拉力對應角度為42.97°，而最大扭矩對應角度為57.30°，相差較大。

4 結論

本文通過對溫室大棚卷簾機的受力情況建立數學模型并使用MATLAB 編程計算不同吸水率對應的保溫被受力及卷軸受力情況，通過計算可知，同一吸水率情況下最大扭矩與最大拉力出現位置不同，不吸水率對應的拉力與扭矩差異較明顯，因此，為分析不同吸水率對應的保溫被受力及卷軸受力，為溫室大棚卷簾機設計與選型奠定了基礎。雖然本文是將溫室大棚斷面近似為四分之一橢圓得出，但是對不同形狀的大棚分析過程相似，所以計算結果具有一定的參考價值。