磁力轮式塑料大棚清洗装置的设计-农业工程学报.doc

磁力轮式塑料大棚清洗装置的设计与试验 何培祥1，汪 洋1，何家成1，梁永江2 西南大学工程技术学院，重庆400716；2.贵州省烟草公司遵义市公司，遵义563000） 摘 要：针对塑料大棚清洗困难的问题，设计了一种磁力轮式塑料大棚清洗装置。该装置主要由磁力轮式行走机构和毛刷清洗机构组成，其核心部件分别为磁力轮、行走电机、毛刷和清洗电机。工作时，由行走电机驱动磁力轮靠磁力吸附在大棚钢制骨架上行走，并由清洗电机驱动毛刷进行清洗工作。通过对磁力轮磁力、装置驱动力及其行走速度的设计计算，使装置能在骨架间距1 m，跨度达8 m，脊高达4.7 m的拱形连栋钢架塑料大棚上安全可靠地工作。试验结果与分析表明，大棚透光率由清洗前的49%提高至89%；磁力轮行走机构最小驱动力69 N，满足行走要求；清洗装置平均工作效率6.6 m2/min；清洗时最佳用水量为1.2 L/min。该研究解决了塑料大棚清洗难题，延长了大棚使用寿命，增加了大棚维护安全性。 关键词：温室；机械化；设计；磁力轮；塑料大棚；清洗装置；透光率；驱动力 中图分类号：S224.9；S237 文献标志码：A 文章编号： 何培祥，汪洋，何家成，梁永江. 磁力轮式塑料大棚清洗装置的设计[J].农业工程学报， He Peixiang, Wang Yang, He Jiacheng, Liang Yongjiang. Design and experiment of a cleaning device with magnetic wheels for plastic greenhouses [J]. Transactions of Chinese Society of Agricultural Engineering ( Transactions of CSAE) , 0 引 言 塑料大棚技术是中国设施种植业的主要方式，并被大面积推广[1-3]。由于自然环境的影响，大棚薄膜上往往被覆盖大量灰尘并滋生苔藓等杂物，使大棚透光率明显下降，导致大棚生产力水平降低[4-7]。由于大棚薄膜的使用面积大，更换起来费时费力，因此需要对大棚薄膜进行清洗，保证其透光率和正常使用。( 目前国内外针对塑料大棚清洗设备的研究不多。欧美一些国家（如美国、荷兰、西班牙等）和日本在玻璃幕墙清洗方面涉足较早，清洗设备利用真空或负压吸附技术吸附在玻璃壁面上，使用毛刷和刮板实现清洁功能。荷兰研发出一种拱形全自动和半自动温室棚顶清洗机[8]，该清洗机在电机驱动下行走于棚顶天沟，并由清洗机两侧的毛刷进行高效率清洗工作。由于中国南方塑料大棚有遮阳棚，并且天沟中有立柱，因此该清洗机无法在天沟中行走，在中国南方并不适用。以色列设计了一款干燥式温室棚顶清洁机[9]，利用旋转毛刷使温室棚顶灰尘等附着物脱离，再用吸尘器原理的机构将杂物吸走。该清洁机目前处于试验阶段，清洁效果一般。尼日利亚设计出一款可伸缩、手持式、带喷水、可旋转的毛刷清洗器[10]，其结构简单，操作简便，但自动化程度低。在国内，大棚清洗主要依靠水流冲刷[11-12]、毛刷等清扫[13-14]和真空或负压吸附[14]。目前水流冲刷用水量大，不经济环保；毛刷等清扫不彻底，难以清洗到棚顶，特别是对于大型连栋塑料大棚不适用；真空或负压吸附价格贵仓尘小。因此，国内塑料大棚仍主要以人工清洗为主，而人工清洗费时费力，且不安全。 磁力吸附技术的研究相较于成熟，例如在爬壁机器人[15-17]的应用上已很广泛，但未见其应用于塑料大棚清洗设备。因此，本文针对塑料大棚清洗困难的问题，设计一种轻便高效的磁力轮式塑料大棚清洗装置，以期解决塑料大棚清洗难题，增加清洗安全性和提高塑料大棚经济效益。 1 装置结构和工作原理 1.1装置结构 本文设计的磁力轮式塑料大棚清洗装置包括行走机构和清洗机构，结构示意图如图1所示，现场清洗图如图2所示。行走机构主要由磁力轮、行走电机和机架等组成。行走电机经同步带传动，从而驱动磁力轮旋转，为整个装置提供驱动力。清洗机构主要由毛刷、清洗电机、供水管和支架等组成，再通过连接件安装在行走机构的机架上。毛刷使用柔性材料，安装时采用平行四边形机构与机架相连[18]。 1.机架 2.磁力轮 3.从动轮 4.同步带 5.供水管 6.主动轮 7.行走电机 8.平行四边形机构 9.清洗电机 10.毛刷 1.Frame 2.Manetic wheel 3.Drive pulley 4.Synchronous belt 5.Water supply pipe 6.Drive pulley 7.Walking motor 8.Parallelogram mechanism 9.Cleaning motor 10.Brush 图1 清洗装置结构示意图 Fig.1 Struc