温室棚顶清洗机的研究进展.pdf

2022 年 31 期技术 应用 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 温室棚顶清洗机的研究进展 杨臻昊 尹海燕 温州大学 机电工程学院 浙江 温州 325000 温室分为玻璃温室 塑料薄膜温室和PC阳光板温 室 其中塑料薄膜温室面积高达292万hm 2 占比为 63 5 亚洲国家所占的面积最大 据 2022 2028年中 国温室大棚行业发展现状调查及市场分析预测报告 中 国温室大棚以塑料大棚为主 占比高达65 4 我国南方 地区主要使用的是塑料大棚 长时间使用后 大棚薄膜上 经常会覆盖有灰尘 并滋生苔藓 致使大棚的透光率下 降 影响大棚内作物的健康生长 并导致温室大棚的产量 过低 无法实现应有的经济效益和社会效益 因此 有必 要定期清洗大棚棚顶 恢复薄膜透光率 进而提高作物的 产量 国内现在的主流清洗方式仍是人工清洗 但温室大 棚的跨度大且高度高 人工清洗存在一定的困难 同时也 存在不小的安全隐患 温室大棚棚顶清洗机的出现 普及 和应用可以显著提高清洗效率 并有效减少甚至消除人 工清洗时存在的各类安全隐患 此外 温室大棚棚顶清洗 机也是温室配套自动化技术的发展趋势之一 1 国外研究现状 20世纪60年代以来 在温室和大棚建设及管理方 面 一些发达国家开始发展设施农业建设 各自具有独立 的特色和经验 荷兰是设施园艺最发达的国家 其温室自 动化程度高 广泛地应用了工业自动化控制技术 温室顶 面清洗全部采用自动化机械清洗 清洗机将以天沟作为 轨道 高压水作为清洗水 利用毛刷可以高效地将温室表 面的灰尘清洗干净 该类清洗机在荷兰乃至欧洲各国被 广泛使用 其相关技术在已较为成熟 荷兰的温室棚顶清 洗机主要分为2种结构形式 一种是机械结构为 人 字 型 一种是 Y 字型清洗机 该类清洗机清洗效果好 效率 高 但是设备比较笨重 需要配套横向移动装置或者大型 起吊设备才能使用 不适合有遮阳网的中国南方的大棚 清洁 如图1 图2所示 图1 Y 字型清洗机 以色列的温室设备材料 滴灌技术和种植技术均属 世界一流 利用尼龙旋转毛刷使温室棚顶灰尘等附着物 与棚顶脱离 再用真空吸尘原理的机构将杂物吸进集尘 箱 整机悬挂在一个桥式的机架上 机架安装在温室旁的 坡道上 该清洁机不具有适用性 若要清洗不同尺寸规格 摘 要 温室大棚的定期清洗 可以提高植物光合作用 进而提高温室内作物产量 该文阐述国内外大棚清洗机的发展 现状 为研发适合我国南方的大棚清洗机的结构设计及创新提供技术支持 关键词 温室大棚 清洗机 透光率 结构设计 研究现状 中图分类号 S625 文献标志码 A 文章编号 2095 2945 2022 31 0154 04 Abstract Regular cleaning of greenhouse can improve plant photosynthesis and then increase crop yield in greenhouse This paper describes the development status of greenhouse cleaning machine at home and abroad and provides technical support for the structural design and innovation of greenhouse cleaning machine suitable for the south of our country Keywords greenhouse cleaning machine light transmittance structure design research status 基金项目 国家级创新训练项目 202110351046 浙江省大学生科技创新活动计划 2021 新苗人才计划 2021R429036 温州市科 技计划项目 N2020001 通信作者 尹海燕 1970 女 博士 副教授 研究方向为智能设施与农业装备 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 154 技术 应用 科技创新与应用 Technology Innovation and Application2022年 31期 的温室 需要制作不同尺寸的连接桥臂 整机体积较大 加工成本较高 不适用于我国有遮阳网的塑料温室的清 洗 此外其清洗效果并未得到验证 土耳其研究设计了一种可用于温室屋顶玻璃清洁的 四足四轮移动机器人 如图3所示 该机器人由4条腿和 4个轮子组成 其中 4个轮子用于驱动机器人 使其能够 沿着固定的轨道进行横向移动 在机器人清洁完毕其所 在轨道所对应的玻璃温室部分时 机器人可以利用4条 腿 使机器人从一条轨道跨到另一条轨道上 从而实现轨 道之间的切换 进而实现机器人在整个大棚上的自动化 移动 该机器人使用旋转毛刷和从外部接入机器人的水 清洗玻璃 机器人的运动部分和清洗装置部分都由电动 机驱动的 电能则由连接到电网的电缆提供 该清洁机器 人适用于支架外露的玻璃温室的清洗 且电能消耗较大 其仍处于实验状态 清洗效果尚不可知 图2 人 字型清洗机 图3 四足四轮移动机器人 2 国内研究现状 与荷兰 以色列等国家的自动化 集约化的连栋温室 清洗装置不同 中国温室顶棚大部分仍由人工进行清洗 因此 中国的温室自动化配套清洗装置有着不同于其他 国家的独特的发展道路 适用于我国的温室清洗装置也 与发达国家有较大的不同 2014年 徐州市泰瑞农业科技有限公司发明了一种 导轨式塑料温室清洗机 首先要在温室主体上架设可供 移动支架行走的导轨 水泵将储水罐中的水加压后从一 排喷头中喷出 依靠水压的冲击达到冲刷棚膜上尘屑的 目的 该清洗机存在的缺点是 架设清洗机需要另加导 轨 而且仅通过水的冲洗来达到清洗的目的会浪费较多 水资源 且不易冲洗掉棚膜上生长的苔藓和部分顽渍 2016年 朱康熹等设计了一种用于塑料温室清洗的 清洗机 如图4所示 清洗机包含8个单节清洗装置 由 温室骨架和棚顶薄膜共同支撑 可与拱形棚顶的弧度自 然贴合 清洗机采用支架连接行走机构和清洗机构组成 单节清洗装置 为了能模仿棚顶的弧形 将多节清洗装置 铰接构成清洗机整体 该清洗机的总长度是根据清洗对 象而定制的 单节清洗装置无法伸缩 对于棚顶弧长不一 致的温室 其工作效果将受到影响甚至不能工作 另外 此装置缺少给水装置 对清洗效果将有一定影响 2018年 山东农业大学的陈天军等研制成功一种大 棚清洗装置 如图5所示 分别为第三代样机与第四代样 机 清洗后薄膜透光率可显著提高 由于是半自动清洗 机 当清洗机完成日光温室一段清洗作业 可解开压膜 绳 卸下整体装置并搬动至下一段 再系上压膜绳 通过 绕绳轮随转轴转动来实现压膜绳的收放过程 进而改变 清洗位置 该机目前还处于实验阶段 而且清洗效率低 在一段大棚清洗结束后 仍需要人工辅助调整清洗装置 至另一段大棚 此过程未实现清洗过程的全自动化 而且 该机尚存在续航能力 整机重量及提高效率等问题 2019年 由西南大学研制的温室大棚清洗机 如图6 所示 该清洗机利用间隔为1m的磁力轮在大棚棚顶运 动以实现清洗作业的装置 磁力轮可以隔着薄膜吸附在 骨架上 来保证清洗机在清洗时不会坠落 漂移等 同时 以大棚已有的结构来当作机器运动的轨道而无需安装新 的结构 这给清洗机的安装和作业带来了很大的便利 清 洗机可以与不同跨度 不同曲率的大棚配合 极大地增强 了设备的适用性 该清洗机以自身的喷水装置配合上毛 刷可以做到快速有效地清洗薄膜 清洗效果令人满意 但 对于南方连栋塑料大棚的清洗仍有些不便 无法实现连 栋大棚之间的自动化移动 2020年 韩波等设计的大棚清洗装置 该清洗机含 有底座 通过在底座上安装滚轮和万向轮 实现清洗机构 的移动 通过可伸缩软毛刷顶端的弹簧实现毛刷与大棚 棚面的紧密贴合 从而达到全面清洗的目的 而且 本装 置有第二喷水区 在清洗完成后会对大棚进行冲刷 提高 155 2022年 31期技术 应用 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 图4 多节清洗装置组合 图5 山东农业大学大棚清洁装置 大棚的清洁度 但本装置未考虑遮阳网对清洗机高度的 限制 也未考虑连栋式大棚的连续清洗 2021年 易少燕设计了一种农业大棚清洗装置 该 清洗装置由旋转盘带动滑块移动 再由滑块带动刷尘装 置和喷水装置移动 从而实现水平方向的清洁 该装置既 可以单独使用刷尘装置 来扫除棚顶的灰尘 也可以将刷 尘装置和喷水装置结合使用 达到较好的清洁效果 该清 洗装置还带有循环过滤装置以提高水资源的利用率 该 装置适用于独栋大棚的清洗 操作简单 但不适用于连栋 式大棚的清洗 图6 磁力轮式清洁装置 2022年 王安臻设计了一种塑料大棚棚顶清洗装 置 该装置的主要结构为移动构架和拱形析架 其中 移 动构架的底部安装有多个滚轮 使移动构架能在位于大 棚两侧的轨道上运动 拱形析架则由多个析架单元依次 拼接而成 并采用铰接固定 且在析架的底部固定有交错 设置的多个清洗组件 拱形析架在移动构架的带动下进 行移动 实现清洁功能 该装置可以调节拱形析架的拱形 弧度 提高清洗组件和大棚表面的贴合程度 从而提高清 洗效率 但只适用于独栋大棚的清洗 无法实现连栋式大 棚之间的移动及清洗 2022年 王云力等设计了由2套清洗单体 1套主机 和1套副机 及清洗带组成的塑料大棚清洗机 其主机和 副机分别布置安装在塑料大棚两侧的天沟内 而由化纤 编织网制成的清洗带则紧贴塑料大棚的棚顶 清洗带的 两端分别连接在主机和副机上 在使用中 在天沟上分别 持有主机和副机的操作人员 同时向前移动 主机和副机 的缠绕滚保持同向转动 正转时 主机上的缠绕滚收紧清 洗带 副机上的缠绕滚放松缠绕带 使紧贴棚顶的清洗带 向主机一侧移动 到设定的时间后 2个缠绕滚同时反转 此时主机上缠绕滚放松清洗带 副机上的缠绕滚收紧清 洗带 紧贴棚顶的清洗带向副机一侧移动 直至移动到设 定的时间后 2个缠绕滚又同时改变转动方向 如此往复 156 技术 应用 科技创新与应用 Technology Innovation and Application2022 年 31 期 及实际使用的科学合理结合 有益于确保国内机电一体 化相关技术的高速发展进步 与此同时 机械设备相关技 术管理工程师还必须借助相关行业技术法规及标准的认 真研究来提升相关机械设备的引用品质 为彻底解决机 械装置使用不合理 不能够按照相关技术要求进行周期 性维护及技术参数选择不科学等状况提供有利帮助 进 而可以应用科学合理的使用范围及相关重要技术参数 指标充分体现出机械设备的真实运行价值 逐步增加投 入机械设计及加工技术的科研资金 争取在最短的时间 内达成针对机电一体化相关技术使用品质的提高 对于 国内机械设计制造行业的健康发展起到非常关键的促进 作用 4 结束语 综上所述 现阶段国内很多机械工程相关项目都朝 向高安全稳定性及高品质的方向发展进步 为了最大限 度地满足机械设计相关工程技术人员及机械加工与制造 相关技术在当代国民经济建设过程中的真实需要 机械 加工制造相关企业在持续创新升级计算机辅助设计技术 及将机电一体化技术进行完善的同时 还需借助培养机 械设计相关工程技术人员的职业素养 安全降本理念 从 而能够最大限度地提升相关机械设备的工作效率 为机 械加工制造相关企业经济效益的可持续发展打下坚实的 基础 参考文献 1 薛小晶 智能控制的价值分析及其在机电一体化系统中的应用 J 中小企业管理与科技 中旬刊 2021 10 191 193 2 王艳波 田家宝 高利剑 工业机器人嵌入机电一体化专业人才培 养方案的研究 J 内燃机与配件 2021 12 225 227 3 陈琼 吕原君 丁长涛 机电一体化技术专业群建设的探索与实 践 基于对接杭州湾及绍兴地区产业需求的视角 J 南 方职业教育学刊 2020 10 5 38 45 能够通过清洗带将塑料大棚棚顶表面的灰尘和绿藻等搓 擦下来 从而实现清除棚顶污染物的目的 在清洗带来回 搓拉的过程中 使用普通的PVC软管或水枪不断向清洗 带上喷洒清水 就能使搓拉掉的灰尘顺着水流流走 本装 置结构简单且制造成本较低 易于更换 但只适用于较低 的塑料大棚 仍然以人力为主 且未实现塑料大棚的自动 化清洗 3 结论 综上所述 由于目前 中国的温室大棚仍以个体户为 主 且大多数为塑料大棚 故清洗机的发展一定是向着更 简洁 易于推广的方向前进 近些年来 在农业自动化浪 潮的推动下 塑料大棚正在向大型化 连栋化的方向发 展 且还在不断进行升级改造 随着机械化 智能化 自动 化技术的广泛应用 塑料大棚的生产效率将有显著提升 人工成本也能进一步得到降低 针对我国南方普遍使用 的带有遮阳网的连栋式塑料温室棚顶清洗困难的问题 通过分析国内外研究现状 针对国内现有的普遍使用的 圆弧形的骨架为主的塑料大棚 由于棚顶覆盖的薄膜不 能作为着力点 因此可以通过将塑料大棚原本的支撑框 架作为清洗机的支撑机构 进而实现大棚薄膜的自动化 清洗 参考文献 1 李佩原 郑吉澍 邓顺华 等 温室棚顶清洁设备研究现状及展望 J 农业工程技术 2021 41 1 51 56 61 2 何培祥 汪洋 何家成 等 磁力轮式塑料大棚清洗装置的设计与 试验 J 农业工程学报 2015 31 21 102 108 3 朱康熹 梁永江 徐丹 等null塑料温室棚顶清洗机的设计 J null江苏农 业科学 2016 44 10 404null406null 4 陈大军 日光温室薄膜高效清洗机的研制与试验研究 D 泰安 山 东农业大学 2019 5 刘月华 韩波 一种农业大棚清洗装置 202021613108 5 P 2021 06 18 6 易少燕 一种农业大棚清洗装置 202121430025 7 P 2021 12 03 7 nullABUK N Design and walking analysis of proposed four legged glass cleaning robot J Turkish Journal of Engineering 2023 7 2 82 91 8 王云力 张赛赛 韩小斌 等 塑料大棚棚顶清洗机的设计与试验 J 河南农业大学学报 2022 56 3 375 380 391 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 上接153页 157