日光温室卷铺铺卷铺机构的设计

日光温室卷铺铺卷铺机构的设计

随着城乡人民生活水平的提高，冬季采摘新鲜蔬菜和新鲜食品的温室变得越来越流行。但是,在温室大棚作业中,卷、铺草帘是最费时费工的主要作业环节。尤其在严寒冬季的凌晨和傍晚在寒风刺骨的恶劣条件下,工作人员站在大棚顶上从事着艰苦笨重的草帘卷、铺劳动。目前虽有极少数日光温室采用了棉被及卷被机,但由于价格昂贵,除了国家和集体投资外,一般菜农只能望而生叹。针对目前日光温室的快速发展趋势,为了解决严冬卷、铺草帘的难题,虽然市场上出现了如“顶部电机固定式卷放机构”、“端部自动伸缩摆杆卷铺机构”等不同形式的卷帘机,但它们都普遍存在着:1.结构笨重,制造成本高。2.卷铺带使用后,易产生弹性,各个带子长短不一,使得各部分卷铺速度不一致,即不能实现各段同步,致使卷铺轴变弯,给操作带来不便,也不美观。3.放铺困难,电动机反转,卷铺带松动后,草帘仍不能自动放铺,必须借助人工推动,直到能靠自重下滚。为此,应用不方便,还不能彻底摆脱手工劳动。4.端部受力大,卷起草帘首尾水平位置偏差大。针对以上机构存在的不足,我们通过探索研究,本着结构简单,造价低廉的宗旨,选用了工业用的挂链式减速器,并在其运动连杆上设有手动机构(手摇卷帘机),配备普通电动机(电动卷帘机),研制成功了JL-50型日光温室卷帘机。1推动草席放铺、放铺如图1所示,日光温室卷帘机主要由电动机、减速器、组成的传动机构1、连杆机构2等组成。工作时,将控制开关置于“正向”位置,传动机构顺时针方向转动,中部驱动机构直接带动两边草席卷铺轴沿温室拱架弧面向下滚动,打开草帘,实现草席放铺作业。反则反之整个卷铺和放铺过程,电动机是随动的,由自动摆杆防止其反转,为了保证工作稳定性,另配有卷铺带,用以改善由于电动机自重造成的卷铺不均对草帘的严重拉伸等情况。手动作业时,卸下挂链式减速器与电机减速器的连接链条,与连杆2上的链轮用链条连接起来,完成上述作业。只是工作速度较慢,时间是电机作业的3倍。2减速形式160配套电动机0.75kw;驱动长度(50~60)m;减速形式;电动2级,手动1级;承载能力5t;传动比:手动1∶125,电动1∶9003计算主要结构设计和参数的确定3.1放风口向移动目前一般的拱形温室拱形弧长约在8~9m,草帘卷起时,卷帘机卷轴只能到达最高点,不能越过顶点,否则,不能返回,所以要求用户将放风口向前移动500mm左右,以便相互适应。草帘的平均厚度为20mm,中心卷轴直径是50mm,根据周长的计算方法,经过计算,预计到达顶点是8~9圈,而且越快到顶点直径越大,位移越快。3.2卷铺机构的设计考虑到机械成本和手动与电动两用形式,本研究采用了挂链式减速器。如图1所示,卷帘机在温室拱形棚上随着位置的不同,草帘卷铺提升过程的阻力即扭矩,随着提升高度而变化,其大小为:Ν扭=Ρ⋅sinα⋅RN扭=P⋅sinα⋅R如:当提升到1m高度即A点时,α=63°25′,P≈1000kg,R≈0.12mΝ扭=103.92Κg⋅mN扭=103.92Kg⋅m当提升到B点时,α=24°26′,P≈1500kg,R≈0.2mΝ扭=125.6Κg⋅mN扭=125.6Kg⋅m当提升到C点时,α=12°05′,P≈1800kg,R≈0.3mΝ扭=118.8Κg⋅mN扭=118.8Kg⋅mP—重力(kg);a—提升高度(角度);R—滚动半径(m)但考虑到卷铺机构有可能在屋面积雪条件下使用,所以按十年一遇的最大雪载计算,以草帘全部卷绕于卷铺轴上,且此时草帘卷铺轴处于拱形屋面的最顶端所需要的卷铺力矩作为计算标准来设计卷铺机构,即可满足在恶劣天气状况下,实现卷铺的扭矩要求。机构总重量(P)等于草帘总重量(50m)加轴本身重量,那么P=1975kg,α=85°,R=0.2m。由于机器在50m中间,所以两边产生扭矩为:Ν1扭=Ν2扭=Ρ1⋅sinα⋅R1=Ρ2⋅sinα⋅R=197.5kg⋅mN1扭=N2扭=P1⋅sinα⋅R1=P2⋅sinα⋅R=197.5kg⋅m卷轴上的齿轮节圆上所受的力是:R齿=Ν1扭+Ν2扭R齿=4389kg＜5000kgR齿=N1扭+N2扭R齿=4389kg＜5000kgR齿—卷轴上的齿轮节圆半径,取0.09m。根据以上分析,又考虑到卷铺轴上力的复杂性和卷铺机的安全性,采用了承载能力5t的挂链式减速器,它的速比是1∶37,链轮上的拉力为42kg。经过多次试验,满足我们的设计要求。3.3电机转速的确定根据一级挂链式减速器减速比的要求,二级减速器又受到电动机转速和每次操作时间6~7min的限制,考虑到机构成本选用了较为经济的四级电机,第一级速比为1∶37,第二级选用了1∶10。根据第一级满载时,要求驱动力为42kg,如第二级选用50型涡轮涡杆减速器,电机应选为0.55~0.75kw。这样,轴的转速为:n=n电⋅i1⋅i2=1.7r/minn=n电⋅i1⋅i2=1.7r/minn—轴的转速(r/min)n电—电动机的转速(r/min),取1450r/min。i1、i2分别为第一级速比和第二级速比,取值分别为1∶(37×2.3),1∶10。卷帘一个行程所用的时间为:t=Νn⋅λ=6∼7mint=Nn⋅λ=6∼7minN—将草帘卷起的最大圈数,取9圈。λ—修正系数,取1.1~1.3。该时间满足我们的设计要求。3.4人力摆动10转时,转轴是以,手动机构是由挂链式减速机构和手动链条链轮机构组成。考虑到人卷草帘时需要省力且要获得较高效率,其速比选为1∶(37×2.3×1.3=110)。即当手摇动110转时,卷帘轴才能转动一圈。一般温室需卷9圈,才能将草帘卷到最高点,这样,就需人力摇动990转方可完成一次工作行程。一般正常人每分钟可摇动60~80转。在无电情况下或专用手动机构工作时,取平均值计算,则需15min完成卷起或铺放一次工作行程。3.5轴类重质低效的计算在整个卷帘过程中,随着拱形温室卷起的弧度及直径的变化,它的扭矩也在变化。特别考虑到下雨天,草帘重量会增加,这样作业时,卷轴会出现变形。总而言之,针对复杂多变的情况,综合不同情况,按最大直径,坡度在最大的情况下计算。再考虑到草帘的固定等因素,选用1.5英寸钢管,中间传动轴的直径为45mm,材料选用45#钢,并进行正火处理。3.5.1材料轴的测量此法假定了传动轴仅受扭矩作用,其弯矩的影响,则以降低许用应力的方法来考虑。轴受扭矩Mn(kg·cm)时产生的扭应力τn为:τn=ΜnWn=97400Ν/n0.2d3≤[τn]kg⋅cm2τn=MnWn=97400N/n0.2d3≤[τn]kg⋅cm2式中:Mn—轴传递的扭矩(kg·cm);Wn—轴的抗扭转断面模数(cm3);N—轴所传递的功率(kw);n—轴的转速(r/min);τn—材料的许用应力(kg/cm2)将公式①改写成近似计算轴径公式:d≥3√974000.2[τn]⋅Νn=A⋅3√Νn对于中碳钢材料轴,可取A=10~14,现用电机0.75kw,转速1450r/min,即d=(10-14)⋅3√Νncm根据农业机械中多变的因素及机构的相对低速运动特点,就选用轴径为45mm。经验证,轴的强度足够。3.5.2整体破局的特性每个温室形状不同,所采用的连杆尺度也有所不同,但它应该是在工作中限制电机和减速器整体反转,而且又最短,最经济,又能完成整个工作性能的机构。由运动分析知:沿温室轴线长度的中点,以温室前沿正前面1.3~1.4m处作支点,如温室顶部有效弧长度为8.2m,各连杆有效长度应为4.8~4.9m,如图1所示,即满足工作的需