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周博士考察拾零（九十六）日光温室卷帘机的创新与发展
日光温室卷帘机(又称卷被机)的发明和不断创新，是日光温室环境控制从手工操作向机械化、自动化方向的重大突破。纵观日光温室卷帘机的发展历程，大致可以分为三个阶段：手动绕绳阶段、电动绕绳阶段和电动转轴绕绳阶段。目前，大多数窗帘卷绕机采用电动转轴卷绕的方式，基于这一原理开发了各种形式的窗帘卷绕机。
手动拉绳卷被
电动百叶窗发明之前，日光温室的外保温材料主要是秸秆和蒲草(统称为草)。草苫为单个条状苫(宽度1.0~2.0 m，长度根据温室采光面弧长确定)，温室保温依靠多个草苫，草苫的长边沿温室长度方向相互重叠，覆盖整个温室采光面。茅草的两个短边分别称为固定边和活动边，固定边固定在温室的屋顶或后屋顶上，整个茅草沿长度方向覆盖在温室的前屋顶上照明，白天卷起照亮温室；晚上撒，温室保暖。
草席早期的卷放主要靠人力拉绳的方法。在每个覆草下部铺一根麻绳或草绳(紧贴日光温室采光面的塑料薄膜)，一端(称为固定端)固定在屋脊或后屋顶上，有的甚至绕过温室后屋顶，固定在温室后墙上；另一端(称为活动端)穿过草茎的下表面(贴在温室采光面塑料薄膜上的表面)，然后从活动边缘绕过草茎的上(外)表面，一直延伸到温室的屋顶或后屋顶，临时固定在温室的后屋顶上。操作者站在温室的屋顶或背面，握住拉带的活动端，向上拉拉拉带，就可以把草卷起来了(图1)。由于草的重量很大，所以它可以自动张开，在一定的斜坡上落下并展开。为了防止草在自身重量的作用下自动张开，草被拉到设定位置后，绳子的活动端要拉紧，临时固定在温室的后屋顶上。当需要打开草席时，只要将拉绳的活动端解开并临时固定，草席就会自动打开并展开，覆盖温室的前屋顶。如果茅草卷起来时坡度小，不能靠自重自动打开，可用手推或脚踢自动打开。
这种草垫开合方式，设备投入少(主要是拉绳和固定的设施)，造价低，但拉起草垫费时费力。一般在日光温室拉起一个草席至少需要30分钟(长度约30 min)，而且因为是用单根绳子卷起单个草席，所以也需要卷起草席。为了提高苫盖的效率，保证在苫盖的过程中不会出现草苫偏移的情况，有些厂家在每根草苫下面使用两根绳子(图1)，但这种做法使绳子材料的用量增加了一倍。
遇到雨雪天气，草草可能会被浸湿，重量会明显增加。这种情况下，打草稿就要花更多的力气。对于体力一般的农村妇女来说，将是一项非持续性的体力劳动，尤其是大跨度的日光温室(草长，重量较重)。笔者听说过用拖拉机拉大棚后墙外草席的案例，可见拉草席对操作者的要求很大& # 039；的体力。
手动绕绳保温更适用于自重较重、采光前屋顶坡度较大的大棚，可以靠自重自动开启(包括屋脊处局部坡度较小，但可以手动施加外力的大棚)。对于自重轻，屋顶坡度小，不能靠自重自动开启的温室大棚，手动拉绳的方法需要额外的措施，一般不再采用这种方法。但为了节省设备投资成本，在铺设草垫时，操作人员可以踩在铺好的草垫上，用推或踢的方式将其打开，但这种操作方式耗时较长。
随着日光温室面积的不断发展，农村外出务工的青年劳动力越来越多，用机械代替人力卷草，成为加快日光温室发展，解放劳动力的必由之路。于是，民间研发电动卷帘的动力萌发了。在这种强大的市场需求的推动下，社会上相继开发出了各种规格和形式的电动绕绳式卷帘和电动转轴式卷帘。
电动拉绳卷被式卷帘机
电动绕线机主要由电机、减速器、绕绳轴、绕绳器组成，其工作原理与手动绕绳器基本相同。区别在于：拉绳的动力由电机代替，动力更大，省时省力；(2)绳索的活动端不是临时固定在温室的屋顶或后屋顶上，而是经过多次缠绕后最终固定在绕绳轴上(图2)，绕绳轴的存在也省去了将绕绳的活动端临时固定在屋顶或后屋顶上的装置或设施；(3)茅草或保温被不再单个顺序卷起来，而是在温室里一次性卷起来或打开，大大提高了工作效率；(4)这种卷制机不仅可以卷制重量大的草，还可以卷制重量轻的各种保温被(包括发泡聚乙烯保温被、针刺毡保温被、发泡橡胶保温被等。)，大大扩展了其应用范围。
电机向绕绳轴传递动力有多种方式。图3a是早期功率传输模式。电机直接连接在减速器上，减速器的输出轴连接在小齿轮上，小齿轮上的动力通过链条传递给连接在绕绳轴上的大齿轮，最后电机动力传递给绕绳轴。利用齿轮齿条传递动力也可以再次减速(因为电机转速一般为1440 r/min，绕绳轴转速一般控制在20~30 r/min，所以中间减速是必不可少的环节)。图3b是后来开发的通过皮带传递动力的窗帘卷帘机。电机的输出轴上装有皮带，皮带与减速器的动力输入轴连接，减速器的动力输出轴直接与绕绳轴连接。由于皮带比齿轮齿条便宜，安装维修方便，所以大量的卷帘机采用皮带传动的方式。从机械原理上讲，电机、减速器和绕绳轴也可以直接连接，不需要皮带或齿轮齿条过渡，是一种刚性的动力传递方式。但由于刚性动力传动对电机、减速机、绕绳轴的安装精度要求较高，在生产实践中，大部分仍采用柔性动力传动方式，皮带传动的卷帘机占据了绝大部分市场。
电机的动力通过减速器和皮带或齿轮齿条传递给绕绳轴后，会带动绕绳轴转动，绝缘绳的活动端随着绕绳轴的转动不断缠绕在绕绳轴上，从而拉动绕绳牵引篷布或绝缘被。电机反转时，拉绳松开，草盖或保温靠自重自动打开。
对于重量较轻的保温被，或者保温被虽然重量较大，但屋顶的温室屋顶坡度较小，保温被靠自身重量无法自动打开，就需要在保温被上安装一套反拉动力绳(称为被褥绳)，如图4所示。反拉动力绳不同于上拉动力绳(称为缠绕被绳)。反拉动力绳的一端固定在保温被的活动边缘上，另一端穿过安装在温室前屋顶外的反拉轮后沿温室前屋顶铺设(图4a)，最后缠绕固定在缠绕绳轴上(图4c)。当保温被卷起时，被绳从绕绳轴上松开，穿过换向轮后缠绕在保温被内；当要打开保温被时，绕绳轴反方向转动，将被套绳的固定端绕紧在绕绳轴上，被套绳穿过地面向后转动，形成向下的拉力，藏在保温被里的被套绳刚好打开保温。铺盖绳和缠绕绳要求在缠绕绳轴上交错布置，每3-4根缠绕绳铺设一根铺盖绳即可满足铺盖的要求，因为铺盖保温被时有向下缠绕的自重，相应的对外力的需求会减少。
电动拉绳卷被机的电机减速器一般沿长度方向安装在温室中部的后屋顶上，卷绳轴通过支撑轴架沿长度方向安装在温室的屋顶或后屋顶上。安装高度以缠绕过程中被绳不摩擦温室采光面上铺开的保温被为原则，一般距温室屋顶0.8~1.2 m。
由于电绳的缠绕轴是固定的，绳的拉伸变形小，所以设备运行平稳，保温被也比较平整，特别适合长大棚(一个100 m以上的大棚也能平稳运行)。是我国早期日光温室百叶窗的主要推广应用形式。但这种卷簧机需要在温室屋顶安装缠绕轴和电机减速器的支撑。对于轻质隔热屋顶，可能没有合适的位置安装支架。大部分支撑腿穿过温室，屋顶焊接在温室屋顶框架上。一个是安装工作量大，一个是大棚屋顶防水难以保证。此外，在操作过程中，还需要经常观察和调整缠绕绳的位置。一旦绝缘出现偏差，要及时停机调整。为了方便起见，有些操作者经常不停机就调整绕绳。在作业过程中，经常发生作业人员的袖子和头发(主要指女同性恋者的长发)缠绕在绕绳轴上，由此造成的人员伤亡在全国范围内频频发生，已经引起农业农村部等相关业务主管部门的重视。所以最近新研发的日光温室用卷帘基本上淘汰了这种形式，改用电动转轴卷帘机。
电动转轴卷被式卷帘机
电动转轴式卷帘机首先将保温被的活动边卷绕固定在卷绕轴上，电机减速器直接驱动卷绕轴转动，从而将保温被卷绕或展开，实现保温被的卷绕。可以看出，这种窗帘卷绕机的基本部件应该包括卷绕轴(包括抱箍夹具)、电机、减速器及其支撑杆或框架(支撑杆框架主要用于平衡卷绕过程中自重形成的向下分力)。这种被子具有动力直接传输、附加设备少、成本低等优点，受到了市场的广泛欢迎，是近10年来重点推广应用的机型。
根据电机减速器在温室中的位置不同，电动转轴收卷机可分为中间型和侧边型。在中间位置，电机减速器沿长度方向安装在温室的中部，减速器的两端输出动力，分别与两侧的卷绕轴连接，同时带动两个卷绕轴转动；侧装是将电机减速器安装在温室山墙的一侧，减速器的单边输出功率只接在一侧的缠绕轴上。为了避免动力的损失或被子轴的变形，保温被可以& # 039；不能原地滚动。一般单边输出动力驱动的被轴长度控制在50~60 m范围内或更短。因此，对于长度为80~100 m甚至更长的温室，采用单个中央卷帘门或两个侧向卷帘门安装在温室两侧的山墙上，明显增加了成本。
各种电动转轴卷绕式卷帘的卷轴、电机、减速器等主要部件基本相同，所以区分不同减速器的特点主要表现在支撑电机和减速器的支架上。中间和侧面有不同的支撑方式，同样是中间或者侧面，也有不同的支撑方式。下面根据中位和侧位的支撑方式不同，介绍不同形式的卷帘。
中置式电动转轴卷帘机
根据电机减速器体支撑方式的不同，中置电动转轴百叶窗可分为两连杆式、行走式和滚轮式三种形式。
双连杆卷帘
双连杆卷帘门又称双杆卷帘门，采用中间铰接的两根支撑杆，一端固定在温室南屋外的地面上，另一端与电机减速器相连，从而形成两根连杆支撑电机减速器的方式(图5)。对于较重的草草，为了保证两个连杆的强度，可以对其中一个支撑杆(主要是与电机减速器连接的支撑杆)进行加强(图5b)，保证任何一个连杆在运行过程中不会弯曲、变形或断裂。
从图5可以看出，这种卷帘的保温被不能连续安装在电机减速器位于温室中间的位置，所以必须在间歇位置永久铺设固定的保温被，以保持保温被的整体密封性。因为永久固定的保温被在其他保温被卷起时仍被覆盖，会直接影响温室内的采光和升温，尤其是被覆盖的保温被下(图6a)。为了解决这一问题，一些温室生产者将供水池/水箱和灌溉集管布置在室内永久覆盖保温被正下方的阴影中(图6b)，但这种做法牺牲了温室中间光照最好的种植区域，是一种不完善的工程解决方案。永久解决问题的方法是在连接电机减速器的两个连杆上安装一个平行于缠绕轴线的横撑，采用拉绳缠绕被子的原理，在保温被子底部(靠近采光顶塑料薄膜一侧)永久铺设两根拉绳， 将两根拉绳的活动端穿过保温被并拉紧固定在安装在两个连杆上的横撑上，横撑与两个连杆和电机减速器同步运动，这样，当卷起其他保温被时，中间分开的永久覆盖的保温被可以同时卷起(图6c)，当保温被展开时，中间分开的永久覆盖的保温被也将同时展开。 该方案设备增加不多，但效果良好，值得推广。
不同制造商的电机、减速器及其与卷绕轴的连接也有不同的做法。图7显示了几种典型的安装方法。电机可以安装在减速器的上部(图7a、图7c)或减速器的侧面(图7b)，这样电机向减速器输出动力的方向也随之改变。虽然减速器和缠绕轴都通过法兰连接，但是
使用双连杆卷帘门时，随电机运动的电源线可直接沿双连杆滚轮固定，外观整洁、安全。卷帘门的控制开关可安装在双联滚轴附近，便于操作和观察，但要注意防水和人员操作安全。
移动式卷帘
对于大跨度的日光温室(跨度一般在10 m以上)，保温被的重量也会增加，继续使用双连杆支撑的稳定性会变差。因此，开发了移动式百叶窗机(图8)。
行走式卷帘门和双连杆卷帘门除了支撑电机减速器的支架，以及电机、减速器及其与缠绕轴的连接、保温被的固定和缠绕原理等其他东西没有区别。
从整体外观上看，行走卷帘是一组安装在长度方向中间横跨温室的桁架上，由电机减速器支撑的卷帘。因此，移动式卷帘门也被称为轨道式卷帘门或悬挂式卷帘门。从局部看(图8b)，减速器的壳体上焊接有一个支柱，支柱的端部固支在悬挂在桁架上的一个三角形的底部，三角形的顶角安装有一个动滑轮，动滑轮随着电机减速器的运动在桁架的上弦上滚动，从而引导和限制电机减速器的运动轨迹。
支撑桁架两端的支架，一端(前支架)支撑在温室前屋顶外的地面上，另一端(后支架)根据承载能力安装在温室后墙或温室后墙外的地面上(图9)。桁架包括平面桁架和三角形空间桁架。后者具有更好的面外稳定性，但制造成本较高。
和双连杆卷帘一样，行进中的卷帘中间有一层永久覆盖的保温被。在实际管理中，在悬挂电机减速器支撑臂的三角吊架上固定两根拉绳，利用拉绳卷被子的方法，还可以将永久覆盖的保温被与其他保温被一起卷起来或展开(图6c)。
与双连杆卷帘门不同，行走式卷帘门是固定在桁架上的，所以随电机减速器移动的电源线不能直接固定在桁架上，必须用单根支撑线支撑(图8b)。电源线通过动滑轮挂在支撑线上。随着电机减速器运动到关闭或拉伸，在某些时间段可能会直接在温室采光面的塑料薄膜面上滑动。只要电线护套没有破损，一般不会出现电线短路或漏电的情况。
卷帘机
卷帘门实际上是一种变形的双连杆形式，主要表现在双连杆的变形一个标准的双连杆卷帘门的两根杆中间铰接，一端连接电机减速器，另一端固定在温室前屋顶的室外地面上。卷帘用带支架的滚轮(固定在地面上的滚轮相当于前支架的基础)代替了双连杆卷帘的前杆，滚轮可以随着电机减速器在大棚屋顶上滚动，大棚屋顶框架成为滚轮的支撑面，固定了双连杆卷帘。与双连杆卷帘相比，卷帘取消了双连杆卷帘的长臂，支撑臂的缩短可以大大节省材料，提高设备运行的稳定性。滚轮结构主要是考虑到两个连杆的前撑杆不能以单支点直接在大棚顶上滑动或滚动(压力集中容易割破保温被和塑料薄膜)，而固定支撑连杆取消后，随电机减速器移动的电源线将无处固定，也没有像移动百叶窗那样的桁架支撑电源线。为了防止电机减速器在运动过程中缠绕电源线，专门从卷帘门的滚轮支架的一侧或两侧伸出电缆支撑臂，使卷帘门运行时电缆远离滚轮。支架的一侧称为单臂卷筒，两侧称为双臂卷筒(图10a和10b)。为了防止延伸的支撑臂在滚轮落地时摩擦地面，地面轨道(图10c)被特别设计成接收支撑臂和滚轮。
与上述中央卷帘门一样，中央卷帘门在电机减速器(滚筒)下方也有永久覆盖的保温被。利用拉绳卷被的相同原理，可将两根拉绳绑在连接滚筒的支架横梁上，铺设在保温被底部，与其他保温被一起卷起或展开。
侧置式电动转轴卷帘机
卷帘门安装在温室的山墙一侧，卷帘门完全消除了中间卷帘门的电机减速器下永久绝缘造成的温室内遮光问题，不需要任何附加设施。
根据电机减速器本体支撑方式的不同，侧装式电动转轴百叶窗可分为摆臂式、滑臂式、鼓式和双连杆式。
摆臂式卷帘机
摆臂滚轮，又称伸缩杆滚轮。从外观上看，只有一根支柱，一端固定在地面上，另一端与电机减速器相连。当保温被沿着温室屋顶滚动时，就像一个摆臂拉着保温被移动(图11)。摆臂式快门就是根据这种直观的运动方式而得名的。实际上，由于日光温室前屋面的圆弧不是圆弧，所以用一个长度不变的摆臂很难适应非圆弧面。所以拉保温被的摆臂不是单管，而是两根单管套在一起形成一个套管。内套管的外端与电机减速器连接，外套的外端固定在地面上。当电机减速器的运行轨迹超过以外套管末端固定点为中心，以套管最小长度为半径的圆弧时，内套管伸出外套管，当电机减速器的轨迹不断变化时(实际上电机减速器的轨迹是日光温室山墙的圆弧轨迹)，内套管适应电机减速器的轨迹，从外套管伸出或缩回，从而拉动电机减速器运行。
从机械原理上讲，摆臂式卷帘门实际上是一种变形的双连杆卷帘门，只是两个连杆之间的固定点铰接成一个可移动的滑动连接点。
与双连杆卷帘相比，摆臂式卷帘用料更少，套筒的连接可靠性比铰接点更可靠。此外，用于向电机供电的电缆也可以沿着摆杆布线。当温室长度小于60 m时，从经济性和适用性的角度考虑，应首选摆臂式百叶窗。
滑动臂快门
滑臂式卷帘是对双连杆卷帘支撑杆的进一步简化。该机只用一根杆子支撑电机减速器，杆子一端与电机减速器连接，另一端直接放在地上。随着保温被的卷起和展开，电机减速器支柱的地面重心在地面上沿一条直线来回移动(图12)，实际上是把两个连杆的地面固定支点变成了地面移动支点。为了减少电极的电阻& # 039；s重点在地面，首先跑道地面铺混凝土路面；第二种是在支柱的末端安装支撑滚轮。
由于这种卷帘门采用单杆，支架出现故障或损坏的概率大大降低，给电机供电的电缆从温室山墙中取出后可以直接连接到电机上，电缆线较短，不会与支架发生干涉。
与侧摆臂式百叶窗一样，由于支撑杆采用单根直杆，所以直杆可以& # 039；不能适应日光温室曲面的变化。所以这种百叶窗只能安装在温室的山墙外侧，侧面出现。但如果将直杆改造成曲杆，避免与弯曲的大棚屋顶发生干涉或碰撞，笔者认为也可以将侧滑臂式卷帘设计成中滑臂式卷帘，从而大大提高卷帘适应长或超长大棚的能力，但曲杆的强度总是比直杆差， 而且曲杆的材料消耗肯定比直杆多，但相比两个卷帘，总成本肯定会降低，单个曲杆的运行可靠性也有所提高。
侧装卷帘
侧卷帘(图13)和中央卷帘的工作原理和结构完全一样，唯一的区别是侧减速电机只有一个动力输出轴。实际上，整个百叶窗包括电机、减速器、滚轮、连杆都位于温室的采光面上，没有像摆臂式百叶窗或滑臂式百叶窗那样在温室山墙外侧设置支撑杆，而是将百叶窗的主机放在温室山墙的一端。由于侧卷帘的卷帘主要支撑在山墙上，所以无需在卷帘下铺设固定保温被，避免了固定保温被对温室室内采光的影响。同时，由于山墙(主要是砖墙搭建的山墙)强度较高，所以在温室框架设计中不需要特别加强百叶窗主机的骨架。
侧装双连杆卷帘
喜欢侧滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉罗拉然而，图14所示的侧面安装的双连杆辊式卷绕机的电机采用了DC电机。 由于转速低，省去了电机减速器，电机的输出动力端直接接在卷绕轴上。这种电机的使用也大大减轻了快门主机的重量。但由于一般的生产大棚使用的是交流电，所以在使用前需要配置一套整流设备将交流电整流成直流电，
由于目前市场上的卷帘机形式多样，在科学和理论领域都没有具体的分类和命名方法。文中提到的各种卷帘机的名称都是作者根据自身特点命名的，有些可能不准确或不恰当。希望读者批评指正，也希望相关部门或团体研究一下日光温室百叶机的命名方法，提出标准。
文中提到的各种百叶机都是笔者在调查中看到的，可能还有很多形式的百叶机是笔者没见过的。希望读者补充完善。
以上就是花匠人为你整理的日光温室必备神器卷帘机的创新与发展(温室卷帘机侧卷好还是中卷好)，如果你还想了解更多农业百科知识，请持续关注花匠人。
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