温室移动喷灌机关键部位研究进展

高星星，张俊峰，曾凡琮，刘 海，庞雄斌，周 朝

(武汉市农科院农业机械化科学研究所，湖北武汉 430345)

温室移动喷灌机关键部位研究进展

高星星，张俊峰，曾凡琮，刘 海，庞雄斌，周 朝

(武汉市农科院农业机械化科学研究所，湖北武汉 430345)

近年来温室产业发展迅速，温室内移动喷灌机市场随之扩大。对国内外温室内自走式移动喷灌机的轨道结构形式、喷灌机供水方式、移跨装置等关键部位的研究状况进行了表述，对各种结构形式的特点进行了比较，总结了目前温室内移动喷灌机的发展趋势，为后续开展相关研究工作提供参考。

温室；喷灌机；轨道；供水方式；移跨装置

温室内移动式喷灌机，工作覆盖面积大、喷灌均匀、智能化程度高、能充分发挥温室种植面积，是一种较理想的温室内灌溉方式，其在蔬菜、花卉的工厂化育苗等领域得到广泛的应用。近年来，我国温室种植面积逐年增长，因此，温室移动式喷灌机具有很好的市场前景。目前市场上的温室移动式喷灌机主要在轨道形式、供水方式和移跨装置等主要部件上有所不同。

1 喷灌机的轨道形式

温室内移动式喷灌机多数为悬挂式支撑结构，根据其支撑喷灌机主体运行的轨道数量，可分为双轨式喷灌机和单轨式喷灌机。双轨式喷灌机是由两根平行的轨道支撑喷灌机机体，机体在双根轨道上来回移动喷灌，轨道布置在温室内需要喷在作物上方，通过连接杆与温室的上部结构连接一体固定。单轨式喷灌机是由单根轨道支撑喷灌机体来回喷灌作业的温室内灌溉设备。

注：1-吊杆；2-吊杆横撑；3-C形吊钩；4-圆形轨道；5-输送水管；6-托轮。图1 双根圆形轨道固定示意图

1.2 非圆形双轨道 对应圆形轨道形式，还有各种异型结构。Cito和Julie[7]设计了一种方形轨道的移动喷灌机，轨道与小车的装配关系如图3所示。两根平行的方形轨道固定在温室上部，喷灌小车有4个滚轮与轨道接触，滚轮在驱动轴的带动下滚动，从而带动整个喷灌设备移动，在小车的同一侧轨道上设定了2个限位装置⑤(图3)，用以限制喷灌小车的左右方向上的位移。该种形式的轨道与小车轮之间的接触面积较大，小车移动平稳，喷灌小车可以设定比较高的移动速度，但轨道成本比圆形轨道高。

注：1-窄滚轮；2-带座轴承；3-从动轴；4-控制箱；5-小车纵撑；6-宽滚轮；7-圆形轨道；8-喷灌主体；9-主动带轮；10-皮带；11-从动带轮；12-减速电机；13-主动轴；14-中间纵撑；15-横撑。图2 双轨式移动喷灌小车示意图

Da Ros srl公司研制CI3型移动喷灌机，是一种凹槽型轨道，如图4-a所示，两根平行的凹槽轨道由铝合金材料制造，重量较轻，喷灌小车由4个氨基甲酸乙酯橡胶滚支撑，滚轮在轨道凹槽内移动。该种轨道可以保证喷灌小车具有非常平稳的移动速度，噪声小，小车移动速度可以设定的较高，但相对造价也较高。Urbinati Nursery公司生产的IRMO3型双轨式喷灌机，其轨道形式如图4-b所示，小车的4个滚动是内凹的结构，轨道为方形，滚轮也能与轨道保持良好的接触，小车移动平稳，但轨道造价也相对较高。

注：1-滚轮；2-带座轴承；3-轴；4-小车支架；5-限位装置。图3 方形轨道喷灌机体示意图

注：1-轴；2-橡胶滚轮；3-轨道；4-喷灌机体。图4 2种双轨喷灌机轨道示意图

注：1-喷灌小车箱体；2-滚轮；3-轴；4-圆形轨道。图5 单轨式喷灌机轨道

注：1-滚轮；2-机体；3-轴；4-圆形轨道。图6 自走式单轨喷灌机轨道及一组支撑滚轮

1.3 单根轨道 单轨式喷灌机由单根轨道支撑喷灌机喷灌作业，与双轨式相比，喷灌机平衡性较难控制，但是因其只有一根轨道具有安装过程更简捷，材料更加节省，且占用温室内面积更少等特点，有很大的应用前景。汪士尚等人[8]研制了一种单轨式的喷灌机，如图5所示，轨道为圆形，小车滚轮为凹槽型，一方面可以与轨道充分接触，同时还需要保证小车能平稳运行，小车由2个滚轮支撑，从其结构上看，小车有左右摇晃的趋势，平稳欠佳，小车在轨道上容易侧倾，如需要保证小车平稳运行还需要额外加防止小车侧翻装置。Gary等人[9]设计的一种单轨式喷灌机，2个滚轮支撑喷灌机在圆形轨道上移动，滚轮为凹圆弧形，但没有设计防小车侧翻的装置。张跃峰等人[10]设计了一种自行走式单轨喷灌机。如图6所示，喷灌移动小车由2组共8个滚轮支撑，8个滚轮与单根圆形轨道接触，小车动力由其中一组轨道中的单侧滚轮提供，由减速电机带动。该种单轨式结构的特点是小车通过自重自动对中，具有一定的行车稳定性，但喷灌小车机体如果重心位置变动，会对小车的稳定性造成影响，因此在稳定性方面有一定局限性。David等人[11]设计了一种单轨式喷灌机。如图7所示，轨道为圆形，喷灌小车由两组共4个滚轮悬挂，4个滚轮仅起到支撑喷灌小车的作用，小车动力来源于轨道底部的驱动轮。该种轨道及小车结合方式相对比较平稳，但是结构较复杂，该设计者还提出如图8-a、8-b所示的T型和工字型的轨道形式，也具有一定的可行性。Andrews等人[12]设计了一种方形的轨道的单轨喷灌机，如图8-c所示，喷灌机由2个滚轮支撑，在方形轨道两侧有限位装置。Urbinati Nursery公司生产的IRMO11型单轨式喷灌机为方形轨道结构。MOSA公司生产的IO56-1R型单轨式喷灌机轨道形式，也是类似于方形结构的轨道，其喷灌小车由两对滚轮支撑，每对滚轮分别安装在轨道的上方和下方，两个滚轮将轨道夹在中间，小车移动具有较好的平稳性。故单轨式喷灌机因考虑其平稳性，轨道一般设计成非圆形轨道，如轨道是圆形结构反而喷灌机整体结构会更加复杂。

2 喷灌机的供水方式

2.1 端部供水 端部供水方式是指水源从喷灌机轨道端部开始供给。端部供水方式是较为常见的一种供水方式，容易实现，但是供水管会因为压力损失[13]，管道长度不能过长，这也就限制了喷灌机的工作行程。Gary等人[9]设计的单轨式喷灌机采用端部供水方式，如图9所示，其供水管道⑥设置在温室的一侧，靠近喷灌机轨道⑧的起始端，供水主管⑥上面装有特制的阀门⑤，当移跨小车②行走到工作位置后，阀门⑤和喷灌小车的软管⑨连接上，需要进行喷灌作业时，阀门⑤被开启，喷灌水源从喷灌机轨道⑧的起始端开始供水。Gary等人设计的这种端部供水方式，在喷灌小车的下部有一个卷扬装置，供水软管一圈一圈的全部卷在这个卷扬装置的中心轴上，供水软管的一端连接到供水阀门，另一端连接到喷灌机喷头。当小车前进或后退的移动喷灌过程中，卷扬装置随驱动电机一起驱动旋转，进行释放或者收卷供水软管，电机的电源线设置在供水软管的内部。张跃峰等人[14-15]设计的端部供水式喷灌机，其供水软管通过悬挂的吊钩固定，吊钩上有滚轮可以在喷灌机轨道上来回移动，从而使供水软管随着喷灌机的移动而移动。很显然，在喷灌机底部卷扬供水软管结构非常复杂，而将供水软管用吊钩悬挂在喷灌轨道上，随喷灌机一起移动喷灌更容易实现。因此，目前市面上的端部供水式喷灌机的供水软管多是悬挂在喷灌轨道上的。

注：1-滚轮；2-圆形轨道；3-轴臂；4-减速电机；5-驱动轮；6-驱动轴；7-箱体。图7 单轨式喷灌机轨道及支撑轮示意图

注：1-T型轨道；2-滚轮；3-工字型轨道；4-限位装置；5-驱动轮；6-方向轨道。图8 几种单轨结构

注：1-移跨轨道；2-移跨小车；3-温室墙壁；4-喷灌小车；5-单向阀门；6-供水主管道；7-苗床；8-喷灌机轨道；9-供水软管。图9 端部供水方式

注：1-喷灌机轨道；2-喷灌小车；3-供水软管；4-导向滚轮；5-托盘小车；6-固定装置；7，11-定滑轮；8，9-定滑轮；10-钢丝绳。图10 中部供水方式

3 喷灌机跨间转移装置

喷灌机的跨间转移装置，能使喷灌机从一个工作轨道转移到另外一个轨道上工作，可使单台喷灌机具有更大的喷灌作业面积。Gary等人[9]设计的单轨可移跨式喷灌机，如图9所示，其移跨装置为移跨小车②，移跨小车②在移跨轨道①上运动，移跨轨道①与喷灌机轨道⑧互相垂直布置，且移跨轨道①在喷灌机轨道⑧的上部，当喷灌小车完成一跨的喷灌作业后，行走到轨道⑧的起始端，并继续移动到移跨小车底部与喷灌轨道对齐的一截轨道上停止，移跨小车开始沿着移跨轨道运行到下一喷灌轨道位置停止，喷灌机脱离移跨小车到喷灌轨道上作业。整个过程主要由机械原理控制自动进行。卓杰强和卜云龙等人设计[18-20]的一种双轨式可移跨式喷灌机，其工作原理与上述类似，其特点是喷灌轨道和移跨轨道都是双轨道式结构，且其设备上安装有多种电子传感设备，进行自动控制作业，具有较高的智能性。

4 总结

温室内移动喷灌机随着温室产业的发展，其市场前景越来越好。自走式移动喷灌机技术水平也逐渐成熟，但是智能移动式喷灌机的制造安装维护成本、单台喷灌机作业行程与覆盖面积依然是滞碍其大面积推广的瓶颈。因此，开发成本较低的单轨式、高效率的可进行跨间转移的喷灌机，是未来温室内移动喷灌机发展的一个方向。

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Research Progress in the Key Parts of the Greenhouse Mobile Irrigation Machines

GAO Xing-xing et al

(Wuhan Institute of Agricultural Machinery, Wuhan Academy of Agricultural Science & Technology, Wuhan, Hubei 430345)

As the greenhouse industry developed rapidly in recent years, the greenhouse moving sprinkler has broad prospects. In this paper, the key parts of the self-propelled mobile greenhouse irrigation machines, such as the form of track structure, water supply mode, transfer across devices were reviewed, the characteristics of the various structural forms were described, the current greenhouse development trend of mobile irrigation machine was summarized, which will provide a reference for subsequent relevant research work.

Greenhouse; Irrigation machine; Track; Water supply mode; Transfer across devices

武汉市农业科学技术研究院人才项目(编号:YC201401)。

高星星(1985-)，男，湖北武汉人，工程师，硕士，从事农业机械工程研究。

2014-04-17

S 23

A

0517-6611(2014)15-04934-04