EN
Miksi kasvihuoneet tarvitsevat lainkaan mekaanista ilmanvaihtoa?
Suljettu kasvihuone aurinkoisena päivänä lämpenee nopeammin kuin melkein mikään muu maatalousrakennus. Auringonsäteily kulkee läpi lasituksen, jota maaperä, kasvit ja rakennusrakenne absorboivat, ja säteilevät takaisin aallonpituudella, jota lasitus ei päästä ulos. Ilman ilmanvaihtoa sisälämpötila nousee kymmeniin tunteihin kasvien kestämän yläpuolelle.
Ilmanvaihto hallinnoi myös kosteutta ja hiilidioksidipitoisuutta. Hengittävät kasvit lisäävät sisäistä kosteutta, ja pitkäaikainen korkea kosteus edistää sienitauteja; tiukka kasvusto suljetussa kasvihuoneessa voi vähentää hiilidioksidipitoisuutta niin paljon, että fotosynteesi hidastuu. Ilmanvaihtoaukkojen avaaminen ratkaisee kaikki kolme ongelmaa, mikä selittää, miksi ilmanvaihtoaukkojen säätö on keskiössä kasvihuoneen ilmastohallinnassa eikä sen reunalla.
Kysymys on mekaaninen: kuinka avata useita satoja neliömetrejä ilmanvaihtoaukkoja luotettavasti tuhansia kertoja kauden aikana kosteassa ympäristössä? Kaupallisissa monitukoskasvihuoneissa yleisin vastaus on hammaspyörä- ja hammasrungon kasvihuoneilmanvaihto .
Hammaspyörä- ja hammasrungon ilmanvaihtojärjestelmän viisi komponenttia Venevoima
Vaihteistettu moottori on voimanlähde – sähkömoottori, johon on integroitu vaihteisto. Vaihteisto on tärkeämpi kuin moottori itse. Ilmanvaihtoikkunat vaativat suurta vääntömomenttia hyvin alhaisella nopeudella, koska liikutat suurta, tuulen kuormittamaa paneelia hitaasti ja hallitusti. Nämä järjestelmät tuottavat tyypillisesti muutaman kierroksen minuutissa, ei satoja.
Vaihteisto tarjoaa yleensä myös itse lukitsevan tai korkean vastuksen ominaisuuden, joten osittain auki jätetty ilmanvaihtoikkuna ei sulkeudu tuulenpaineen vaikutuksesta, joka kohdistuu takaisin voimansiirtoon.
Ajopuita
Voimansiirtovarsi on teräksinen putki tai sauva, joka kulkee ilmanvaihtoikkunan kaistaleen pituuden läpi ja jota tukevat laitoskehykseen kiinnitetyt laakerikoteloit, jotka ovat sijoitettu tasaisin väliajoin. Se toimii jakeluelementtinä: yksi moottori kääntää yhtä varsiyksikköä, ja tämä yksittäinen kiertoliike välitetään samanaikaisesti kaikkiin ilmanvaihtoikkunan paikkoihin kaistaleella.
Tämä on arkkitehtoninen päätös, joka tekee järjestelmästä taloudellisen. Kuusikymmentä metriä pitkä laituri kahdellakymmenellä ilmanottoaukolla ei vaadi kahdettakymmentä moottoria. Siihen riittää yksi moottori, yksi akseli ja kaksikymmentä muunnospistettä.
PINION
Pyörähammas on pieni hammaspyörä, joka kiinnitetään käyttöakseliin jokaisen ilmanottoaukon kohdalla. Se on paikka, jossa pyörimisliike muuttuu liikkeeksi kyseisessä ilmanottoaukossa.
Käytännössä pyörähammas on harvoin pelkkä hammaspyörä akselilla. Se sijaitsee hammasrungon ja pyörähammasyksikössä — teräsrungossa, joka tukee pyörähammasta, pitää hammasrungon kampauksessa ja kiinnittyy akseliin. Juuri tämä runko tekee muunnoksesta luotettavan kuormitettaessa, mikä tulee esille myöhemmin tässä tekstissä.
Hampurata
Hammasrunko on hampaillinen teräsputki. Sen hammastus kampautuu pyörähammasan, ja koska hammasrunko ei voi pyöriä, pyörähammasen pyörimisliike ajaa hammasrungon sen pituussuuntaan. Tämä on itse muunnos: pyörimisliike sisään, suoraviivainen liike ulos .
Kasvihuoneiden hammasrungot ovat yleensä suoraleikattuja (suorahammas-) eivätkä kierrehammasrungoja. Suorahammasrungot eivät aiheuta aksiaalista työntövoimaa – voima pysyy liikkeen tasossa sen sijaan, että se yrittäisi työntää pyörivää hammasrungon akselia sivusuunnassa. Tämä on tärkeämpää komponentille, joka täytyy pitää paikoillaan akselilla tuhansien käyttökertojen ajan kuin hieman suurempi sileys, jonka kierrehammasmuoto tarjoaisi. Katso lisätietoja meidän sinkitty kasvihuonehammasrungosta näissä järjestelmissä käytetystä hammasmuodosta.
Työntötanko ja tukikäsivarsi
Runko harvoin kiinnitetään suoraan ikkunalaudan liukusulkuun. Työntötanko siirtää rungon lineaarisen liikkeen tukikäsivarrelle, joka on nivelellisesti kiinnitetty ikkunalaudan liukusulkuun, ja tukikäsivarsi muuntaa työnnön kulmaliikkeeksi ikkunalaudan avaumassa.
Tämä vipuvaikutteinen rakenne tekee todellista työtä. Se muuttaa voiman suuntaa, tarjoaa mekaanista etua liikkeen alussa, jolloin ikkunalaudan liukusulku on raskain irrottaakseen itsensä paikoiltaan, ja mahdollistaa rungon suoran liikkeen samalla kun ikkunalaudan liukusulku heilahtelee kaarella.
Avauksen ja sulkeutumisen periaate vaiheittain
Avataksesi:
1. Ilmastointiohjain käskee ilmanvaihtoa ja kytkää vaihteistettu moottori päälle.
2. Moottorin ulostuloväljy pyörii hitaasti korkealla vääntömomentilla.
3. Käyttöakseli pyörii koko ikkunatilan pituudelta.
4. Jokaisessa ilmanvaihtoaukon asennossa akseliin kiinnitetty pienpyörä pyörii sen mukana.
5. Pienpyörän hammaspyörähampaiden ja hampaiden välillä tapahtuu kytkeytyminen, jolloin hammaspyörä liikuttaa hampaita suoraviivaisesti.
6. Hammaspyörä työntää työntövarren.
7. Työntövarsi liikuttaa tuetta, joka avaa ikkunan siiven.
8. Ohjain pysäyttää moottorin tavoitellussa avausasennossa.
Sulkeakseen , moottori kääntää pyörimissuuntaansa ja sama ketju toimii taaksepäin – hammaspyörä vetäytyy takaisin, tuet vetää ikkunan siiven alas ja ilmanvaihtoaukko tiukentuu kehykseensä.
Koko ketju on mekaanisesti positiivinen. Ei ole hydrauliikkaa vuotavaa nestettä, ei ilmanpaineita menetettäviä, eikä kaapeleita venyviä. Jokainen osa on suora mekaaninen yhteys, ja säätöventtiilin asema millä tahansa hetkellä riippuu suoraan siitä, kuinka paljon moottori on kääntynyt. Tämä determinismi mahdollistaa sen, että ohjaimet voivat pitää venttiiliä 30 %:n avoimena ja luottaa siihen, että se todella on 30 %:n avoinen.
Hampurin liikkuvuuden ymmärtäminen
Hampurin liikkuvuus on lineaarinen etäisyys, jonka hampuri liikkuu täysin suljetusta asennosta täysin auki avautuneeseen asentoon. Se määrittää, kuinka paljon venttiili todella avautuu, ja sen määrittävät kaksi asiaa: hammaspyörän pyörähdyskehän pituus ja voimansiirron akselin kierrosten määrä.
Jokainen täysi hammaspyörän kierros siirtää hampuria yhden pyörähdyskehän pituuden verran. Suurempi hammaspyörä siirtää hampuria pidemmän matkan kierrosta kohden, mutta vaatii enemmän moottorin vääntömomenttia samalla kuormalla, koska hammaspyörän säde toimii vipuvarrena moottoria vastaan. Pienempi hammaspyörä vaatii vähemmän vääntömomenttia, mutta tarvitsee enemmän akselin kierroksia saman avauksen saavuttamiseksi.
Tästä seuraa kaksi käytännöllistä seurausta:
Hammasrata on oltava riittävän pitkä koko liikkeen matkalle ja hampaiden kytkeytymiselle. Tarkalleen liikkeen matkan mittaista hammasrataa käytettäessä hampaat loppuvat liikkeen päätyessä, ja viimeiset hampaat kantavat koko kuorman pahimmassa mahdollisessa tilanteessa. Tämän oikea mitoitus käsitellään osiossa miten valita oikea hammasrata .
Liikkeen on oltava rajoitettu ennen kuin se saavuttaa mekaanisen päätyasennon. Rajoitussyöttimet tai ohjainyksikön paikkarajoitukset ovat pysäytettävä moottori ennen kuin hammasrata saavuttaa hampaidensa päätyasennon. Luottaminen siihen, että mekanismi pysähtyy omien rajoituksiensa vastaisesti, johtaa hampaiden katkeamiseen.
Katon ilmanpoistojärjestelmät
Katon ilmanpoistimet kulkevat harjan suuntaisesti, ja Venlo-tyyppisissä ja vastaavissa ristikkostruktuureissa ne ovat ensisijainen ilmanvaihtoreitti. Kuuma ilma nousee ylöspäin, kertyy harjaan ja poistuu katon ilmanpoistimen kautta – tämä on lämpöteknisesti tehokkain paikka avaukselle.
Mekaanisesti kattoikkunat ovat vaativampi tapaus. Siivekset nousevat vasten painovoimaa, joten mekanismi kantaa paneelin painoa koko liikkeen ajan. Merkittävämpää on kuitenkin se, että avattu kattoikkuna muodostaa tuulelle korotetun pinnan, ja tuulikuorma voi ylittää huomattavasti siiveksen staattisen painon. Ankkurointikomponentit mitataan juuri tuulitapauksen perusteella, ei painon perusteella.
Kattoasennossa esiintyy myös eniten kosteutta. Lämmin, kostea ilma kertyy harjalle, ja metallipinnat siellä läpäisevät joka yö kosteutta ja kuivumista vaihtelevan syklin – siksi sinkityt komponentit ovat siellä vakiovarusteita, ei vaihtoehtoisia lisävarusteita.
Koska yksi akseli ohjaa koko rivin ikkunoita, kaikki ikkunat avautuvat samanaikaisesti. Siksi jokainen ajoyksikkö on kiinnitettävä akseliin samassa vaiheessa, jotta ikkunat liikkuisivat yhdessä. Jos ikkuna kiinnitetään väärässä vaiheessa, se edistää tai jää jälkeen naapurikkoistaan ja ottaa liikkeen päätepisteissä epäsuhtaisen suuren osan kuormasta.
Sivuikkunasysteemit
Sivuaukot avautuvat seinänpinnassa ja toimivat yhdessä katonaukkojen kanssa poikkipuhalluksen aikaansaamiseksi – viileä ilma tulee sisään alhaalta seinänpinnasta ja lämmin ilma poistuu korkealta harjasta. Tämä pystysuuntainen ilmanliike on tehokkaampi lämmön poistossa kuin kumpikaan aukko erikseen.
Sivuaukon mekanismit noudattavat samaa pyörivästä lineaariseen muutokseen perustuvaa periaatetta, mutta ne kohtaavat erilaisia olosuhteita. Painokuorma on pienempi, koska siipipyörä heilahtaa eikä nouse. Tuulen vaikutus on suorempi, mutta se kohdistuu pienempään teholliseen pinta-alaan. Todellinen ero on saastuminen: sivuseinän komponentit sijaitsevat lähellä maanpintaa ja keräävät maan roisketta, kastelun ylivuotoa ja pölyä.
Tämä saastuminen on merkittävin huoltotekijä. Epäpuhtauksien kertyminen hammasjuurien väliin on yleisin syy jäykälle tai epätasaiselle sivuaukon toiminnalle, ja se ilmenee yleensä paljon ennen kuin hampaissa esiintyy mitattavissa olevaa kulumaa.
Jotkut sivuseinän suunnittelut käyttävät pystysuuntaista avausjärjestelmää, jossa siiveke liikkuu ohjausraudalla ylöspäin, ja hampurin ja hammaspyörän järjestelmä ohjaa tätä pystysuuntaista liikettä. Muunnosperiaate on identtinen; ainoastaan nivelmechanismin geometria muuttuu.
Miksi hampurin ja hammaspyörän järjestelmää käytetään sen sijaan kuin työntö- ja vetolaitetta
Vaihtoehtoisia tuuletusmekanismeja on olemassa – esimerkiksi ilmapaineella toimivat sylinterit, sähköiset lineaariset toimilaitteet sekä kaapelien ja kiskojen järjestelmät. Hampurin ja hammaspyörän järjestelmä hallitsee kaupallista kasvihuoneiden tuuletusta rakenteellisista syistä.
Yksi moottori palvelee useita tuuletusaukkoja. Lineaarinen toimilaite liikuttaa yhtä siivettä; hampurin ja hammaspyörän akseli palvelee koko laitetta yhdestä keskitetystä voimanlähteestä. Usean hehtaarin kokoisella alueella moottorien lukumäärän, sähköjohtojen ja ohjauspisteiden ero on merkittävä.
Asema on deterministinen. Hampurin asema on kiinteä funktio akselin kierroksesta, eikä siinä ole mitään löysää osaa, joka voisi kertyä. Kaapelijärjestelmät venyvät; ilmapainejärjestelmät poikkeavat paineen vaihteluiden mukana.
Iskun pituutta ei rajoita toimilaite. Sylinterin iskun pituutta rajoittaa sen oma rungon pituus. Hammasratasliikkeen matkaa rajoittaa ainoastaan hammasratasen pituus.
Se kestää ympäristöä. Ei kulumisaltista tiivistettä, ei likaantuvaa nestettä, ei paineputkea, joka väsymisiin altistuisi. Sinkitty teräshammasratas ja -pyörä teräskehikossa on lähes yksinkertaisin mahdollinen voimatoiminen mekanismi, ja yksinkertaisuus on se, mikä kestää viidentoista vuoden päivittäisen kosteusmuodostuman.
Missä nämä järjestelmät käytännössä epäonnistuvat
Vianmuotojen ymmärtäminen kertoo sinulle enemmän mekanismista kuin tekninen eritelmä.
Kampipyörän ja hammasratasen välisen yhteyden syvyyden menetys. Tuulikuorman vaikutuksesta hammasratas pyrkii nousemaan kampipyörästä pois, mikä vähentää hampaiden kytkeytymissyvyyttä ja keskittää voiman hampaiden kärkiin. Juuri tämän estävät ohjauspinnat, jotka on asennettu kampipyörän molemmin puolin oikeassa voimansiirtoyksikössä – ne tukeutuvat hammasratasen takapuoleen ja pitävät sitä kytkeytynä juuri silloin, kun kuorma on suurimmillaan.
Epäsuuntaisuus. Hylly, joka ei ole suunnattu sen liikkesuunnan suuntaisesti, jää osittain liikkeeseen. Asentajat saattavat reagoida lisäämällä moottorin vääntömomenttia, mikä muuttaa geometrian ongelman rikkoutuneeksi hammoksi.
Taipuma tuentaan puuttuvilla väleillä. Pitkä hylly ilman välituentaan taipuu omasta painostaan, mikä vähentää hammasliitoksen syvyyttä matkan keskellä, vaikka liitos pysyisi oikeana molemmissa päissä.
Epäsopiva hammasmuoto. Suorahammainen hylly, joka toimii yhdessä vinohampaisen pyörän kanssa, aiheuttaa pistemäisen kosketuksen sen sijaan, että kosketus olisi viivamainen koko hammaspinnalla. Se näyttää toimivan asennuksen jälkeen, mutta epäonnistuu kauden sisällä. Oikean geometrian valinta käsitellään osassa miten valita oikea hammasrata .
Likaa hammasten juurissa. Jäykän toiminnan yleisin syy ja helpoin korjata. Pölyisessä talossa rasva sieppaa pientä likaa ja kiihdyttää kuluminen eikä vähennä sitä.
UKK
K: Kuinka paljon vääntömomenttia kasvihuoneen ilmastointimoottorille tarvitaan?
Se riippuu sivun painosta, aukkojen määrästä akselilla, pyörän koon ja teidän paikanne suunnittelutuulikuormasta – ei yhdestä julkaistusta luvusta. Yleensä tuulitapaus määrittää mitoituksen, ei staattinen paino. Laske kuormat tarkalleen teidän rakenteellenne sen sijaan, että oletettaisiin ne samankaltaisesta rakennuksesta.
K: Voiko yksi moottori ohjata sekä katto- että sivuaukkoja?
Käytännössä niitä ohjataan erikseen. Katto- ja sivuaukkoja ohjataan riippumattomasti, koska ilmastointistrategia vaatii eri aukkoasentoja eri aikoina – usein halutaan sivuseinät auki, kun katto on osittain kiinni, tai päinvastoin tuulisessa sävässä.
K: Kuinka paljon kasvihuoneen kattoaukko tulisi avautua?
Tämä on ilmastointipäätös, ei mekaaninen päätös, ja se vaihtelee viljelykasvin, ulkolämpötilan ja tuulen mukaan. Mekaanisesti tärkeintä on, että järjestelmä pystyy saavuttamaan täyden avauman luotettavasti ja pitämään mitä tahansa välisasentoa ilman siirtymistä.
K: Mikä on ero hammasrungon matkan ja aukon avaumiskulman välillä?
Hyllyn liike on hyllyn suoraviivainen siirtymä. Avauskulma on siiven kulmallinen heilahdus. Liitännän geometria — työntövarren pituus ja tukikäsivarren kiinnityspiste — muuntaa nämä toisikseen, ja niiden välinen suhde ei ole lineaarinen koko liikkeen matkalla.
K: Miksi kasvihuoneiden hyllyt galvanoidaan eikä maalata?
Maali kuluu ensin hammasharjan sivuilla, koska juuri siellä metalli koskettaa metallia joka kierroksella. Kun pinnoite on kulunut läpi kosketuspisteessä, korroosio alkaa juuri siitä kohdasta, jossa kuorma kantaa. Sinkkipinnoite kestää kostean ympäristön ilman, että sen täytyy luottaa ehjään kalvoon.
K: Voiko hammaspyörä- ja hyllyventilaatiojärjestelmää käyttää manuaalisesti virran katketessa?
Riippuu vaihteistosta. Monet kasvihuoneiden vaihtomoottorit sisältävät manuaalisen ohjausmahdollisuuden tai käsikäyttöisen käsivivun juuri tätä varten — kasvihuone, jossa ei ole tuuletusta aurinkoisena päivänä, menettää sadon nopeasti. Vahvista tämä moottorin määrittelyssä.
Yhteenveto
Hylly- ja hammaspyöräpohjainen kasvihuoneilmanvaihtojärjestelmä on yksinkertaisia muunnoksia: sähköenergia muuttuu alhaisen kierrosluvun ja korkean vääntömomentin pyörimisliikkeeksi vaihteistolla varustetussa moottorissa, tämä pyörimisliike siirtyy laajennusakselin kautta koko hyllyn yli, jokainen hammaspyörä muuntaa sen lineaarisesti liikkuvaksi hyllyksi sen ilmanvaihtoaukon kohdalla ja työntövarsi sekä tukikäsivarsi muuntavat tämän liikkeen avoimen ikkunan heilahdukseksi.
Ketjun mikään osa ei ole itsessään monimutkainen. Järjestelmän toiminta viidenkymmenen vuoden käyttöiän ajan perustuu siihen, että jokainen muunnos pysyy oikein kytkettyinä – hammaspyörä kiinnitetään turvallisesti ja vaiheessa akseliin, hylly pidetään täysillä hampaiden syvyyksillä ohjauspinsseillä ja koko kokoonpano on suunniteltu niin, ettei mikään osa jää kesken liikkeen, ja kaikki teräspinnat, jotka altistuvat yölliseen kosteuteen, on sinkitty.
Kun nämä järjestelmät epäonnistuvat, se johtuu harvoin siitä, että periaate olisi riittämätön. Sen sijaan virhe johtuu usein siitä, että hylly asennettiin vinosti, hammassarja ei vastannut toista tai kolmen kauden ajan hampaiden juurissa oli jäänyt likaa.
