楊臻昊，尹海燕

（溫州大學 機電工程學院，浙江 溫州 325000）

溫室分為玻璃溫室、塑料薄膜溫室和PC陽光板溫室，其中塑料薄膜溫室面積高達292萬hm2，占比為63.5%，亞洲國家所占的面積最大。據(jù)《2022—2028年中國溫室大棚行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調查及市場分析預測報告》，中國溫室大棚以塑料大棚為主，占比高達65.4%。我國南方地區(qū)主要使用的是塑料大棚，長時間使用后，大棚薄膜上經常會覆蓋有灰塵，并滋生苔蘚，致使大棚的透光率下降，影響大棚內作物的健康生長，并導致溫室大棚的產量過低，無法實現(xiàn)應有的經濟效益和社會效益。因此，有必要定期清洗大棚棚頂，恢復薄膜透光率，進而提高作物的產量。國內現(xiàn)在的主流清洗方式仍是人工清洗，但溫室大棚的跨度大且高度高，人工清洗存在一定的困難，同時也存在不小的安全隱患。溫室大棚棚頂清洗機的出現(xiàn)、普及和應用可以顯著提高清洗效率，并有效減少甚至消除人工清洗時存在的各類安全隱患。此外，溫室大棚棚頂清洗機也是溫室配套自動化技術的發(fā)展趨勢之一。

1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀60年代以來，在溫室和大棚建設及管理方面，一些發(fā)達國家開始發(fā)展設施農業(yè)建設，各自具有獨立的特色和經驗。荷蘭是設施園藝最發(fā)達的國家，其溫室自動化程度高，廣泛地應用了工業(yè)自動化控制技術。溫室頂面清洗全部采用自動化機械清洗，清洗機將以天溝作為軌道，高壓水作為清洗水，利用毛刷可以高效地將溫室表面的灰塵清洗干凈，該類清洗機在荷蘭乃至歐洲各國被廣泛使用，其相關技術在已較為成熟。荷蘭的溫室棚頂清洗機主要分為2種結構形式，一種是機械結構為“人”字型，一種是“Y”字型清洗機，該類清洗機清洗效果好、效率高，但是設備比較笨重，需要配套橫向移動裝置或者大型起吊設備才能使用，不適合有遮陽網的中國南方的大棚清潔，如圖1—圖2所示。

圖1 “Y”字型清洗機

圖2 “人”字型清洗機

以色列的溫室設備材料、滴灌技術和種植技術均屬世界一流。利用尼龍旋轉毛刷使溫室棚頂灰塵等附著物與棚頂脫離，再用真空吸塵原理的機構將雜物吸進集塵箱，整機懸掛在一個橋式的機架上，機架安裝在溫室旁的坡道上。該清潔機不具有適用性，若要清洗不同尺寸規(guī)格的溫室，需要制作不同尺寸的連接橋臂，整機體積較大，加工成本較高，不適用于我國有遮陽網的塑料溫室的清洗，此外其清洗效果并未得到驗證。

土耳其研究設計了一種可用于溫室屋頂玻璃清潔的四足四輪移動機器人，如圖3所示。該機器人由4條腿和4個輪子組成。其中，4個輪子用于驅動機器人，使其能夠沿著固定的軌道進行橫向移動，在機器人清潔完畢其所在軌道所對應的玻璃溫室部分時，機器人可以利用4條腿，使機器人從一條軌道跨到另一條軌道上，從而實現(xiàn)軌道之間的切換，進而實現(xiàn)機器人在整個大棚上的自動化移動。該機器人使用旋轉毛刷和從外部接入機器人的水清洗玻璃。機器人的運動部分和清洗裝置部分都由電動機驅動的，電能則由連接到電網的電纜提供。該清潔機器人適用于支架外露的玻璃溫室的清洗，且電能消耗較大，其仍處于實驗狀態(tài)，清洗效果尚不可知。

圖3 四足四輪移動機器人

2 國內研究現(xiàn)狀

與荷蘭、以色列等國家的自動化、集約化的連棟溫室清洗裝置不同，中國溫室頂棚大部分仍由人工進行清洗，因此，中國的溫室自動化配套清洗裝置有著不同于其他國家的獨特的發(fā)展道路，適用于我國的溫室清洗裝置也與發(fā)達國家有較大的不同。

2014年，徐州市泰瑞農業(yè)科技有限公司發(fā)明了一種導軌式塑料溫室清洗機，首先要在溫室主體上架設可供移動支架行走的導軌，水泵將儲水罐中的水加壓后從一排噴頭中噴出，依靠水壓的沖擊達到沖刷棚膜上塵屑的目的。該清洗機存在的缺點是：架設清洗機需要另加導軌，而且僅通過水的沖洗來達到清洗的目的會浪費較多水資源，且不易沖洗掉棚膜上生長的苔蘚和部分頑漬。

2016年，朱康熹等設計了一種用于塑料溫室清洗的清洗機，如圖4所示，清洗機包含8個單節(jié)清洗裝置，由溫室骨架和棚頂薄膜共同支撐，可與拱形棚頂?shù)幕《茸匀毁N合，清洗機采用支架連接行走機構和清洗機構組成單節(jié)清洗裝置，為了能模仿棚頂?shù)幕⌒?，將多?jié)清洗裝置鉸接構成清洗機整體。該清洗機的總長度是根據(jù)清洗對象而定制的，單節(jié)清洗裝置無法伸縮，對于棚頂弧長不一致的溫室，其工作效果將受到影響甚至不能工作，另外，此裝置缺少給水裝置，對清洗效果將有一定影響。

圖4 多節(jié)清洗裝置組合

2018年，山東農業(yè)大學的陳天軍等研制成功一種大棚清洗裝置，如圖5所示，分別為第三代樣機與第四代樣機。清洗后薄膜透光率可顯著提高，由于是半自動清洗機，當清洗機完成日光溫室一段清洗作業(yè)，可解開壓膜繩，卸下整體裝置并搬動至下一段，再系上壓膜繩，通過繞繩輪隨轉軸轉動來實現(xiàn)壓膜繩的收放過程，進而改變清洗位置，該機目前還處于實驗階段，而且清洗效率低，在一段大棚清洗結束后，仍需要人工輔助調整清洗裝置至另一段大棚，此過程未實現(xiàn)清洗過程的全自動化，而且該機尚存在續(xù)航能力，整機重量及提高效率等問題。

圖5 山東農業(yè)大學大棚清潔裝置

2019年，由西南大學研制的溫室大棚清洗機，如圖6所示，該清洗機利用間隔為1 m的磁力輪在大棚棚頂運動以實現(xiàn)清洗作業(yè)的裝置。磁力輪可以隔著薄膜吸附在骨架上，來保證清洗機在清洗時不會墜落、漂移等，同時以大棚已有的結構來當作機器運動的軌道而無需安裝新的結構，這給清洗機的安裝和作業(yè)帶來了很大的便利。清洗機可以與不同跨度、不同曲率的大棚配合，極大地增強了設備的適用性。該清洗機以自身的噴水裝置配合上毛刷可以做到快速有效地清洗薄膜，清洗效果令人滿意。但對于南方連棟塑料大棚的清洗仍有些不便，無法實現(xiàn)連棟大棚之間的自動化移動。

圖6 磁力輪式清潔裝置

2020年，韓波等設計的大棚清洗裝置，該清洗機含有底座，通過在底座上安裝滾輪和萬向輪，實現(xiàn)清洗機構的移動。通過可伸縮軟毛刷頂端的彈簧實現(xiàn)毛刷與大棚棚面的緊密貼合，從而達到全面清洗的目的。而且，本裝置有第二噴水區(qū)，在清洗完成后會對大棚進行沖刷，提高大棚的清潔度。但本裝置未考慮遮陽網對清洗機高度的限制，也未考慮連棟式大棚的連續(xù)清洗。

2021年，易少燕設計了一種農業(yè)大棚清洗裝置，該清洗裝置由旋轉盤帶動滑塊移動，再由滑塊帶動刷塵裝置和噴水裝置移動，從而實現(xiàn)水平方向的清潔。該裝置既可以單獨使用刷塵裝置，來掃除棚頂?shù)幕覊m，也可以將刷塵裝置和噴水裝置結合使用，達到較好的清潔效果。該清洗裝置還帶有循環(huán)過濾裝置以提高水資源的利用率。該裝置適用于獨棟大棚的清洗，操作簡單，但不適用于連棟式大棚的清洗。

2022年，王安臻設計了一種塑料大棚棚頂清洗裝置，該裝置的主要結構為移動構架和拱形析架。其中，移動構架的底部安裝有多個滾輪，使移動構架能在位于大棚兩側的軌道上運動。拱形析架則由多個析架單元依次拼接而成，并采用鉸接固定，且在析架的底部固定有交錯設置的多個清洗組件。拱形析架在移動構架的帶動下進行移動，實現(xiàn)清潔功能。該裝置可以調節(jié)拱形析架的拱形弧度，提高清洗組件和大棚表面的貼合程度，從而提高清洗效率，但只適用于獨棟大棚的清洗，無法實現(xiàn)連棟式大棚之間的移動及清洗。

2022年，王云力等設計了由2套清洗單體（1套主機和1套副機）及清洗帶組成的塑料大棚清洗機。其主機和副機分別布置安裝在塑料大棚兩側的天溝內，而由化纖編織網制成的清洗帶則緊貼塑料大棚的棚頂，清洗帶的兩端分別連接在主機和副機上。在使用中，在天溝上分別持有主機和副機的操作人員，同時向前移動，主機和副機的纏繞滾保持同向轉動。正轉時，主機上的纏繞滾收緊清洗帶，副機上的纏繞滾放松纏繞帶，使緊貼棚頂?shù)那逑磶蛑鳈C一側移動。到設定的時間后，2個纏繞滾同時反轉，此時主機上纏繞滾放松清洗帶，副機上的纏繞滾收緊清洗帶，緊貼棚頂?shù)那逑磶蚋睓C一側移動，直至移動到設定的時間后，2個纏繞滾又同時改變轉動方向。如此往復，能夠通過清洗帶將塑料大棚棚頂表面的灰塵和綠藻等搓擦下來，從而實現(xiàn)清除棚頂污染物的目的。在清洗帶來回搓拉的過程中，使用普通的PVC軟管或水槍不斷向清洗帶上噴灑清水，就能使搓拉掉的灰塵順著水流流走。本裝置結構簡單且制造成本較低，易于更換，但只適用于較低的塑料大棚，仍然以人力為主，且未實現(xiàn)塑料大棚的自動化清洗。

3 結論

綜上所述，由于目前，中國的溫室大棚仍以個體戶為主，且大多數(shù)為塑料大棚，故清洗機的發(fā)展一定是向著更簡潔、易于推廣的方向前進。近些年來，在農業(yè)自動化浪潮的推動下，塑料大棚正在向大型化、連棟化的方向發(fā)展，且還在不斷進行升級改造。隨著機械化、智能化、自動化技術的廣泛應用，塑料大棚的生產效率將有顯著提升，人工成本也能進一步得到降低。針對我國南方普遍使用的帶有遮陽網的連棟式塑料溫室棚頂清洗困難的問題，通過分析國內外研究現(xiàn)狀，針對國內現(xiàn)有的普遍使用的圓弧形的骨架為主的塑料大棚，由于棚頂覆蓋的薄膜不能作為著力點，因此可以通過將塑料大棚原本的支撐框架作為清洗機的支撐機構，進而實現(xiàn)大棚薄膜的自動化清洗。