一种潮汐式无土栽培设施专用栽培架的制作方法

本实用新型属于无土栽培技术领域，涉及一种新型潮汐式无土栽培设施专用栽培架，具体涉及一种适用于蔬菜、草莓等的小型立体潮汐式无土栽培设施专用栽培架。

背景技术：

潮汐式灌溉是底部灌溉形式之一，运行时灌溉水或营养液经进水口流入栽培池或栽植床，具体液面高度和维持时间，视栽培基质、植物种类及其生长发育阶段而定，液面高度一般达到4-6cm后，维持5-10分钟，基质持水量饱和后，灌溉液由出水口经过滤、消毒回到储液罐，整个过程历经涨潮(灌溉)、落潮(回水)两个阶段，形似潮水涨落，故名潮汐式灌溉。

立体栽培的形式丰富多样，如柱式、管道式、层架式等，其中层架式栽培所使用的栽培架构型多数根据栽培作物的外形尺寸确定，使得各层之间的作物会互相遮挡，不能完全满足作物对光照的需求。此外，栽培架的荷载也十分必要，一方面需确保栽培架具有足够的承载能力，另一方面需确保栽培架制作材料不浪费，节省耗材。

目前，潮汐式无土栽培方式多见于平面栽培，对于立体式潮汐式无土栽培尚未见报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有问题，基于“一种潮汐式无土栽培设施(cn201610396007.9)”，根据栽培架使用地区的太阳高度角等光照条件，确定了潮汐式无土栽培设施(nscd)专用栽培架的基本构型为a字形，该栽培架结构简单、充分利用垂直方向上的栽培空间、增加了单位面积作物产量，提高了土地利用率，以实现潮汐式无土栽培设施的高效集约、合理化应用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种潮汐式无土栽培设施专用栽培架，包括由斜支撑1构成的“a”字形支架，所述的“a”字形支架设有至少一根横梁2；至少两个“a”字形支架通过纵梁3连接成“a”字形栽培架；在所述的“a”型支架的2个斜支撑1上横向(即沿横梁所在方向)设有多层托架4，沿栽培架纵向(即沿纵梁所在方向)将潮汐式无土栽培设施置于托架4上。

优选的，每个“a”字形支架设有至少2根横梁；上下相邻的横梁在垂直方向的距离为64±2cm。

优选的，至少两个“a”字形支架的每一侧斜支撑通过至少2根纵梁3连接成“a”字形栽培架；上下相邻的纵梁在垂直方向的距离为64±2cm。

优选的，所述的“a”字形支架的数量为两个。

潮汐式无土栽培设施高度为16cm，考虑到叶菜类正常株高为20cm，为了确保同一栽培架、同一侧不同高度上的作物都有光照，相邻两层托架4在垂直方形上的间距为32±2cm，下层托架比上层托架向外侧偏移(即以托架与斜支撑的连接点计，下层托架与上层托架在水平方向的距离)14.5±2cm。

优选的，所述的“a”字形支架中，两个斜支撑1通过螺钉连接，横梁2的两端通过螺钉固定在斜支撑1上。所述的“a”字形支架的斜支撑与纵梁3之间通过螺钉连接。所述的托架4通过螺钉或焊接固定在斜支撑1上。

作为本实用新型潮汐式无土栽培设施专用栽培架的优选技术方案，所述的架托4设有活动护栏5，护栏5的倾斜角度与潮汐式无土栽培设施栽培槽侧面坡度一致。进一步优选的，所述的护栏5的底端设有定位螺丝，在所述的托架4上设有可供螺丝穿过的长方形孔或多个定位孔，定位螺丝穿过托架的长方形孔使得护栏实现水平移动，并由螺母固定以使栽培槽稳妥地安置在栽培架上，或定位螺丝穿过托架的定位孔并由螺母固定。

所述的“a”字形栽培架的横向跨度d(“a”字形支架两个斜支撑的底端水平距离)、纵向跨度(栽培架最外侧两个“a”字形支架之间的距离)与托架层间距是根据栽培架所使用地区的纬度、太阳高度角以及作物高度所确定。

栽培架不仅承受栽培设施、基质、营养液以及作物等荷载，还需要对nscd起固定和支撑作用，并为作物提供良好的光照条件。为使同一栽培架、同一侧不同高度上的作物都有光照，需要考虑夏至日太阳高度角最大时栽培架底层作物是否有光照。而冬至日最小高度角则决定了紧邻两排栽培架之间最小间距。太阳高度角计算公式如下：

北半球冬至日中午太阳高度角an1：

an1＝90°-(b0+b1)(1)

北半球夏至日中午太阳高度角an2：

an2＝90°-(b0-b1)(2)

式中，b0为北回归线纬度23°26'，b1为栽培架所在地纬度。

a字形支架顶部夹角确定了nscd专用栽培架的基本构型，所以根据计算出的使用nscd栽培架地区的夏至日中午太阳高度角，可以确定a字形支架顶部夹角α：

栽培架的高度为h(单位为m)：

h＝0.3tanan2(4)

栽培架横向跨度d(单位为m)：

相邻两行栽培架的间距s(单位为m)：

和现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型栽培架结构简单、充分利用垂直方向上的栽培空间、增加单位面积作物产量，提高了土地利用率，实现了潮汐式无土栽培设施的高效集约、合理化应用。

本实用新型栽培架不仅起固定和支撑作用，能够承受栽培设施、基质、营养液以及作物等荷载，并为作物提供良好的光照条件，使同一栽培架、同一侧不同高度上的作物都有光照。

附图说明

图1为本实用新型潮汐式无土栽培设施专用栽培架的立体图；

图2为本实用新型潮汐式无土栽培设施专用栽培架的正视图；

图3为本实用新型潮汐式无土栽培设施专用栽培架的的左视图；

图4为本实用新型放置潮汐式无土栽培设施后的示意图。

图中，1-斜支撑，2-横梁，3-纵梁，4-托架，5-护栏，6-潮汐式无土栽培设施栽培槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步描述。

如图1、图2和图3所示，一种潮汐式无土栽培设施专用栽培架，包括由斜支撑1构成的“a”字形支架，所述的“a”字形支架设有两根横梁2；两个“a”字形支架通过两根纵梁3连接成“a”字形栽培架；在所述的“a”型支架的2个斜支撑1上横向设有四层托架4，从下往上依次为第一层托架、第二层托架、第三层托架和第四层托架，沿栽培架纵向将潮汐式无土栽培设施6置于托架4上，所述的架托4设有活动护栏5，护栏5的倾斜角度与潮汐式无土栽培设施栽培槽侧面坡度一致。

所述的斜支撑、横梁、纵梁、托架、护栏均采用型号为“∠30×30×3”热轧等边钢组装，等边钢两直角边长均为30mm，钢板厚度为3mm。

所述的护栏5的底端设有定位螺丝，在所述的托架4的竖向直角边上设有可供螺丝穿过的长方形孔，定位螺丝穿过托架的长方形孔使得护栏实现水平移动，并由螺母固定以使栽培槽稳妥地安置在栽培架上。

为方便组装、拆卸，所有连接点均由规格为m5的螺钉连接。

所述的栽培架在南京市使用。太阳高度角计算公式如下：

北半球冬至日中午太阳高度角：

an1＝90°-(b0+b1)(1)

北半球夏至日中午太阳高度角：

an2＝90°-(b0-b1)(2)

式中，an为太阳高度角，b0为北回归线纬度23°26'，b1为南京市纬度32°02'。

计算得出南京地区冬至日太阳高度角an1、夏至日中午太阳高度角an2分别为34°32'、81°26'。

根据使用nscd栽培架地区的夏至日中午太阳高度角，确定a字形支架顶部夹角α：

潮汐式无土栽培设施高度为16cm，考虑到叶菜类正常株高为20cm，所以栽培架托架层间距设计为32cm，每层向外侧偏移量为14.5cm。

栽培架整体高度为h(单位为m)：

h＝0.3tanan2(4)

栽培架跨度d(单位为m)：

计算得出a字形支架顶部夹角α为48°，栽培架高度h为122.0cm，栽培架横向跨度d为110.5cm，纵向跨度为60.0cm，共4层托架。

相邻两行栽培架的间距s(单位为m)为：

确定相邻两排栽培架之间的最小间距为122cm。

采用本实施例栽培架，相比于平面栽培，土地利用率提高了148.2％。

如图4，将放置潮汐式无土栽培设施6放置于潮汐式无土栽培设施专用栽培架上，并调节护栏5以使栽培槽稳妥地安置在栽培架上。栽培架承受的荷载包括潮汐式无土栽培设施、基质、营养液、管路以及作物等荷载，其数值为2606.02n。运用ansys18.0软件分析栽培架的应力与形变，可知最大应力为14.27mpa，分布在栽培架第三层，小于热轧等边钢容许应力156.67mpa，说明栽培架结构安全；在荷载作用下，栽培架最大变形出现在栽培架第三层。根据国标gb50017-2003钢结构设计规范，计算得出栽培架变形最大处的挠度容许值为1.41mm，而该处变形量最大值为0.16mm，小于挠度容许值，说明该栽培架结构比较安全。

上述实施仅仅是对本实用新型实施方式的一个描述，并非对本实用新型的构思和范围进行界定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域其他人员对本实用新型设计做出的任何变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。