溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì)

1、安 徽 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 論文題目 溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì) 姓 名 xxx 學(xué) 號(hào) xxxxx 院 系 xxx 專 業(yè) xxxxxxxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 xxx 職 稱 xxx 中國(guó)合肥二o一 五 年 五 月目錄1 緒論11.1 課題研究的目的及意義11.2 我國(guó)現(xiàn)代化溫室發(fā)展方向21.3 國(guó)內(nèi)溫室開窗機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀21.4 溫室開窗機(jī)構(gòu)類型3 1.4.1 齒輪齒條式3 1.4.2 曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)3 1.4.3 推拉窗3 1.4.4 氣動(dòng)開窗機(jī)構(gòu)41.5 溫室開窗方式41.6 溫室總體面積及覆蓋物的選取5 1.6.1 溫室總體面積5 1.6.2 溫室覆蓋物的選取5

2、2 電動(dòng)開窗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.2 工作原理 62.3 窗體自重計(jì)算72.4 頂桿的設(shè)計(jì)82.5 齒條所在軸直徑的計(jì)算102.6 齒輪齒條的設(shè)計(jì)選擇112.7 傳動(dòng)軸的直徑計(jì)算11 2.7.1 傳動(dòng)軸的精確校核122.8 電動(dòng)開窗機(jī)運(yùn)動(dòng)分析153 電動(dòng)開窗機(jī)控制電路153.1 電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)選擇153.2 時(shí)空開關(guān)的選取153.3 控制電路圖173.4 設(shè)置天窗啟閉時(shí)間17結(jié)論18致謝18參考文獻(xiàn)19溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì)作者：xxxx 指導(dǎo)老師：xxx（xxxx大學(xué)工學(xué)院 級(jí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化xx班 合肥 ）下載須知：本文檔是獨(dú)立自主完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)，只可用于學(xué)習(xí)交流，不可

3、用于商業(yè)活動(dòng)。另外：有需要電子檔的同學(xué)可以加我，我保留著畢設(shè)的全套資料，旨在互相幫助，共同進(jìn)步，建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)。摘要：目前，國(guó)內(nèi)溫室主要以塑料大棚為主，其設(shè)施簡(jiǎn)單，收益甚微，日光溫室及大型現(xiàn)代化溫室正在快速發(fā)展。溫室在帶來(lái)高收益的同時(shí)，也是一個(gè)高耗能產(chǎn)業(yè)，冬季室內(nèi)增溫和夏季降溫的費(fèi)用占溫室生產(chǎn)總費(fèi)用的15%40%，在國(guó)家建設(shè)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的要求下，溫室的節(jié)能生產(chǎn)也尤為重要。本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)為溫室開窗機(jī)構(gòu)，溫室頂窗開啟面積與溫室總體面積之比越大，溫室內(nèi)自然降溫的效果就越好，因此，本文通過(guò)對(duì)頂窗開啟所需力的分析，設(shè)計(jì)電動(dòng)開窗機(jī)構(gòu)，計(jì)算出傳動(dòng)軸最小直徑，選擇合適的齒輪齒條進(jìn)行傳動(dòng)，并對(duì)開啟窗戶所用

4、推桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能在齒條規(guī)定行程內(nèi)開啟頂窗，最后在所設(shè)計(jì)的控制電路中加入時(shí)空開關(guān)，實(shí)現(xiàn)頂窗的自動(dòng)開啟與關(guān)閉功能，將電氣自動(dòng)化帶入溫室生產(chǎn)中，提高溫室設(shè)施技術(shù)含量，減少人力支出，實(shí)現(xiàn)溫室智能化控制。關(guān)鍵詞：PC陽(yáng)光板 電動(dòng)開窗機(jī) 時(shí)空開關(guān) 智能控制1 緒論1.1 課題研究的目的及意義溫室是指具有屋面和墻體結(jié)構(gòu)，增、保溫性能優(yōu)良，適于嚴(yán)寒條件下進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)的大型保護(hù)設(shè)施總稱，溫室是我國(guó)古代勞動(dòng)人民在與自然的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中發(fā)明創(chuàng)造出來(lái)的，據(jù)考證，2000多年前秦始皇曾“密令種瓜于驪山研古中溫處”使冬天結(jié)瓜，后來(lái)發(fā)展到了漢代，便出現(xiàn)了溫室，并歷經(jīng)三國(guó)、唐朝、明清等朝代的不斷傳承與發(fā)展，到了現(xiàn)在，溫室技術(shù)

5、的發(fā)展已進(jìn)入了全新時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使溫室更具智能化，除了使用暖氣、工業(yè)余熱等方式提高室溫外，太陽(yáng)能這一新型產(chǎn)業(yè)也應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加溫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的日光溫室達(dá)到496萬(wàn)畝，塑料大棚達(dá)1007萬(wàn)畝，占世界溫室面積42.8%。1958年，我國(guó)開始自行生產(chǎn)農(nóng)用聚乙烯薄膜，并廣泛應(yīng)用到小棚覆蓋，20世紀(jì)60年代，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)處于規(guī)模小、水平低發(fā)展速度緩慢階段，到了20世紀(jì)80年代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，溫室進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，此期主要發(fā)展以塑料薄膜為覆蓋材料的日光溫室，使得溫室生產(chǎn)效益大大提高，基本解決了北方地區(qū)蔬菜淡季供應(yīng)的問(wèn)題，并從國(guó)外引進(jìn)約20hm2大型連棟溫室，但由于管理和技術(shù)

6、上的缺陷，這些大型溫室的經(jīng)濟(jì)效益較差，從90年代開始，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)逐步向規(guī)?；?、集約化和設(shè)施化方向發(fā)展。到了近代，溫室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室3個(gè)階段，由簡(jiǎn)單到完備，由單棟到幾公頃連棟溫室群，基本上實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)類型的多樣化，并且配套設(shè)備和材料逐步完善，塑料大棚，中棚和日光溫室為我國(guó)主要設(shè)施結(jié)構(gòu)類型，其中能充分利用太陽(yáng)光熱資源，節(jié)約源，減少環(huán)境污染的日光溫室為我國(guó)所特有。國(guó)外溫室較為先進(jìn)，以荷蘭為代表的歐美國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模大、自動(dòng)化程度高，溫室內(nèi)對(duì)于水、光、肥的控制均實(shí)現(xiàn)了智能化，以色列的現(xiàn)代溫室可以根據(jù)作物對(duì)環(huán)境的不用要求，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境實(shí)行監(jiān)控和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)作物的高

7、效生產(chǎn)；美國(guó)、日本等國(guó)采用人工補(bǔ)充光照、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和視頻技術(shù)對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和診斷，由機(jī)器手進(jìn)行移栽，是世界最先進(jìn)的全封閉式生產(chǎn)體系。1.2 我國(guó)現(xiàn)代化溫室發(fā)展方向“九五”期間，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部以“工廠化”為題，將“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”引入“九五”國(guó)家科技攻關(guān)重大產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目計(jì)劃，在北京、上海、沈陽(yáng)、杭州、廣州和天津等地，設(shè)立了六個(gè)示范區(qū)分項(xiàng)，組織實(shí)施。同時(shí)，各地也都對(duì)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了較深入的研究。研究?jī)?nèi)容涉及高效節(jié)能日光溫室、大型現(xiàn)代溫室等設(shè)施及其配套設(shè)備，取得了一大批相關(guān)的技術(shù)成果。與此同時(shí)，我國(guó)相繼成立了一大批溫室企業(yè)，這些企業(yè)對(duì)現(xiàn)代溫室進(jìn)行了較深入研究，側(cè)重于消化吸收國(guó)外先

8、進(jìn)技術(shù)，并逐步重視產(chǎn)品對(duì)我國(guó)氣候的適應(yīng)性和國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年的研究設(shè)計(jì)、試驗(yàn)示范和大量溫室工程建設(shè)的實(shí)踐，已能設(shè)計(jì)建造各種類型的現(xiàn)代溫室，其設(shè)計(jì)制作、建造和整體溫室的性能，基本上達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平1。1.3 國(guó)內(nèi)溫室開窗機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀用于打開或關(guān)閉窗戶的機(jī)器稱作為“開窗機(jī)”或“開窗器”，發(fā)源于歐洲，國(guó)外一般稱作“開窗器”，而在國(guó)內(nèi)大都叫做“開窗機(jī)”，它是伴隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，至今已有20多年的歷史，現(xiàn)為國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的高新產(chǎn)品，而“智能電動(dòng)窗戶”則為現(xiàn)代窗戶行業(yè)的最新發(fā)展。電動(dòng)開窗機(jī)的出現(xiàn)為人類生活帶來(lái)了極大的便利，它改變了傳統(tǒng)手動(dòng)開窗模式，將電氣自動(dòng)化控制帶入了居家生活。目前，電

9、動(dòng)開窗機(jī)在建筑行業(yè)應(yīng)用居多，而在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用頗為少見。在溫室生產(chǎn)中，從降低能耗，減少溫室運(yùn)行費(fèi)用、提高產(chǎn)出效益、實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)利用等方面考慮，采用可控自然通風(fēng)調(diào)控溫室內(nèi)動(dòng)態(tài)溫度，顯著改善溫室內(nèi)的濕熱環(huán)境，是一個(gè)較好的解決方案。而“十五”期間國(guó)家也將溫室環(huán)境智能化綜合調(diào)控系統(tǒng)研究與開發(fā)，列入我國(guó)農(nóng)業(yè)與社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。 現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外溫室除簡(jiǎn)易溫室用手動(dòng)卷膜外，開窗機(jī)構(gòu)均采用由電動(dòng)機(jī)、減速器、齒輪齒條或連桿機(jī)構(gòu)等部件組成，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。研制并完善溫室智能開關(guān)窗控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制窗口啟閉、開啟面積及可控自然通風(fēng)是溫室環(huán)境智能化綜合調(diào)控系統(tǒng)的一個(gè)重要分支。 目前，溫室開窗機(jī)構(gòu)中最新技術(shù)為啟動(dòng)開窗，隨著對(duì)食品

10、安全、生產(chǎn)綠色蔬菜、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求不斷提高，研制采用清潔能源、清潔傳動(dòng)介質(zhì)和新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能保護(hù)環(huán)境性能價(jià)格比高的智能控制氣動(dòng)開窗，具有明顯優(yōu)點(diǎn)，屬于國(guó)內(nèi)外本學(xué)科前沿研究領(lǐng)域，在溫室開窗機(jī)構(gòu)領(lǐng)域尚屬創(chuàng)新2。目前，我國(guó)溫室智能化控制正處于一個(gè)發(fā)展階段。伴隨著國(guó)家對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷重視，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，以及人們對(duì)于健康、綠色無(wú)公害農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求，更多具備節(jié)能、環(huán)保、低消耗、智能化的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到發(fā)展和應(yīng)用，讓專業(yè)化、機(jī)械化、工廠化、電氣化進(jìn)入設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)我國(guó)溫室的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的提升。1.4 溫室開窗機(jī)構(gòu)類型1.4.1 齒輪齒條式 齒輪齒條式開

11、窗機(jī)構(gòu)其動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)輸出扭矩，作用于傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使齒條移動(dòng)，開窗頂桿與齒條所在軸固定，當(dāng)齒條移動(dòng)時(shí)，頂桿伴隨齒條移動(dòng)完成開窗與關(guān)窗動(dòng)作。齒輪齒條開窗機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定，承受的載荷較強(qiáng)，工作效率較高，運(yùn)行精確，而且方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，目前，大型溫室開窗基本運(yùn)用此機(jī)構(gòu)，根據(jù)它的工作原理和齒輪齒條的布置方式，該機(jī)構(gòu)有排齒式、推桿式、雙齒輪齒條式，其中前兩種應(yīng)用較為普遍。1.4.2 曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)321圖一：曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)就是將排齒開窗機(jī)構(gòu)中的齒輪和齒條換成曲柄連桿，該機(jī)構(gòu)在早期的塑料大棚中應(yīng)用較多，其工作原理是：當(dāng)主動(dòng)構(gòu)件1轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí),從動(dòng)件窗

12、桿3轉(zhuǎn)動(dòng)角。由于窗體的開啟和關(guān)閉為間歇運(yùn)動(dòng)并非需要連續(xù)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)中較為靈活。根據(jù)窗體尺寸及傳動(dòng)件所占空間位置情況合理選擇構(gòu)件 1、2、3 的長(zhǎng)度以及曲柄鉸接點(diǎn)到天窗轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離, 可將機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成曲柄搖桿、雙曲柄或雙搖桿機(jī)構(gòu)。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)加工工藝簡(jiǎn)單，而且造價(jià)成本低廉，但是工作性能低，運(yùn)行精度差，而且返修率較高3。1.4.3 推拉窗溫室上應(yīng)用的推拉窗與民用建筑推拉窗相似，一般應(yīng)用在溫室側(cè)窗，以鋁合金或塑鋼作為窗框，配置與窗框相同材料的滑道，使窗戶在滑道上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)窗戶開閉。推拉窗方式與排齒方式相比外形美觀、操作靈活、可部分打開，但其通風(fēng)面積只能達(dá)到通風(fēng)口面積的一半，且難以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作，

13、人工操作又需要每個(gè)窗戶分別進(jìn)行，操作效率低，密封性能差。由于推拉窗在溫室中的使用存在許多難以彌補(bǔ)的缺陷，一般來(lái)說(shuō)較少采用，但對(duì)于一些有特殊用途的溫室，如展示溫室等，合理選用也是可以的4。1.4.4 氣動(dòng)開窗機(jī)構(gòu)432151連桿 2.拉桿 3.天窗撐桿 4.天窗 5.氣缸圖二 WSBRZ 玻璃溫室氣動(dòng)天窗機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖在 WSBRZ 玻璃溫室氣動(dòng)天窗機(jī)構(gòu)中,撐桿分別與天窗和拉桿鉸接,兩根撐桿的下端一起鉸接于拉桿的同一點(diǎn)。拉桿與連桿鉸接,連桿與橫桿鉸接,橫桿與氣缸活塞桿的伸出端固定連接。通過(guò)給氣缸右腔或左腔供氣使活塞桿伸出或縮回,通過(guò)橫桿水平移動(dòng)推動(dòng)連桿移動(dòng),從而拉動(dòng)拉桿作小幅度的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)拉桿上一

14、般連接 10 個(gè)天窗。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)溫室天窗的上升、下降和在任意位置的鎖定。不難發(fā)現(xiàn),在這種開窗機(jī)構(gòu)中,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)容易與溫室其它設(shè)施發(fā)生干涉,氣缸定位比較困難,有待于進(jìn)一步研究3。1.5 溫室開窗方式溫室開窗其目的在于自然通風(fēng)，自然通風(fēng)可以使溫室內(nèi)增加空氣流通、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，目前國(guó)內(nèi)溫室開窗方式有如下幾種：谷肩開啟式、半拱開啟式、頂部單側(cè)開啟式、頂部雙側(cè)開啟式、頂部全開啟式、頂部推開式，下圖為圓拱塑料溫室與硬質(zhì)材料覆蓋溫室天窗開啟方式, 其中 a、h 為屋脊開窗;b、i為屋頂開窗;c 為半屋面開窗;d 為谷肩開窗;e、l、m 為頂部全開啟式,其中 e 為卷膜開窗,j 為頂部雙側(cè)開啟式;圖三 溫室頂

15、窗開啟方式1.6 溫室總體面積及覆蓋物的選取 1.6.1 溫室總體面積表一 溫室設(shè)計(jì)參數(shù)跨度/m長(zhǎng)度/m頂高/m風(fēng)載kn/m2雪載kn/m2植物吊載kg/m2最大拍雨量mm/h開窗數(shù)量/扇6202.50.40.31514024該溫室占地面積為620120m2,溫室頂部和四周均采用8毫米PC板覆蓋，鋁合金型材及密封膠條連接。座北朝正南，偏西5，適合于冬季寒冷季節(jié)進(jìn)行蔬菜、花卉和瓜果生產(chǎn)的單棟溫室。溫室開啟頂窗數(shù)量為24扇，頂部分為4列窗戶，每列6扇，要求頂窗逐列開啟，根據(jù)這一特性，我們?cè)O(shè)計(jì)電動(dòng)開窗機(jī)，并進(jìn)行溫室建筑材料的選取，為了使開窗更具智能化，在控制電路中引用時(shí)控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能控制。1.6.

16、2 溫室覆蓋物的選取 目前我國(guó)現(xiàn)代溫室建設(shè)用的主要材料是玻璃、雙層薄膜等。采取這些材料建造的現(xiàn)代溫室主要存在問(wèn)題是溫室的能耗高。碰到冰雹、大雪等自然災(zāi)禍時(shí)，抵抗自然災(zāi)難的能力差，溫室自身受到嚴(yán)重的損壞，溫室中種植的作物同時(shí)受到很大損失，薄膜用過(guò)后還將造成白色污染。70年代在歐洲問(wèn)世的雙層及多層陽(yáng)光板，作為第四代溫室覆蓋材料的陽(yáng)光板。已被普遍地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)溫室建設(shè)上。其重要特征是質(zhì)輕，其重量是同厚度的玻璃的十五分之一；超強(qiáng)：抗沖擊強(qiáng)度是玻璃的16倍；節(jié)能：比玻璃籠罩溫室節(jié)能40%以上；耐久：陽(yáng)光板應(yīng)用10年后透光率減少不超過(guò) 10%；耐冷及耐熱：-40 120 之間，陽(yáng)光板不產(chǎn)生變形；透明，無(wú)色陽(yáng)

17、光板的透光率在 75%82%之間；可冷彎性：常溫下陽(yáng)光板的最小曲折半徑為板厚的175倍,從基本上改良了溫室的狀態(tài)。表二 PC板陽(yáng)光板主要技術(shù)參數(shù)性能單位指標(biāo)值沖擊強(qiáng)度J/M850透光率%4080比重G/CM31.2熱膨脹系數(shù)MM/M2.33.9可耐溫度40+120傳熱系數(shù)W/M22.33.9抗拉強(qiáng)度N/MM260彎曲強(qiáng)度N/MM2100彈性模量MPA2400斷裂拉伸應(yīng)力MPA65斷裂拉伸率%1002 電動(dòng)開窗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電動(dòng)開窗機(jī)是目前最常用的一種開窗機(jī)構(gòu)，其核心部件為齒輪齒條，附屬配件隨著機(jī)構(gòu)整體的不同而有差異。齒輪齒條機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠安全、承載力強(qiáng)、傳動(dòng)效率高、運(yùn)

18、轉(zhuǎn)精確、便于實(shí)現(xiàn)精確自動(dòng)控制。 電動(dòng)開窗機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、齒條、齒輪、軸承座和連接件組成。76543211.傳動(dòng)軸 2.齒輪齒條 3.齒條所在軸 4.連接件 5.推桿 6.頂窗 7.窗體固定件圖四 電動(dòng)開窗機(jī)裝配示意圖2.2 工作原理 電動(dòng)機(jī)固定在溫室骨架上，輸出端與傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸穿過(guò)軸承座，通過(guò)軸承座固定在溫室骨架上，但可以轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪固定在傳動(dòng)軸上，齒條與齒輪咬合，齒條的一端與通風(fēng)窗邊有連接件連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)齒條移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)窗戶的開啟與關(guān)閉。2.3 窗體自重計(jì)算 溫室開窗方式形式多樣，我們采用的是屋脊開窗模式，除了考慮窗體的自動(dòng)外，

19、還應(yīng)該將開窗所受風(fēng)壓及雨雪載荷加入其中，計(jì)算出開窗及關(guān)窗所需力的大小，從而選擇電動(dòng)開窗機(jī)，為了使電動(dòng)開窗機(jī)的工作更為可靠，我們應(yīng)將電動(dòng)開窗機(jī)的推拉力要與窗體的自重以及開啟的行程相結(jié)合。此處我們應(yīng)根據(jù)窗體尺寸和窗體材料來(lái)計(jì)算出窗體自重，如下舉例說(shuō)明： WDH圖五 頂窗 假設(shè)窗體自身的寬、高、玻璃厚度尺寸分別為：W（m）、H(m)、D(mm)，窗體90%的材料為玻璃，鋼型材占10%，玻璃的密度為2.4g/cm3 ，鋁合金密度為2.9 g/cm3，在計(jì)算時(shí)，為了滿足開啟窗戶的力足夠大，計(jì)算結(jié)果應(yīng)選大不選小，因此此處根據(jù)鋁合金的密度來(lái)計(jì)算窗體自重 計(jì)算公式： Z(kg)=W(m)H(m)D(mm)10

20、62.9(kg)10-6(kg/mm3) 設(shè)窗體尺寸（WH）為1100mm900mm玻璃厚度為5mm12A5mm1.14pv5mm Z(kg)=W(m)H(m)D(mm)1062.9(kg)10-6(kg/mm3)=51.68kg 根據(jù)上述例證，我們可以計(jì)算出溫室所用PC陽(yáng)光板自重，具體數(shù)據(jù)如下表：表三 PC板參數(shù)材料H（mm）W(mm)D(mm)（g/cm3）PC陽(yáng)光板1220900812A81.2則PC板自重Z為：Z(kg)=W(m)H(m)D(mm)1061.2(kg)10-6(kg/mm3)=21.08kg2.4 頂桿的設(shè)計(jì) 頂桿的一端作用于頂窗上，伴隨著齒條的移動(dòng)推開或關(guān)閉頂窗，它是

21、由兩根桿件組成，兩根桿件的夾角一般為40度，另一端通過(guò)連接件與齒條所在軸連接。450mm mm25mm mm圖六 頂桿從受力分析角度考慮，在計(jì)算開啟推力和拉力的時(shí)候，除了考慮窗體自重外，還應(yīng)將窗體所受風(fēng)壓及雨雪載荷考慮其中，對(duì)于窗體所受風(fēng)壓及雨雪載荷的選取計(jì)算要分為兩種情況考慮，其一是窗體開啟瞬間所受的風(fēng)壓及雨雪載荷作用，其二是窗體開啟后所受的風(fēng)壓雨雪載荷作用，此處溫室開窗機(jī)構(gòu)中不將雨雪載荷計(jì)算其中，在雨雪天氣下，溫室不需要開啟天窗。在開窗機(jī)推力計(jì)算中，風(fēng)壓為附加載荷而進(jìn)行推力計(jì)算：在計(jì)算推桿開啟后靜態(tài)支撐以及關(guān)閉拉力時(shí)，風(fēng)壓為附加載荷而進(jìn)行開窗機(jī)的支撐力及拉力的計(jì)算；一旦開窗機(jī)選定后，其推拉

22、力和支撐力為額定值，不會(huì)變動(dòng)，因此推拉力和支撐力的反復(fù)驗(yàn)算非常有必要。下面為窗體受力分析:圖七 窗體受力分析相關(guān)參數(shù)如下表：材料自重Z（kg）開啟行程S(mm)風(fēng)壓系數(shù)(kg/m2)PC陽(yáng)光板21.087508參量計(jì)算如下：a 水平風(fēng)壓P1=8hwP1=81.220.9= 8.784 kgb 窗體開啟瞬間受風(fēng)壓作用，則電動(dòng)開窗機(jī)的最低推力應(yīng)該大于89.304kg，可以選取一個(gè)最大值為 Ft=（1.52）P1 Ft=（1.52）8.784 =17.568 kg=175.68 Nc開啟后的推力計(jì)算Ft,=W/2S/H Ft,=21.08/2750/1220=6.4795 kg=64.795 N按照

23、選大不選小的原則，比較Ft和Ft,得出，電動(dòng)開窗機(jī)的開啟推力應(yīng)選擇357.216N，開啟之后，電動(dòng)開窗器處于靜態(tài)支撐。d 靜態(tài)支撐下垂直向下風(fēng)壓P2=40%P1=40%8.784 =3.5136 kge 開啟角度=2sin-1(S/2H-1) =23.75f 根據(jù)力矩平衡原理，電動(dòng)開窗機(jī)的靜態(tài)支撐拉力為：F=（WP2）H/2/H=24.5936sin23.75610/1220=4.952 kg=49.52 N同樣根據(jù)選大不選小的原則，為靜態(tài)支撐拉力選取一個(gè)最大值為：F,=（1.52）F =99.05 N通過(guò)以上計(jì)算, 我們有如下結(jié)論 :1 ) 電動(dòng)開窗器的靜態(tài)支撐力(回拉力) F除了與窗扇自重

24、成正比外, 還與窗扇開啟角度成正比, 且開啟角度越大, 則需求的F力越大;2 ) 電動(dòng)開窗器的靜態(tài)支撐力(回拉力)F與電動(dòng)開窗器在窗扇的作用點(diǎn)(安裝位置) 有關(guān), 且越靠近下懸點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸點(diǎn)), 其F力要求越大;3 ) 以上計(jì)算是有關(guān)電動(dòng)開窗器的穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算。而動(dòng)態(tài)情況及瞬態(tài)受力分析等則應(yīng)按當(dāng)?shù)厍闆r另行核算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們可以繪制如下表格，以此作為電動(dòng)開窗機(jī)的選擇依據(jù)：材料自重（kg）最大推力（N）最大拉力（N）PC陽(yáng)光板21.08175.6899.052.5 齒條所在軸直徑計(jì)算齒條所在軸在整個(gè)機(jī)構(gòu)中也是受力較大部件，因此也需要特別設(shè)計(jì)。為了防止該軸在工作時(shí)的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸

25、徑的尺寸。與傳動(dòng)軸相同，該軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。T= T與傳動(dòng)軸相同，我們選取軸的材料為40Cr，T可選取的數(shù)值為44MPa，A0相應(yīng)的可選取的數(shù)值為100。軸轉(zhuǎn)速 n=5.2r/mm；軸的輸入功率約為 P=0.4608 KW 0.44KW將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到 d43.91mm根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們還要乘以安全設(shè)計(jì)系數(shù)，在這里取1.05，則 d43.911.05=45mm則最終得出軸最小直徑選為43.91mm，大徑選擇45mm2.6 齒輪齒條的設(shè)計(jì)選擇 1、根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算得出，開啟頂窗時(shí)每個(gè)齒輪上的阻力矩7.23N.M； 2、齒輪選用B型齒輪，TU21-40，分度圓直徑4

26、5.5mm進(jìn)行傳動(dòng)，為了使傳動(dòng)軸工作穩(wěn)定，左右兩側(cè)的齒輪臨近布置，這樣水平方向上的作用力就會(huì)互相抵消； 3、每相隔4m布置一對(duì)齒條，長(zhǎng)度2941mm； 4、電機(jī)安裝在中間位置，即在溫室跨度中部表四 齒輪參數(shù)型號(hào)推力 n扭矩 n減速比每轉(zhuǎn)齒條行程 mm分度圓直徑 mm重量 kgTUS25-404507.01.879.245.521表五 齒條參數(shù)型號(hào)L （mm）壁厚 mm適合開間 mmRACK 40-3L294129413.020002.7 傳動(dòng)軸的直徑計(jì)算傳動(dòng)軸是整個(gè)機(jī)構(gòu)中最為核心的部件，是整個(gè)機(jī)械受力最大的部件，因此必須要集中設(shè)計(jì)此部件。為了防止傳動(dòng)軸在工作時(shí)的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸

27、徑的尺寸。由于傳動(dòng)軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)傳動(dòng)軸受到扭矩T(N.mm)時(shí)，傳動(dòng)軸的扭剪應(yīng)力為：T= T式中： T扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； T軸所受的扭矩，Nmm； WT軸的抗扭截面系數(shù)，mm3； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； P軸傳遞的功率，kW； D計(jì)算截面處軸的直徑，mm； T許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，由上式得軸的設(shè)計(jì)式：dA0式中，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得下表：表六 軸的幾種常用材料的T和A0的值軸的材料3Cr13、35SiMn、38SiMnMo、40Cr4535、Q275（1Cr18Ni9Ti）20、Q235AT/A035-5525-4520-3515-25A0112-9712

28、6-103135-112149-126 由于要提升軸的耐磨損性，我們選取軸的材料為40Cr，由上表的取值范圍可知，T可選取的數(shù)值為45MPa，A0相應(yīng)的可選取的數(shù)值為102.從以上資料中，我們得知：傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n=5.2r/mm；軸的輸入功率約為 P=0.4608 KW將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到 d45.4748mm根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們還要乘以安全設(shè)計(jì)系數(shù)，在這里取1.05，則 d45.47481.05=50mm則最終得出軸最小直徑選為45mm，大徑選擇50mm2.7.1 傳動(dòng)軸的精確校核根據(jù)條件可以判定，傳動(dòng)軸受扭矩力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其彎矩力，因此彎矩力可以省略，只按扭矩力來(lái)校核。畫出其扭矩分析圖：T0

29、M 按彎扭組合條件，可知： 式中：軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa； M軸所受的彎矩，Nmm T軸所受的扭矩，Nmm W軸的抗彎截面系數(shù)，mm3 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)變力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa，其值按機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）書中表15-1選用（P358）抗扭截面系數(shù)： WT=0.2d3=0.2503=25000截面上的扭矩： 截面上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）書中表15-1，查得685MPa，335MPa，185MPa。截面上，由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按機(jī)械設(shè)計(jì)第九版附表3-2查取得又根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第九版附圖3-1查得軸的材料敏性系數(shù)為所以有效集中系數(shù)為 由機(jī)械設(shè)計(jì)第九版附圖3

30、-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)=0.75軸按照磨削加工，由機(jī)械設(shè)計(jì)第九版附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.90綜合系數(shù)為 又由機(jī)械設(shè)計(jì)第九版第三章第二節(jié)查得：，取于是，安全系數(shù)Sca值為：故可知其安全。2.8 電動(dòng)開窗機(jī)運(yùn)動(dòng)分析43211. 傳動(dòng)軸 2.齒條所在軸 3.推桿 4.頂窗圖八 電動(dòng)開窗機(jī)運(yùn)動(dòng)圖 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸移動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)軸由A位置運(yùn)動(dòng)到B位置，傳動(dòng)軸上的齒輪便帶動(dòng)齒條移動(dòng)，使齒條所在軸有由C位置移動(dòng)到D位置，因?yàn)橥茥U與齒條所在軸通過(guò)連接件固定，所以齒條所在軸的移動(dòng)會(huì)使推桿旋轉(zhuǎn)，當(dāng)推桿由C位置旋轉(zhuǎn)至D位置時(shí)，頂窗開啟，整個(gè)開窗過(guò)程完成。設(shè)計(jì)中所選齒輪為標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪每轉(zhuǎn)齒條行程為79.

31、2mm，推桿及頂窗旋轉(zhuǎn)行程相同，也為79.2mm,設(shè)計(jì)中要求頂窗開啟行程為750mm，因此齒輪須旋轉(zhuǎn)9周，而齒輪是通過(guò)傳動(dòng)軸與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為5.2r/min，因此完成開窗動(dòng)作需要2min.頂窗開啟角度為23.753 電動(dòng)開窗機(jī)控制電路3.1 電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)選擇 選擇交流三相電動(dòng)機(jī)，根據(jù)開窗力需要400N，電動(dòng)機(jī)輸出力應(yīng)大于400N，查表選擇合適電動(dòng)機(jī)并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚乐挂蜚q鏈及齒輪齒條的傳動(dòng)效率影響不能驅(qū)動(dòng)。根據(jù)齒輪分度圓直徑及齒條長(zhǎng)度，頂窗完全打開時(shí)傳動(dòng)軸需要旋轉(zhuǎn) 30 圈。按照減速電機(jī)轉(zhuǎn)速，完全開啟耗時(shí)約6分鐘。表七 電動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào)扭矩n.m轉(zhuǎn)速 r/min功率 kw電壓 v

32、重量 kgWJNA40,5.24005.20.5380 三相213.2 時(shí)控開關(guān)的選取時(shí)控開關(guān)可根據(jù)設(shè)定的時(shí)間斷開和接通電路，這里用到的時(shí)控開關(guān)為KG316T，適用于交流50HZ，額定控制電源電壓至220V，額定工作電流3A的自動(dòng)控制電路中，作為路燈、廣告燈箱等設(shè)備的定時(shí)接通和斷開控制之用。時(shí)控開關(guān)的特性:1、 直接控制功率達(dá)6kW；2、 不怕停電3、 每天走時(shí)誤差小于0.5s4、 內(nèi)部自動(dòng)充電，不需要更換電池；5、 每天最多可設(shè)置16次開合16次關(guān)動(dòng)作；6、 安裝調(diào)試方便7、 開關(guān)時(shí)間可按天循環(huán)或按周循環(huán)；8、 最長(zhǎng)控制時(shí)間168h，最短控制時(shí)間為1min。接線方式共分為如下三種：a:直接控

33、制方式被控制的電器是單相供電，工作電流不超過(guò)本開關(guān)的額定值，可采用直接控制方式b：?jiǎn)蜗鄶U(kuò)容方式被控制的電器為單相供電，工作電流超過(guò)本開關(guān)的額定值，采用交流接觸器擴(kuò)容控制方式c：三相工作方式控制接觸器的線圈電壓AC220V 50HZd:三相工作方式控制接觸器的線圈電壓AC380V 50HZ3.3 控制電路圖圖九 控制電路圖 電路中KG316T為時(shí)控開關(guān)，采用八開八關(guān)控制模式，根據(jù)溫室溫度的變化，設(shè)定溫室天窗開啟關(guān)閉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能化控制，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)正常工作，電路中采用了斷相與相序保護(hù)繼電器，其作用是作線路的斷相、相序、三相電壓不平衡故障狀態(tài)的保護(hù)控制之用。3.4 設(shè)置天窗啟閉時(shí)間 植物進(jìn)行光合

34、作用所需原料為CO2和水，溫室為一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，室內(nèi)溫度、水蒸氣等因素的變化，會(huì)影響CO2的含量，如何不能有效的控制，會(huì)因病毒、細(xì)菌等不利因素影響作物生長(zhǎng)。荷蘭的R.deGraaf 等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，溫室內(nèi)蒸發(fā)與光照、氣溫、濕度和 CO2濃度有關(guān)一般作物光合作用的最低溫度為 05，最適溫度為2030,最高溫度為 3540。在光合適溫范圍內(nèi)，溫度提高 10，光合強(qiáng)度提高約一倍。適溫范圍以外的低溫或高溫，光合強(qiáng)度都要顯著降低。呼吸作用的最低溫度為-10，最適溫度為 3646，最高溫度為 50。在呼吸適溫范圍內(nèi)，溫度提高 10，呼吸強(qiáng)度提高11.5 倍。因此在夏天天氣炎熱的情況下，設(shè)定溫室開啟天窗

35、的時(shí)間為12點(diǎn)至午后3點(diǎn)，此時(shí)間段內(nèi)為一天溫度最高時(shí)段，開啟天窗可以有效的進(jìn)行溫室內(nèi)空氣的流通，在冬季，由于室外氣溫較低，溫室內(nèi)通過(guò)加熱設(shè)施實(shí)現(xiàn)增溫，所以當(dāng)溫度高于25時(shí)開啟天窗對(duì)作物生長(zhǎng)最為有益。結(jié)論 將電動(dòng)開窗機(jī)應(yīng)用于溫室開窗機(jī)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)溫室智能化控制，減少人力輸出，符合現(xiàn)代化溫室建設(shè)的需求。本文從構(gòu)建溫室大棚的PC陽(yáng)光板性能及受力分析，考慮開窗時(shí)窗體自重及開啟時(shí)所受風(fēng)壓、雨雪載荷，計(jì)算出開啟頂窗需要357.216N的力，關(guān)閉時(shí)需要201.417N，推桿的初始狀態(tài)與齒條所在軸的夾角為35，推桿長(zhǎng)450mm，桿的直徑為25mm，推桿與齒條所在軸通過(guò)連接件固定，計(jì)算得出齒條所在軸直徑為45mm

36、，齒條所在軸的移動(dòng)依靠齒輪帶動(dòng)齒條的移動(dòng)，設(shè)計(jì)中齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪固定在傳動(dòng)軸上面，而傳動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，通過(guò)校核計(jì)算，得出傳動(dòng)軸直徑為50mm。論文最后設(shè)計(jì)出電動(dòng)開窗機(jī)連接電路圖，在電路中加入了時(shí)控開關(guān)，根據(jù)溫室內(nèi)環(huán)境的變化，設(shè)定合理的自動(dòng)開關(guān)頂窗的時(shí)間，使其更利于作物的生長(zhǎng)，增加溫室收益。基于國(guó)外溫室基本實(shí)現(xiàn)智能化控制，國(guó)內(nèi)溫室控制領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間，將更為完善的控制技術(shù)應(yīng)用于溫室種植中，在介紹人力輸出的同時(shí)，更是實(shí)現(xiàn)增益的有效途徑，改變傳統(tǒng)的溫室經(jīng)營(yíng)模式，轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)理念，讓我國(guó)溫室技術(shù)發(fā)展走向世界前列。致謝 感謝夏萍老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中提供的設(shè)計(jì)思路與指導(dǎo)，讓畢業(yè)設(shè)計(jì)與所簽工作有效的結(jié)

37、合起來(lái)，通過(guò)解決設(shè)計(jì)中所遇到的困難，溫固所學(xué)知識(shí)，為日后的工作入職夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)。大學(xué)為我們提供了更為廣闊的學(xué)習(xí)平臺(tái)，感謝母校四年的栽培，讓曾經(jīng)意氣風(fēng)發(fā)的少年逐步成熟與穩(wěn)健，帶著碩果累累，走向人生新舞臺(tái)。參考文獻(xiàn)1陳一飛,李瓊,倪英杰,戴文光,黃莉. 單體式電動(dòng)開窗器工程應(yīng)用選擇要點(diǎn)分析J. 門窗,2008,08:42-46.2邵登喬. 淺淡智能電動(dòng)開窗器在建筑幕墻中的應(yīng)用J. 門窗,2012,03:7-9.3王松峰. 電動(dòng)開窗系統(tǒng)在幕墻中的應(yīng)用J. 河南建材,2010,06:134-136.4劉雪美. 溫室升溫系統(tǒng)理論與設(shè)計(jì)D.山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.5 司慧萍,苗香雯,崔紹榮,等.現(xiàn)代玻璃溫

38、室智能氣動(dòng)開窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究J.農(nóng)機(jī)化研究,2004,(1):125- 130.6姜雄暉,劉淑珍. 溫室開窗機(jī)構(gòu)研究J. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2006,03:62-66.7鐘鋼. 國(guó)內(nèi)外溫室發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及趨勢(shì)J. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013,09:68-69.8劉全國(guó),張義勇. 北方日光溫室生產(chǎn)存在的問(wèn)題及對(duì)策J. 北方園藝,2006,01:74-75.9 Teitel, M.; Segal, I.; Shklyar, A.; Barak, M. A Comparison between Pipe and Air Heating Methods for Greenhouses Journal of A

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