溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計

1、溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目 溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計目錄1緒論11.1 課題研究的目的及意義11.2 我國現(xiàn)代化溫室發(fā)展方向21.3 國內(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31. 4. 1齒輪齒條式31.4.2曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)31. 4. 3推拉窗31.4.4氣動開窗機(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51. 6. 1溫室總體面積52. 6. 2溫室覆蓋物的選取52電動開窗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計62.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計62.2 2工作原理62.3 窗體自重計算72.4 頂桿的設(shè)計82.5 齒條所在軸直徑的計算102.6 齒輪齒條的設(shè)計選擇112.7 傳動

2、軸的直徑計算112. 7.1傳動軸的精確校核122. 8電動開窗機(jī)運(yùn)動分析153電動開窗機(jī)控制電路152.1 電動機(jī)的設(shè)計選擇152.2 時空開關(guān)的選取152.3 控制電路圖172.4 設(shè)置天窗啟閉時間17結(jié)論18致謝18參考文獻(xiàn)19溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計第16頁溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計作者：XXXX指導(dǎo)老師：XXX(XXXX大學(xué)工學(xué)院級農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化XX班 合肥230036)下載須知：本文檔是獨(dú)立自主完成的畢業(yè)設(shè)計，只可用于學(xué)習(xí)交流，不可用于商業(yè)活動。另外：有需要電子檔的同學(xué)可以 加我2353118036,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)社會主義和諧社會。摘要：目前

3、，國內(nèi)溫室主要以塑料大棚為主，其設(shè)施簡單，收益甚微，日光溫 室及大型現(xiàn)代化溫室正在快速發(fā)展。溫室在帶來高收益的同時，也是一個高耗 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 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，本文通過對頂窗開啟所需力的分析，設(shè)計電動開窗機(jī) 構(gòu)，計算出傳動軸最小直徑，選擇合適的齒輪齒條進(jìn)行傳動，并對開啟窗戶所 用推桿進(jìn)行設(shè)計，使其能在齒條規(guī)定行程內(nèi)開啟頂窗，最后在所設(shè)計的控制電 路中加入時空開關(guān)，實(shí)現(xiàn)頂窗的自動開啟與關(guān)閉功能

4、，將電氣自動化帶入溫室 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陽光板電動開窗機(jī)時空開關(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，溫室是我國古代勞動人民在與自然的長期斗爭中 發(fā)明創(chuàng)造出來的，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，后來發(fā)展到了漢代，便出現(xiàn)了溫室，并歷經(jīng)三國、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)的發(fā)展已進(jìn)入了全新時代，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， 太陽能這一

5、新型產(chǎn)業(yè)也應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)自動加溫。據(jù)統(tǒng)計，目前我國的日光溫 室達(dá)到496萬畝，塑料大棚達(dá)1007萬畝，占世界溫室面積42. 8%。1958年，我 國開始自行生產(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)的問題，并從國外引進(jìn)約20hm2大型連棟溫室，但由于管理和技 術(shù)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，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)逐 步向規(guī)?；⒓s化

6、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個階段，由簡單到完備，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主要設(shè)施結(jié)構(gòu)類型，其中能充分利用 太陽光熱資源，節(jié)約源，減少環(huán)境污染的日光溫室為我國所特有。國外溫室較為先進(jìn)，以荷蘭為代表的歐美國家設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模大、自動化程度 高，溫室內(nèi)對于水、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)作物對環(huán)境的不用要求，通過計算機(jī)對環(huán)境實(shí)行監(jiān)控和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)作物的高 效生產(chǎn)；美國、日本等國采用人工補(bǔ)充光照、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和視頻技術(shù)對溫室 內(nèi)

7、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 我國現(xiàn)代化溫室發(fā)展方向“九五”期間，國家科學(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”國家科技攻關(guān)重大產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目計劃，在北京、上海、 沈陽、杭州、廣州和天津等地，設(shè)立了六個示范區(qū)分項(xiàng)，組織實(shí)施。同時，各 地也都對相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了較深入的研究。研究內(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， 我國相繼成立了一大批溫室企業(yè)，這些企業(yè)對現(xiàn)代溫室進(jìn)行了較深入研究，側(cè) 重于消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，并逐步重視產(chǎn)品對我國氣候的適應(yīng)性和國產(chǎn)化問 題。

8、經(jīng)過多年的研究設(shè)計、試驗(yàn)示范和大量溫室工程建設(shè)的實(shí)踐，已能設(shè)計建 造各種類型的現(xiàn)代溫室，其設(shè)計制作、建造和整體溫室的性能，基本上達(dá)到發(fā) 達(dá)國家的水平。1.3 國內(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， 國外一般稱作“開窗器”，而在國內(nèi)大都叫做“開窗機(jī)”，它是伴隨著電氣自動 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)為國內(nèi)建筑行業(yè)的高新產(chǎn) 品，而“智能電動窗戶”則為現(xiàn)代窗戶行業(yè)的最新發(fā)展。電動開窗機(jī)的出現(xiàn)為 人類生活帶來了極大的便利，它改變了傳統(tǒng)手動開窗模式，將電氣自動化控制 帶入了居家生活。目前，電動開窗機(jī)在建筑行業(yè)應(yīng)用居多，而在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)

9、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)動態(tài)溫度，顯著 改善溫室內(nèi)的濕熱環(huán)境，是一個較好的解決方案。而“十五”期間國家也將溫 室環(huán)境智能化綜合調(diào)控系統(tǒng)研究與開發(fā)，列入我國農(nóng)業(yè)與社會發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。 現(xiàn)有國內(nèi)外溫室除簡易溫室用手動卷膜外，開窗機(jī)構(gòu)均采用由電動機(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)的一個重要分支。目前，溫室開窗機(jī)構(gòu)中最新技術(shù)為啟動開窗，隨著對 食品安全、生產(chǎn)綠色蔬菜、保護(hù)生態(tài)

10、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、清潔傳動介質(zhì)和新型傳動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能保護(hù)環(huán)境性能價 格比高的智能控制氣動開窗，具有明顯優(yōu)點(diǎn)，屬于國內(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。目前，我國溫室智能化控制正處于一個發(fā)展階 段。伴隨著國家對于農(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， 以及人們對于健康、綠色無公害農(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窗機(jī)構(gòu)其動力源為電

11、動機(jī)，由電動機(jī)輸出扭矩，作用于傳動軸, 傳動軸帶動齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使齒條移動，開窗頂桿與齒條所在軸固定，當(dāng)齒條 移動時，頂桿伴隨齒條移動完成開窗與關(guān)窗動作。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 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)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)主動構(gòu)件1轉(zhuǎn)動角度a 時,從動件窗桿3轉(zhuǎn)

12、動B角。由于窗體的開啟和關(guān)閉為間歇運(yùn)動并非需要連續(xù)的 運(yùn)動機(jī)構(gòu)形式,設(shè)計中較為靈活。根據(jù)窗體尺寸及傳動件所占空間位置情況合理 選擇構(gòu)件1、2、3的長度以及曲柄較接點(diǎn)到天窗轉(zhuǎn)動軸的距離，可將機(jī)構(gòu)設(shè)計 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)加工工藝簡單，而且造價成 本低廉，但是工作性能低，運(yùn)行精度差，而且返修率較高。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，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)電動操作

13、，人工操作又 需要每個窗戶分別進(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，一般來說較少采用，但對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。1.4.4 氣動開窗機(jī)構(gòu)1 .連桿2.拉桿3.天窗撐桿4.天窗5.氣圖二WSBRZ玻璃溫室氣動天窗機(jī)構(gòu)簡圖在WSBRZ玻璃溫室氣動天窗機(jī)構(gòu)中，撐桿分別與天窗和拉桿較接,兩根撐 桿的下端一起較接于拉桿的同一點(diǎn)。拉桿與連桿較接,連桿與橫桿銳接,橫桿與 氣缸活塞桿的伸出端固定連接。通過給氣缸右腔或左腔供氣使活塞桿伸出或縮 回,通過橫桿水平移動推動連桿移動,從而拉動拉桿作小幅度的擺動運(yùn)動。一個 拉桿上一般連接10

14、個天窗。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。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、1、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；mmmrnm圖三溫室頂窗開啟方式1

15、.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)計參數(shù)跨度 /m長度 /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/4 6202.50.40.31514024該溫室占地面積為6X20=120m2,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)的單株溫室。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，我們設(shè)計電動開窗機(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

16、用時控 開關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能控制。1.6.2 溫室覆蓋物的選取目前我國現(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)代溫室主要存在問題是溫室的能耗高。碰到冰雹、大雪等自然災(zāi)禍時, 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受 到很大損失，薄膜用過后還將造成白色污染。70年代在歐洲問世的雙層及多層 陽光板，作為第四代溫室覆蓋材料的陽光板。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：陽光板應(yīng)用 10年后透光率減少不超過10%；耐冷及耐熱：-40

17、 C120 C之間，陽光板不 產(chǎn)生變形；透明，無色陽光板的透光率在75%82%之間；可冷彎性：常溫下陽 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/MC2. 33.9可附溫度一40 +120傳熱系數(shù)W/M2*2. 33.9抗拉強(qiáng)度N/MM2260彎曲強(qiáng)度N/MM2100彈性模量MPA2400斷裂拉伸應(yīng)力MPA265斷裂拉伸率%>1002電動開窗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計電動開窗機(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

18、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)、傳動效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)精確、便于實(shí)現(xiàn)精確自動控制。電動開窗機(jī)是由電 動機(jī)、傳動軸、齒條、齒輪、軸承座和連接件組成。1.傳動軸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開窗機(jī)裝配示意圖2.2 工作原理電動機(jī)固定在溫室骨架上，輸出端與傳動軸連接，傳動軸穿過軸承座，通過 軸承座固定在溫室骨架上，但可以轉(zhuǎn)動，齒輪固定在傳動軸上，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)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動, 傳動軸帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條移動，從而實(shí)現(xiàn)窗戶的開啟與關(guān)閉。2.3 窗體自重計算溫室開窗方式形式

19、多樣，我們采用的是屋脊開窗模式，除了考慮窗體的自動 外，還應(yīng)該將開窗所受風(fēng)壓及雨雪載荷加入其中，計算出開窗及關(guān)窗所需力的 大小，從而選擇電動開窗機(jī)，為了使電動開窗機(jī)的工作更為可靠，我們應(yīng)將電 動開窗機(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計算出窗體自重，如下舉例說明：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2.9g/cn】3,在計算時，為了滿足開啟窗戶的力足夠大，計算結(jié)果應(yīng)選大不選 小，因此此處根據(jù)鋁合金的密度來計算窗體

20、自重計算公式：Z(kg)=W (m) X H (m) X D (mm) X 106 X 2. 9 (kg) X10" (kg/mm3)設(shè)窗體尺寸(WXH)為UOOmmX900mm玻璃厚度為 5mm + 12A + 5mm + 1. 14pv + 5nunZ(kg)=W (m) X H (m) X D (mm) X 106 X 2. 9 (kg) X lO6 (kg/mms) =51. 68kg 根據(jù)上述例證，我們可以計算出溫室所用PC陽光板自重，具體數(shù)據(jù)如下表: 表三PC板參數(shù)材料H (mm)W(mm)D(mm)P(g/cm3)PC陽光 板12209008 + 12A+ 81.2則P

21、C板自重z為：Z(kg)=W (m) XH(m) XD (mm) X106X1. 2 (kg) X IO-* (kg/mms) =21. 08kg2.4 頂桿的設(shè)計頂桿的一端作用于頂窗上，伴隨著齒條的移動推開或關(guān)閉頂窗，它是由兩根桿件組成，兩根桿件的夾角一般為40度，另一端通過連接件與齒條所在軸連接。圖六頂桿從受力分析角度考慮，在計算開啟推力和拉力的時候，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，對于窗體所受風(fēng)壓及雨雪載荷 的選取計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 雨雪載荷計算其

22、中，在雨雪天氣下，溫室不需要開啟天窗。在開窗機(jī)推力計算 中，風(fēng)壓為附加載荷而進(jìn)行推力計算：在計算推桿開啟后靜態(tài)支撐以及關(guān)閉拉 力時，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算；一旦開窗機(jī)選定 后，其推拉力和支撐力為額定值，不會變動，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陽光板21.087508參量計算如下: a水平風(fēng)壓PF8XhXwPF8X 1.22X0. 9= 8. 784 kgb窗體開啟瞬間受風(fēng)壓作用，則電動開窗機(jī)的最低推力應(yīng)該大于89. 304kg,可 以選取一

23、個最大值為(1.5-2) XPiFt= （1. 5-2） X8. 784 =17. 568 kg =175. 68 N c開啟后的推力計算Ft-W/2XS/HFt =21. 08/2X750/1220=6. 4795 kg =64.795 N按照選大不選小的原則，比較R和凡得出，電動開窗機(jī)的開啟推力應(yīng)選擇 357. 216N,開啟之后，電動開窗器處于靜態(tài)支撐。d靜態(tài)支撐下垂直向下風(fēng)壓P2=40%XPt =40%X8. 784 =3.5136 kg e開啟角度a=2Xsini（S/2XH'i） =23. 75°f根據(jù)力矩平衡原理，電動開窗機(jī)的靜態(tài)支撐拉力為：F= （W+P2）

24、Xsin a XH/2/H = 24. 5936Xsin23. 75° X610/1220 =4.952 kg =49. 52 N同樣根據(jù)選大不選小的原則，為靜態(tài)支撐拉力選取一個最大值為：F- （1. 5-2） XF=99.05 N通過以上計算，我們有如下結(jié)論：1 ）電動開窗器的靜態(tài)支撐力（回拉力）F除了與窗扇自重成正比外，還與窗扇 開啟角度a成正比，且開啟角度a越大，則需求的F力越大；2 ）電動開窗器的靜態(tài)支撐力（回拉力）F與電動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 ）以上計算是有關(guān)電動開窗器的穩(wěn)定性參數(shù)計算。而動態(tài)情況及瞬態(tài)受力分

25、析等則應(yīng)按當(dāng)?shù)厍闆r另行核算。根據(jù)計算結(jié)果，我們可以繪制如下表格，以此作為電動開窗機(jī)的選擇依據(jù)：材料自重(kg)最大推力 (N)最大拉力 (N)PC陽光板21.08175. 6899. 054 .5齒條所在軸直徑計算齒條所在軸在整個機(jī)構(gòu)中也是受力較大部件，因此也需要特別設(shè)計。為了 防止該軸在工作時的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸徑的尺寸。與傳動軸 相同，該軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應(yīng)力進(jìn)行計算。T 9550000P nT T=弋M丁 T10.2J %與傳動軸相同，我們選取軸的材料為40Cr, 可選取的數(shù)值為44MPa,Ao相應(yīng)的可選取的數(shù)值為100o軸轉(zhuǎn)速 n=5. 2r/mm；軸的輸入

26、功率約為P=0. 4608xn KW = 0. 44KW將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到d> 100x£=43. 91mm根據(jù)設(shè)計要求，我們還要乘以安全設(shè)斗次數(shù)，在這里取L 05,則d>43. 91xl.05=45mm則最終得出軸最小直徑選為43. 91mm,大徑選擇45皿5 .6齒輪齒條的設(shè)計選擇1、根據(jù)結(jié)構(gòu)計算得出，開啟頂窗時每個齒輪上的阻力矩7. 23N.M；2、齒輪選用B型齒輪，TU21-40,分度圓直徑45. 5皿進(jìn)行傳動，為了使傳動 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互相抵 消；3、每相隔4m布置一對齒條，長度2941mm；4、電機(jī)安裝在中

27、間位置，即在溫室跨度中部表四齒輪參數(shù)型號推力n扭矩n減速 比每轉(zhuǎn) 齒條分度 圓直 徑重量 kgmmmmTUS2 5-404507.01.879.245.521表五齒條參數(shù)型號L (mm)壁厚mm適合開間mmRACK 40-3L294 129413.020006 .7傳動軸的直徑計算傳動軸是整個機(jī)構(gòu)中最為核心的部件，是整個機(jī)械受力最大的部件，因此 必須要集中設(shè)計此部件。為了防止傳動軸在工作時的斷裂，需要校核功率輸入 端的最小軸徑的尺寸。由于傳動軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應(yīng)力進(jìn)行 計算。當(dāng)傳動軸受到扭矩T（N.mm）時，傳動軸的扭剪應(yīng)力為：T 9550000PT T= W T T1%0.2J

28、 %式中：t t扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa ；T軸所受的扭矩，N mm；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計算截面處軸的直徑，mm；tt許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa,由上式得軸的設(shè)計式：心;口 = J955（）（）（）（）/-V 0.2卬小 V"式中4 = 偌* 查機(jī)械設(shè)計手冊可得下表:表六軸的幾種常用材料的J和A。的值軸的材料3Crl3>35SiMn>38SiMnMo>40Cr4535、 Q275 (lCrl8Ni9Ti)20、Q235AT t/Ao3555254520351525Ao11297126103135112149126由于

29、要提升軸的耐磨損性，我們選取軸的材料為403,由上表的取值范圍 可知，一可選取的數(shù)值為45MPa, A。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d2102xj空=45. 4748mm5.2根據(jù)設(shè)計要求，我們還要乘以安全設(shè)計系數(shù)，在這里取1.05,則d245. 4748x1. 05=50mm則最終得出軸最小直徑選為45mm,大徑選擇50mm2. 7.1傳動軸的精確校核根據(jù)條件可以判定，傳動軸受扭矩力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其彎矩力，因此彎矩力可以 省略，只按扭矩力來校核。畫出其扭矩分析圖:按彎扭組合條件，

30、可知:2W：Gca =軸的計算應(yīng)力，MPa； 軸所受的彎矩，N mm 軸所受的扭矩，N mm 軸的抗彎截面系數(shù)，mm:對稱循環(huán)應(yīng)變力時軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa,其值按機(jī)械設(shè)計（第九版）書中表15T選用（P358）抗扭截面系數(shù):nd-WT=記20. 2d3=o. 2 X 50s=25000截面上的扭矩:Ti = 9550000 = 955OOOOx二 846276.88M"""35.2截面上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:仃=強(qiáng) 33.85"溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計第16頁軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。機(jī)械設(shè)計(第九版)書中表15-3查得6 = 685MPa, a-1=335M

31、Pa, T-1=185MPao截面上，由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)a0及由按機(jī)械設(shè)計第九版附 表3-2查取得ax = 1.80又根據(jù)機(jī)械設(shè)計第九版附圖3-1查得軸的材料敏性系數(shù)為q： = 1.90所以有效集中系數(shù)為H = l+qr(aT-l) = 1 + 1.90x(1.80-1) = 2.62由機(jī)械設(shè)計第九版附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)e ,=0. 75軸按照磨削加工，由機(jī)械設(shè)計第九版附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為6尸6尸0. 90綜合系數(shù)為kJ+L =Sr 再2.621d1 = 3.6040.75 0.90 又由機(jī)械設(shè)計第九版第三章第二節(jié)查得：9 = 0.10.15,取6二。1于是，安全系數(shù)

32、Sea值為：T-1K xTa + QB"24.51»3_185= c 33.85 八 t 33.853.604x+ 0.1x22故可知其安全。2.8電動開窗機(jī)運(yùn)動分析溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計第18頁1 .傳動軸2 .齒條所在軸3 .推桿4.頂窗圖八電動開窗機(jī)運(yùn)動圖當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動傳動軸移動，當(dāng)傳動軸由A位置運(yùn)動到B位置，傳 動軸上的齒輪便帶動齒條移動，使齒條所在軸有由C位置移動到D位置，因?yàn)?推桿與齒條所在軸通過連接件固定，所以齒條所在軸的移動會使推桿旋轉(zhuǎn)，當(dāng) 推桿由C位置旋轉(zhuǎn)至D位置時，頂窗開啟，整個開窗過程完成。設(shè)計中所選齒 輪為標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪每轉(zhuǎn)齒條行程為79.2mm

33、,推桿及頂窗旋轉(zhuǎn)行程相同，也為 79.2mm,設(shè)計中要求頂窗開啟行程為750ml)1,因此齒輪須旋轉(zhuǎn)9周，而齒輪是 通過傳動軸與發(fā)動機(jī)相連接，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為5.2r/mln,因此完成開窗動作需要 2min.頂窗開啟角度為23.75°3電動開窗機(jī)控制電路3.1 電動機(jī)的設(shè)計選擇選擇交流三相電動機(jī)，根據(jù)開窗力需要400N,電動機(jī)輸出力應(yīng)大于400N, 查表選擇合適電動機(jī)并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，防止因較鏈及齒輪齒條的傳動效率影 響不能驅(qū)動。根據(jù)齒輪分度圓直徑及齒條長度，頂窗完全打開時傳動軸需要旋 轉(zhuǎn)30圈。按照減速電機(jī)轉(zhuǎn)速，完全開啟耗時約6分鐘。表七電動機(jī)參數(shù)型號扭矩n,m轉(zhuǎn)速 r/min功率

34、kw電壓V重量 kgWJNA4 0, 5.24005.20.5380 三相213.2 時控開關(guān)的選取時控開關(guān)可根據(jù)設(shè)定的時間斷開和接通電路，這里用到的時控開關(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的溫室大棚電動開窗機(jī)設(shè)計第23頁3.3控制電路圖九控制電路圖電路中KG316T為時控開關(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)閉時間，實(shí)現(xiàn)智能化控制，為了保護(hù)電動機(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)置天窗啟閉時間植物進(jìn)行光合作用所需原料為C02和水

35、，溫室為一個相對封閉的環(huán)境，室內(nèi) 溫度、水蒸氣等因素的變化，會影響C02的含量，如何不能有效的控制，會因病 毒、細(xì)菌等不利因素影響作物生長。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C02濃度有關(guān)一般作物光合作用的最低溫度為。 5*C,最適溫度為2030C,最高溫度為35-40'Co在光合適溫范圍內(nèi)，溫度提 高10-C,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-10C,最適溫度為3646P,最高溫度為 50-Co在呼吸適溫范圍內(nèi)，溫度提高10C,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

36、溫室開啟天窗的時間為12點(diǎn)至午后3點(diǎn)，此時間 段內(nèi)為一天溫度最高時段，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)通過加熱設(shè)施實(shí)現(xiàn)增溫，所以當(dāng)溫度高于25C 時開啟天窗對作物生長最為有益。結(jié)論將電動開窗機(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陽光板性能及受力分析, 考慮開窗時窗體自重及開啟時所受風(fēng)壓、雨雪載荷，計算出開啟頂窗需要 357.216N的力，關(guān)閉時需要201.417N,推桿的初始狀態(tài)與齒條所在軸的夾角為 35° ,推桿長450mm,桿的直徑為25mm,推桿與齒條所在軸通過連接

37、件固定， 計算得出齒條所在軸直徑為45mm,齒條所在軸的移動依靠齒輪帶動齒條的移動, 設(shè)計中齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪固定在傳動軸上面，而傳動軸與電動機(jī)連接，通 過校核計算，得出傳動軸直徑為50mm。論文最后設(shè)計出電動開窗機(jī)連接電路圖, 在電路中加入了時控開關(guān)，根據(jù)溫室內(nèi)環(huán)境的變化，設(shè)定合理的自動開關(guān)頂窗 的時間，使其更利于作物的生長，增加溫室收益?；趪鉁厥一緦?shí)現(xiàn)智能 化控制，國內(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，更是實(shí)現(xiàn)增益的有效途徑，改變傳統(tǒng)的 溫室經(jīng)營模式，轉(zhuǎn)變經(jīng)營理念，讓我國溫室技術(shù)發(fā)展走向世界前列。致謝感謝夏萍老師在整個畢業(yè)設(shè)

38、計中提供的設(shè)計思路與指導(dǎo)，讓畢業(yè)設(shè)計與所簽 工作有效的結(jié)合起來，通過解決設(shè)計中所遇到的困難，溫固所學(xué)知識，為日后 的工作入職夯實(shí)基礎(chǔ)知識。大學(xué)為我們提供了更為廣闊的學(xué)習(xí)平臺，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。參考文獻(xiàn)11陳一飛,李瓊,倪英杰,戴文光,黃莉.單體式電動開窗器工程應(yīng)用選擇要點(diǎn) 分析J.門窗,2008, 08 ： 42-46.邵登喬.淺淡智能電動開窗器在建筑幕墻中的應(yīng)用刀.門 窗,2012, 03:7-9.3王松峰.電動開窗系統(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D.山東

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41、Porous materials to control climate behaviour of en closures： an application to the study of screened greenhouses. Energ y and Build . 2000Title Greenhouse electric windows machine designAbstractAt present, the domestic greenhouse mainly plastic greenhouses, it has simple facilities, yield little, s

42、olar greenhouse and large modern greenhouse is developing fast. Greenhouse in high benefits at the same time, is also an energy intensive industries, winter indoor heating and summer cooling costs accounted for 15% 40% of the total costs of greenhouse production, at the request of the national const

43、ruction energy conservation and environmental protection industry, is also very important greenhouse production of energy saving. In this paper, the design of the key for greenhouse window, an area the size of greenhouse greenhouse roof window opens the ratio of the area, the greater the overall nat

44、ural cooling effect is better in greenhouse, therefore, this article through the analysis of the force needed for top window opens, electric window mechanism design, calculate the minimum transmission shaft diameter, choosing the right gear and rack driving, and the push rod used for open window design, can make it within schedule prescribed by the rack and open top window, finally adding time and space switch, in the design of control circuit to realize the automatic opening and closing of the window, the electrical automation in greenhouse p