温室大棚电动开窗机设计

安 徽 农 业 大 学 毕 业 论 文（设计） 论文题目           温室大棚电动开窗机设计            姓    名   xxx       学    号     xxxxx     院    系   xxx      专  业 xxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师   xxx      职    称       xxx          中国·合肥 二o一 五  年 五 月 目录 1 绪论    1 1.1 课题研究的目的及意义    1 1.2 我国现代化温室发展方向    2 1.3 国内温室开窗机构发展现状    2 1.4 温室开窗机构类型    3 1.4.1 齿轮齿条式    3 1.4.2 曲柄连杆开窗机构    3 1.4.3 推拉窗    3 1.4.4 气动开窗机构    4 1.5 温室开窗方式    4 1.6 温室总体面积及覆盖物的选取    5 1.6.1 温室总体面积    5 1.6.2 温室覆盖物的选取    5 2 电动开窗机结构设计    6 2.1 总体结构设计     6 2.2 工作原理     6 2.3 窗体自重计算    7 2.4 顶杆的设计    8 2.5 齿条所在轴直径的计算    10 2.6 齿轮齿条的设计选择    11 2.7 传动轴的直径计算    11 2.7.1 传动轴的精确校核    12 2.8 电动开窗机运动分析    15 3 电动开窗机控制电路    15 3.1 电动机的设计选择    15 3.2 时空开关的选取    15 3.3 控制电路图    17 3.4 设置天窗启闭时间    17 结论    18 致谢    18 参考文献    19 温室大棚电动开窗机设计 作者：xxxx        指导老师：xxx （xxxx大学工学院 级农业机械化及其自动化xx班  合肥 230036） 下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。 摘要：目前，国内温室主要以塑料大棚为主，其设施简单，收益甚微，日光温室及大型现代化温室正在快速发展。温室在带来高收益的同时，也是一个高耗能产业，冬季室内增温和夏季降温的费用占温室生产总费用的15%～40%，在国家建设节能环保产业的要求下，温室的节能生产也尤为重要。本文的设计重点为温室开窗机构，温室顶窗开启面积与温室总体面积之比越大，温室内自然降温的效果就越好，因此，本文通过对顶窗开启所需力的分析，设计电动开窗机构，计算出传动轴最小直径，选择合适的齿轮齿条进行传动，并对开启窗户所用推杆进行设计，使其能在齿条规定行程内开启顶窗，最后在所设计的控制电路中加入时空开关，实现顶窗的自动开启与关闭功能，将电气自动化带入温室生产中，提高温室设施技术含量，减少人力支出，实现温室智能化控制。 关键词：PC阳光板    电动开窗机    时空开关    智能控制 1 绪论 1.1  课题研究的目的及意义 温室是指具有屋面和墙体结构，增、保温性能优良，适于严寒条件下进行蔬菜生产的大型保护设施总称，温室是我国古代劳动人民在与自然的长期斗争中发明创造出来的，据考证，2000多年前秦始皇曾“密令种瓜于骊山研古中温处”使冬天结瓜，后来发展到了汉代，便出现了温室，并历经三国、唐朝、明清等朝代的不断传承与发展，到了现在，温室技术的发展已进入了全新时代，科学技术的进步使温室更具智能化，除了使用暖气、工业余热等方式提高室温外，太阳能这一新型产业也应用其中，实现自动加温。据统计，目前我国的日光温室达到496万亩，塑料大棚达1007万亩，占世界温室面积42.8%。1958年，我国开始自行生产农用聚乙烯薄膜，并广泛应用到小棚覆盖，20世纪60年代，我国的设施农业处于规模小、水平低发展速度缓慢阶段，到了20世纪80年代，随着经济的发展和科技的进步，温室进入快速发展时期，此期主要发展以塑料薄膜为覆盖材料的日光温室，使得温室生产效益大大提高，基本解决了北方地区蔬菜淡季供应的问题，并从国外引进约20hm2大型连栋温室，但由于管理和技术上的缺陷，这些大型温室的经济效益较差，从90年代开始，我国设施农业逐步向规模化、集约化和设施化方向发展。到了近代，温室的发展经历了改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室3个阶段，由简单到完备，由单栋到几公顷连栋温室群，基本上实现了结构类型的多样化，并且配套设备和材料逐步完善，塑料大棚，中棚和日光温室为我国主要设施结构类型，其中能充分利用太阳光热资源，节约源，减少环境污染的日光温室为我国所特有。 国外温室较为先进，以荷兰为代表的欧美国家设施农业规模大、自动化程度高，温室内对于水、光、肥的控制均实现了智能化，以色列的现代温室可以根据作物对环境的不用要求，通过计算机对环境实行监控和调整，实现作物的高效生产；美国、日本等国采用人工补充光照、网络通信技术和视频技术对温室内环境进行远程控制和诊断，由机器手进行移栽，是世界最先进的全封闭式生产体系。 1.2  我国现代化温室发展方向 “九五”期间，国家科学技术部以“工厂化”为题，将“工厂化高效农业示 范工程”引入“九五”国家科技攻关重大产业化工程项目，在北京、上海、沈阳、杭州、广州和天津等地，设立了六个示范区分项，组织实施。同时，各地也都对相关领域进行了较深入的研究。研究内容涉及高效节能日光温室、大型现代温室等设施及其配套设备，取得了一大批相关的技术成果。与此同时，我国相继成立了一大批温室企业，这些企业对现代温室进行了较深入研究，侧重于消化吸收国外先进技术，并逐步重视产品对我国气候的适应性和国产化问题。经过多年的研究设计、试验示范和大量温室工程建设的实践，已能设计建造各种类型的现代温室，其设计制作、建造和整体温室的性能，基本上达到发达国家的水平[1]。 1.3  国内温室开窗机构发展现状 用于打开或关闭窗户的机器称作为“开窗机”或“开窗器”，发源于欧洲，国外一般称作“开窗器”，而在国内大都叫做“开窗机”，它是伴随着电气自动化技术的发展而产生的，至今已有20多年的历史，现为国内建筑行业的高新产品，而“智能电动窗户”则为现代窗户行业的最新发展。电动开窗机的出现为人类生活带来了极大的便利，它改变了传统手动开窗模式，将电气自动化控制带入了居家生活。目前，电动开窗机在建筑行业应用居多，而在农业中的应用颇为少见。在温室生产中，从降低能耗，减少温室运行费用、提高产出效益、实现资源最优利用等方面考虑，采用可控自然通风调控温室内动态温度，显著改善温室内的湿热环境，是一个较好的解决。而“十五”期间国家也将温室环境智能化综合调控系统研究与开发，列入我国农业与社会发展的重点项目。 现有国内外温室除简易温室用手动卷膜外，开窗机构均采用由电动机、减速器、齿轮齿条或连杆机构等部件组成，机构复杂。研制并完善温室智能开关窗控制系统，自动控制窗口启闭、开启面积及可控自然通风是温室环境智能化综合调控系统的一个重要分支。 目前，温室开窗机构中最新技术为启动开窗，随着对食品安全、生产绿色蔬菜、保护生态环境、实现可持续发展的要求不断提高，研制采用清洁能源、清洁传动介质和新型传动机构，实现节能保护环境性能价格比高的智能控制气动开窗，具有明显优点，属于国内外本学科前沿研究领域，在温室开窗机构领域尚属创新[2]。目前，我国温室智能化控制正处于一个发展阶段。伴随着国家对于农业机械化程度的不断重视，设施农业产业的不断发展，以及人们对于健康、绿色无公害农业产品的需求，更多具备节能、环保、低消耗、智能化的设施农业得到发展和应用，让专业化、机械化、工厂化、电气化进入设施农业发展中，实现我国温室的快速发展，农业科学技术的提升。 1.4 温室开窗机构类型 1.4.1  齿轮齿条式 齿轮齿条式开窗机构其动力源为电动机，由电动机输出扭矩，作用于传动轴，传动轴带动齿轮转动，进而使齿条移动，开窗顶杆与齿条所在轴固定，当齿条移动时，顶杆伴随齿条移动完成开窗与关窗动作。齿轮齿条开窗机构优点是工作性能稳定，承受的载荷较强，工作效率较高，运行精确，而且方便实现自动化控制，目前，大型温室开窗基本运用此机构，根据它的工作原理和齿轮齿条的布置方式，该机构有排齿式、推杆式、双齿轮齿条式，其中前两种应用较为普遍。 1.4.2  曲柄连杆开窗机构 β 3 2 1 α 图一：曲柄连杆开窗机构 曲柄连杆开窗机构就是将排齿开窗机构中的齿轮和齿条换成曲柄连杆，该机构在早期的塑料大棚中应用较多，其工作原理是：当主动构件1转动角度α时,从动件窗杆3转动β角。由于窗体的开启和关闭为间歇运动并非需要连续的运动机构形式,设计中较为灵活。根据窗体尺寸及传动件所占空间位置情况合理选择构件 1、2、3 的长度以及曲柄铰接点到天窗转动轴的距离, 可将机构设计成曲柄摇杆、双曲柄或双摇杆机构。这种设备结构加工工艺简单，而且造价成本低廉，但是工作性能低，运行精度差，而且返修率较高[3]。 1.4.3  推拉窗 温室上应用的推拉窗与民用建筑推拉窗相似，一般应用在温室侧窗，以铝合金或塑钢作为窗框，配置与窗框相同材料的滑道，使窗户在滑道上移动，实现窗户开闭。推拉窗方式与排齿方式相比外形美观、操作灵活、可部分打开，但其通风面积只能达到通风口面积的一半，且难以实现电动操作，人工操作又需要每个窗户分别进行，操作效率低，密封性能差。由于推拉窗在温室中的使用存在许多难以弥补的缺陷，一般来说较少采用，但对于一些有特殊用途的温室，如展示温室等，合理选用也是可以的[4]。 1.4.4  气动开窗机构 4 3 2 1 5 1．连杆  2.拉杆  3.天窗撑杆  4.天窗  5.气缸 图二  WSBRZ 玻璃温室气动天窗机构简图 在 WSBRZ 玻璃温室气动天窗机构中,撑杆分别与天窗和拉杆铰接,两根撑杆的下端一起铰接于拉杆的同一点。拉杆与连杆铰接,连杆与横杆铰接,横杆与气缸活塞杆的伸出端固定连接。通过给气缸右腔或左腔供气使活塞杆伸出或缩回,通过横杆水平移动推动连杆移动,从而拉动拉杆作小幅度的摆动运动。一个拉杆上一般连接 10 个天窗。该系统能实现温室天窗的上升、下降和在任意位置的锁定。不难发现,在这种开窗机构中,机构运动容易与温室其它设施发生干涉,气缸定位比较困难,有待于进一步研究[3]。 1.5  温室开窗方式 温室开窗其目的在于自然通风，自然通风可以使温室内增加空气流通、调节室内温度，目前国内温室开窗方式有如下几种：谷肩开启式、半拱开启式、顶部单侧开启式、顶部双侧开启式、顶部全开启式、顶部推开式，下图为圆拱塑料温室与硬质材料覆盖温室天窗开启方式, 其中 a、h 为屋脊开窗;b、i为屋顶开窗;c 为半屋面开窗;d 为谷肩开窗;e、l、m 为顶部全开启式,其中 e 为卷膜开窗,j 为顶部双侧开启式; 图三 温室顶窗开启方式 1.6 温室总体面积及覆盖物的选取 1.6.1  温室总体面积 表一 温室设计参数 跨度/m 长度/m 顶高/m 风载kn/m2 雪载kn/m2 植物吊载kg/m2 最大拍雨量mm/h 开窗数量/扇 6 20 2.5 0.4 0.3 15 140 24                 该温室占地面积为6×20＝120m2,温室顶部和四周均采用8毫米PC板覆盖，铝合金型材及密封胶条连接。座北朝正南，偏西5°，适合于冬季寒冷季节进行蔬菜、花卉和瓜果生产的单栋温室。温室开启顶窗数量为24扇，顶部分为4列窗户，每列6扇，要求顶窗逐列开启，根据这一特性，我们设计电动开窗机，并进行温室建筑材料的选取，为了使开窗更具智能化，在控制电路中引用时控开关，实现智能控制。 1.6.2  温室覆盖物的选取 目前我国现代温室建设用的主要材料是玻璃、双层薄膜等。采取这些材料建造的现代温室主要存在问题是温室的能耗高。碰到冰雹、大雪等自然灾祸时，抵抗自然灾难的能力差，温室自身受到严重的损坏，温室中种植的作物同时受到很大损失，薄膜用过后还将造成白色污染。70年代在欧洲问世的双层及多层阳光板，作为第四代温室覆盖材料的阳光板。已被普遍地应用在农业温室建设上。其重要特征是质轻，其重量是同厚度的玻璃的十五分之一；超强：抗冲击强度是玻璃的16倍；节能：比玻璃笼罩温室节能40%以上；耐久：阳光板应用10年后透光率减少不超过 10%；耐冷及耐热：-40 ℃～120 ℃之间，阳光板不产生变形；透明，无色阳光板的透光率在 75%～82%之间；可冷弯性：常温下阳光板的最小曲折半径为板厚的175倍,从基本上改良了温室的状态。 表二  PC板阳光板主要技术参数 性能 单位 指标值 冲击强度 J/M 850 透光率 % 40—80 比重 G/CM3 1.2 热膨胀系数 MM/M℃ 2.3～3.9 可耐温度 ℃ —40℃～+120℃ 传热系数 W/M2℃ 2.3～3.9 抗拉强度 N/MM2 ≥60 弯曲强度 N/MM2 100 弹性模量 MPA 2400 断裂拉伸应力 MPA ≥65 断裂拉伸率 % ﹥100       2 电动开窗机结构设计 2.1  总体结构设计 电动开窗机是目前最常用的一种开窗机构，其核心部件为齿轮齿条，附属配件随着机构整体的不同而有差异。齿轮齿条机构性能稳定、运行可靠安全、承载力强、传动效率高、运转精确、便于实现精确自动控制。 电动开窗机是由电动机、传动轴、齿条、齿轮、轴承座和连接件组成。 7 6 5 4 3 2 1 1.传动轴  2.齿轮齿条  3.齿条所在轴  4.连接件  5.推杆  6.顶窗  7.窗体固定件 图四 电动开窗机装配示意图 2.2  工作原理 电动机固定在温室骨架上，输出端与传动轴连接，传动轴穿过轴承座，通过轴承座固定在温室骨架上，但可以转动，齿轮固定在传动轴上，齿条与齿轮咬合，齿条的一端与通风窗边有连接件连接，当电动机转动时，带动传动轴转动，传动轴带动齿轮转动，齿轮带动齿条移动，从而实现窗户的开启与关闭。 2.3  窗体自重计算 温室开窗方式形式多样，我们采用的是屋脊开窗模式，除了考虑窗体的自动外，还应该将开窗所受风压及雨雪载荷加入其中，计算出开窗及关窗所需力的大小，从而选择电动开窗机，为了使电动开窗机的工作更为可靠，我们应将电动开窗机的推拉力要与窗体的自重以及开启的行程相结合。此处我们应根据窗体尺寸和窗体材料来计算出窗体自重，如下举例说明：                W D H 图五  顶窗 假设窗体自身的宽、高、玻璃厚度尺寸分别为：W（m）、H(m)、D(mm)，窗体90%的材料为玻璃，钢型材占10%，玻璃的密度为2.4g/cm3 ，铝合金密度为2.9 g/cm3，在计算时，为了满足开启窗户的力足够大，计算结果应选大不选小，因此此处根据铝合金的密度来计算窗体自重 计算公式： Z(kg)=W(m)×H(m)×D(mm)×106×2.9(kg)×10-6(kg/mm3) 设窗体尺寸（W×H）为1100mm×900mm 玻璃厚度为5mm﹢12A﹢5mm﹢1.14pv﹢5mm Z(kg)=W(m)×H(m)×D(mm)×106×2.9(kg)×10-6(kg/mm3)=51.68kg 根据上述例证，我们可以计算出温室所用PC阳光板自重，具体数据如下表： 表三 PC板参数 材料 H（mm） W(mm) D(mm) ρ（g/cm3） PC阳光板 1220 900 8﹢12A﹢8 1.2           则PC板自重Z为： Z(kg)=W(m)×H(m)×D(mm)×106×1.2(kg)×10-6(kg/mm3)=21.08kg 2.4  顶杆的设计 顶杆的一端作用于顶窗上，伴随着齿条的移动推开或关闭顶窗，它是由两根杆件组成，两根杆件的夹角一般为40度，另一端通过连接件与齿条所在轴连接。 450mm mm 25mm mm 图六 顶杆 从受力分析角度考虑，在计算开启推力和拉力的时候，除了考虑窗体自重外，还应将窗体所受风压及雨雪载荷考虑其中，对于窗体所受风压及雨雪载荷的选取计算要分为两种情况考虑，其一是窗体开启瞬间所受的风压及雨雪载荷作用，其二是窗体开启后所受的风压雨雪载荷作用，此处温室开窗机构中不将雨雪载荷计算其中，在雨雪天气下，温室不需要开启天窗。在开窗机推力计算中，风压为附加载荷而进行推力计算：在计算推杆开启后静态支撑以及关闭拉力时，风压为附加载荷而进行开窗机的支撑力及拉力的计算；一旦开窗机选定后，其推拉力和支撑力为额定值，不会变动，因此推拉力和支撑力的反复验算非常有必要。 下面为窗体受力分析: 图七  窗体受力分析 相关参数如下表： 材料 自重Z（kg） 开启行程S(mm) 风压系数(kg/m2) PC阳光板 21.08 750 8         参量计算如下： a 水平风压 P1=8×h×w P1=8×1.22×0.9= 8.784 kg b 窗体开启瞬间受风压作用，则电动开窗机的最低推力应该大于89.304kg，可以选取一个最大值为 Ft=（1.5～2）×P1 Ft=（1.5～2）×8.784 =17.568 kg =175.68 N c开启后的推力计算 Ft,=    W/2×S/H Ft,=21.08/2×750/1220=6.4795 kg =64.795 N 按照选大不选小的原则，比较Ft和Ft,得出，电动开窗机的开启推力应选择357.216N，开启之后，电动开窗器处于静态支撑。 d 静态支撑下垂直向下风压 P2=40%×P1 =40%×8.784              =3.5136 kg e 开启角度 α=2×sin-1(S/2×H-1) =23.75° f 根据力矩平衡原理，电动开窗机的静态支撑拉力为： F=[（W＋P2）× α×H/2]/H =[24.5936×sin23.75°×610]/1220 =4.952  kg =49.52 N 同样根据选大不选小的原则，为静态支撑拉力选取一个最大值为： F,=（1.5～2）×F =99.05 N 通过以上计算, 我们有如下结论 : 1 ) 电动开窗器的静态支撑力(回拉力) F除了与窗扇自重成正比外, 还与窗扇开启角度α成正比, 且开启角度α越大, 则需求的F力越大; 2 ) 电动开窗器的静态支撑力(回拉力)F与电动开窗器在窗扇的作用点(安装位置) 有关, 且越靠近下悬点(转轴点), 其F力要求越大; 3 ) 以上计算是有关电动开窗器的稳定性参数计算。而动态情况及瞬态受力分析等则应按当地情况另行核算。 根据计算结果，我们可以绘制如下，以此作为电动开窗机的选择依据： 材料 自重（kg） 最大推力（N） 最大拉力（N） PC阳光板 21.08 175.68 99.05         2.5  齿条所在轴直径计算 齿条所在轴在整个机构中也是受力较大部件，因此也需要特别设计。为了防止该轴在工作时的断裂，需要校核功率输入端的最小轴径的尺寸。与传动轴相同，该轴承受的弯矩不大，可以按许用扭剪应力进行计算。 τT= ≈ ≤[τT] 与传动轴相同，我们选取轴的材料为40Cr，[τT]可选取的数值为44MPa，A0相应的可选取的数值为100。 轴转速 n=5.2r/mm； 轴的输入功率约为 P=0.4608 KW 0.44KW 将上述数据代入公式，得到 d≥ ＝43.91mm 根据设计要求，我们还要乘以安全设计系数，在这里取1.05，则 d≥43.91×1.05=45mm 则最终得出轴最小直径选为43.91mm，大径选择45mm 2.6  齿轮齿条的设计选择 1、根据结构计算得出，开启顶窗时每个齿轮上的阻力矩7.23N.M； 2、齿轮选用B型齿轮，TU21-40，分度圆直径45.5mm进行传动，为了使传动轴工作稳定，左右两侧的齿轮临近布置，这样水平方向上的作用力就会互相抵消； 3、每相隔4m布置一对齿条，长度2941mm； 4、电机安装在中间位置，即在温室跨度中部 表四  齿轮参数 型号 推力 n 扭矩 n 减速比 每转齿条行程 mm 分度圆直径 mm 重量 kg TUS25-40 450 7.0 1.8 79.2 45.5 21               表五  齿条参数 型号 L （mm） 壁厚 mm 适合开间 mm RACK 40-3\L2941 2941 3.0 2000         2.7  传动轴的直径计算 传动轴是整个机构中最为核心的部件，是整个机械受力最大的部件，因此必须要集中设计此部件。为了防止传动轴在工作时的断裂，需要校核功率输入端的最小轴径的尺寸。由于传动轴承受的弯矩不大，可以按许用扭剪应力进行计算。当传动轴受到扭矩T(N.mm)时，传动轴的扭剪应力为： τT= ≈ ≤[τT] 式中： τT———————扭转切应力，MPa； T———————————轴所受的扭矩，N·mm； WT———————————轴的抗扭截面系数，mm3； n———————————轴的转速，r/min； P———————————轴传递的功率，kW； D———————————计算截面处轴的直径，mm； [τT]———————————许用扭转切应力，MPa， 由上式得轴的设计式： d≥ ＝ ＝A0 式中 ，查机械设计手册可得下表： 表六  轴的几种常用材料的[τT]和A0的值 轴的材料 3Cr13、35SiMn、38SiMnMo、40Cr 45 35、Q275（1Cr18Ni9Ti） 20、Q235A [τT]/A0 35--55 25--45 20--35 15--25 A0 112--97 126--103 135--112 149--126           由于要提升轴的耐磨损性，我们选取轴的材料为40Cr，由上表的取值范围可知，[τT]可选取的数值为45MPa，A0相应的可选取的数值为102. 从以上资料中，我们得知： 传动轴转速 n=5.2r/mm； 轴的输入功率约为 P=0.4608 KW 将上述数据代入公式，得到 d≥ ＝45.4748mm 根据设计要求，我们还要乘以安全设计系数，在这里取1.05，则 d≥45.4748×1.05=50mm 则最终得出轴最小直径选为45mm，大径选择50mm 2.7.1  传动轴的精确校核 根据条件可以判定，传动轴受扭矩力远远大于其弯矩力，因此弯矩力可以省略，只按扭矩力来校核。画出其扭矩分析图： 按弯扭组合条件，可知： 式中： ————————轴的计算应力，MPa； M————————轴所受的弯矩，N·mm T————————轴所受的扭矩，N·mm W————————轴的抗弯截面系数，mm3 ————————对称循环应变力时轴的许用弯曲应力，MPa，其值按机械设计（第九版）书中表15-1选用（P358） 抗扭截面系数： WT= ≈0.2d3=0.2×503=25000 截面上的扭矩： 截面上扭转切应力： 轴的材料为40Cr，调质处理。机械设计（第九版）书中表15-1，查得 685MPa， 335MPa， 185MPa。 截面上，由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按机械设计第九版附表3-2查取得 又根据机械设计第九版附图3-1查得轴的材料敏性系数为 所以有效集中系数为 由机械设计第九版附图3-3查得扭转尺寸系数 ετ=0.75 轴按照磨削加工，由机械设计第九版附图3-4得表面质量系数为 βσ=βτ=0.90 综合系数为 又由机械设计第九版第三章第二节查得： ，取 于是，安全系数Sca值为： 故可知其安全。 2.8  电动开窗机运动分析 4 3 2 1 1.传动轴  2.齿条所在轴  3.推杆  4.顶窗 图八  电动开窗机运动图 当电动机转动时，带动传动轴移动，当传动轴由A位置运动到B位置，传动轴上的齿轮便带动齿条移动，使齿条所在轴有由C位置移动到D位置，因为推杆与齿条所在轴通过连接件固定，所以齿条所在轴的移动会使推杆旋转，当推杆由C位置旋转至D位置时，顶窗开启，整个开窗过程完成。设计中所选齿轮为件，齿轮每转齿条行程为79.2mm，推杆及顶窗旋转行程相同，也为79.2mm,设计中要求顶窗开启行程为750mm，因此齿轮须旋转9周，而齿轮是通过传动轴与发动机相连接，发动机的转速为5.2r/min，因此完成开窗动作需要2min.顶窗开启角度为23.75° 3  电动开窗机控制电路 3.1  电动机的设计选择 选择交流三相电动机，根据开窗力需要400N，电动机输出力应大于400N，查表选择合适电动机并留有适当的余量，防止因铰链及齿轮齿条的传动效率影响不能驱动。根据齿轮分度圆直径及齿条长度，顶窗完全打开时传动轴需要旋转 30 圈。按照减速电机转速，完全开启耗时约6分钟。 表七  电动机参数 型号 扭矩n.m 转速 r/min 功率 kw 电压 v 重量 kg WJNA40,5.2 400 5.2 0.5 380 三相 21             3.2  时控开关的选取 时控开关可根据设定的时间断开和接通电路，这里用到的时控开关为KG316T，适用于交流50HZ，额定控制电源电压至220V，额定工作电流3A的自动控制电路中，作为路灯、广告灯箱等设备的定时接通和断开控制之用。 时控开关的特性: 1、 直接控制功率达6kW； 2、 不怕停电 3、 每天走时误差小于0.5s 4、 内部自动充电，不需要更换电池； 5、 每天最多可设置16次开合16次关动作； 6、 安装调试方便 7、 开关时间可按天循环或按周循环； 8、 最长控制时间168h，最短控制时间为1min。 接线方式共分为如下三种： a:直接控制方式 被控制的电器是单相供电，工作电流不超过本开关的额定值，可采用直接控制方式 b：单相扩容方式 被控制的电器为单相供电，工作电流超过本开关的额定值，采用交流接触器扩容控制方式 c：三相工作方式 控制接触器的线圈电压AC220V 50HZ d:三相工作方式 控制接触器的线圈电压AC380V 50HZ 3.3  控制电路图 图九  控制电路图 电路中KG316T为时控开关，采用八开八关控制模式，根据温室温度的变化，设定温室天窗开启关闭时间，实现智能化控制，为了保护电动机正常工作，电路中采用了断相与相序保护继电器，其作用是作线路的断相、相序、三相电压不平衡故障状态的保护控制之用。 3.4  设置天窗启闭时间 植物进行光合作用所需原料为CO2和水，温室为一个相对封闭的环境，室内温度、水蒸气等因素的变化，会影响CO2的含量，如何不能有效的控制，会因病毒、细菌等不利因素影响作物生长。荷兰的R.deGraaf 等人经研究发现，温室内蒸发与光照、气温、湿度和 CO2浓度有关一般作物光合作用的最低温度为 0～5℃，最适温度为20～30℃,最高温度为 35～40℃。在光合适温范围内，温度提高 10℃，光合强度提高约一倍。适温范围以外的低温或高温，光合强度都要显著降低。呼吸作用的最低温度为-10℃，最适温度为 36～46℃，最高温度为 50℃。在呼吸适温范围内，温度提高 10℃，呼吸强度提高～11.5 倍。因此在夏天天气炎热的情况下，设定温室开启天窗的时间为12点至午后3点，此时间段内为一天温度最高时段，开启天窗可以有效的进行温室内空气的流通，在冬季，由于室外气温较低，温室内通过加热设施实现增温，所以当温度高于25℃时开启天窗对作物生长最为有益。 结论 将电动开窗机应用于温室开窗机构中，实现温室智能化控制，减少人力输出，符合现代化温室建设的需求。本文从构建温室大棚的PC阳光板性能及受力分析，考虑开窗时窗体自重及开启时所受风压、雨雪载荷，计算出开启顶窗需要357.216N的力，关闭时需要201.417N，推杆的初始状态与齿条所在轴的夹角为35°，推杆长450mm，杆的直径为25mm，推杆与齿条所在轴通过连接件固定，计算得出齿条所在轴直径为45mm，齿条所在轴的移动依靠齿轮带动齿条的移动，设计中齿轮选用标准件，齿轮固定在传动轴上面，而传动轴与电动机连接，通过校核计算，得出传动轴直径为50mm。论文最后设计出电动开窗机连接电路图，在电路中加入了时控开关，根据温室内环境的变化，设定合理的自动开关顶窗的时间，使其更利于作物的生长，增加温室收益。基于国外温室基本实现智能化控制，国内温室控制领域有很大的发展空间，将更为完善的控制技术应用于温室种植中，在介绍人力输出的同时，更是实现增益的有效途径，改变传统的温室经营模式，转变经营理念，让我国温室技术发展走向世界前列。 致谢 感谢夏萍老师在整个毕业设计中提供的设计思路与指导，让毕业设计与所签工作有效的结合起来，通过解决设计中所遇到的困难，温固所学知识，为日后的工作入职夯实基础知识。大学为我们提供了更为广阔的学习平台，感谢母校四年的栽培，让曾经意气风发的少年逐步成熟与稳健，带着硕果累累，走向人生新舞台。 参考文献 [1]陈一飞,李琼,倪英杰,戴文光,黄莉. 单体式电动开窗器工程应用选择要点分析[J]. 门窗,2008,08:42-46. 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Energy and Build . 2000 Title  Greenhouse electric windows machine design Abstract At present, the domestic greenhouse mainly plastic greenhouses, it has simple facilities, yield little, solar 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 construction 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 natural 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 production, improve facilities technical content of greenhouse, reduce the manpower expenses, implementation of greenhouse intelligent control. Keywords  PC sunshine board，Electric fenestration，Time and space switch，Intelligent control