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1、江苏大学本科生毕业论文（设计）开题报告学院： 农业装备工程学院 专业： 农机1301班 学号： 3130306003 年级： 13级 学 生 姓 名李建芳 指 导 教 师 王新忠 论文（设计）题目 连栋温室开窗机构及遮阳系统设计1.1国内研究现状分析 随着农业机构的调整，全国各地温室设施栽培方式大面积普及，温室建设规模不断扩大，由小型到中型再到大型，由简单到完备，由单栋到几公顷连栋温室群，温室技术不断发展，由低级到初级再到高级，发展到现代化温室更是配备了开窗、遮阳、降温、升温、灌溉、自动控制等自动化相关设备。由于各地区的生产状况，经济条件和气候差异以及使用目的不同，因此，选择合理的温室类型，设
2、计恰当的开窗机构和遮阳系统等是温室建设的头等大事！ 我国现有的连栋温室开窗机构按驱动方式的不同, 温室开窗机构可分为手动、电动和气动开窗机构。目前,应用最广泛的要数电动开窗机构，其中常用的电动开窗机构有卷膜开窗机构（如图1）、齿轮齿条开窗机构（如图2）、曲柄连杆开窗机构（如图3）、四连杆开窗机构、推拉窗、保利窗等。但是电动机加齿轮齿条开窗机构存在响应慢、使用寿命短等缺点。 在节能、节水、环境保护、性价比高的要求下,我 国“十五”期间重点项目 “基于植物生理的温室智能机械系统的传动特性和理论研究”首次提出将气动技术应用到温室开窗系统中,并对气动开窗机构的设计和运动特性进行了研究。研究发现气动开窗
3、机构响应快,能够在温室高温、高湿、污染比较恶劣的环境条件下正常使用,将气动技术应用到温室开窗系统中,具有潜在的优越性。但是气动开窗的初步研究仍存在不足,所以在温室内实现气动开窗有待于我们的进一步研究。 图1.卷膜开窗机构 图2.齿轮齿条开窗机构 图3.曲柄连杆开窗机构就遮阳系统来说，目前所采用的温室遮阳保温系统主要包括两部分:外遮阳系统。(如图4）配置在温室外部，一般采用遮阳率较高的黑色编制网，配合驱动系统，通过在光照最强时展开，在光照较弱时收拢。调节进入温室的光照强度和室内温度，且温度调节效果明显。内保温系统（如图5）。配置在温室内部，一般采用兼具保温和遮阳效果的浅色编织网片，主要用于温室外
4、部环境温度较低或光照较弱的阴天或夜晚。与外遮阳相比，内遮阳的效果相对较差。其中遮阳网的启闭常用的有三种方式，即手动控制、时间控制和温度控制，可单独使用，也可联合使用。就江苏地区夏季温度变化大，我们选用温度控制方式来控制。温度控制系统是根据温室内气温的高低，自动控制遮阳幕的开启或关闭的。 图4.温室外遮阳系统 图5.温室内遮阳保温系统 中高档温室遮阳保温系统多采用齿轮齿条驱动方式，使遮阳网通过减速机及齿轮齿条传动，由计算机自动控制系统控制开启与闭。但现有驱动方式存在网片阴影位置固定、光通量较低等缺陷。降低了温室增温保温效果且系统可靠性较低，针对现有系统的不足，上海交通大学的余一韩等人开发研究了一
5、种全新布置方式的驱动装置（如图6显示为其立体结构示意图），实现了网片投影随太阳同步移动，最大限度的提高了温室采光量。其齿条双向驱动，不仅可减少对驱动轴强度的要求，也可降低制造成本，具有良好的发展应用前景。 图6：温室保温遮阳系统立体结构示意图（1。驱动机构；2.立柱；3.传动轴；4.移动杆；5.推杆；6.传动齿轮；7.传动齿条；8.天沟）1.2国外研究现状分析 国外温室的发展较为先进，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同要求，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、日本等国家采用
6、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。就开窗机构和遮阳系统这两方面来看： 韩国的温室为了进行规模的扩大及降低生产费用,设置了自动化装置来实现，开窗机构装置同样利用电动开窗机构，室内帘开关装置: 内部幕帘一般设置两层 ,由手动开关进行控制。 一般采用开闭控制信号进行控制。荷兰位于欧洲西部 ,全国现有玻璃温室一万平方公顷，全部由计算机操纵，其中荷兰Venlo型温室是20世纪50年代初荷兰发展起来的一种温室结构型式，早期Venlo型温室的跨度为6.40m，每跨有两个小屋面(单跨3.2 m)构成，开间4.0m,檐高4.0m
7、,脊高4.80m。经过40多年的发展，Venlo型温室已经成为荷兰最主要的温室结构类型，更是以其结构设计处于世界先进水平，被各国引进学习，我国现有的大多数温室都是依照文洛型温室的结构结合当地的气候特点等进行设计建造的。其次，随着技术的不断发展，荷兰温室在传统温室基础上发展起来一种大跨度玻璃温室， 这种温室的特征之一是从天沟到屋脊不像Venlo型温室那样是由一块玻璃镶嵌而成的，而是由多块玻璃组合叠加而成;特征之二是沿屋脊万向上有连续的顶开窗机构，可以买现屋顶大面积开窗。这种温室的优点是面积更大且没有立柱，能够更好地买现机械化操作，且通风效果更佳;缺点是造价较高(与Venlo型温室相比)。 荷兰绝
8、大多数温室都是通过开启顶部的通风窗进行自然通风的。通风窗口的数量、尺寸、传动万式以及开启的角度等对温室气候控制产生重要影响。Venlo型温室一般采用单玻璃面窗(针对玻璃窗尺寸为0.73m x 1 .65m )、两或三块半玻璃面窗(宽度延伸至两或三块玻璃板)等通风窗结构，高度通常为玻璃板的一半，如0.825m, 1.0m, 1.04m等。根据不同的跨度组合，可以形成不同的开窗面积(见表1)。表1 Venlo型温室标准通风窗面积与温室面积的比例温室类型(跨度x开间)(m)玻璃宽度(m)窗口尺寸(m)窗口与温室面积的 比例(%)3.2/6.4 x 30.731 .50 x 0.82512.753.2
9、/6.4 x 30.732 .25 x 0.82519.103.2/6.4 x 30.9972 .00 x 0.82512.903.2/6.4 x 40.9973 .00 x 0.82519.303.2/6.4 x 40.9972 .00 x 1. 0015.603.2/6.4 x 40.9973 .00 x 1. 0023.403.2/6.4 x 4.51.122 .25 x 0.82512.703.2/6.4 x 4.51.122 .25 x 1.00015.404.0/8.0 x 4O.7971 .60 x 1.0410.304.0/8.0 x 4O.7972 .40 x 1.0415.
10、50 “温室类型”栏中第一个尺寸指的是单屋面跨度，第二个表示跨度，第三个表示桁架的中心距离 Venlo型温室的开窗主要有机械摆动推拉式和齿轮齿条传动式两种方式(见图7)。 图7 Venlo型温室开窗机构 （左为机械摆动式推拉通风窗，右为齿轮齿条传动推拉通风窗） 大跨度玻璃温室的通风窗设计通常是沿整个屋脊长度方向上的连续开窗(图8)。为了减少温室中杀虫剂的用量，现在的通风窗都安装有与窗口相连的防虫网，窗口开启时防虫网与窗户一起移动，以阻止昆虫进入温室。 图8大跨度玻璃温室连续开窗机构 2.本课题研究的主要内容及方法： 主要内容：设计适合江苏地区气候条件的连栋温室玻璃温室，就其开窗机构和遮阳系统进
11、行创新型设计（其中开窗机构包括侧窗和天窗的设计；遮阳系统包括外遮阳和内保温系统的设计），使其在保证温室结构可靠、耐久、节能以及内部空间要求的基础上，进一步提高温室自然通风降温的效果。方法：根据相关资料合理选取连栋温室的基本参数：跨度、开间、肩高、屋面坡度等； 选择开窗机构中侧窗的控制方式、位置、窗子大小及开合角度等； 选择天窗的开启方式、开窗机构、位置设置以及电机选择等； 外遮阳的结构设计、控制方式、遮阳网的选用等； 内遮阳系统的结构设计与天窗的相对位置以及遮阳网的选用等； 绘制连栋温室开窗机构装配图；连栋温室遮阳系统部件装配图；以及相关零件的零件图。3.本课题所需要解决的问题 开窗机构的设计
12、分为两部分：侧窗的设计；天窗的设计。侧窗的设计我们可直接采用当下应用最多的齿轮齿条开窗机构，在一个开间布置一扇侧窗，朝东西方向使用一台电机控制即可；天窗的设计相对侧窗就比较复杂了，玻璃温室的天窗开启方式有谷肩开启式、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、顶部推开式等，一般玻璃温室的开窗多采用屋脊窗，开窗机构多采用直齿条或四连杆系统，温室每跨屋脊两侧设两排通长的天窗，每排天窗用一台电机带动，独立控制，但是，这种开窗机构的电机用量较多，能量损耗多，造价昂贵；其次，天窗的开启及电机控制应合理，应为遮阳系统的布置留下必要的空间，同时也不可妨碍遮阳系统的开启和收拢。 现有的遮阳系统
13、多采用齿轮齿条驱动方式，其驱动方式存在网片阴影位置固定、光通量较低等缺陷，这样就降低了温室增温保温效果且系统可靠性较低。因此，我们的创新型设计应能够解决这个问题，进一步提高温室采光量。 综上，我们的设计首先要在现有的温室技术中进一步提高温室自然通风的能力，其次进一步优化温室顶部天窗和遮阳系统的结构，最后还要尽可能的降低玻璃温室的制造成本！4.预期结果及其意义 通过本次毕业设计，我们最终要完成一个跨度为8m，天沟高为6米的三跨玻璃温室的开窗机构及遮阳系统的设计，其中包括一张连栋温室开窗机构装配图；一张连栋温室遮阳系统部件装配图；以及相关零件图的计算机绘图以及8000多字的毕业设计说明书。通过这些
14、工作的完成，我们冀希此连栋玻璃温室可直接在江苏地区使用，使其在夏天高温天里可通过开窗自然通风和遮阳系统实现自然通风降温，无需再利用风机消耗能量来降温。换言之，就是使该温室实现完全的自然通风降温！进行本次毕业设计的目的在于，让我们综合应用所掌握的基础理论、专业基础、专业基础知识、工程实践知识设计出更加适合江苏地区气候特点的温室，使其为植物栽培提供更好的生长环境，降低温室的生产制造成本。使其在满足植物生长要求的前提下，充分利用自然资源，尽量减少能源的损耗。有利于进一步提高农村农民的生活质量，实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，实现农业的长期可持续发展。同时也使得我们能够进一步熟练使用三维CAD软件完成具体产品的绘制、建模及装配。不仅让我们掌握了结合课题进行文献检索、查找、归类、总结的方法，还培养了我们的使用现代化设计工具解决实际工程问题的能力。同时也为我们3个月后的步入企业打下了坚实的基础。5. 参考文献1张跃峰,张书谦.现代温室开窗机构选择J.温室园艺,2003,(1):18-
