一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计

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1、第24卷第3期阳能学VoL24,No.2003年6月ENERGIAESOLARISSIN「ICFRAIan..2003文章编号:0254-0096{2003)03-0330-0S一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计李建英，吕文华，贺晓雷，于贺军(巾国气象科学研究院，北3w,100081)摘要:该文介绍了一种智能型全自动太阳跟踪装置机械结构的设计、机械原理并对定位系统的工作过程和遮光装置的设计进行了详细的描述。该仪器可用于太阳直接辐射、总辐射、敢射辐射和长波辐射的测量，在现有结构的基础上，改进设计就可作为日照测量的

2、标准仪器关健词:太阳跟踪;辐射仪器中圈分类号:TK513-4文献标识码:A组成。0引言目前，日本、法国、瑞士等许多国家在太阳辐射的业务观测中，都已使用全自动太阳跟踪装置。我国长期以来一直使用单轴太阳跟踪装置，该仪器存在着跟踪精度不高、误差累积，绕线等一些问题。针对这种状况，我们开发了一种智能型全自动太阳跟注子一艺一了

3、时角轴踪装置。它采用传感器和太阳运行轨迹时间函数相结合的定位方式，具有全自动、全天候、跟踪精度高、1犷无累积误差、不绕线的优点，填补了国内在该领域的水平饱空白，可以满足太阳辐射观测的需要，大大减轻观测

4、-一一==1调节蛆钉人员的劳动强度。下‘‘一一1全自动太阳跟踪装置的原理图1全自动太阳跟踪装置外形图全自动太阳跟踪装置(见图1)具有两个相互垂Fig.1outlookofintelligentautomaticsolar-trackingdevice直的轴，即时角轴和赤纬轴。准直筒与赤纬轴垂直安装，光电传感器安装在准直筒的底部，用于在光线2.1.1减速机构良好时对太阳进行跟踪，当太阳辐射较弱时，则根据目前减速机构有蜗轮蜗杆传动结构、齿轮传动时间函数对太阳进行跟踪。跟踪时，时角轴带动准结构，还有谐波减速结构等。蜗轮蜗

5、杆传动具有传直筒实现方位角的改变，赤纬轴带动准直筒实现仰动比大、降速快、能自锁的优点;齿轮传动具有传动角的改变。时角轴和赤纬轴的正交运动形成了太阳比准确、传递扭矩大的优点。这两种结构在传动时的跟踪轨迹。因此，全自动太阳跟踪装置实现了自存在着较大的间隙，不能满足我们的设计要求(跟踪动调节，以满足全自动太阳跟踪的需要口精度的指标为0.2')。因此，我们采用了具有世界2系统结构先进水平的谐波减速结构。谐波传动是利用柔性元2.1执行机构件可控的弹性变形来传递运动和动力的。它具有传执行机构完成赤纬轴和时角轴的转动，是太阳动比

6、大、精度高、空回小、效率高、体积小、传动平稳跟踪过程的最终执行单元。由驭动电机和减速机构等优点。收箱日期:2002.07-21万方数据3期李建英等:一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计3312.1.2驱动电机关。当出现连续圆周运动故障时，限位开关的滚轮太阳轨迹的跟踪是由控制机构控制电机的转动最终将落入定位盘限位凹槽内，并释放。此时，电机来实现的。对太阳位置的跟踪，决定了电机的转动断电，同时跟踪装置输出报警信号，提示工作人员进角度是一个具有马氏性的过程，即电机的转动角度行检修(_见停止位置图)。与且只与卜一时刻的位

7、置呈时间函数关系。并且由在每次机器上电和每天日落后，跟踪装置必须于要求跟踪精度优于0.20,所以对于电机的转动必找到跟踪的初始位置，水平基准定位盘上lmm宽的须予以精确的控制，这样就决定了选用步进电机是定位缝的一边就定义为本机械机构的水平初始位一个较佳的方案。置。光电开关完成寻找太阳跟踪初始位置的工作选用步进电机时，必须根据实现跟踪所需要的光电开关具有开、关两种状态。在寻找初始位置的扭距来计算电机功率。首先计算末端传动轴所受的过程中，当定位盘的定位缝转动到光电开关的位置实际扭矩，在根据减速倍数和传动效率估算出所需时

8、，状态发生转换，向电路控制单元发出“初始位置电机的扭矩。考虑到失步和摩擦的问题，电机扭矩找到”信息(见初始位置图)。保留100%的余量比较可靠，所以，实际选用电机的当跟踪的初始位置找到后，系统根据年月日以扭距在计算值的基础上增加一倍。及系统所在的经纬度坐标，将太阳跟踪装置快速旋步进电机的步矩角在太阳跟踪中是一个关键参转到太阳位置上。利用准直筒，对跟踪进行微调，就数，步矩角与减速倍数的比值决定r理论上的最高可进人工作状态(见工作位置图)。控制精度。在设计过程中考虑了电机与减速器的体在限位开关、光电开关、定位缝的位置关

9、系示意积、综合成本等因素。图中，以光电开关和定位缝为起点，则限位开关和限2.1.3传动轴的连接位凹槽的位置关系决定了时角轴的最大旋转角度。对于传动轴之间连接的处理没有采用常见的联如限位凹槽和定位缝的角度为200,限位开关和光轴器方式。该方式尽管具有安装、维护方便的优点，电器的角度为200,则时角轴的最大旋转角度为但是在传动过程中，存在着回差、震动较大，定位精