太阳光线双轴跟踪装置的机械系统设计张善文 张剑峰 陈思栋

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1、第4期(总第161期)机械工程与自动化NO．42010年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONAug．文章编号：1672—6413(2010)04—0091～03太阳光线双轴跟踪装置的机械系统设计张善文，张剑峰，陈思栋(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225127)摘要：针对太阳光线跟踪问题，设计了基于天文学参数的闭环控制系统。检测传感器采用太阳能电池片作为太阳光线的感光器件，调整太阳光线与电池板的垂直偏差。在太阳光线双轴跟踪装置的性能分析及机械系统参数计算的基础上，设计了太阳光线

2、双轴跟踪系统的结构，并对系统关键部件进行了计算和选型。关键词：光线跟踪；太阳能；机械系统中图分类号：TK5l3．4文献标识码：A0引言(3)跟踪精度为±1。。太阳的平均角速度为太阳能作为一种可再生无污染的一次能源，能有0．25。／rain，即每隔4min太阳能电池板与太阳光线就效解决我们日益增长的能源需求问题。研究太阳光线有1。的偏差。因此，最多每隔4rain就要调整一次太阳跟踪系统，能提高太阳能的利用效率，促进太阳能的能电池板的角度。普及应用，改善能源利用的结构。本文根据太阳光线(4)跟踪能耗不能超过1W。

3、跟踪装置的工作原理及性能分析对其机械系统进行了(5)装置的刚度和强度能满足该装置最大抗风详细设计。150km／h的要求，可实现9级风自动放平功能。1太阳光线智能跟踪装置工作原理及性能分析(6)在满足以上性能的同时，尽量简化结构和加太阳光线智能跟踪系统采用基于天文学参数的闭工工艺，进一步提高技术经济性，降低成本]。环控制系统。系统跟踪原理是：先根据太阳运行规律2跟踪装置机械系统设计计算出一天内某时刻太阳高度角a和方位角的理论2．1传动方案与双轴系统方案值，驱动器根据理论值和跟踪检测的误差补偿值驱动传动机构通常有

4、蜗轮蜗杆传动机构、普通齿轮传电机，电机带动执行机构工作，从而调整太阳能电池动机构、行星齿轮传动机构和谐波减速机构等。行星板的角度，完成对太阳的跟踪。跟踪装置工作原理如齿轮传动具有重量轻、体积小、传动效率高、传动比图1所示，。大、传动功率范围大等优点，但其价格比较贵，成本上不合算。谐波传动具有结构简单、重量轻、体积小、传动比范围大、承载能力高、损耗小、效率高、运动平稳无冲击等优点，但不能自锁。蜗轮蜗杆传动具有传动比大、降速快、能自锁的优点。齿轮传动具有传动比准确、传递扭矩大的优点。所以本装置选择蜗轮蜗杆和普通齿

5、轮二级传动方案，如图2所示。图1跟踪装置工作原理图该跟踪装置设有两根轴，具有两个转动自由度，竖太阳光线智能控制跟踪装置需要满足以下要求：直轴(垂直于地平面的传动轴)可实现方位角跟踪，水(1)方位角跟踪范围：0~200。；高度角跟踪范围：平轴(平行于地平面的传动轴)可实现高度角跟踪。该0～90。。同时要避免极限位置锁死，不跟踪时装置具有装置采用无刷直流电机驱动的智能控制，不需手动调锁紧功能。整，而且能够根据太阳的运动轨迹发出跟踪信号对跟(2)为防止跟踪角加速度过大，引起附加载荷过踪装置进行自动控制。通过双轴跟踪

6、，使太阳能电池大，取平均跟踪角速度为0．2。／s。板保持与太阳光线垂直，最大效率地使用太阳能．s]。收稿日期：2009—11-16；修回日期：2010—02—26作者简介：张善文(1983一)，男，湖南邵阳人，在读硕士研究生。·92·机械工程与自动化2010年第4期2．2太阳能电池板托架结构设计不能太大，所以选取电机工作转速一200r／min，则太阳能跟踪装置所受的风载荷需根据太阳能电池总传动比为i一6000。取齿轮传动比为i一2。一2(受板的布置来确定，太阳能电池板布置的方式有很多，如结构尺寸所限不易取大)

7、，则蜗轮蜗杆减速器的传动比直板式、叠加式等，综合考虑其高抗风能力和结构紧为iz一2z／z一3000。所选传动齿轮齿数分别为。一14，凑性，本文采用直板式。太阳能电池板结构参数见表4—28，模数一5，齿宽6—40mm。选RV30／40型双1。在对该装置机械结构设计以前，先对太阳能电池板级蜗轮蜗杆减速器，具体参数见表2。托架进行结构设计。。＼TT／I／l]／s。。图3太阳能电池板托架整体三维结构图I110．一h1113／／ll1一太阳能电池板框架；2-水平轴；3一水平轴承；4一水平齿轮传动；5-水平蜗轮蜗杆减速器

8、；6一水平无刷直流电机；7一支架；8-竖直齿轮传动；9-竖直蜗轮蜗杆减速器；图4传动机构简图1O一竖直无刷直流电机；11一竖直轴；12-竖直轴承；l3一整体支座表2RV30／40型双级蜗轮蜗杆减速器参数图2跟踪装置传动方案示意图参数名称数值表1太阳能电池板结构参数输入功率(kW)O．O6输入转速(r／rain)1400l里!!l望垦!!竺竺!I重量!l塑l输出转速(r／rain)O．5180l158