单块太阳能电池板宽度h1=810mm,太阳能电池板托架总宽度h=3×h1,取h=2.5m;单块太阳能电池长度l1=1580mm,太阳能电池板托架总长度L=2×l1,取L=3.2m。结构充实率c=1.0,太阳能电池板托架轮廓面积A1=hL,则太阳能电池板托架迎风面积A=c×A1。太阳能电池板及托架总质量m=240kg,太阳能电池板及托架相对于竖直轴的转动惯量Jt=
2
330kg m。
太阳光线双轴跟踪装置的机械系统设计[1
2010年第4期 张善文,等:太阳光线双轴跟踪装置的机械系统设计
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量折算到电动机轴上,其中,蜗轮减速器传动效率为0.3363,轴承和齿轮传动效率为0.98,总传动效率 =0.3363×0.98≈0.3296,则等效负载转动惯量JL为:
z3z4t
JL=+。
i2× i×
代入已知数据计算,得JL=2.78×10-5kg m2。
-52电动机的转动惯量为JM=1.0×10kg m,则:3<M-5[10]
=,所以惯量匹配比较=0.3597<1JL2.78×10合理。
2.3.3 载荷计算
跟踪装置主要受风载荷、摩擦力、加减速时的惯性力及自身重力等作用。
(1)风载荷计算:根据风垂直作用在太阳能电池板及其托架上计算其风载荷。取风力系数C=1.3,风
2
压高度变化系数Kh=1,风压q=1064.4N/m,则风载荷F=C×Kh×q×A=11069.76N。其风扭矩Mf=16=2213.952N m。
(2)摩擦力矩计算:太阳能电池板及其托架所受风载荷F=11069.76N,轴承摩擦系数!=0.05,轴承内径(以直径最大的轴承作为参考对象)d=100×-310m,竖直轴上轴承摩擦力矩MF=≈227.67N m,取MF=28N m。
(3)角加速度的计算:本文设定每次驱动的初始角速度为 0=0,运行角速度为 ,为保证平均角速度
o- =0.2/s,设置每次运动时间为5s,其中,加速时间
t1=2s,匀速运动时间t2=1s,减速到停止时间t3=2s,每次驱动的实际转角#=1。由公式#=0.5×#×t+t1×#×t2+0.5×#×t,得竖直轴角加速度#为:
¨
。=#×
t1×t2+0.5×t1+0.5×t3180代入已知数据计算,得#=0.00291rad/s2。2.3.4 无刷直流电动机负载能力校验
无刷直流电动机轴上的总惯量J=JM+JL=1.0×10-5+2.78×10-5=3.78×10-5kg m2。启动
¨
¨
21
¨
¨
23
¨
o
¨
0.0142+1.1195=1.13436N m。电机额定转矩为
T=9550×n=9550×500=1.146N m>Tamax,所以电机能正常工作。2.3.5 能耗计算
跟踪装置按每天工作12h计算,电机功率为60W。记方位角和高度角平均每天调整次数为120次,每次调整所耗时间为5s,日平均跟踪能耗约为0.83W,跟踪能耗小于1W。
各机械系统参数校验计算结果表明,太阳光线双轴跟踪装置可以满足各项设计要求,跟踪装置结构模型如图5所示。
图5 跟踪装置结构模型
3 结束语
本文根据跟踪装置的工作原理,进行了太阳光线智能控制跟踪装置的性能分析及参数计算,设计了太阳光线双轴跟踪系统的结构,对系统关键部件进行了计算和选型。所设计的跟踪装置考虑了经济性及适用性,提高了性价比,便于太阳能跟踪装置的推广应用。
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时,电机轴上的惯性转矩TD=J×#×i=3.78×-5
10×0.00291×6000=0.00066N m。电机轴上
F等效摩擦转矩Tf=i× =6000×0.3296=0.0142N m。有风时,太阳能电池板产生的反扭矩
Mf折算到电机轴上为TL===
i× 6000×0.3296
1.1195N m。无风工作时,电动机轴上的总负载转矩为Tamin=TD+Tf=0.00066+0.0142=0.
01486N m;在最大风载荷下工作时,电动机轴上的a()
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机械工程与自动化 2010年第4期
得车辆在行进换档过程中平稳无冲击,有良好的舒适性。C1和C2锁定阀由SS1控制,其作用不但配合换档阀控制以实现不同档位,而且还起失电保护的作用。
电磁阀
类型常开常开常闭
控制对象C1C2C3或C5
名称PCS1PCS2PCS3PCS4TCCSS1C1锁定阀
倒档ONOFFON-C5OFFOFFOFFUPUPON根据计算空档
空档ONONON-C5OFFOFFOFFUPUPOFF根据计算空档
1档OFFONON-C5OFFOFFONUPDNOFF根据计算3档
也就是说当电磁阀均断电时,两个常开压力控制阀控制出来的油液经C1和C2锁定阀当时锁定的油路通道控制某两个离合器的工作而仍能让车辆继续行驶。
档位2档OFFONOFFONONONDNDNON根据计算4档
3档OFFONON-C3OFFONONDNDNON4档
4档OFFOFFOFFOFFONONDNDNON4档
5档ONOFFON-C3OFFONONDNDNON4档
6档ONOFFOFFONONOFFUPDNOFF5档
表2 电磁阀动作表
常闭C4常闭CL常闭锁定阀阀芯
常闭
C2锁定阀诊断阀MAINMOD
失电后所处档位
针对失电保护,以6档为例来讲述,其他档位的失电保护读者可自行推断。当车辆以自动档6档高速正常行驶时,常开比例电磁阀PCS1、常闭比例电磁阀阀PCS4、常闭开关电磁阀TCC通电,使得PCS2和PCS4所控制的换档阀工作;此时SS1关闭,作用在C1和C2锁定阀阀芯上部液压油泄压,C1锁定阀在弹簧力的作用下向上移动,而C2锁定阀阀芯由于存在面积差,由PCS2所控制的换档阀出口油压作用在C2阀芯上而使其保持在下部,根据油路走向C2和C4离合器工作实现6档。当所有电磁阀失电时,PCS4所控制的C4离合器退出工作,C2离合器仍然工作,常通比例电磁阀PCS1因失电使其控制的换档阀工作,此时C1锁定阀仍处在上部,C2锁定阀仍处在下部,由