【文章內(nèi)容簡介】 度角編碼器控制變頻電機到開環(huán)跟蹤位置光照強？閉環(huán)跟蹤傳感器定日鏡角度計算控制變頻電機到閉環(huán)跟蹤位置是否間隔10分？停機時間到？17：00預(yù)設(shè)YN圖26 定日鏡跟蹤開閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖本章首先根據(jù)不同的太陽能發(fā)電原理對太陽能發(fā)電方式進行分類，確定本論文太陽能發(fā)電設(shè)備直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計針對何種發(fā)電方式進行設(shè)計，其次通過對太陽能運動軌跡及定日鏡運動分析，確定所需要的液壓執(zhí)行元件需要完成的功能，最后通過對太陽能跟蹤系統(tǒng)進行理論研究，確定定日鏡選用何種跟蹤方式，在跟蹤過程中，液壓驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是如何運動的。本章通過對太陽能發(fā)電相關(guān)理論知識研究，確定了液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要功能要求，為后續(xù)工作的展開提供了基礎(chǔ)。3液壓系統(tǒng)工況分析設(shè)計能夠滿足塔式太陽能發(fā)電定日鏡運動所需的液壓系統(tǒng)，采用直接驅(qū)動方案，齒輪或柱塞泵壓力小于25MPa，假定工作地點，北京（北緯40186。），單天工作時間9小時（8:00~17:00），高度角方向角度變化90186。，方位方向角度變化100186。，要求具有抵抗風(fēng)壓載荷的能力，當(dāng)風(fēng)速小于16m/s，定日鏡正常工作，當(dāng)風(fēng)速大于16m/s，啟動自我保護功能，定日鏡反射鏡快速升起與地面平行，減小大風(fēng)對定日鏡的傷害，調(diào)整時間小于10min，同時要求具有抵抗冰雹等惡劣天氣能力，定日鏡反射鏡快速下降與地面垂直，要求調(diào)整時間小于10min，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)停機時，定日鏡要求具有自鎖功能。系統(tǒng)采用水平軸跟蹤方式，支撐機構(gòu)采用單立柱旋轉(zhuǎn)臺式，定日鏡反射鏡面積100mm2，質(zhì)量7噸，定日鏡總質(zhì)量10噸，定日鏡高度反向與方位方向角度變化均采用液壓擺動馬達直接驅(qū)動，擺動馬達軸與旋轉(zhuǎn)軸采用脹緊套連接。定日鏡在正常工作時，俯仰軸方向受到啟動加速和減速的慣性載荷，旋轉(zhuǎn)時的摩擦載荷，由于定日鏡反射鏡偏心所造成的偏心重力載荷，當(dāng)大風(fēng)時受到風(fēng)壓載荷，現(xiàn)針對各載荷進行計算。1）慣性載荷根現(xiàn)對夏至?xí)r定日鏡俯仰軸方向角度變化最大時進行分析，跟據(jù)控制要求，定日鏡每10分鐘調(diào)整一次，每次調(diào)整時間3秒鐘，定日鏡正常工作速度為，轉(zhuǎn)動慣量為J，慣性扭矩為，啟動加速時間s，則 (31) (32) (34)當(dāng)遭遇大風(fēng)等惡劣天氣時，定日鏡要求快速升至水平或垂直位置，取緊急工作速度，則快速調(diào)整時間 (35)符合快速調(diào)整要求。2）摩擦載荷工作時旋轉(zhuǎn)受到摩擦扭矩，初設(shè)旋轉(zhuǎn)軸頸220mm，選用圓錐滾子軸承32044，則 (36)3）偏心重力載荷根據(jù)俯仰軸馬達設(shè)計，定日鏡反射鏡偏心距離，則 (37)4）風(fēng)壓載荷當(dāng)定日鏡反射鏡受到風(fēng)力作用時，不同的風(fēng)向角和豎直角的情況下，定日鏡反射鏡平板不同位置所受的分壓系數(shù)不同，風(fēng)壓系數(shù)分布極其復(fù)雜，現(xiàn)參考湖南大學(xué)定日鏡風(fēng)洞實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)（見圖31），確定定日鏡所受最大風(fēng)力載荷。圖31 湖南大學(xué)定日鏡風(fēng)洞實驗?zāi)Ｐ蚚16]相關(guān)計算公式如下 (38)式中：——風(fēng)壓系數(shù)；——設(shè)計用速度壓 ()；——受風(fēng)面積 (mm2)； (39)式中：——基準速度壓 ()；——高度補償系數(shù)，；——用途系數(shù)，=；——環(huán)境系數(shù)，=； (310)式中：——空氣密度風(fēng)速，；——風(fēng)速，=16 m/s。 將圖32所示定日鏡風(fēng)壓分布豎直方向分成六部分，計算風(fēng)壓對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的扭矩。圖32 定日鏡反射鏡最大風(fēng)壓系數(shù)變化[16] 5）載荷綜合無風(fēng)時定日鏡各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 正常工作階段：受風(fēng)最大情況時各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 正常工作階段：定日鏡在正常工作時，方位軸方向受到啟動加速和減速的慣性載荷，旋轉(zhuǎn)時的摩擦載荷，當(dāng)大風(fēng)時大風(fēng)引起的風(fēng)壓載荷，現(xiàn)針對各載荷進行計算。1）慣性載荷現(xiàn)對夏至?xí)r定日鏡方位軸方向角度變化最大時進行分析，根據(jù)控制要求，定日鏡每10分鐘調(diào)整一次，每次調(diào)整時間3秒鐘，定日鏡正常工作速度為，轉(zhuǎn)動慣量為J，慣性扭矩為，啟動加速時間，則 當(dāng)傍晚時，定日鏡停止工作，方位軸方向快速返回初始位置，取返回速度，則快速返回時間符合快速返回要求。2）摩擦載荷工作時旋轉(zhuǎn)受到摩擦扭矩，初設(shè)旋轉(zhuǎn)軸頸220 mm，選用滑動軸承，則3）風(fēng)壓載荷定日鏡方位軸方向所受風(fēng)壓載荷與俯仰軸方向相似，現(xiàn)取俯仰軸方向數(shù)據(jù)進行計算4）載荷綜合無風(fēng)時定日鏡各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 正常工作階段：受風(fēng)最大情況時各工作階段所受載荷 啟動加速階段： 正常工作階段： 本章小結(jié)本章首先根據(jù)第2章太陽能發(fā)電相關(guān)理論知識研究，確定所設(shè)計液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，包括功能要求和結(jié)構(gòu)要求，其次通過對液壓系統(tǒng)的工況（包括俯仰軸和方位軸兩個方向）進行分析，確定液壓執(zhí)行元件在工作過程中受何種載荷，載荷大小為多少，為下一章液壓執(zhí)行元件（轉(zhuǎn)葉馬達）的設(shè)計提供基礎(chǔ)。4 轉(zhuǎn)葉馬達設(shè)計 轉(zhuǎn)葉馬達技術(shù)要求設(shè)計能夠同時滿足定日鏡俯仰軸和方位軸工作要求的液壓擺動馬達，輸出扭矩46000 ，擺動角度120176。，工作壓力20 MPa。 (41) (42) (43)式中：——弧度排量 (m3/rad)；——每轉(zhuǎn)排量 (m3/rev)；——葉片高度 (m)，= m；—— 葉片數(shù)，=2；——馬達效率，=。轉(zhuǎn)子軸與俯仰旋轉(zhuǎn)軸直接連接，旋轉(zhuǎn)軸直徑220 mm，馬達轉(zhuǎn)子軸材料選用， MPa，取安全因數(shù)，則許用應(yīng)力 MPa (44)根據(jù)第三強度理論（最大切應(yīng)力理論） (45)式中：——許用切應(yīng)力 (MPa)。 (46)(47)考慮到軸段連接時局部變形不宜過大，取，則轉(zhuǎn)子軸連接軸承處軸頸140 mm，動葉片連接處軸頸155 mm取，則輸出扭矩每轉(zhuǎn)排量轉(zhuǎn)葉馬達結(jié)構(gòu)如下圖41 雙葉片轉(zhuǎn)葉馬達主視剖視圖圖42 雙葉片轉(zhuǎn)葉馬達右視剖視圖 轉(zhuǎn)葉馬達其他具體結(jié)構(gòu)尺寸參見液壓轉(zhuǎn)葉馬達繪圖。、流量、排量計算根據(jù)所設(shè)計的轉(zhuǎn)葉馬達技術(shù)參數(shù)，計算俯仰軸和方位軸兩個方向轉(zhuǎn)葉馬達在工作時的壓力、流量、和排量。、流量、功率計算取出口壓力 MPa，則MPa (48) (49) (410)、流量、功率計算取出口壓力，則MPa、流量、功率計算取出口壓力 MPa，則 MPa 、流量、功率計算取出口壓力 MPa，則MPa W對于片狀結(jié)構(gòu)的葉片，其危險截面在根部。最大正應(yīng)力為 (MPa) (411)式中：——葉片根部所受彎矩 ()；由下式求得 (412)——葉片根部抗彎截面系數(shù)，對矩形截面 (413)式中：——缸體內(nèi)徑 (m)；——葉片安裝