太阳能发电设备直驱式液压系统毕业设计论文(编辑修改稿)

太阳能发电设备直驱式液压系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

需要考虑大风，冰雹等恶劣气候变化的影响，当大风时定日镜反射镜向上升起，与地平线平行，减少风力载荷大小和振动，当冰雹时，定日镜反射镜向下降落，与地平线垂直，减小冰雹对 反射镜的伤害。 因此定日镜高度方向角度变化最大90186。 ，方位角方向无特殊要求，为 100186。 在太阳能塔式热能发电中，定日镜的高精度跟踪对提高太阳能发电效率十分有利，当跟踪偏差为 ，所造成的效率下降可能达到 10%以上，因此提高定日镜跟踪精度对提高太阳能发电效率十分有益。 本系统设计采用水平双轴跟踪系统，在跟踪系统的控制方面，采用开 —闭环联合控制，即先通过该时刻的时间，通过计算机中预先存储的当地太阳方位变化，计算出该时刻定日镜的位置，运动到开环工作位置，再通过光电传感器得到该时 刻太阳的具体方位，计算机计算出定日镜应当偏转的角度，定日镜再次运动，到达闭环跟踪位置。 采用开 —闭环联合控制，既可以克服开环控制由于定日镜加工装配造成的累积误差对跟踪精度的影响，又可以克服闭环控制中由于乌云等天气因素使跟踪系统无法工作，甚至是误操作的缺点，是一种跟踪精度非常高的跟踪控制方式。 在本系统的设计中，定日镜并不是连续运动，而是间歇运动，每 10 分钟调整一次，图 26 是本系统开 —闭环控制系统框。 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 7 图 26 定日镜跟踪开闭环控制系统框图 跟踪系统回初始位置 启动时间到。 8 点预设 计算该时刻太阳高度角，方位角 定日镜角度计算 采集方位，高度角编码器 控制 变频 电机到开环跟踪位置 光照强。 闭环跟踪传感器 定日镜角度计算 控制变频电机到闭环跟踪位置 是否间隔 10 分。 停机时间到。 17： 00 预设 Y N 开始 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 8 小结 本章首先根据不同的太阳能发电原理对太阳能发电方式进行分类，确定 本论文太阳能发电设备直驱式液压系统设计针对何种发电方式进行设计，其次通过对太阳能运动轨迹及定日镜运动分析，确定所需要的液压执行元件需要完成的功能，最后通过对太阳能跟踪系统进行理论研究，确定定日镜选用何种跟踪方式，在跟踪过程中，液压驱动系统中的执行元件是如何运动的。 本章通过对太阳能发电相关理论知识研究，确定了液压系统设计的主要功能要求，为 后续工作 的展开提供了基础。 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 9 3液压系统 工况分析 设计能够满足塔式太阳能发电定日镜运动所需的液压系统，采用直接驱动方案，齿轮或柱塞泵压力小于 25MPa， 假定工作地点，北京（北纬 40186。 ），单天工作时间 9 小时（ 8:00~17:00），高度角方向角度变化 90186。 ，方位方向角度变化100186。 ，要求具有抵抗风压载荷的能力，当风速小于 16m/s， 定日镜正常工作，当风速大于 16m/s，启动自我保护功能，定日镜反射镜快速升起与地面平行，减小大风对定日镜的伤害，调整时间小于 10min， 同时要求具有抵抗冰雹等恶劣天气能力，定日镜反射镜快速下降与地面垂直，要求调整时间小于 10min，当驱动系统停机时，定日镜要求具有自锁功能。 系统采用水平轴跟踪方式，支撑机构采用单立柱旋转台式，定日镜反射镜面积 100mm2， 质量 7 吨 ，定日镜总质量 10 吨 ，定日镜高度反向与方位方向角度变化均采用液压摆动马达直接驱动，摆动马达轴与旋转轴采用胀紧套连接。 定日镜在正常工作时，俯仰轴方向受到启动加速和减速的惯性载荷，旋转时的摩擦载荷，由于定日镜反射镜偏心所造成的偏心重力载荷，当大风时受到风压载荷，现针对各载荷进行计算。 1） 惯性载荷 根现对夏至时定日镜俯仰轴方向角度变化最大时进行分析，跟据控制要求，定日镜每 10 分钟调整一次，每次调整时间 3 秒钟，定日镜正常工作速度为  ，转动惯量为 J，惯性扭矩为 aT ，启动加速时间  s，则 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 10 381800 . 0 0 7 4 r a d / s 0 . 4 4 2 r a d / m in563     (31) 22 427 1000 10 10 Kg m12 12m lJ        (32) 4 0 . 4 4 25 . 8 3 1 0 4 3 0 2 N m0 . 1 6 0a JJT t          (34) 当遭遇大风等恶劣天气时，定日镜要求快速升至水平或垂直位置，取紧急工作速度 / min  ，则快速调整时间 22 3 . 5 5 m in 1 0 m in0 . 4 4 2t     (35) 符合快速调整要求。 2） 摩擦载荷 工作时旋转受到摩擦扭矩，初设旋转轴颈 220mm，选用圆锥滚子轴承32044，  则 30 .0 2 7 1 0 9 .8 0 .1 1 1 5 1 N mf GrT           (36) 3） 偏心重力载荷 根据俯仰轴马达设计，定日镜反射镜偏心距离 ml ， 则 37 1 0 9 .8 0 .2 5 1 7 1 5 0 N mg GlT         (37) 4） 风压载荷 当定日镜反射镜受到风力作用时，不同的风向角和竖直角的情况下，定日镜反射镜平板不同位置所受的分压系数不同，风压系数分布极其复杂，现参考湖南大学定日镜风洞实验的相关数据 （见图 31） ，确定定日镜所受最大风力载荷。 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 11 图 31 湖南大学定日镜风洞实验模型 [16] 相关计算公式如下 wF q AC   (38) 式中： wC ——风压系数 ； q ——设计用速度压 ( 2N/m )； A ——受风面积 (mm2)； 0q q I J    (39) 式中： 0q ——基准速度压 ( 2N/m )；  ——高度补偿系数 ， 1 ； I ——用途系数， I =； J ——环境系数， J =； 20 12 vq    (310) 式中：  ——空气密度风速， 241 .2 7 4 N s /m ； v ——风速， v =16 m/s。 220 11 1 . 2 7 4 1 6 1 6 3 . 0 722vq        2N/m 0 16 3. 07 1 1. 15 1. 15 21 5. 66q q I J         2N/m 将 图 32 所示定日镜风压分布竖直方向分成六部分，计算风压对旋转轴产生的扭矩。 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 12 图 32 定日镜反射镜最大风压系数变化 [16] 1 1 2 3 4 5 65 3 1 1 3 51 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2T F L F L F L F L F L F L                  1 24559 N mT  5） 载荷综合 无风时定日镜各工作阶 段所受载荷 启动加速阶段： 4302 151 17150 21603 N ma f gT T T T        正常工作阶段： 15 1 17 15 0 17 30 1 N mfgT T T      受风最大情况时各工作阶段所受载荷 启动加速阶段： 1 4 3 0 2 1 5 1 1 7 1 5 0 2 4 5 5 9 4 6 1 6 2a f gT T T T T         正常工作阶段： 1 151 17150 24559 41860 N mfgT T T T        定日镜在正常工作时，方位轴方向受到启动加速和减速的惯性载荷，旋转时的摩擦载荷，当大风时大风引起的风压载荷，现针对各载荷 进行计算。 1） 惯性载荷 现对夏至时定日镜方位轴方向角度变化最大时进行分析，根据控制要求，定日镜每 10 分钟调整一次，每次调整时间 3 秒钟，定日镜正常工作速度为 ，转动惯量为 J，惯性扭矩为 aT ，启动加速时间 st  ，则 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 13 1001800 . 0 1 0 8 r a d /s 0 . 6 4 6 r a d / m in9 6 3    22 427 1000 10 10 Kg m12 12m lJ        4 0 . 6 4 65 . 8 3 1 0 6 2 7 7 N m0 . 1 6 0a JJT t          当傍晚时，定日镜停止工作，方位轴方向快速返回初始位置，取返回速度0 .6 4 6 rad / m in  ，则快速返回时间 1 0 0 1 0 01 8 0 1 8 02 . 7 m in 1 0 m in0 . 6 4 6t      符合快速返回要求。 2） 摩擦载荷 工作时旋转受到摩擦扭矩，初设旋转轴颈 220 mm，选用滑动轴承， 则 30 .2 7 1 0 9 .8 0 .1 1 1 5 1 0 N mf GrT           3） 风压载荷 定日镜方位轴方向所受风压载荷与俯仰轴方向相似，现取俯仰轴方向数据进行计算 1 24559 N mT  4） 载荷综合 无风时定日镜各工作阶段所受载荷 启动加速阶段： 6 2 7 7 1 5 1 0 7 7 8 7 N mafT T T      正常工作阶段： 1510 N mfTT   受风最大情况时各工作阶段所受载荷 启动加速阶段： 1 6277 1510 24559 32346 N mafT T T T        正常工作阶段： 1 15 10 24 55 9 26 06 9 N mfT T T      太阳能发电设备直驱式液压系统设计 14 本章小结 本章首先根据第 2 章太阳能发电相关理论知识研究，确定所设计液压系统的技术要求，包括功能要求和结构要求，其次 通过 对液压系统的工况 （包括俯仰轴和方位轴两个方向）进行分析， 确定液压执行元件在工作过程中受何种载荷，载荷大小为多少，为下一章液压执行元件（转叶马达）的设计 提供基础。 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 15 4 转叶马达设计 转叶马达 技术 要求 设计能够同时满足定日镜俯仰轴和方位轴工作要求的液压摆动马达，输出扭矩 46000 Nm ， 摆动角度 120176。 ，工作压力 20 MPa。 选用双叶片摆动马达进行设计 2rad VT P D P      (41)    2 2 2 2144D d D dV H n n H nn        (42) 228DdT n P H      (43) 式中： radD ——弧度排量 (m3/rad)； V ——每转排量 (m3/rev)； H ——叶片高度 (m)， H = m； n —— 叶片数 ， n =2； ——马达效率 ，  =。 22 46 00 0 N m8DdT n P H        2 2 2 274 6 0 0 0 8 0 . 0 5 1 1 m 5 1 0 0 0 m m0 . 9 2 2 1 0 0 . 2Dd        转子轴与俯仰旋转轴直接连接，旋转轴直径 220 mm，马达转子轴材料选用 40rC ， 785s  MPa，取安全因数 2n ，则许用应力   785 3 9 2 .52sn    MPa (44) 根据第三强度理论（最大切应力理论）    max 12   (45) 太阳能发电设备直驱式液压系统设计 16 式中：  ——许用切应力 (MPa)。