机械式太阳能自动跟踪液压控制系统设计（通过答辩全套含CAD图纸）
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湖南文理学院芙蓉学院 本科生毕业设计开题报告书 题 目 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统设计 学生姓名 谢 其 然 学 号 10130134 专业班级 机自 1001 班 指导老师 罗 烈 雷 教 授 2013 年 12 月 10 日 论文（设计）题目 机械式太阳能 自动跟踪液压控制系统设计 课题目的、意义及相关研究动态： 目的 ： 设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 。 由 于 太阳 的 位置 时 刻 发生 变 化 ，如果 想 在 太阳 能 电 池 板 上 得 到 最 大 功 率 输 出 ， 必须使 太阳 能 电 池 板 及 时 地 追 踪 太阳 的 运动 轨迹 ， 才 能 保证 太阳 光 始 终 垂 直照射 太阳 能 电 池 板 。 当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带动太阳能板跟随光线移动 ， 实现液压控制系统的自动轨迹跟踪 ,完成抛物槽与太阳最大效率的对焦。液压控制系统能够精确地控制执行机构的速度和方向 ,达到了预定的要求。 意义 ： 能 源 危 机 和 环境 污染 促 进了 人 们 对 可 再 生能 源 的 开 发 和 利 用 太阳 能清 洁环 保 ， 取 之 不 尽 ，目 前已经 受到 许 多国家的 高度重 视 。 太阳 能 电 池 板 的发 电 量与 照射 到它 上 面 的 光 照强 度 成 正 比 ， 而且 接 受 太阳 光 线 垂 直照射 时 可 以 得 到 最 大的 光 照强 度 实验 结 果 表 明 ， 相 同功 率 的 太阳 能 电 池 板 采 用 跟踪 式 光 伏 发 电 要比 固 定 式 提高 发 电 量 约 在30% 以上 1液压控制技术与其他控制技术相比，具有功率重量比大 、 ，响应速度快 、 布局灵活方便 、 调速范围大 、 工作平稳和易于操纵控制并实现过载保护等许 多优势，因而成为各类机械实现控制的重要手段，在各类机床 、 生产线 、 重型机械 、 起重机械 、 建材建筑机械 、 汽车 、 航空航天 、 船舶和武器装备等领域，都得到了广泛应用 。 4 为了更充分的利用太阳能、提高太阳能利用率，研究设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统，对解决当前能源短缺、践行保护环境、实施可持续发展具有重大意义。 发展动态 ： 液压传动作为动力传动与控制技术的重要组成部分，是现代机械工程的基本要素和工程控制的关键技术之一。 由于液压传动具有功率密度高 易于实现直线运动速度刚性大便于冷却散热动作实现容易等突出优点因而在工程机械中得到了广泛的应用据统计目前 95%以上的工程机械采用了液压技术工程机械液压在整个液压工业销售中占40%以上 。 现在采用液压技术的程度已经成为衡量一个国家工业水平的重要指标。 5 液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 同时， 液压气动技术 也是机械设备中 发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。 6在短短 40 年时间内我国的液压传动控制技术已熟练应用各行各业，所以液压技术在我国工业中起着举足轻重的作用 。 随着人类社会的进步，全球经济的可持续发展，能源消费日益剧增，使全球能源 供应越来越紧张。人们不得不考虑新能源的开发和利用，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，逐步成为各国争相研究发展的重点对象。 7 机械式 太阳能自动跟踪液压控制系统 在市场和环境需要的同时面临的是对液压怎样才能很好的提供动力的思考也更深层次的推动着其液压系统和行走系统的深入研究。 课题的主要内容（观点）、创新之处： 主要内容： 本毕业设计的重点主要是对液压控制系统 组成和元件设置进行相关参数设计及元件的规格选取 ， 以及控制系统的动力数据计算与分析 。此 设计将极大的缓解现有不 可再生能源缺少的危机 。 第一步：结合我的课题查阅相关的资料 我将在学校 资料室 和网上图书馆 借阅大量与之有关的资料。来吸收相关的知识。通过社会调查和人际交往来获得有关信息。 第二步：信息整理 通过第一步的准备。我将收集到大量而无序的信息。在这个阶段我将筛选和整理有用信息 ， 根据系统要求核算出来的参数，查找资料选择系统中相应的液压元件型号 。 第三步：方案制订与分析 在这个阶段我将根据需要和我查的有关资料来制订几套原理方案。并通过验证对比选取最佳方案确定下来。 第四步： 完成设计系统原理图 第五步： 计算、绘图 第六 步：撰写毕业设计说明书 创新之处 ： 使用液压缸作为执行元件 ， 保证系统的稳定性 、 传动系统的精确程度和平稳性，并且在液压缸的传动过程中能够实现自锁，从而提高对太阳能的利用效率 。 研究方法、设计方案或论文撰写提纲 ： 首先根据设计题目明确设计任务，了解 自动跟踪 液压 控制系统 的工作原理原理、功能、 工作环境以及国内外发展现状，理清设计思路和确定方向，拟定初步设计方案。 其次根据设计任务书给定参数和技术要求对 控制系统 整体结构设计要合理，满足生产要求，制造过程不易复杂，生产成本低廉，制造过程安全，便于广 泛应用批量生产。对于 系统 各部分的结构，要经过严格的设计、 计算和校核。要满足可靠性设计，使用周期长等要求。 在设计过程中要按照制定的工作流程，运用各种方法和多门学科知识。在支架本体各部件设计时，拟定详细方案，认真分析其功能，明确个部分的结构。 运用 出 设计图纸。 通过本次设计把所学各学科充分融会贯通在一起，最终完成设计任务 。 目前广泛应用的传动方 式主要由机械传动、电气传动、气压传动、液压传动，它们各有优缺点。 如图 1一种液压式太阳能光伏发电自动跟踪系统 : 图 1个液压缸固定在水平转动云台上分布在支持主杆两边，液压缸是相连接的一缸升起一缸下降，带动支撑曲柄摆动，支撑曲柄与采光板用球副相连，液压缸运动从而带动采光板竖直维度的旋转。当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带曲柄滑块上下移动，从而实现太阳能板竖直方向转动，再输出信号驱动液压马达实现系统水平转动 .7 如图 1一种 电气式传动 系统 图 1主要由底座 、 立轴 、 横轴 、 两台旋转电机 、 传动齿轮等组成 。 其中旋转电机 1 驱动横轴 , 支撑 太阳能电池板绕横轴运动 ,跟踪高度角运。 旋转电机 2 驱动水平轴 , 以跟踪方位角变化 。 9 液压系统与上述 其它 传动比较后的优点： 液压传动 易于获得较大的力或力矩 。 与机械传动相比易于布局和操纵，液压传动部件由管道相连，故安装在位置上有很大的自由度，各个部件都可以安装在我希望的位置上。 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 在液压传动中可以方便地使用液压阀来控制系统的压力，从而防止过载 ，避免事故的发生，而且可以通过安装在系统中的压力计来了解各处的工作情况和压力大小，而在机械传动中各处的负载大小就不易观测 。 易于实现标准化和系列化。各种液压系统都是液压元件组成，因此对液 压元件实现标准化、系列化，可以大大提高生产效率，降低成本，提高产品质量。 从可实施性和性价比角度考虑 ，液压控制系统是最佳选择。 为了更好接收 太阳能， 需要的追踪范围为周向和俯仰两个自由度 。 在现有的跟踪平台驱动装置 中，可控制轴的数量从一轴到五轴不等，都可以实现跟踪效果 。 8 如图 1一种 单轴太阳自动跟踪器液 压传动系统 图 1阳的相对位置讯号由跟踪器平板 2 两侧遮光板 l 下方南北向安置的温度传感器(黑管 ) 3 所接受。黑管 3 内充有低沸点的液体工质 , 在常温下 , 部分液体汽化形成饱和蒸汽 , 同时产生一定的饱和蒸汽压 ,通过胶管 5 , 驱动双杆双作用液压缸运动 , 达到自动跟踪的目的。 10 虽然 可控制轴的数量越多，追踪的效果和范围也越好。 但 设计越复杂， 故选择单轴。 跟踪系统方案定 为：单轴 液压传动系统 。 完成期限和预期进度 ： 1毕业实习与毕业设计调研阶段：假期， 2014 年 1 月 10 日 2 月 13 日； 2毕业设计开题报告阶段： 第 1 周， 2014 年 2 月 23 日 2 月 28 日； 3毕业设计主要工作阶段： 第 2 12 周， 2014 年 3 月 1 日 5 月 6 日； 第 3 周：确定系统方案，结构形式和主要尺寸并绘制结构原理图； 第 4 周：系统参数计算、材料选择等； 第 56 周：绘制装配图和全套零部件图； 第 710 周：编写设计计算说明书。准备答辩电子文档。 4资格审查，论文修改时间：第 12 周， 2014 年 5 月 5 日 5 月 9 日 5毕业设计答辩：第 13 周， 2012 年 5 月 11 日 5 月 18 日 主要 参考资料： 1、廖锦城 计算机控制双轴跟踪控制系统及其偏差检测 D 武汉 : 武汉理工大学，2008 2、赵建钊，史耀耀，马健，等 智能型太阳能跟踪系统设计与实现 J 电网技术，2008， 24( 12) : 93 97 3、向平，程建民，毕玉庆 碟式太阳能跟踪装置的结构设计和动力分析 J 机械设 计与制造， 2009， 6( 6) : 17 19 4、 徐海枝 . 浅谈现代液压控制技术的特点及应用 J . 装备制造技术 ， 2012,7:127 5、周长城等 . 液压与液力传动 M 北京大学出版社 , 2010,8. 6、徐福玲 ,陈尧明 . 液压与气压传动第 3 版 M . 机械工业出版社， 2012. 7、 李仁浩等 . 液压式太阳能光伏发电自动跟踪系统研究与设计 J . 硅谷杂志社， 2013，13： 22 23. 8、王成，钟登翔，高峻峣 . 两自由度太阳能跟踪系统设计 J. 机床与液压 , 2012 ， 13(
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