关 键 词：

多功能 电车 设计

资源描述：

多功能供电车设计,多功能,电车,设计

内容简介：

哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 包金财 学号： 1079312221 专业： 交通运输（汽车运用工程） 毕业设计（论文）题目： 多功能供电车设计 工作起止日期： 2010 年 10月 11 日起 2010 年 12 月 29 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： 评阅教师签字： 评阅教师职称： 答辩委员会评语： 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： 答辩委员会主任（签字） 职称： 答辩委员会副主任（签字）： 职称： 答辩委员会委员（签字）： 年 月 日 哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓名：包金财 院（系）：汽车工程系 专业： 汽车运用工程 班 号：0793122 任务起止日期：2010 年10月 11 日至2010 年 12 月 29 日 毕业设计（论文）题目：多功能供电车设计立题的目的和意义：野外或断电时的供电问题，会对某些工作产生不利影响，多功能供电车可集成多种发电功能，如太阳能发电、内燃机发电，可以解决某些偏远地区或野外对电力的需求，以及停电时对电力的紧急需求问题，亦可以在平时将太阳能转变为电能，存储在大型蓄电池中，供需要时使用技术要求与主要内容：1、 1、 装配图0号，一张；2、 2、 装配图0号，一张； 3、 零件图3号，一张；4、 4、不少于12000字的设计说明书进度安排：第 第12周：选题，进行调研，收集资料，完成开题报告。第34周：确定总体方案，完成总体和详细设计计算任务。第56周：进行总体设计，完成一张总装图。第78周：进行详细设计，完成部件装配图和必要的零件图。第910周:完成设计修改，进行分析；整理完成设计说明书。第11周：解题，完成图纸和说明书错误修改，打印提交正式稿。 同组设计者及分工： 指导教师签字 年 月 日 系（教研室）主任意见：系（教研室）主任签字 年 月 日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）题 目 多功能供电车设计专 业 汽车运用工程 学 号 1079312221 学 生 包金财 指导教师 刘海波 答辩日期 2010年12月29日 哈工大华德学院哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）第 1章 绪 论1.1选题的背景1.1.1电力短缺中国已成为继美国之后的世界第二大电力消费大国，电力对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。我们经常听到夏季全国闹电荒，去年南方大雪导致南方大面积停电，一些城市沦为死城，今年5月12日的8.0级强烈地震又使电力系统瘫痪。电力行业整体不适应社会进步的问题越发显露。多年的电荒已经使一部分人产生恐慌。面对灾害，医院、通信等重要部门由于缺电导致不能展开抢救工作。电力的健康发展直接关系到国家的能源安全、整体竞争能力的提高、人民群众的切身利益、环境保护和可持续发展等问题，它应该受到全社会的关注。1.1.2太阳能的开发和利用21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源（如煤、石油、天燃气等）的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关住的焦点。其中，可再生能源主要有以下几个方面：（1）太阳能：据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类能源消耗的1.2万倍；（2）氢能源：利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢，或者由太阳能光催化水分解氢；（3）风力发电、小水电与潮汐发电：可提供可观的电力；（4）生物能：包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等，这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的，只要有人类的存在，就会有生物能，所以这种能源也可以说是用之不竭的；（5）核能：与传统能源的发电厂相比，核能的利用率较高，对环境的污染小，并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本，而核燃料所释放出来的能量却远远高于传统能源所释放出来的能量。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关行业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点：（1）数量巨大：每年到达地球表面能供人类利用的太阳辐射相当于一颗原子弹爆炸时所发出的能量；（2）时间长久，用之不竭：太阳按目前功率辐射能量其时间约可持续100亿年；（3）普照大地，取之不尽：不需要开采和运输；（4）清洁无污染：无任何物质的排放，既不会留下污染物，也不会向大气中排放废气。太阳能的开发利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形式。光热利用是将太阳能转换为热能储存起来，其中太阳能热水器是光热利用最成功的领域，有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等，有些技术尤其在我国的北方和西部应用较广，成效显著。以太阳能电池技术为核心，太阳能光伏利用成为太阳能开发利用中最重要的应用领域，利用太阳能发电，具有明显的优点：（1）结构简单，体积小且轻：能独立供电的太阳能电池组件和方阵结构都比较简单，输出4550W的晶体硅太阳能电池组件，体积约为450mm750mm45mm，质量为7kg；（2）容易安装运输，建设周期短：只要将太阳能电池支撑并面向太阳即可发电，宜于制成小功率移动电源；（3）维护简单，使用方便：如遇风雨天，只需检查太阳电池表面是否被站污、接线是否可靠、蓄电池电压是否正常即可；（4）清洁、安全、无噪声：光伏发电本身不向外界排放废物，没有机械噪声，是一种理想的能源；（5）可靠性高，寿命长，并且应用范围广：晶体硅太阳能电池的寿命可以长达2035年，在光伏系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命可以达到10多年。太阳能几乎无处不在，太阳能电池在中国大部分范围内都能作为独立的电源。1.2选题的目的和意义野外或断电时的供电问题，会对某些工作产生不利影响，多功能供电车可集成多种发电功能，包括太阳能光伏发电、内燃机发电，可以解决某些偏远地区或野外对电力的需求，以及停电时对电力的紧急需求问题，亦可以在平时将太阳能转变为电能，存储在大型蓄电池中，供需要时使用。1.3供电车的现状和发展趋势中国供电车车企业从20世纪70年代起步，至今已有30多年的历史。到目前为止，生产企业已由当时的4、5家发展到100余家。行业几个骨干企业通过近几年的技术改造，其生产规模不断扩大，都形成了各具特色的产品系列，企业的各项主要经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高，但还不能满足国内市场的需要。根据协会对会员单位初步统计，2006年中国供电车的产量为942台，出口67台; 2007年为1042台，出口84台。虽然这些年国内供电车产业发展很快，但企业发展很不平衡，企业之间出现了较大的差距。国内供电车设计制造发展现状主要表现在：发电功率的不断增加。在北京，发电量为1000W的供电车已经投入市场。但国内所生产的的供电车基本上发电方式单一，仅仅以柴油发电机或汽油发电机发电。国外供电车产业发展迅速，技术水平不断提高。工业发达国家一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营，如美国GROVE（格鲁夫）公司和GENIE（吉尼）公司，英国COLES公司和SI-MON（西蒙）公司，意大利RICO（利高）公司，芬兰BRONTO（波浪涛）公司、日本的多田野和爱知株式会社等。有些企业注重环保，生产的供电车以天然气为燃料发电，或者利用太阳能、风能等渠道发电。随着太阳能、风能发电技术的成熟，必将出现多功能供电车。中国电力短缺问题依然严重，使得供电车的设计制造被多家专用车厂家提上日程。随着自卸车、消防车等其它专用车的市场饱和，人们必将把目光投向供电车这个新型专用车的设计与制造。1.4太阳能光伏发电的广阔前景1.4.1国外光伏发电的发展太阳能光伏发电自20世纪80年代以来持续高速发展，每年以30%40%的速度递增。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国，普遍受到重视。尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点，但是其发电的价格比常规电力价格高出许多，在电力市场上无法与常规能源进行竞争。20世纪90年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村、无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。为了鼓励太阳能的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。其中，以美日德等西方发达国家为主。从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域，并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力。1.4.2我国光伏发电的发展我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从70年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在80年代中期建立起来。80年代中期，我国光伏产业初步形成。经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。至90年代初中期，我国光伏产业已处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了17千瓦和7千瓦的光伏发电屋顶系统。1999年，我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室和中试产品，但在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。为了推动光伏技术及其产业发展，2003年10月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用，计划到2005年全国光伏发电系统总装机容量达到300兆瓦。至2003年底，我国光伏产业总的生产能力达到38兆瓦，太阳能电池组件的实际生产量达到13兆瓦。在市场方面，截至2003年底我国光伏系统累计装机容量达到45兆瓦。2004年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达1兆瓦，年发电能力约为100万千瓦时；2008年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现；2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的中华人民共和国可再生能源法自2006年1月1日起正式施行，国家鼓励可再生能源利用。我国光伏产业在满足国内市场需要和提高边远无电地区人民的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要作用。1.5本文主要研究的内容本设计的目标是设计一种多功能供电车，其性能参数与所选底盘车接近。设计过程安排如下：（1）二类底盘的选择；（2）太阳能光伏发电；（3）太阳能电池举升机构的选择与设计计算； （4）柴油机发电机组的选择；（5）车厢中的各类装置的布置。第2章 二类底盘的选择2.1总体主要参数的确定2.1.1尺寸参数的确定供电车车都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，保证性能参数与原车基本保持不变。只有整车的高度由于举升机构高于车头的顶部，所以整车的高度会有所增加。2.1.2整车整备质量整车整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时整车质量。参考同类供电车的整车整备质量m0，在此基础上在增加工作装置的质量，便可估算供电车的整车整备质量m0。供电车的整车整备质量约为：kg2.1.3总质量 所谓总质量是指专用汽车整备齐全，满载（规定值）货物及乘员时的质量。总质量计算公式为：kg式中mp乘员质量（kg），按每人65 kg计。2.2底盘的选择根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计。在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求：（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进 行改装造型设计。（2）可靠性所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。（4）方便性所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。考虑到要求供电车能在高原等野外恶劣的环境正常工作，所以选择军用底盘比较合适。东风、解放以及红岩等品牌中，东风公司的军用底盘市场中占有率较大，评价较高。东风汽车公司3.5吨级66越野汽车分为长头驾驶室和平头驾驶室两大系列。长头驾驶室系列主要车型有EQ2100E(EQ245)、EQ2100E6D、EQ2100E6DY等车型。平头驾驶室系列主要车型有EQ2102、EQ2102G等车型。EQ2100E车型是东风汽车公司最早的3.5吨级66汽油越野汽车，现已停产，被柴油机EQ2100E6D车型取代。EQ2100E6D车型是以EQ2100E车型为基础，换装上康明斯6BT5.9增压柴油机、外径350单片螺旋弹簧离合器，其它系统相应改进设计的新一代长头驾驶室3.5吨级越野汽车；EQ2102车型是部队装备的第二代3.5吨级越野汽车，采用许多新型总成部件，整车雄壮、威武，体现了军车的特点。主要总成包括康明斯6B5.9增压柴油机，该发动机具有良好的低温起动性能，不使用辅助装置可在零下12 度以上起动，采用PTC电热陶瓷冷起动装置，可在零下40度顺利起动。该车型装备有远距离液压气动助力操纵的外径350单片离合器、五档变速器、高低档两档分动器、前中后桥三桥驱动、引进TRW公司技术生产的整体式动力转向器、与日产柴公司联合开发的平头双排四门五座驾驶室、东风金狮轮胎公司研制的12.5R20子午线混合花纹加宽型越野轮胎、内长4270mm 高栏板车箱。根据部队的需求，以EQ2102车型为基础，换装平头一排带卧二门驾驶室和内长4800mm车箱而开发的EQ2102G车型，主要用于满足特殊用户的改装需要。表2=1 主要特征车型EQ2100E6DEQ2102EQ2102G车型主要特征长头驾驶室、循环球转向器平头双排驾驶室、动力转向器平头排半驾驶室、动力转向器目前市场上平头式的要比长头式的销售好，并且考虑到工作人员大于2人，驾驶室里最好能容纳4人，所以参照表2-1中的3种底盘的主要特征，选择EQ2102底盘。2.3底盘的主要参数底盘主要参数如表2-2。表2-2 底盘主要参数车型EQ2102车型主要特征平头双排驾驶室、动力转向器空载整备质量5480kg空载前轴轴载质量3165kg空载后轴轴载质量2675kg允许最大总质量10940kg允许前轴最大轴载质量3660kg允许后轴最大轴载质量8000kg钢板弹簧刚度前1972143.5N/mm钢板弹簧刚度后4856392N/mm外形总长7586mm外形总宽2198mm （续）外形总高2740mm轴距前中3475mm轴距中后1250mm前悬1408mm后悬1453mm后轮胎最外尺寸2198mm车架外宽861mm车架可用长度4402mm质心位置（距前轴中心）1880mm重心高度880mm2.4本章小结本章主要进行多功能供电车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们各方面因素选择比较适用的底盘；综合各方面情况最后选用东风EQ2102底盘作为本次供电车的底盘。第3章 车厢和副车架的设计3.1车厢的设计3.1.1车厢的参数车厢是实现该车功能所需仪器、设备、工具的载体。采用铝合金大板方舱开式结构。车厢壁板采用加筋大板夹层结构，框架采用铝合金型材，蒙皮采用铝合金板材，隔热层采用硬质聚胺脂泡沫板。厢体外形尺寸为4400mm2400mm1950 mm ,左右两侧采用翻板结构，左侧设计两副上翻板，尺寸为1237mm772mm，右侧与左侧相同。为了上、下的方便，在门处设有专用抽拉梯。为了便于采光，车厢左右侧各布置两个侧窗，均为活动窗并安装卷帘式防空窗帘。考虑到发电装置的通风散热问题，在厢体前壁下部开一个换气口。电站的布线采用布线槽，置于顶板四周，并考虑到维修方便，设计为活动盖板式。车厢后壁外平面与汽车底盘牵引钩平齐。车厢内壁选用乳白色醇酸磁漆。车厢内、外布置有灭火器，以满足防火安全性要求。车厢内部两侧设有工作台，右工作台由前至后依次存放的有军用背囊、电工服、五个移动电缆盘；左工作台由前至后依次存放的有各种附属油、电工工具箱、防爆应急工作灯、固定式电缆盘等。3.1.2配电系统整车电气系统主要由控制柜、净化电源、车内照明、电缆和分线盒等组成。电机组安装在底盘车后部。净化电源安装在车厢内左侧前方,主要用于改善供电品质,包含功率为1KW的24V /220V逆变器。车厢顶部共有6盏长方形高效荧光灯,其中1盏值班灯,解决车厢内部照明的问题。500 m电缆、分线盒供远距离定点供电。车厢外部左侧前方下部外接线盒,用于电源的输入、输出。3.1.3通讯设备驾驶室与车厢内装有有线对讲机等通信设备。3.1.4防护车厢外部可根据用户要求喷相应的漆。底盘纵梁以下喷黑色面漆。3.1.5工作台设计金属骨架结构，骨架颜色采用乳白色；台面采用25mm厚高密度板，上铺3mm厚绿色耐油橡胶板,不锈钢包边；外形尺寸为650mm860mm；抽屉、锁选型美观大方，安置位置适中，工具箱固定可靠，使用方便。3.1.6生命支持系统及其它辅助设备生命支持系统是运用变压吸附技术，在常温下直接从空气中分离出高浓度氧气的机电一体化的制氧设备，专供高原使用，装载在车辆上，提高空气含氧量的一种制氧装备。其它辅助设备及器材有:工兵锹镐、消防平斧、工兵锤、撬杠、风扇、医药箱、易损件、随车附件等。3.2副车架设计副车架采用框架式焊接结构，由两根纵梁、六根横梁组成，纵梁、横梁用Q345钢板折制成槽形。考虑到横梁受扭力大，将横梁设计成整体式。纵、横梁间采用T506焊条焊接，整体重量轻、强度高。副车架纵梁与汽车底盘加厚度为20mm的传动橡胶带，作为减振。副车架与车厢用均布的M10高强度螺栓连接，使车厢与副车架整体受力均匀，连接可靠。3.3本章小结 本章主要内容是车厢的布置及副车架的选择。根据二类底盘的车架确定了车厢的尺寸。副车架采用框架式焊接结构，由两根纵梁、六根横梁组成。确定了部分辅助设备的类型及其布置。第4章 太阳能光伏发电系统4.1太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳能控制器：太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。逆变器：逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。蓄电池（组）：蓄电池（组）的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量大时，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电；当日照量小时，这部分储存的能量将逐步放出。4.2太阳能光伏发电系统的分类根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。4.2.1独立供电的光伏发电系统独立供电的太阳能光伏发电系统如图4.1所示。整个独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。太阳能电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。根据负载的需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电;当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制组成。逆变器的作用是将直流电转换为与交流负载同相的交流电。太阳能电池板DC/DC蓄电池直流负载控制器逆变器交流负载图4-1 独立运行的太阳能光伏发电系统结构框图4.2.2并网光伏发电系统太阳能电池板DC/DC逆变器电网交流负载控制器图4-2 并网光伏发电系统结构框图并网光伏发电系统如图4.2所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。4.2.3混合型光伏发电系统太阳能电池板主开关发电机组控制器电池板直流负载交流负载逆变器电池板蓄电池电池板图4-3 混合型光伏发电系统结构框图图4.3为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。本次设计就采用此系统。4.3太阳能光伏电池的原理太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。对于半导体P一N结，光伏效应更明显，因此，太阳能光伏电池都是由半导体构成的。下面以硅半导体为例，对太阳能光伏电池的工作原理加以说明。当N型硅和P型硅结合时，N型区的电子扩散到P型区，P型区的空穴扩散到N型区，此时，N型带正电，P型带负电，在硅半导体内部产生电场。当太阳光照在半导体P一N结上时，形成新的空穴一电子对，在P一N结电场的作用下，空穴由N型区流向P型区，电子由P型区流向N型区，当接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能光伏电池的工作原理，如图4-4所示。电子空穴N型半导体P型半导体a 太阳能半导体晶片太阳光b 晶片受太阳光照射过程中带正电的空穴向P型半导体区移动带负电的电子向N型半导体区移动太阳光c 晶片受太阳光照射以后电子从N区负电极流出负电，空穴从P区正电极流出正电图4-4 太阳能光伏电池工作原理图将太阳能光伏电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能光伏电池组件，其功率可达几瓦、几十瓦甚至上百瓦，若干太阳能光伏电池组件按需要进行串、并联后形成太阳能光伏电池阵列。4.4太阳能光伏电池的分类一个太阳能光伏电池最重要的部分是半导体材料层，即用来产生电流的部分。目前，有许多材料可以用来做太阳能光伏电池的半导体层，但是能产生高能量转换效率的光伏材料并不多。全世界应用和研究的光伏材料主要包括单晶硅、多晶硅、砷化稼晶体材料以及非晶硅、磅化锡等薄膜材料。从对太阳能光吸收效率、能量转换效率、制造技术的成熟与否以及制造成本等多个因素来看，每种光伏材料各有其有缺点。4.4.1单晶硅太阳能光伏电池硅系列太阳能光伏电池中，单晶硅太阳能光伏电池转换效率最高，技术最成熟（一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术），使用寿命也最长。但是，由于受单晶硅太阳能光伏电池材料价格及相应的繁琐的电池工艺的影响，使得单晶硅成本价格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困难的。4.4.2非晶硅薄膜太阳能光伏电池由于非晶硅薄膜太阳能光伏电池资源丰富、制造过程简单并且成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但是与晶体硅太阳能光伏电池相比光电转换效率较低，稳定性较差。4.4.3多晶硅薄膜太阳能光伏电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450pm的高质量硅片上制成的，为了节省材料，人们采用化学气相沉积法制备多晶硅薄膜电池，通常先用低压化学气相沉积在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，另外还采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，无效率衰退问题，并且还有可能在廉价衬底材料上制备，其成本价格远低于单晶硅电池，而效率又高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能光伏电池市场上占据主导地位。4.5光伏发电系统的计算本设计采用JMD型光伏电池板，其单板的电气参数如表4-1所示：表4-1 JMD型光伏电池板单板的电气参数电器特性规格额定输出最大功率（WP）12.2W额定电流 (A)0.709A额定电压 (V)17.2V开路电压 (V)19V负载电压为48V，功率为200 W，每天工作10小时，最长的连阴雨天为10天，两个最长的连阴雨天相隔的天数为15天，蓄电池采用铅酸免维护蓄电池，浮充电压为55.2V。其水平太阳辐射数据参照表4-2“我国主要城市的辐射参数表”资料，实际计算如下：表4-2 我国主要城市的辐射参数表城市纬度日辐射量Ht最佳倾角op斜面日辐射量修正系数Kop哈尔滨45.68127033158381.1400长春43.90135721171271.1548沈阳41.77137931165631.0671北京39.80152614180351.0976天津39.10143565167221.0692呼和浩特40.78165743200751.1468太原37.78150615173941.1005乌鲁木齐43.781446412165941.0092西宁36.75167771196171.1360兰州36.05149668158420.9489银川38.48165532196151.1559西安34.301278114129520.9275上海31.17127603136910.9900南京32.00130995142071.0249合肥31.85125259132990.9988杭州30.23116683123720.9362南昌28.67130942137140.8640福州26.08120014124510.8978济南36.68140436159941.0630郑州34.72133327145581.0476武汉30.63132017137070.9036长沙28.20113776115890.8028广州23.13121107127020.8850海口20.031383512135100.8761南宁22.82125155127340.8231成都30.67103922103040.7553贵阳26.58103278102350.8135昆明25.02141948153330.9216拉萨29.70213018241511.09644.5.1光伏电池组件串联数 将光伏电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压。另外，太阳能光伏电池方阵对蓄电池充电时，光伏电池组件的串联数必须适当。如果串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电。当串联组件的输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当光伏电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。计算方法如下: （4-1）式中：光伏方阵输出最小电压；光伏电池组件的最佳工作电压；蓄电池的浮充电压；二极管压降，一般取0.7V；其他因素引起的压降。蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关，应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。4.5.2光伏电池组件并联数 在确定这个问题之前，我们先确定其相关量的计算方法。（1）将光伏电池方阵安装地点的太阳能日辐射量，转化成在标准光强下的平均日照辐射时数H(以中国的中心城市西安的辐射参数为例) 2.778/1000（hrmm / kJ）为将日辐射量换算为标准光强1000下的平均日辐射时数的系数。 （小时） （4-2）（2）光伏电池组件日发电量 (安时) （4-3）式中：光伏电池组件最佳工作电流；斜面修正系数；修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取0.8。（3）两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量 (安时) （4-4）(安时) （4-5）（4）光伏电池组件并联数的计算方法 （4-6） 表达式意为：并联所用光伏电池组件数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。（5）光伏电池方阵的功率计算 根据光伏电池组件的串并联数，即可得出所需光伏电池方阵的功率： （4-7）式中：光伏电池组件的额定功率（6）计算结果由于光伏电池板既要给蓄电池充电，又要给负载提供所需的电量，因此本设计选用功率为1806W的光伏电池方阵，需额定功率为17.2 W的光伏电池板4块串联，37块并联。4.6光伏发电系统蓄电池的选用4.6.1蓄电池的概念 蓄电池又称二次电池。它与原电池(又称一次电池)不同，原电池经放电后，不能使用充电方法使其活性物质复原。而蓄电池经放电后，可用充电方法使活性物质复原，再放电，故能以充电、放电方式循环多次使用。4.6.2光伏发电系统蓄电池的选用光伏发电系统的储能装置主要是蓄电池，其作用是将光伏电池转换出来的电能储存起来以便使用。与光伏电池方阵配套的蓄电池通常在浮充状态下工作，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的电能量比用电负载所需的电能量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与光伏电池匹配，要求蓄电池工作寿命长而且要维护简单。 能够和光伏电池配套使用的蓄电池种类很多，但目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍锡蓄电池、铿电池等。光伏发电系统中应用的蓄电池一般为铅酸蓄电池，它的价格便宜;高低温性能良好(可在-40-60的条件下工作)；易于浮充使用，没有“记忆效应”。国内目前最主要使用的蓄电池为铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的光伏电源系统，特别是无人值守的工作站。而普通铅酸蓄电池由于需要较强的维护能力及环境污染较大，所以主要用于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅使用于较为特殊的场合。锂电池从各方面性能来看都非常突出且比较轻，配备锂电池当然是首选，但价格昂贵。因此在本设计中选用铅酸蓄电池。 铅酸蓄电池的应用非常的广泛。现在市面上有各种用途的铅酸蓄电池，如固定型防酸式、牵引用、铁路客车用、内燃机用、摩托车用、矿灯用、航标用、航空用等光伏系统中常用的蓄电池是固定型防酸式铅酸蓄电池，它的电解液较稀，寿命长，适合于浮充使用。4.6.3铅酸蓄电池的电池反应铅酸蓄电池未接负载时，正负极板都与电解液形成双电层，正极板具有正电位，负极板具有负电位，正负极间的电位差就是蓄电池的电动势，其值约为2.1伏。电解液的比重比同，蓄电池的电动势也不同，铅酸蓄电池的电动势一般可根据下述经验公式计算： （4-8）式中表示15时，极板活性物质为空中电解液的比重，0.85为铅酸蓄电池的电动势常数。 蓄电池充电过程的化学反应为: （4-9） 正极 水 负极 正极 硫酸 负极 从上式可以看出，充电过程中，正极板上的硫酸铅逐渐变为二氧化铅，负极板上的硫酸铅逐渐变为海绵状Pb。同时，电解液中的硫酸分子逐渐增加，水分子逐渐减少，因此电解液的比重逐渐增加，蓄电池的端电压也逐渐增加，蓄电池充电电流的大小通常用充电率表示。比如，用10小时率充电电流进行充电，10个小时后充入蓄电池的电量即可达到它的额定容量，因此10小时率充电电流为： （4-10）式中：C蓄电池的额定容量。蓄电池放电过程的化学反应为: （4-11）正极 硫酸 负极 正极 水 负极 从上式可以看出，在蓄电池放电过程中，正负极板上的活性物质(和)都不断地转变为硫酸铅，由于硫酸铅的导电性能比较差，所以放电后，蓄电池的内阻增加。此外，在放电过程中，由于电解液中的硫酸逐渐变为水，所以电解液的比重逐渐下降。这样，也使蓄电池的内阻增加，电动势降低。蓄电池的端电压下降到1.8V时，蓄电池就不应再继续放电。放电终了时，蓄电池放出的电量Q（即放电电流介与放电时间t的乘积)成为蓄电池的容量，通常用C表示。4.6.4铅酸蓄电池的容量设计 (安时) （4-12）式中：安全系数，取1.1-1.4之间；负载的日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；最长连阴雨天数；温度修正系数，一般在0以上取1，-10以上取1.1，-10以下取1.2；蓄电池的放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75因此选用工作电压为48V，容量为800Ah的蓄电池。4.7本章小结本章主要内容是太阳能光伏发电系统及其组成，太阳能光伏电池的原理及其分类，光伏发电系统的计算，以及光伏发电系统蓄电池的选用。第5章 太阳能电池板举升机构设计5.1传动类型的选择选择螺旋传动。螺旋传动的特点：（1）将旋转运动变成直线运动，并能以较小的转矩得到很大的轴向力； （2）结构简单，传动平稳，无噪声；（3）滑动螺旋可制成自锁机构；（4）工作速递一般比较低。螺旋传动主要由螺杆与螺母组成。除自锁螺旋外，一般用来把旋转运动变成直线运动，也可以把直线运动变成旋转运动，同时进行能量和力的传递，或者调整零件间的相互位置。当其以传递运动为主，并要求有较高传动精度时，称为传动螺旋。以调整零件间的相互位置为主时，称为调整螺旋。5.2螺旋传动的类型特点和选择根据螺纹副的摩擦状态，螺旋传动可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋3大类。特点如表5-1。表5-1 螺旋传动的类型和特点类型特点滑动螺旋1摩擦阻力大，传动效率低，一般仅0.30.7。当螺纹升角小于摩擦角时，反行程自锁，这时效率低于0.5；2磨损快；3运转较平稳，但低速或微调时易出现爬行现象；4螺纹间有侧向间隙，定位精度低，轴向刚度较差；5结构简单，制造方便，成本低滚动螺旋1摩擦阻力小，传动效率在0.9以上。具有传动的可逆性；2工作寿命长，平均约为滑动摩擦的10倍；3运动平稳，运动时无颤动，低速时不爬行；4可得到很高的定位精度和轴向刚度；5不能自锁，抗冲击及承受径向载荷的能力差；6结构复杂，制造较困难，成本较高静压螺旋1摩擦阻力极小，传动效率在0.95以上。无自锁性，具有传动的可逆性；2磨损小，寿命长；3承载能力和抗震性好，运动平稳，运动时无颤动，低速时不爬行；4反向时无空行程，具有很高的很高的定位精度和轴向刚度；5结构复杂，制造困难，成本高5.3滑动螺旋传动滑动螺旋副的螺纹通常为梯形、锯齿形和矩形，特点如表5-2。表5-2 滑动螺旋副的螺纹种类和特点螺纹种类代号主要特点梯形螺纹Tr牙型角=30，螺纹副的小径和大径处有相等的径向间隙，螺纹工艺性好，牙根强度高，内、外螺纹的对中性好，采用剖分式螺母可调整、消除轴向间隙。但传动效率比矩形和锯齿形螺纹低。它是螺旋传动中最常用的一种锯齿形螺纹S工作面的牙型斜角为3，非工作面的牙型斜角为30.外螺纹的牙根部有较大圆角，以减小应力集中。螺纹副大径处无间隙，便于对中，比梯形螺纹强度高、效率高。主要用于单向受力的传力螺旋液压机用锯齿形螺纹YS非工作面的牙型斜角为45，性能与一般锯齿形螺纹（S）相同。主要用于大型液压机中的大直径螺旋传动矩形螺纹牙型为正方形，传动效率比其他螺纹高，但精度制造困难，螺纹副磨损后间隙难补偿，对中精度低，牙根强度弱。一般用于千斤顶等传力螺旋根据表中所列举的使用范围，滑动螺旋副的螺纹选择为梯形。5.4滑动螺旋传动的计算已知螺杆两支承间的距离为L=2700mm，所受轴向力F=6000N，最高转速nmax=80r/min，螺杆、螺母的材料几何尺寸见CAD零件图。5.4.1耐磨性 螺杆中径 （5-1）式中：螺纹型系数，梯形螺纹=0.8；轴向力（N）；螺母长度与螺杆中径之比，剖分式螺母；需用压强（MPa）。公称直径和螺距： 螺纹导程 （5-2）式中，螺纹线数，取。 螺母旋合长度 （5-3） 旋合圈数 （5-4） 螺纹工作高度 （5-5）螺纹表面工作压强 （5-6），校核合格。5.4.2验算自锁 螺纹升角 544 （5-7） 当量摩擦角 （5-8） 其中 （5-9）=455 543, 取520。反行程自锁条件 ，不自锁。5.4.3螺杆强度 螺旋传动的 （5-10） 当量应力 （5-11）式中： 螺杆的小径，。强度条件 式中：螺杆材料的许用应力（MPa）5.4.4螺纹牙强度螺纹牙底宽度 （5-12）剪切应力 螺杆： （5-13）螺母： （5-14）只效验螺母，螺母： （5-15）只效验螺母，螺纹牙强度足够。5.4.5螺杆的稳定性柔度 （5-16）式中：长度系数，取0.7； 螺杆的最大工作长度，取2245； 螺杆危险截面的惯性半径；。临界载荷当 （5-17） 未淬火钢式中： 螺杆材料的弹性模量，钢材的；螺杆危险截面的面积； 稳定性的合格条件 ，合格。5.4.6螺杆的刚度轴向载荷F使每个螺纹导程产生的变形量 （5-18）转矩T使每个螺纹导程产生的变形量 （5-19）式中，螺杆材料的切变模量，钢材的每个螺纹导程产生的变形量 （5-20） 单位长度变 （5-21）式中：许用单位长度变形量。螺杆刚度合格。5.4.7螺杆的横向振动 临界转速 （5-22）式中：螺杆两支承间的距离（mm）； 支承系数，取3.927； 钢的密度取. 工作转速 （5-23） 满足要求。5.4.8动力计算 驱动功 （5-24）式中：T螺旋传动中主动件上的转矩； n螺旋传动中主动件上的转速； F螺旋传动中移动件上的轴向力(N)； 从动力源到螺旋传动主动件间的机械效率，取0.895； 螺旋传动的正行程效率。5.5本章小结 本章主要内容是太阳能电池板举升机构类型的选择及其运算。太阳能电池板举升机构类型为滑动螺旋传动举升，滑动螺旋副的螺纹选择为梯形。初选了螺母螺杆的参数，通过计算确定初选参数是否合适，再由初选参数计算出其它参数。第6章 柴油发电机组的选择6.1柴油发电机组的组成和优点柴油发电机组由柴油机、三相交流同步发电机、控制柜及各种辅助部件组成。是一个技术密集型，机电一体化产品。可以有效保证连续、正常、稳定、安全用电。柴油发电机组的优点：（1）设备紧凑、单位功率重量轻因柴油发电机组的设备比较简单、辅助设备少、重量轻，其单位功率重量轻。灵活便捷，方便移动。（2）单机容量等级多柴油发电机组的单机容量从几KW到几千KW，根据用途和负载可选择的容量范围大，具有使用于多种容量用电负载的优势。（3）热效率高，燃油消耗低柴油发电机的有效热效率为20%46%，高压蒸汽轮机为 20%40%，燃气轮机为20%30%。可以看出，柴油发电机的有效热效率是比较高的，因此其燃油消耗较低。（4）启动迅速、并能很快打到全功率柴油发电机组启动一般只需要几秒钟，在应急情况下可在1min内带全负载，在正常工作状态仅在510min内带到全负载，而蒸汽动力装置从启动到全负载一般需要34h，柴油发电机组的停机过程也很短，紧急状态可即时停机，正常状态的停机过程不超过3min，可以频繁起停。这一特点使柴油发电机组很适合作为应急或备用电源。（5）操作简单、维护便利（6）柴油发电机组投资较少，建设与发电综合成本最低6.2柴油发电机组的工作原理在汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为“作功”。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。6.3柴油发电机组的选择及其参数从车厢的尺寸，柴油发电机组的噪音、振动等方面考虑，本人选用威尔信公司生产的P275HE柴油发电机组。其参数如表6-1和表6-2。表6-1 P275HE柴油发电机组参数发电机型号LL5014J柴油机型号Perkins 1306-E87TA330汽缸数6（直列）汽缸容积：L8.7缸径/行程：mm116.6压缩率16.9：1进气方式涡轮增压，空对空中冷输出电压：V380415输出功率：KW220频率：HZ50转速：RPM1500柴油机轴功率：KW246制动均压：KPA2261活塞速度m/s6.8油箱容量：L350耗油量：I/hr60.1排烟系统热辐射：KW190冷却系统热辐射：KW108总散热：KW62.9排烟温度：528排风量：318燃气量：16.4排烟量：44.5表6-2 机组尺寸和重量长：mm宽：mm高：mm净重：kg毛重：kg295310031717213821726.4本章小结 本章主要内容是柴油发电机组的选择及发电机组的主要参数。选择威尔信柴油发电机组，查阅威尔信公司给出的柴油发电机组的资料了解柴油发电机组的主要参数，根据参数资料确定适合本次设计的柴油发电机组的型号以及输出功率。第7章 基本性能参数计算专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，其目的是检验整车参数选择是否合理，使用性能参数能否满足要求。最基本的性能参数计算包括动力性计算、经济性和稳定性计算。7.1多功能供电车整车参数表7-1 多功能供电车部分整车参数名称符号数值与单位发动机最大功率118KW发动机最大功率时的转速2800r/min发动机最大转矩546Nm发动机最大转矩时的转速15001700r/min车轮动力半径0.580m车轮滚动半径0.574m主减速比6.602汽车列车迎风面积15.51m2汽车列车总质量(满载)9000kg表7-2 多功能供电车变速器速比挡位12345倒挡传动比6.6023.7432.1301.2971.0006.7057.2动力性计算7.2.1发动机外特性发动机外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的主要依据。在外特性图上，发动机的输出转矩和输出功率随发动机转速变化的二条重要特性曲线，为非对称曲线。工程实践表明，可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性，即 （7-1）式中 发动机输出转矩，（Nm）； 发动机输出转速，（r/min）；、待定系数，由具体的外特性曲线决定；、可由多种途径获得,下面是常用的两种计算方法。（1）不知外特性曲线时，按经验公式拟合外特性方程式如果没有所要的发动机外特性，可从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，然后用下列经验公式来描述发动机的外特性: （7-2）式中： 发动机最大输出转矩（Nm）； 发动机最大输出转矩时的转速（r/min）； 发动机最大输出功率时的转速（r/min）；发动机最大输出功率时的转矩（Nm），。由公式（7-1）和公式（7-2），可得 （7.3）发动机外特性曲线是在室内试验台架上测量出来的，应对台架试验数据用修正系数进行修正，才能得到发动机的使用外特性。（2）已知外特性曲线时，根据外特性数值建立外特性方程式如果知道发动机外特性曲线时，则可利用拉格朗日三点插值法求出公式（7.1）中的待定系数、。在外特性曲线上选取三个点，即、，、，、，依拉氏插值三项式有: （7-4） 将上式展开，按幂次高低合并，然后与（5-1）式比较系数，即可得三个待定系数为： （7-5）7.2.2汽车的行驶方程式多功能供电车在直线行驶时，驱动力和行驶阻力之间存在如下平衡关系： （7-6）式中：驱动力，（）； 滚动阻力，（）；坡道阻力，（）； 空气阻力，（）；加速阻力，（）。（1）驱动Ft的计算多功能供电车在地面行驶时受到发动机限制所能产生的驱动力与发动机输出转矩的关系为： （7-7）式中 变速器某一挡的传动比；主减速器传动比；传动系统某一挡的机械效率；驱动轮的动力半径，（m）；发动机外特性修正系数。（2）滚动阻力Ff的计算多功能供电车的滚动阻力由下式计算： （7-8）式中 汽车的总质量（Kg）； 道路坡度角（）；滚动阻力系数。滚动阻力系数取决于轮胎的结构形式及气压、车辆的行驶速度、路面条件等因素。当车速在km/h以下时，可取常数；当车速超过km/h时，可用经验公式来求得。（式中、分别为常数项、比例系数、多功能供电车行驶的速度。）（3）坡道阻力Fi的计算多功能供电车上坡行驶时，整车重力沿坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为： （7-9）（4）空气阻力F的计算大量试验结果表明，汽车的空气阻力与车速的平方成反比，即 （7-10）式中 空气阻力系数，高位自卸汽车可取为0.50.9；迎风面积（m2），可按估算，为轮距（m），为整车高度（m）。（5）加速阻力Fj的计算加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力，有： （7-11）式中 汽车加速度（m/s2）；汽车整备质量（kg）；传统系统回转质量换算系数。的计算公式为 （7-12）式中 车轮的转动惯量（kgm2）；发动机飞轮的转动惯量（kgm2）； 车轮的滚动半径（m）。进行动力性计算时，若不知道、值，则可按下述经验公式估算值： （7-13）式中 。低挡时取上限，高档时取下限。将式（7-7）、（7-8）、（7-9）、（7-10）、（7-11）及（7-1）代入式（7-6），换算后得 （7-14）又因为 （7-15）将式（7-15）代入（7-14）并整理后，得： （7-16）式中： （7-17）7.2.3动力性评价指标的计算衡量汽车动力性能的评价指标有最高车速、最大爬坡度和加速性能。（1）最高车速vmax根据最高车速的定义，有,，由式（7-16）可得：将式（7-8）代入上式，有：因 所以令 （7-18）又因,，可确定专用汽车的最高车速为： （7-19）（2）最大爬坡度imax当汽车以最低挡稳定速度爬坡时，有，为简化，可设，则由式（7-16）可得： （7-20）对上式两边以为自变量求导，可得： （7-21）当时，取最大值，此时有：代入式（7-20），可得：令 （7-22）则： 对上式进行整理后可得：当时，但实际上滚动阻力总是存在，并且滚动阻力系数愈大，汽车爬坡能力愈小。因此上式中应取负号，又因，则上式可简化为 （7-23）由此可得到专用汽车的最大爬坡度，为： （7-24）（3）加速度amax专用车辆在水平路面上的加速度的计算公式如下： （7-25）专用车辆在某一挡位加速过程中最大加速度可由的极值点求出，令： 得到极值点的车速： （7-26）将（7-26）式代入（7-25）式，可得专用汽车在该挡时的最大加速度为： （7-27）7.2.4多功能供电车整车动力性计算（1）确定动力性计算所需的有关系数表7-3动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.90直接挡时传动系效率0.90其它挡时传动系效率0.87空气阻力系数0.68滚动阻力系数0.00430.000148表7-4质量换算系数的计算结果挡位12345倒挡2.6741.5921.2441.1561.0962.465（2）确定发动机外特性曲线的数学方程由于没有所要的发动机外特性，故采用经验公式拟合外特性方程式。将表5.1中相关数值代入公式（7.5），可得Nm即得发动机外特性的数学方程如下：（3）计算各档位时的系数A、B、C1、C2和D的值依据公式（7-17）和（7-18），将上面确定的有关参数分别代入计算，计算的结果如表5-5所列。表7-5各档位时的系数A、B、C1、C2和D的计算结果档位1-0.22560.65650.1275-1028800.56422-0.58790.13440.9388-1042880.41273-0.10770.52760.5433-1042880.11894-0.36390.22540.3547-1042880.60325-0.12550.10890.2495-1042990.4756倒档-0.17480.32660.1203-1042880.9588（4）计算多功能供电车的最高车速vmax将直接档（第5档位）、和值代入式（7-19），可得该高位自卸汽车的最高车速为km/h（5）计算最大坡度imax将最低档（第一档位）、的值代入式（7-22），可得：将E代入式（7-23），可得：多功能供电车的最大爬坡度为：（6）最大加速度amax将各档的、的值代入式（7-27）有：表7-6各档的最大加速度档位12345倒档1.0731.0090.7590.5270.3511.0517.3燃油经济性计算专用汽车的燃油经济性通常用车辆在水平的混凝土或沥青路面上，以经济车速满载行驶的百公里油耗量来评价，也称百公里油耗或等速百公里油耗，它可以根据发动机的负荷特性或万有特性来计算。首先根据多功能供电车的行驶初速度开始，计算出相应的发动机转速，有： (r/min) （7-28）然后计算出多功能供电车在该车速时的整车驱动功率或发动机的有效输出功率（平坦路面上匀速行驶时，=0，=0） （KW） （7-29）根据和的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率（g/kWh），再利用下式计算百公里燃油消耗量（kg/100km）： (L/100km) （7-30） 式中：燃油的密度，（kg/L）。汽油可取=6.96N/L7.15N/L；柴油可取=7.94N/L8.13N/L。随着车速的不同，各挡位燃油消耗量也不同，下面来计算一下多功能供电车在直接挡时经济速度（4055km/h）下的燃油消耗量，代入式（7-28）得：r/min由公式（7-29）得： KW由式（7-30）得：kg/100km7.4多功能供电车稳定性计算由普通汽车底盘改装成的专用汽车，其质心位置均较普通货车为高，其原因是由于副车架或工作装置的布置，使装载部分的位置提高了，因此需对整车的静态稳定性重新进行计算。分析专用汽车的静态稳定性，首先应计算出整车的质心位置。当多功能供电车的总布置基本完成后，即可对该车的质心位置进行计算。计算时可根据已有的资料，或利用试验结果，也可用计算方法来确定专用车各总成的质量及其质心位置坐标，然后按照力矩平衡方程式，求出整车的质心位置。初定前轴3660kg，后轴600kg，因前轴至后轴中心的距离是4725mm，则整车重心离前轴长为m，离后轴中心距离为m。重心离地高度估算为m。车辆的稳态稳定性是指车辆停放或等速行驶在坡道上，当整车的重力作用线越过车轮的支承点(接地点)，则车辆会发生翻倾。若整车的重力作用线正好通过支承点，则车辆处于临界的倾翻状态，此时的坡度角称为最大倾翻稳定角。另一方面，当车辆停放在坡道或在坡道行驶时，若坡道阻力大于附着力时车辆由于附着力不足而向下滑移，同样也会出现失稳，其最大滑移角仅取决于车轮和路面间的附着系数，有： （7-31）根据厢式货车侧向稳定的临界状态，有 （7-32） 式中 B轮距（m）； 车厢临界侧倾角。由于侧翻是一种危险的失稳工况，因此，为避免侧翻，依据测滑先于侧翻的条件有： （7-33）取多功能供电车轮胎和普通混凝土路面间的横向附着系数=0.7，则专用汽车的最大侧倾稳定角不小于。同理，可以推出专用汽车纵向稳定条件：（1）若，则上坡时易后翻，有： （7-34）（2）若，则下坡时易于前翻，有： （7-35）由公式（7-32）、（7-33）可知 所以多功能供电车的横向稳定性能够保证。因，则上坡时易于后翻，由公式（7-34）可知所以多功能供电车的纵向稳定性得到保证。7.5本章小结对设计完成后的整车进行其整车性能计算分析是必不可少的步骤，分析后结果决定整个设计的成功与否。本章分别从整车动力性、燃油经济性、行驶稳定性等几个方面，对多功能供电车进行了合理性的性能计算分析。从计算分析的结果可以看出，该设计方案满足各方面的性能要求。结 论多功能供电车是专用汽车的一种，在现代生活生产中的应用日趋广泛，它主要用于野外或应急供电等场所。因此，对多功能供电车设计就显得非常有必要。本次设计的多功能供电车装备有太阳能电池板举升机构、太阳能光伏发电系统和柴油发电机组发电装置。太阳能电池板举升机构主要用于将太阳能电池板按预定的要求举升到一定高度（本设计中定为2000mm）；太阳能光伏发电系统和柴油发电机组发电装置主要用于供电，并将电能存储在大型蓄电池中，供需要时使用。通过多方面查找资料并结合专用车辆设计要求，先后完成了以下工作：首先对多功能供电车设计的主要部分，包括二类底盘、副车架、太阳能发电系统、太阳能电池板举升机构和内燃机发电装置作了相应的方案设计与分析，确定最终选择方案。然后完成了各工作系统、装置主要组成部分的计算分析并校核。对多功能供电车的相关辅助装置作了简要设计。最后从整体上对多功能供电车的动力性、经济性和稳定性作出相应的分析计算，验证了所设计整车的可行性和正确性。多功能供电车设计理论部分虽然完成了，但还需要进行实际的应用检验。参考资料1 PRPTPGERPOULOS C, BROMLWPRTH B J, MARSJARSHSLL R H. Sizing and techno- economical optimization for hybrid solar photovoltaic/wind power systems with battery storage J.International Journal of Energy Research,1997,21：465- 479.2 刘畅,张庆范,胡顺全,高金波.风一光一柴油机互补发电逆变系统的研究与设计J.电源世界,2008，1（1）：55-61.3 杨苹，杨金明，张昊.新型太阳能-风能混合发电系统的研制J.华北电力技术，2004，1（1）：27-33.4 张荣甫，高树发，孙霞.小型风能、太阳能互补发电系统J.军事通信技术，2004，25（3）：135-149.5 风晋祥.专用汽车设计M.北京:人民交通出版社，2007.6 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社，2004.7 陈文柏，聂水湘.某型高原电源车的研制J.移动电源与车辆,2006，4（2）：36-39.8 李良洪主编.汽车车身电气系统M.北京:北京理工大学出版社，2007.9 冀旺年主编.汽车车身电气设备系统及附属电气设备M.北京:电子工业出版社，2005.10 龚微寒主编.汽车现代设计制造M.北京:人民交通出版社，1995.11 徐达，陆锦容.专用汽车工作装置原理与设计计算M.北京:北京理工大学出版社，2002.12 SANTARELLI M, CALI M, MACAGNO S. Design and analysis of stand - alone hydrogen energy systems with different renewable sources J.International Journal of Hydrogen Energy,2004, 29（15）：1571- 1586.13 史君海,朱新坚,仲志丹.风能- 太阳能互补独立发电系统设计优化与分析J.可再生能源,2007，25（4）：45-48.14 许洪基.现代机械传动手册M.北京:机械工业出版社，2006.15 许乃强，陶东明.威尔信柴油发电机组M.北京:机械工业出版社，2006.16 杨永平，马忠山.应急柴油发电机组的应用与选择J.中国科技信息，2007，16（3）：145-148.17 周骏.新型边防巡逻车供电系统组成及其安全性设计J.专用汽车，2004，3（1）：33-39.18 黄天泽，黄金陵.汽车车身结构与设计M.北京:机械工业出版社，1997.19 邓恒.整车开发过程中供电系统的设计与验证J.内燃机,2006，12（6）：13-19.20 马宗元.用辅助柴油发电机组实现内燃机车的四类供电及油水预热J.内燃机车，2005，7（7）：118-120.致谢值此设计完成之际，谨向所有指导、关心和帮助过我的老师、同学和亲人表达我内心由衷的感激之情。首先，我要衷心感谢我的导师刘海波老师。从毕业设计的最初选题，课题研究及最终定稿都是在导师刘海波老师的悉心指导下完成的。在整个毕业设计工作期间，刘老师严谨的治学态度、渊博的知识以及诲人不倦的精神给我留下了深刻的印象，让我受益匪浅。我取得的每一个进步，都离不开刘老师的指导。其次，我还要感谢我的家人在生活和学习上给予我的支持和鼓励，他们做好了一切需要的后勤保障工作，使得我得以顺利完成学业和毕业设计工作。再过几个月我们就要离开这个学习、生活了四年的校园了，同时自已也将告别学生时代。毕业设计可以说是我最后一次向老师们学习的机会了，也正是因为老师的教导，设计才得以完成。毕业设计虽已完成了，但由于知识水平的局限，实际经验缺乏，设计还存在许多不足，有很多地方需要改进。对于这些不足，我会在今后的工作、生活中努力去改正，并利用自已所学到的知识，为社会作更多的贡献，成为一个对社会有用的人。附录 汽车用的燃料是汽油和柴油等，它们都是从石油中提炼出来的。然而，石油这种矿物燃料是不能再生的，用一点就少一点，总有一天要用完。据科学家们预计，目前世界上已探明的石油储量将于2020年左右被采尽。因此，汽车将会出现挨受“饥饿”的危险，人类将面临着能源的挑战。 从另一方面来说，石油本身就是一种宝贵的化工原料，可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。把石油作为燃料烧掉了，不但十分可惜，而且还污染了人类赖以生存的环境。 解决这个难题的唯一可行办法，就是加紧开发新能源。而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。 金焰四射的太阳，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温度为6000左右。在太阳内部，温度高达两千万度以上。所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来光明和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。 将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪50年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。 你看，在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置，它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀，也是一种供卫星用电的太阳能电池板。 太阳能电池依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。 硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼，另一面掺入一些磷，并在硅片的两面装上电极，它就能将光能变成电能。 在“利比特布利克二号太阳能汽车顶上，有一个圆弧形的太阳能电池板，板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳光的照射下，电极之间产生电动势，然后通过连接两个电极的导线，就会有电流输出。 通常，硅太阳能电池能把10%15%的太阳能转变成电能。它既使用方便，经久耐用，又很干净，不污染环境，是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。近年来，美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池，其光电转换率达24.2%，而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。 早期的太阳能汽车是在墨西哥制成的。这种汽车，外形像一辆三轮摩托车，在车顶上架有一个装太阳能电池的大棚。在阳光照射下，太阳能电池供给汽车电能，使汽车的速度达到每小时40公里，由于这辆汽车每天所获得的电能只能行40分钟，所以它还不能跑远路。 1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进了北京中南海的勤政殿，向中央领导报喜。这也表明了我国在研制新型汽车方面已达到世界先进水平。 阳能汽车不仅节省能源，消除了燃料废气的污染，而且即使在高速行驶时噪音也很小。因此，太阳能汽车已引起人们的极大兴趣，并将在今后得到迅速的发展。appendixAutomobile use gasoline and diesel fuel is etc, they all from oil extracted. However, oil this fossil fuels is not renewable, with a bit less, someday to run out. According to scientists expected, as the worlds proven oil reserves will was adopted in 2020 about completely. Therefore, car will appear mid-1960s-until suffer hungry danger, humans will confronting energy challenge.On the other hand, oil itself is a kind of precious chemical raw materials, can be used to make plastics, synthetic rubber and synthetic fiber etc. Use oil as a fuel burned out, not only the great pity, but also pollute the human survival environment.To solve this problem, the only feasible methods is to intensify the development of new energy. And the solar energy is that these new energy development of outstanding person.JinYan radiant sun, its surface is a blaze of glory tempestuous inferno, te