聚光太阳能轻量化跟踪定位系统的设计与分析

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本文针对一种超轻的环框型索网反射器展开研究,提出了一种单伸缩杆转台驱动的环框型索网反射系统,希望将其应用于太阳光的反射汇聚。该反射系统主要由环框型索网反射器和跟踪定位机构组成,本文重点对反射器的跟踪定位机构进行结构设计与分析。  首先,介绍了太阳跟踪定位的原理。给出了太阳跟踪定位的常用参数计算公式,重点分析了地平坐标系双轴跟踪和极轴式双轴跟踪两种跟踪模式的特点。  然后,对跟踪定位系统进行方案选择。根据环框型索网反射器的结构特点,设计了一种单伸缩杆转台驱动的跟踪机构方案。对跟踪机构方案进行了概念设计,包括伸缩杆的截面形式、驱动方式、传动方式和伸缩形式选择,以及方位转台的支撑方案选择。  接着,对跟踪定位系统进行结构设计与分析。通过对比集热器支撑梁安装在不同位置时对反射器型面精度和集热器变形的影响,确定了支撑梁的安装位置;考虑风载重力共同作用,对反射器进行结构改进和优化,获得了满足要求的反射器结构;分析了俯仰支撑机构的几何关系;根据作用力与反作用力原理,求解了俯仰机构在四种特殊工况下所受的荷载;利用 APDL语言,建立 T型支撑架的初始参数模型,并通过ANSYS和Isight的联合仿真,对T型支撑架进行结构分析和优化,获得了满足要求的支撑架结构;通过合理假设,确定了伸缩杆套筒的数量,以及各节套筒的长度,建立了伸缩杆完全收拢和完全伸长时的有限元模型,并对伸缩杆进行结构分析和优化,获得了满足要求的伸缩杆结构;将优化后得到的反射器、T型支撑架和伸缩杆结构组合起来,获得整体模型,并对整体模型进行静力学分析。  最后,对太阳跟踪定位程序进行设计和分析。根据太阳跟踪定位的常用参数计算公式,利用MATLAB编写太阳角度计算程序,并利用日梭万年历验证了程序的正确性;通过绘制西安市雁塔区在2016年的春分、夏至、秋分和冬至四天的太阳高度角和方位角变化曲线,对太阳运动轨迹进行分析;利用UG绘制伸缩杆运动示意图,推导了俯仰电机和方位电机的驱动方程。并对全文进行总结与展望,指出了文中的不足和需要改进的地方。  本文的分析对环框型索网反射器在太阳能工程中的未来应用具有一定的意义。
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