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1、 分类号： TH122 密级： U D C： 编号： 13-085201-7M 学 位 论 文 光热发电装置的太阳跟踪机构的结构设计与光热发电装置的太阳跟踪机构的结构设计与 运动分析运动分析 黄绍雷 指导教师姓名： 范顺成 教 授 河北工业大学 申请学位级别： 硕 士 学科、专业名称： 机械工程 论文提交日期： 2013 年 3 月 论文答辩日期： 2013 年 3 月 学位授予单位： 河北工业大学 答辩委员会主席： 评 阅 人： 2013 年 3 月 Thesis Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degre
2、e of Mechanical Engineering MOTION ANALYSIS AND STRUCTURE DESIGN OF SOLAR TRACKING MECHANISM BASED ON SOLAR THERMAL POWER GENERATIONG by Huang Shaolei Supervisor： Professor. Fan Shuncheng March 2013 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位
3、而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名：
4、日期： 河北工业大学硕士学位论文 i光热发电装置的太阳跟踪机构的结构设计与光热发电装置的太阳跟踪机构的结构设计与 运动分析运动分析 摘摘 要要 随着人类工业化的发展，面对石油和煤炭等矿物燃料日趋枯竭的严重威胁，对可再生能源的开发利用已经成为当今的世界性问题。太阳能作为一种洁净的能源，具有普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，同时又是可再生能源，有着化石能源所无法比拟的优越性。但由于太阳能的低密度、间歇性、分布空间变化不断，使得目前太阳能装置的利用率普遍不高。如何提高太阳能的利用率已成为世界关注的问题。研究表明，太阳能设备对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，其能量的接收率相差37.7。因此，太阳能设备对
5、太阳的跟踪成为国内外学者研究的热点之一。 目前已经存在很多太阳跟踪装置。主要有单轴跟踪和双轴跟踪，对现有跟踪装置分析发现，应用于气象观测的太阳跟踪装置跟踪范围大，精度高，其它民用太阳跟踪装置普遍存在跟踪范围较小，占用空间较大，结构刚度不好的缺点。本文采用高度角方位角全跟踪方式，设计一种双轴太阳跟踪装置。以天津地区（其他地区计算方法相同）为例，根据高度角和方位角计算公式，给出了跟踪机构高度角和方位角的变化范围，为机构设计提供了依据。经过机构构型分析， 确定了太阳跟踪装置的机构及其自由度。 利用 D-H 法建立了机构的运动模型，给出了位置正解的数值算法；根据机构几何关系求解了机构位置反解。利用 P
6、ro/e 软件完成了太阳跟踪装置的结构设计以及虚拟样机的装配， 并利用 Pro/e Mechanism 模块对太阳跟踪装置进行了仿真和干涉检测，以及验证高度角和方位角范围，完成了结构的无干涉设计。在此基础上，利用 MATLAB 对聚光器进行了速度仿真分析，验证了机构运行平稳。根据所设计的结构， 进行机构的传动分析及传动设计， 选择合适的电机。 最后利用有限元分析软件 ANSYS对关键结构进行了静力学分析，验证了结构的强度。 理论计算和方针分析表明，所设计的太阳跟踪装置跟踪范围广，结构紧凑，结构强度大，能很好地满足民用太阳能设备，其设计理论和方法对于其他跟踪装置的设计与开发也有借鉴和参考价值。
7、关键词关键词：太阳跟踪，运动学，结构设计，动力分析 光热发电装置的太阳跟踪机构的结构设计与运动分析 ii MOTION ANALYSIS AND STRUCTURE DESIGN OF SOLAR TRACKING MECHANISM BASED ON SOLAR THERMAL POWER GENERATIONG ABSTRACT With the development of human industrialization and severe depletion of fossil fuels such as oil and coal, the development and utili
8、zation of renewable energy has become a major world concern. As a clean energy and a renewable resource, solar energy has the advantage of being widespread distributed, clean and economical etc, which gives it an incomparable superiority to fossil energy. But solar energy also has its shortcomings,
9、such as low density, intermittent, the changing of spatial distribution, which cause the low utilization of solar energy currently. So how to improve the utilization of the solar energy has become a worlds major concern. The studies show that the energy utilization rate from the solar equipment trac
10、king the movement of the suns rays increased by 37.7, compared with not tracking the movement of the suns rays. Therefore, sun tracking mechanism has become a hot research for scholars at home or abroad. At present, a lot of suns tracking mechanism have been applied in the world. There are mainly si
11、ngle-axis tracking and dual-axis tracking mechanism. Among the existing sun tracking mechanism, the sun tracking mechanism used in meteorological observation has big track range and high precision, while other civil tracking mechanism generally has shortcomings such as small track range, large space
12、, poor structural rigidity. In this paper, the writer designs a sun tracking mechanism using elevation angle-azimuth tracking mode. By using the formula of elevation and azimuth angles, this paper takes Tianjin city as an example, shows the range of elevation and azimuth angles and provides the evid
13、ence for the design of mechanism. Based on the analysis of the structure characteristics, the mechanism for sun tracking and degree of freedom of the tracking mechanism can be established in this paper. By using D-H theory, analyses the spatial position and orientation of the mechanism, the inverse
14、solution of position is established through closed vector method and the analysis method of the forward solution of position is proposed. Pro/e software is used for structure design of the mechanism, as well as the virtual prototype assembly. And Pro/e mechanism module is used to conduct simulation
15、and interference detection, to test the range of elevation and azimuth angles, and complete the structure design without interference. According to the above analysis, the 河北工业大学硕士学位论文 iiipaper simulates the speed of platform by applying MATLAB software and proves the reliability of the mechanism. This paper also analyses each axis moment of resistance and design decelerators, as well as choosing the right motors. Finally, the author makes static analysis by using finite element analysis software ANSYS, and test the strength of par
