多功能供電車設(shè)計,多功能供電車設(shè)計,多功能,電車,設(shè)計 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1章 緒 論 1.1選題的背景 1.1.1電力短缺 中國已成為繼美國之后的世界第二大電力消費大國，電力對經(jīng)濟發(fā)展的制約作用開始顯現(xiàn)，且差距呈越來越大之勢。我們經(jīng)常聽到夏季全國鬧電荒，去年南方大雪導(dǎo)致南方大面積停電，一些城市淪為死城，今年5月12日的8.0級強烈地震又使電力系統(tǒng)癱瘓。電力行業(yè)整體不適應(yīng)社會進步的問題越發(fā)顯露。多年的電荒已經(jīng)使一部分人產(chǎn)生恐慌。面對災(zāi)害，醫(yī)院、通信等重要部門由于缺電導(dǎo)致不能展開搶救工作。電力的健康發(fā)展直接關(guān)系到國家的能源安全、整體競爭能力的提高、人民群眾的切身利益、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等問題，它應(yīng)該受到全社會的關(guān)注。 1.1.2太陽能的開發(fā)和利用 21世紀是世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變革的世紀。由于傳統(tǒng)能源（如煤、石油、天燃氣等）的供給已出現(xiàn)嚴重短缺局面，人類開始將目光轉(zhuǎn)向可再生能源的發(fā)展。大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，以資源無限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣的能源結(jié)構(gòu)代替以資源有限、污染嚴重的石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)已成為人們關(guān)住的焦點。其中，可再生能源主要有以下幾個方面： （1）太陽能：據(jù)天文物理學(xué)家的計算表明，太陽系還能存在45億年，太陽每年輻射到地球的總能量相當于人類能源消耗的1.2萬倍； （2）氫能源：利用自然界大量存在的水，由電解水產(chǎn)生氫，或者由太陽能光催化水分解氫； （3）風力發(fā)電、小水電與潮汐發(fā)電：可提供可觀的電力； （4）生物能：包括城市垃圾的轉(zhuǎn)化、人類糞便的轉(zhuǎn)化等，這些能源原本是人類的廢棄物所轉(zhuǎn)化過來的，只要有人類的存在，就會有生物能，所以這種能源也可以說是用之不竭的； （5）核能：與傳統(tǒng)能源的發(fā)電廠相比，核能的利用率較高，對環(huán)境的污染小，并且使用核燃料的成本遠遠低于傳統(tǒng)燃料的成本，而核燃料所釋放出來的能量卻遠遠高于傳統(tǒng)能源所釋放出來的能量。 太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特別是近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，太陽能及其相關(guān)行業(yè)成為世界發(fā)展最快的行業(yè)之一。因為它具有以下的特點： （1）數(shù)量巨大：每年到達地球表面能供人類利用的太陽輻射相當于一顆原子彈爆炸時所發(fā)出的能量； （2）時間長久，用之不竭：太陽按目前功率輻射能量其時間約可持續(xù)100億年； （3）普照大地，取之不盡：不需要開采和運輸； （4）清潔無污染：無任何物質(zhì)的排放，既不會留下污染物，也不會向大氣中排放廢氣。 太陽能的開發(fā)利用主要有光熱利用、光伏利用、光化學(xué)利用等三種形式。光熱利用是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能儲存起來，其中太陽能熱水器是光熱利用最成功的領(lǐng)域，有太陽房、太陽灶、太陽能溫室、太陽能干燥系統(tǒng)、太陽能土壤消毒殺茵技術(shù)等，有些技術(shù)尤其在我國的北方和西部應(yīng)用較廣，成效顯著。以太陽能電池技術(shù)為核心，太陽能光伏利用成為太陽能開發(fā)利用中最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，利用太陽能發(fā)電，具有明顯的優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小且輕：能獨立供電的太陽能電池組件和方陣結(jié)構(gòu)都比較簡單，輸出45~50W的晶體硅太陽能電池組件，體積約為450mm×750mm×45mm，質(zhì)量為7kg； （2）容易安裝運輸，建設(shè)周期短：只要將太陽能電池支撐并面向太陽即可發(fā)電，宜于制成小功率移動電源； （3）維護簡單，使用方便：如遇風雨天，只需檢查太陽電池表面是否被站污、接線是否可靠、蓄電池電壓是否正常即可； （4）清潔、安全、無噪聲：光伏發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒有機械噪聲，是一種理想的能源； （5）可靠性高，壽命長，并且應(yīng)用范圍廣：晶體硅太陽能電池的壽命可以長達20~35年，在光伏系統(tǒng)中，只要設(shè)計合理、選型適當，蓄電池的壽命可以達到10多年。太陽能幾乎無處不在，太陽能電池在中國大部分范圍內(nèi)都能作為獨立的電源。 1.2選題的目的和意義 野外或斷電時的供電問題，會對某些工作產(chǎn)生不利影響，多功能供電車可集成多種發(fā)電功能，包括太陽能光伏發(fā)電、內(nèi)燃機發(fā)電，可以解決某些偏遠地區(qū)或野外對電力的需求，以及停電時對電力的緊急需求問題，亦可以在平時將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽鎯υ诖笮托铍姵刂?，供需要時使用。 1.3供電車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 中國供電車車企業(yè)從20世紀70年代起步，至今已有30多年的歷史。到目前為止，生產(chǎn)企業(yè)已由當時的4、5家發(fā)展到100余家。行業(yè)幾個骨干企業(yè)通過近幾年的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，都形成了各具特色的產(chǎn)品系列，企業(yè)的各項主要經(jīng)濟指標逐步上升，經(jīng)濟效益也逐年提高，但還不能滿足國內(nèi)市場的需要。根據(jù)協(xié)會對會員單位初步統(tǒng)計，2006年中國供電車的產(chǎn)量為942臺，出口67臺; 2007年為1042臺，出口84臺。雖然這些年國內(nèi)供電車產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，但企業(yè)發(fā)展很不平衡，企業(yè)之間出現(xiàn)了較大的差距。 國內(nèi)供電車設(shè)計制造發(fā)展現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在：發(fā)電功率的不斷增加。在北京，發(fā)電量為1000W的供電車已經(jīng)投入市場。但國內(nèi)所生產(chǎn)的的供電車基本上發(fā)電方式單一，僅僅以柴油發(fā)電機或汽油發(fā)電機發(fā)電。 國外供電車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達國家一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營，如美國GROVE（格魯夫）公司和GENIE（吉尼）公司，英國COLES公司和SI-MON（西蒙）公司，意大利RICO（利高）公司，芬蘭BRONTO（波浪濤）公司、日本的多田野和愛知株式會社等。 有些企業(yè)注重環(huán)保，生產(chǎn)的供電車以天然氣為燃料發(fā)電，或者利用太陽能、風能等渠道發(fā)電。隨著太陽能、風能發(fā)電技術(shù)的成熟，必將出現(xiàn)多功能供電車。 中國電力短缺問題依然嚴重，使得供電車的設(shè)計制造被多家專用車廠家提上日程。隨著自卸車、消防車等其它專用車的市場飽和，人們必將把目光投向供電車這個新型專用車的設(shè)計與制造。 1.4太陽能光伏發(fā)電的廣闊前景 1.4.1國外光伏發(fā)電的發(fā)展 太陽能光伏發(fā)電自20世紀80年代以來持續(xù)高速發(fā)展，每年以30%―40%的速度遞增。光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在當今世界，特別是在非洲、南美、澳洲及亞洲等各國，普遍受到重視。盡管利用太陽能光伏發(fā)電具有許多優(yōu)點，但是其發(fā)電的價格比常規(guī)電力價格高出許多，在電力市場上無法與常規(guī)能源進行競爭。20世紀90年代以前，太陽能光伏發(fā)電主要應(yīng)用在邊遠的農(nóng)村、無電地區(qū)以及遠距離通訊、光伏水泵等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。為了鼓勵太陽能的開發(fā)和利用，各國政府分別積極制定各種優(yōu)惠政策來推動太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展。其中，以美日德等西方發(fā)達國家為主。從世界范圍來講，光伏發(fā)電己經(jīng)完成了初期開發(fā)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎遍及所有的用電領(lǐng)域，并且光伏集中發(fā)電、光伏建筑等發(fā)展迅速，已逐漸成為市場主力。 1.4.2我國光伏發(fā)電的發(fā)展 我國的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。我國的光伏電池技術(shù)是從60年代發(fā)展空間用太陽能電池開發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從70年代初開始，主要的低成本技術(shù)以及生產(chǎn)能力則在80年代中期建立起來。80年代中期，我國光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。經(jīng)過十年的努力，我國光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高。至90年代初中期，我國光伏產(chǎn)業(yè)已處于穩(wěn)定發(fā)展時期，生產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。“九五”期間，國家科委開始將太陽能屋頂系統(tǒng)列入國家科技攻關(guān)計劃，企業(yè)界率先在深圳和北京分別建成了17千瓦和7千瓦的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。1999年，我國光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池和非晶硅電池，多晶硅電池只限于實驗室和中試產(chǎn)品，但在2000年之后，多晶硅產(chǎn)品逐步走出實驗室，開始形成規(guī)模生產(chǎn)，與發(fā)達國家相比，技術(shù)差距不斷減小。為了推動光伏技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2003年10月，國家發(fā)展改革委員會、科技部制定出未來五年太陽能資源開發(fā)計劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億用于推進太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計劃到2005年全國光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量達到300兆瓦。至2003年底，我國光伏產(chǎn)業(yè)總的生產(chǎn)能力達到38兆瓦，太陽能電池組件的實際生產(chǎn)量達到13兆瓦。在市場方面，截至2003年底我國光伏系統(tǒng)累計裝機容量達到45兆瓦。2004年，我國在深圳建成了亞洲最大并網(wǎng)太陽能光伏電站，電站總?cè)萘窟_1兆瓦，年發(fā)電能力約為100萬千瓦時；2008年北京奧運會，國家計劃將太陽能光伏發(fā)電融入奧運建筑中，各奧運建筑將大范圍采用太陽能等綠色能源利用技術(shù)，綠色能源的應(yīng)用正是綠色奧運的具體體現(xiàn)；2005年2月28日第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議通過的《中華人民共和國可再生能源法》自2006年1月1日起正式施行，國家鼓勵可再生能源利用。我國光伏產(chǎn)業(yè)在滿足國內(nèi)市場需要和提高邊遠無電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。 1.5本文主要研究的內(nèi)容 本設(shè)計的目標是設(shè)計一種多功能供電車，其性能參數(shù)與所選底盤車接近。 設(shè)計過程安排如下： （1）二類底盤的選擇； （2）太陽能光伏發(fā)電； （3）太陽能電池舉升機構(gòu)的選擇與設(shè)計計算； （4）柴油機發(fā)電機組的選擇； （5）車廂中的各類裝置的布置。 第2章 二類底盤的選擇 2.1總體主要參數(shù)的確定 2.1.1尺寸參數(shù)的確定 供電車車都是在二類底盤的基礎(chǔ)上進行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng)于原車底盤尺寸相同，保證性能參數(shù)與原車基本保持不變。只有整車的高度由于舉升機構(gòu)高于車頭的頂部，所以整車的高度會有所增加。 2.1.2整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤所有的附屬設(shè)備，加滿油和水，但未載人和載貨時整車質(zhì)量。參考同類供電車的整車整備質(zhì)量m0，在此基礎(chǔ)上在增加工作裝置的質(zhì)量，便可估算供電車的整車整備質(zhì)量m0。 供電車的整車整備質(zhì)量約為： kg 2.1.3總質(zhì)量 所謂總質(zhì)量是指專用汽車整備齊全，滿載（規(guī)定值）貨物及乘員時的質(zhì)量。 總質(zhì)量計算公式為： kg 式中　mp——乘員質(zhì)量（kg），按每人65 kg計。 2.2底盤的選擇 根據(jù)我國目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國民經(jīng)濟某一服務(wù)領(lǐng)域的特定使用要求，主要是在已定型的基本車型底盤的基礎(chǔ)上，進行車身及工作裝置的設(shè)計，與此同時對底盤各總成的結(jié)構(gòu)與性能進行局部的更改設(shè)計與合理匹配，以達到滿足使用需求的較為理想的整車性能。 因此，專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤。二類底盤是在整車基礎(chǔ)上去掉貨廂，三類底盤是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤是在三類底盤的上去掉車架總成剩下的散件。 汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，目前，幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設(shè)計。采用二類汽車底盤進行改裝設(shè)計工作重點是整車總體布置和工作裝置設(shè)計。 在汽車底盤選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求： （1）適用性 對于專用改裝車底盤應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進 行改裝造型設(shè)計。 （2）可靠性 所選用汽車底盤要求工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命。且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡。 （3）先進性 應(yīng)使用整車在動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平的汽車底盤。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。 （4）方便性 所選用的底盤要求便于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾。 在選用底盤時，除了上述因素外，還有以下兩個和重要的方面，一是汽車底盤價格，它是專用汽車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快的占有市場，企業(yè)能否增加效益問題。二是汽車底盤供貨要有來源，所選用的底盤在市場上必須具有一定的保有量。 考慮到要求供電車能在高原等野外惡劣的環(huán)境正常工作，所以選擇軍用底盤比較合適。東風、解放以及紅巖等品牌中，東風公司的軍用底盤市場中占有率較大，評價較高。 東風汽車公司3.5噸級6×6越野汽車分為長頭駕駛室和平頭駕駛室兩大系列。長頭駕駛室系列主要車型有EQ2100E(EQ245)、EQ2100E6D、EQ2100E6DY等車型。平頭駕駛室系列主要車型有EQ2102、EQ2102G等車型。 EQ2100E車型是東風汽車公司最早的3.5噸級6×6汽油越野汽車，現(xiàn)已停產(chǎn)，被柴油機EQ2100E6D車型取代。EQ2100E6D車型是以EQ2100E車型為基礎(chǔ)，換裝上康明斯6BT5.9增壓柴油機、外徑350單片螺旋彈簧離合器，其它系統(tǒng)相應(yīng)改進設(shè)計的新一代長頭駕駛室3.5噸級越野汽車；EQ2102車型是部隊裝備的第二代3.5噸級越野汽車，采用許多新型總成部件，整車雄壯、威武，體現(xiàn)了軍車的特點。主要總成包括康明斯6B5.9增壓柴油機，該發(fā)動機具有良好的低溫起動性能，不使用輔助裝置可在零下12 度以上起動，采用PTC電熱陶瓷冷起動裝置，可在零下40度順利起動。該車型裝備有遠距離液壓氣動助力操縱的外徑350單片離合器、五檔變速器、高低檔兩檔分動器、前中后橋三橋驅(qū)動、引進TRW公司技術(shù)生產(chǎn)的整體式動力轉(zhuǎn)向器、與日產(chǎn)柴公司聯(lián)合開發(fā)的平頭雙排四門五座駕駛室、東風金獅輪胎公司研制的12.5R20子午線混合花紋加寬型越野輪胎、內(nèi)長4270mm 高欄板車箱。 根據(jù)部隊的需求，以EQ2102車型為基礎(chǔ)，換裝平頭一排帶臥二門駕駛室和內(nèi)長4800mm車箱而開發(fā)的EQ2102G車型，主要用于滿足特殊用戶的改裝需要。 表2=1 主要特征 車型 EQ2100E6D EQ2102 EQ2102G 車型主要特征 長頭駕駛室、循 環(huán)球轉(zhuǎn)向器 平頭雙排駕駛 室、動力轉(zhuǎn)向器 平頭—排半駕駛 室、動力轉(zhuǎn)向器 目前市場上平頭式的要比長頭式的銷售好，并且考慮到工作人員大于2人，駕駛室里最好能容納4人，所以參照表2-1中的3種底盤的主要特征，選擇EQ2102底盤。 2.3底盤的主要參數(shù) 底盤主要參數(shù)如表2-2。 表2-2 底盤主要參數(shù) 車型 EQ2102 車型主要特征 平頭雙排駕駛室、動力轉(zhuǎn)向器 空載整備質(zhì)量 5480kg 空載前軸軸載質(zhì)量 3165kg 空載后軸軸載質(zhì)量 2675kg 允許最大總質(zhì)量 10940kg 允許前軸最大軸載質(zhì)量 3660kg 允許后軸最大軸載質(zhì)量 8000kg 鋼板彈簧剛度前 1972±143.5N/mm 鋼板彈簧剛度后 4856±392N/mm 外形總長 7586mm 外形總寬 2198mm （續(xù)） 外形總高 2740mm 軸距—前中 3475mm 軸距—中后 1250mm 前懸 1408mm 后懸 1453mm 后輪胎最外尺寸 2198mm 車架外寬 861mm 車架可用長度 4402mm 質(zhì)心位置（距前軸中心） 1880mm 重心高度 880mm 2.4本章小結(jié) 本章主要進行多功能供電車底盤的選型。首先根據(jù)所需底盤的主要設(shè)計參數(shù)查詢各牌號對應(yīng)的底盤，如東風、解放以及紅巖等；然后將現(xiàn)有滿足設(shè)計參數(shù)要求的各種底盤進行對比，通過比較他們各方面因素選擇比較適用的底盤；綜合各方面情況最后選用東風EQ2102底盤作為本次供電車的底盤。 第3章 車廂和副車架的設(shè)計 3.1車廂的設(shè)計 3.1.1車廂的參數(shù) 車廂是實現(xiàn)該車功能所需儀器、設(shè)備、工具的載體。采用鋁合金大板方艙開式結(jié)構(gòu)。車廂壁板采用加筋大板夾層結(jié)構(gòu)，框架采用鋁合金型材，蒙皮采用鋁合金板材，隔熱層采用硬質(zhì)聚胺脂泡沫板。廂體外形尺寸為4400mm×2400mm×1950 mm ,左右兩側(cè)采用翻板結(jié)構(gòu)，左側(cè)設(shè)計兩副上翻板，尺寸為1237mm×772mm，右側(cè)與左側(cè)相同。為了上、下的方便，在門處設(shè)有專用抽拉梯。為了便于采光，車廂左右側(cè)各布置兩個側(cè)窗，均為活動窗并安裝卷簾式防空窗簾。考慮到發(fā)電裝置的通風散熱問題，在廂體前壁下部開一個換氣口。電站的布線采用布線槽，置于頂板四周，并考慮到維修方便，設(shè)計為活動蓋板式。車廂后壁外平面與汽車底盤牽引鉤平齊。車廂內(nèi)壁選用乳白色醇酸磁漆。車廂內(nèi)、外布置有滅火器，以滿足防火安全性要求。車廂內(nèi)部兩側(cè)設(shè)有工作臺，右工作臺由前至后依次存放的有軍用背囊、電工服、五個移動電纜盤；左工作臺由前至后依次存放的有各種附屬油、電工工具箱、防爆應(yīng)急工作燈、固定式電纜盤等。 3.1.2配電系統(tǒng) 整車電氣系統(tǒng)主要由控制柜、凈化電源、車內(nèi)照明、電纜和分線盒等組成。電機組安裝在底盤車后部。凈化電源安裝在車廂內(nèi)左側(cè)前方,主要用于改善供電品質(zhì),包含功率為1KW的24V /220V逆變器。車廂頂部共有6盞長方形高效熒光燈,其中1盞值班燈,解決車廂內(nèi)部照明的問題。500 m電纜、分線盒供遠距離定點供電。車廂外部左側(cè)前方下部外接線盒,用于電源的輸入、輸出。 3.1.3通訊設(shè)備 駕駛室與車廂內(nèi)裝有有線對講機等通信設(shè)備。 3.1.4防護 車廂外部可根據(jù)用戶要求噴相應(yīng)的漆。底盤縱梁以下噴黑色面漆。 3.1.5工作臺設(shè)計 金屬骨架結(jié)構(gòu)，骨架顏色采用乳白色；臺面采用25mm厚高密度板，上鋪3mm厚綠色耐油橡膠板,不銹鋼包邊；外形尺寸為650mm×860mm；抽屜、鎖選型美觀大方，安置位置適中，工具箱固定可靠，使用方便。 3.1.6生命支持系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備 生命支持系統(tǒng)是運用變壓吸附技術(shù)，在常溫下直接從空氣中分離出高濃度氧氣的機電一體化的制氧設(shè)備，專供高原使用，裝載在車輛上，提高空氣含氧量的一種制氧裝備。 其它輔助設(shè)備及器材有:工兵鍬鎬、消防平斧、工兵錘、撬杠、風扇、醫(yī)藥箱、易損件、隨車附件等。 3.2副車架設(shè)計 副車架采用框架式焊接結(jié)構(gòu)，由兩根縱梁、六根橫梁組成，縱梁、橫梁用Q345鋼板折制成槽形?？紤]到橫梁受扭力大，將橫梁設(shè)計成整體式。縱、橫梁間采用T506焊條焊接，整體重量輕、強度高。副車架縱梁與汽車底盤加厚度為20mm的傳動橡膠帶，作為減振。副車架與車廂用均布的M10高強度螺栓連接，使車廂與副車架整體受力均勻，連接可靠。 3.3本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是車廂的布置及副車架的選擇。根據(jù)二類底盤的車架確定了車廂的尺寸。副車架采用框架式焊接結(jié)構(gòu)，由兩根縱梁、六根橫梁組成。確定了部分輔助設(shè)備的類型及其布置。 第4章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 4.1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池（組）構(gòu)成。 太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，供負載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。 太陽能控制器：太陽能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用的是直流負載，通過太陽能控制器可以為負載提供穩(wěn)定的直流電（由于天氣的原因，太陽電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定）。 逆變器：逆變器的作用就是將太陽能電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給交流負載使用。 蓄電池（組）：蓄電池（組）的作用是將太陽能陣列發(fā)出的直流電直接儲存起來供負載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，當日照量大時，除了供給負載用電外，還對蓄電池充電；當日照量小時，這部分儲存的能量將逐步放出。 4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 根據(jù)不同場合的需要，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。 4.2.1獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨立供電的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖4.1所示。整個獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。 太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽光照的情況下輸出能量。根據(jù)負載的需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)，當發(fā)電量大于負載時，太陽能電池通過充電器對蓄電池充電;當發(fā)電量不足時，太陽能電池和蓄電池同時對負載供電?？刂破饕话阌沙潆婋娐?、放電電路和最大功率點跟蹤控制組成。逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換為與交流負載同相的交流電。 太陽能電池板 DC/DC 蓄電池 直流負載 控制器 逆變器 交流負載 圖4-1 獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4.2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能電池板 DC/DC 逆變器 電網(wǎng) 交流負載 控制器 圖4-2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖4.2所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，其中逆變器起很重要的作用，要求具有與電網(wǎng)連接的功能。目前常用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)。帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)中逆變器配有主開關(guān)和重要負載開關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對于一些重要負荷甚至某些家庭用戶來說具有重要意義；此外，該系統(tǒng)還可以充當功率調(diào)節(jié)器的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質(zhì)量。不帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，當主電網(wǎng)斷電時，系統(tǒng)自動停止向電網(wǎng)供電。當有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過負載所需時，多余的部分將送往電網(wǎng)；夜間當負載所需電能超過光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時，電網(wǎng)自動向負載補充電能。 4.2.3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能電池板 主開關(guān) 發(fā)電機組 控制器電池板 直流負載 交流負載 逆變器電池板 蓄電池電池板 圖4-3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖4.3為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它區(qū)別于以上兩個系統(tǒng)之處是增加了一臺備用發(fā)電機組，當光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲量不足時，可以啟動備用發(fā)電機組，它既可以直接給交流負載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電，所以稱為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。本次設(shè)計就采用此系統(tǒng)。 4.3太陽能光伏電池的原理 太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片，當太陽光照射時，薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。對于半導(dǎo)體P一N結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯，因此，太陽能光伏電池都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。下面以硅半導(dǎo)體為例，對太陽能光伏電池的工作原理加以說明。當N型硅和P型硅結(jié)合時，N型區(qū)的電子擴散到P型區(qū)，P型區(qū)的空穴擴散到N型區(qū)，此時，N型帶正電，P型帶負電，在硅半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場。當太陽光照在半導(dǎo)體P一N結(jié)上時，形成新的空穴一電子對，在P一N結(jié)電場的作用下，空穴由N型區(qū)流向P型區(qū)，電子由P型區(qū)流向N型區(qū)，當接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能光伏電池的工作原理，如圖4-4所示。 電子 空穴 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 a 太陽能半導(dǎo)體晶片 太陽光 b 晶片受太陽光照射過程中帶正電的空穴向P型半導(dǎo)體區(qū)移動帶負電的電子向N型半導(dǎo)體區(qū)移動 太陽光 c 晶片受太陽光照射以后電子從N區(qū)負電極流出負電，空穴從P區(qū)正電極流出正電 圖4-4 太陽能光伏電池工作原理圖 將太陽能光伏電池單元進行串、并聯(lián)并封裝后就成為太陽能光伏電池組件，其功率可達幾瓦、幾十瓦甚至上百瓦，若干太陽能光伏電池組件按需要進行串、并聯(lián)后形成太陽能光伏電池陣列。 4.4太陽能光伏電池的分類 一個太陽能光伏電池最重要的部分是半導(dǎo)體材料層，即用來產(chǎn)生電流的部分。目前，有許多材料可以用來做太陽能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能產(chǎn)生高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不多。全世界應(yīng)用和研究的光伏材料主要包括單晶硅、多晶硅、砷化稼晶體材料以及非晶硅、磅化錫等薄膜材料。從對太陽能光吸收效率、能量轉(zhuǎn)換效率、制造技術(shù)的成熟與否以及制造成本等多個因素來看，每種光伏材料各有其有缺點。 4.4.1單晶硅太陽能光伏電池 硅系列太陽能光伏電池中，單晶硅太陽能光伏電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)最成熟（一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)），使用壽命也最長。但是，由于受單晶硅太陽能光伏電池材料價格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝的影響，使得單晶硅成本價格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困難的。 4.4.2非晶硅薄膜太陽能光伏電池 由于非晶硅薄膜太陽能光伏電池資源豐富、制造過程簡單并且成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但是與晶體硅太陽能光伏電池相比光電轉(zhuǎn)換效率較低，穩(wěn)定性較差。 4.4.3多晶硅薄膜太陽能光伏電池 通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350~450pm的高質(zhì)量硅片上制成的，為了節(jié)省材料，人們采用化學(xué)氣相沉積法制備多晶硅薄膜電池，通常先用低壓化學(xué)氣相沉積在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，另外還采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠較單晶硅少，無效率衰退問題，并且還有可能在廉價襯底材料上制備，其成本價格遠低于單晶硅電池，而效率又高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能光伏電池市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。 4.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的計算 本設(shè)計采用JMD型光伏電池板，其單板的電氣參數(shù)如表4-1所示： 表4-1 JMD型光伏電池板單板的電氣參數(shù) 電器特性 規(guī)格 額定輸出最大功率（WP） 12.2W 額定電流 (A) 0.709A 額定電壓 (V) 17.2V 開路電壓 (V) 19V 負載電壓為48V，功率為200 W，每天工作10小時，最長的連陰雨天為10天，兩個最長的連陰雨天相隔的天數(shù)為15天，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為55.2V。其水平太陽輻射數(shù)據(jù)參照表4-2“我國主要城市的輻射參數(shù)表”資料，實際計算如下： 表4-2 我國主要城市的輻射參數(shù)表 城市 緯度Φ 日輻射量Ht 最佳傾角Φop 斜面日輻射量 修正系數(shù)Kop 哈爾濱 45.68 12703 Φ＋3 15838 1.1400 長春 43.90 13572 Φ＋1 17127 1.1548 沈陽 41.77 13793 Φ＋1 16563 1.0671 北京 39.80 15261 Φ＋4 18035 1.0976 天津 39.10 14356 Φ＋5 16722 1.0692 呼和浩特 40.78 16574 Φ＋3 20075 1.1468 太原 37.78 15061 Φ＋5 17394 1.1005 烏魯木齊 43.78 14464 Φ＋12 16594 1.0092 西寧 36.75 16777 Φ＋1 19617 1.1360 蘭州 36.05 14966 Φ＋8 15842 0.9489 銀川 38.48 16553 Φ＋2 19615 1.1559 西安 34.30 12781 Φ＋14 12952 0.9275 上海 31.17 12760 Φ＋3 13691 0.9900 南京 32.00 13099 Φ＋5 14207 1.0249 合肥 31.85 12525 Φ＋9 13299 0.9988 杭州 30.23 11668 Φ＋3 12372 0.9362 南昌 28.67 13094 Φ＋2 13714 0.8640 福州 26.08 12001 Φ＋4 12451 0.8978 濟南 36.68 14043 Φ＋6 15994 1.0630 鄭州 34.72 13332 Φ＋7 14558 1.0476 武漢 30.63 13201 Φ＋7 13707 0.9036 長沙 28.20 11377 Φ＋6 11589 0.8028 廣州 23.13 12110 Φ－7 12702 0.8850 ?？? 20.03 13835 Φ＋12 13510 0.8761 南寧 22.82 12515 Φ＋5 12734 0.8231 成都 30.67 10392 Φ＋2 10304 0.7553 貴陽 26.58 10327 Φ＋8 10235 0.8135 昆明 25.02 14194 Φ－8 15333 0.9216 拉薩 29.70 21301 Φ－8 24151 1.0964 4.5.1光伏電池組件串聯(lián)數(shù) 將光伏電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓。另外，太陽能光伏電池方陣對蓄電池充電時，光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當。如果串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電。當串聯(lián)組件的輸出電壓遠高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當光伏電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時，才能達到最佳的充電狀態(tài)。計算方法如下: （4-1） 式中：——光伏方陣輸出最小電壓； ——光伏電池組件的最佳工作電壓； ——蓄電池的浮充電壓； ——二極管壓降，一般取0.7V； ——其他因素引起的壓降。 蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池數(shù)。 4.5.2光伏電池組件并聯(lián)數(shù) 在確定這個問題之前，我們先確定其相關(guān)量的計算方法。 （1）將光伏電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量，轉(zhuǎn)化成在標準光強下的平均日照輻射時數(shù)H(以中國的中心城市西安的輻射參數(shù)為例) 2.778/1000（hrm×m / kJ）為將日輻射量換算為標準光強1000下的平均日輻射時數(shù)的系數(shù)。 （小時） （4-2） （2）光伏電池組件日發(fā)電量 (安時) （4-3） 式中：——光伏電池組件最佳工作電流； ——斜面修正系數(shù)； ——修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。 （3）兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量 (安時) （4-4） (安時) （4-5） （4）光伏電池組件并聯(lián)數(shù)的計算方法 （4-6） 表達式意為：并聯(lián)所用光伏電池組件數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。 （5）光伏電池方陣的功率計算 根據(jù)光伏電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需光伏電池方陣的功率： （4-7） 式中：——光伏電池組件的額定功率 （6）計算結(jié)果 由于光伏電池板既要給蓄電池充電，又要給負載提供所需的電量，因此本設(shè)計選用功率為1806W的光伏電池方陣，需額定功率為17.2 W的光伏電池板4塊串聯(lián)，37塊并聯(lián)。 4.6光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用 4.6.1蓄電池的概念 蓄電池又稱二次電池。它與原電池(又稱一次電池)不同，原電池經(jīng)放電后，不能使用充電方法使其活性物質(zhì)復(fù)原。而蓄電池經(jīng)放電后，可用充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原，再放電，故能以充電、放電方式循環(huán)多次使用。 4.6.2光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用 光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池，其作用是將光伏電池轉(zhuǎn)換出來的電能儲存起來以便使用。與光伏電池方陣配套的蓄電池通常在浮充狀態(tài)下工作，其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而變化。它的電能量比用電負載所需的電能量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與光伏電池匹配，要求蓄電池工作壽命長而且要維護簡單。 能夠和光伏電池配套使用的蓄電池種類很多，但目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳錫蓄電池、鏗電池等。光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池一般為鉛酸蓄電池，它的價格便宜;高低溫性能良好(可在-40~-60℃的條件下工作)；易于浮充使用，沒有“記憶效應(yīng)”。國內(nèi)目前最主要使用的蓄電池為鉛酸免維護蓄電池，因為其固有的“免”維護特性及對環(huán)境較少污染的特點，很適合用于性能可靠的光伏電源系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站。而普通鉛酸蓄電池由于需要較強的維護能力及環(huán)境污染較大，所以主要用于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅使用于較為特殊的場合。鋰電池從各方面性能來看都非常突出且比較輕，配備鋰電池當然是首選，但價格昂貴。因此在本設(shè)計中選用鉛酸蓄電池。 鉛酸蓄電池的應(yīng)用非常的廣泛?，F(xiàn)在市面上有各種用途的鉛酸蓄電池，如固定型防酸式、牽引用、鐵路客車用、內(nèi)燃機用、摩托車用、礦燈用、航標用、航空用等光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池是固定型防酸式鉛酸蓄電池，它的電解液較稀，壽命長，適合于浮充使用。 4.6.3鉛酸蓄電池的電池反應(yīng) 鉛酸蓄電池未接負載時，正負極板都與電解液形成雙電層，正極板具有正電位，負極板具有負電位，正負極間的電位差就是蓄電池的電動勢，其值約為2.1伏。電解液的比重比同，蓄電池的電動勢也不同，鉛酸蓄電池的電動勢一般可根據(jù)下述經(jīng)驗公式計算： （4-8） 式中表示15℃時，極板活性物質(zhì)為空中電解液的比重，0.85為鉛酸蓄電池的電動勢常數(shù)。 蓄電池充電過程的化學(xué)反應(yīng)為: （4-9） 正極 水 負極 正極 硫酸 負極 從上式可以看出，充電過程中，正極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)槎趸U，負極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)楹＞d狀Pb。同時，電解液中的硫酸分子逐漸增加，水分子逐漸減少，因此電解液的比重逐漸增加，蓄電池的端電壓也逐漸增加，蓄電池充電電流的大小通常用充電率表示。比如，用10小時率充電電流進行充電，10個小時后充入蓄電池的電量即可達到它的額定容量，因此10小時率充電電流為： （4-10） 式中：C——蓄電池的額定容量。 蓄電池放電過程的化學(xué)反應(yīng)為: （4-11） 正極 硫酸 負極 正極 水 負極 從上式可以看出，在蓄電池放電過程中，正負極板上的活性物質(zhì)(和)都不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，由于硫酸鉛的導(dǎo)電性能比較差，所以放電后，蓄電池的內(nèi)阻增加。此外，在放電過程中，由于電解液中的硫酸逐漸變?yōu)樗?，所以電解液的比重逐漸下降。這樣，也使蓄電池的內(nèi)阻增加，電動勢降低。蓄電池的端電壓下降到1.8V時，蓄電池就不應(yīng)再繼續(xù)放電。放電終了時，蓄電池放出的電量Q（即放電電流介與放電時間t的乘積)成為蓄電池的容量，通常用C表示。 4.6.4鉛酸蓄電池的容量設(shè)計 (安時) （4-12） 式中：——安全系數(shù)，取1.1-1.4之間； ——負載的日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)； ——最長連陰雨天數(shù)； ——溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2； ——蓄電池的放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75 因此選用工作電壓為48V，容量為800Ah的蓄電池。 4.7本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及其組成，太陽能光伏電池的原理及其分類，光伏發(fā)電系統(tǒng)的計算，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用。 第5章 太陽能電池板舉升機構(gòu)設(shè)計 5.1傳動類型的選擇 選擇螺旋傳動。螺旋傳動的特點： （1）將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，并能以較小的轉(zhuǎn)矩得到很大的軸向力； （2）結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，無噪聲； （3）滑動螺旋可制成自鎖機構(gòu)； （4）工作速遞一般比較低。 螺旋傳動主要由螺桿與螺母組成。除自鎖螺旋外，一般用來把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，也可以把直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，同時進行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件間的相互位置。當其以傳遞運動為主，并要求有較高傳動精度時，稱為傳動螺旋。以調(diào)整零件間的相互位置為主時，稱為調(diào)整螺旋。 5.2螺旋傳動的類型特點和選擇 根據(jù)螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋3大類。特點如表5-1。 表5-1 螺旋傳動的類型和特點 類型 特點 滑動螺旋 1．摩擦阻力大，傳動效率低，一般僅0.3—0.7。當螺紋升角小于摩擦角時，反行程自鎖，這時效率低于0.5； 2．磨損快； 3．運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象； 4．螺紋間有側(cè)向間隙，定位精度低，軸向剛度較差； 5．結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低 滾動螺旋 1．摩擦阻力小，傳動效率在0.9以上。具有傳動的可逆性； 2．工作壽命長，平均約為滑動摩擦的10倍； 3．運動平穩(wěn)，運動時無顫動，低速時不爬行； 4．可得到很高的定位精度和軸向剛度； 5．不能自鎖，抗沖擊及承受徑向載荷的能力差； 6．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高 靜壓螺旋 1．摩擦阻力極小，傳動效率在0.95以上。無自鎖性，具有傳動的可逆性； 2．磨損小，壽命長； 3．承載能力和抗震性好，運動平穩(wěn)，運動時無顫動，低速時不爬行； 4．反向時無空行程，具有很高的很高的定位精度和軸向剛度； 5．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高 5.3滑動螺旋傳動 滑動螺旋副的螺紋通常為梯形、鋸齒形和矩形，特點如表5-2。 表5-2 滑動螺旋副的螺紋種類和特點 螺紋種類 代號 主要特點 梯形螺紋 Tr 牙型角α=30°，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強度高，內(nèi)、外螺紋的對中性好，采用剖分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。但傳動效率比矩形和鋸齒形螺紋低。它是螺旋傳動中最常用的一種 鋸齒形螺紋 S 工作面的牙型斜角為3°，非工作面的牙型斜角為30°.外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應(yīng)力集中。螺紋副大徑處無間隙，便于對中，比梯形螺紋強度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋 液壓機用鋸齒形螺紋 YS 非工作面的牙型斜角為45°，性能與一般鋸齒形螺紋（S）相同。主要用于大型液壓機中的大直徑螺旋傳動 矩形螺紋 牙型為正方形，傳動效率比其他螺紋高，但精度制造困難，螺紋副磨損后間隙難補償，對中精度低，牙根強度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪? 根據(jù)表中所列舉的使用范圍，滑動螺旋副的螺紋選擇為梯形。 5.4滑動螺旋傳動的計算 已知螺桿兩支承間的距離為L=2700mm，所受軸向力F=6000N，最高轉(zhuǎn)速nmax=80r/min，螺桿、螺母的材料幾何尺寸見CAD零件圖。 5.4.1耐磨性 螺桿中徑 （5-1） 式中：——螺紋型系數(shù)，梯形螺紋=0.8； ——軸向力（N）； ——螺母長度與螺桿中徑之比，剖分式螺母； ——需用壓強（MPa）。 公稱直徑和螺距： 螺紋導(dǎo)程 （5-2） 式中，——螺紋線數(shù)，取。 螺母旋合長度 （5-3） 旋合圈數(shù) （5-4） 螺紋工作高度 （5-5） 螺紋表面工作壓強 （5-6） ，校核合格。 5.4.2驗算自鎖 螺紋升角 5°44’ （5-7） 當量摩擦角 （5-8） 其中 （5-9） =4°55’ ~5°43’, 取5°20’。 反行程自鎖條件 ，不自鎖。 5.4.3螺桿強度 螺旋傳動的 （5-10） 當量應(yīng)力 （5-11） 式中： ——螺桿的小徑，。 強度條件 式中：——螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa） 5.4.4螺紋牙強度 螺紋牙底寬度 （5-12） 剪切應(yīng)力 螺桿： （5-13） 螺母： （5-14） 只效驗螺母， 螺母： （5-15） 只效驗螺母， 螺紋牙強度足夠。 5.4.5螺桿的穩(wěn)定性 柔度 （5-16） 式中：——長度系數(shù)，取0.7； ——螺桿的最大工作長度，取2245； ——螺桿危險截面的慣性半徑； 。 臨界載荷當 （5-17） 未淬火鋼 式中： ——螺桿材料的彈性模量，鋼材的； ——螺桿危險截面的面積； 穩(wěn)定性的合格條件 ，合格。 5.4.6螺桿的剛度 軸向載荷F使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量 （5-18） 轉(zhuǎn)矩T使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量 （5-19） 式中，——螺桿材料的切變模量，鋼材的 每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量 （5-20） 單位長度變 （5-21） 式中：——許用單位長度變形量。 螺桿剛度合格。 5.4.7螺桿的橫向振動 臨界轉(zhuǎn)速 （5-22） 式中：——螺桿兩支承間的距離（mm）； ——支承系數(shù)，取3.927； ——鋼的密度取. 工作轉(zhuǎn)速 （5-23） 滿足要求。 5.4.8動力計算 驅(qū)動功 （5-24） 式中：T——螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)矩； n——螺旋傳動中主動件上的轉(zhuǎn)速； F——螺旋傳動中移動件上的軸向力(N)； ——從動力源到螺旋傳動主動件間的機械效率，取0.895； ——螺旋傳動的正行程效率。 5.5本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是太陽能電池板舉升機構(gòu)類型的選擇及其運算。太陽能電池板舉升機構(gòu)類型為滑動螺旋傳動舉升，滑動螺旋副的螺紋選擇為梯形。初選了螺母螺桿的參數(shù)，通過計算確定初選參數(shù)是否合適，再由初選參數(shù)計算出其它參數(shù)。 第6章 柴油發(fā)電機組的選擇 6.1柴油發(fā)電機組的組成和優(yōu)點 柴油發(fā)電機組由柴油機、三相交流同步發(fā)電機、控制柜及各種輔助部件組成。是一個技術(shù)密集型，機電一體化產(chǎn)品?？梢杂行ПＷC連續(xù)、正常、穩(wěn)定、安全用電。 柴油發(fā)電機組的優(yōu)點： （1）設(shè)備緊湊、單位功率重量輕 因柴油發(fā)電機組的設(shè)備比較簡單、輔助設(shè)備少、重量輕，其單位功率重量輕。靈活便捷，方便移動。 （2）單機容量等級多 柴油發(fā)電機組的單機容量從幾KW到幾千KW，根據(jù)用途和負載可選擇的容量范圍大，具有使用于多種容量用電負載的優(yōu)勢。 （3）熱效率高，燃油消耗低 柴油發(fā)電機的有效熱效率為20%~46%，高壓蒸汽輪機為 20%~40%，燃氣輪機為20%~30%。可以看出，柴油發(fā)電機的有效熱效率是比較高的，因此其燃油消耗較低。 （4）啟動迅速、并能很快打到全功率 柴油發(fā)電機組啟動一般只需要幾秒鐘，在應(yīng)急情況下可在1min內(nèi)帶全負載，在正常工作狀態(tài)僅在5~10min內(nèi)帶到全負載，而蒸汽動力裝置從啟動到全負載一般需要3~4h，柴油發(fā)電機組的停機過程也很短，緊急狀態(tài)可即時停機，正常狀態(tài)的停機過程不超過3min，可以頻繁起停。這一特點使柴油發(fā)電機組很適合作為應(yīng)急或備用電源。 （5）操作簡單、維護便利 （6）柴油發(fā)電機組投資較少，建設(shè)與發(fā)電綜合成本最低 6.2柴油發(fā)電機組的工作原理 　　在汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為“作功”。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動曲軸轉(zhuǎn)動的力量，從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。 將無刷同步交流發(fā)電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機就會輸出感應(yīng)電動勢，經(jīng)閉合的負載回路就能產(chǎn)生電流。 6.3柴油發(fā)電機組的選擇及其參數(shù) 從車廂的尺寸，柴油發(fā)電機組的噪音、振動等方面考慮，本人選用威爾信公司生產(chǎn)的P275HE柴油發(fā)電機組。其參數(shù)如表6-1和表6-2。 表6-1 P275HE柴油發(fā)電機組參數(shù) 發(fā)電機型號 LL5014J 柴油機型號 Perkins 1306-E87TA330 汽缸數(shù) 6（直列） 汽缸容積：L 8.7 缸徑/行程：mm 116.6 壓縮率 16.9：1 進氣方式 渦輪增壓，空對空中冷 輸出電壓：V 380~415 輸出功率：KW 220 頻率：HZ 50 轉(zhuǎn)速：RPM 1500 柴油機軸功率：KW 246 制動均壓：KPA 2261 活塞速度m/s 6.8 油箱容量：L 350 耗油量：I/hr 60.1 排煙系統(tǒng)熱輻射：KW 190 冷卻系統(tǒng)熱輻射：KW 108 總散熱：KW 62.9 排煙溫度：℃ 528 排風量： 318 燃氣量： 16.4 排煙量： 44.5 表6-2 機組尺寸和重量 長：mm 寬：mm 高：mm 凈重：kg 毛重：kg 2953 1003 1717 2138 2172 6.4本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是柴油發(fā)電機組的選擇及發(fā)電機組的主要參數(shù)。選擇威爾信柴油發(fā)電機組，查閱威爾信公司給出的柴油發(fā)電機組的資料了解柴油發(fā)電機組的主要參數(shù)，根據(jù)參數(shù)資料確定適合本次設(shè)計的柴油發(fā)電機組的型號以及輸出功率。 第7章 基本性能參數(shù)計算 專用汽車性能參數(shù)計算是總體設(shè)計的主要內(nèi)容之一，其目的是檢驗整車參數(shù)選擇是否合理，使用性能參數(shù)能否滿足要求。最基本的性能參數(shù)計算包括動力性計算、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性計算。 7.1多功能供電車整車參數(shù) 表7-1 多功能供電車部分整車參數(shù) 名稱 符號 數(shù)值與