槽式太阳能反射镜检测机构的设计

李 强 李文元 雷志成

(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 014010)

槽式太阳能反射镜检测机构的设计

李 强 李文元 雷志成

(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 014010)

针对槽式太阳能系统反射镜误差问题，利用Solidworks软件对反射镜的检测机构进行了总体设计。对垂直、横向、纵向三个进给方向的机构进行了静态分析，完成了三维建模，并进行了整体建模。

槽式太阳能;反射镜;检测机构;三维建模

现今，太阳能发电技术的类型有槽式、菲涅尔反射式、塔式、太阳能烟囱、碟式几大类。其中槽式太阳能发电技术是聚光式太阳能技术(CSP：Concentrated Solar Power) 中发展最成熟的［1～4］。槽式太阳能发电厂利用大量的聚光镜，将太阳光准确地反射到槽式太阳能发电的核心部件集热管上，当集热管上收集了足够的热量后便可以利用热循环的方式进行发电。但是反射镜的误差会引起光聚集的离焦，导致系统效率降低，致使太阳能利用效率降低，使成本升高。

反射镜静态误差主要是由定日镜系统的物理结构及安装引起的。为了提高太阳能的利用效率，需要快速的检测发射镜在支架上的形位误差，减少静态误差。德国ZEISS公司和LEITZ公司、意大利DEA公司［5］、国内的海克斯康公司等生产的测量仪［6］已经能够有效的解决误差测量问题。但是专门针对反射镜的误差检测方法目前还比较少，满足不了市场需要。

本文针对反射镜的测量装置，用Solidworks软件完成对测量结构的总体设计，对三个运动方向上的结构分别进行静态分析，并完成三维建模。

1 检测结构总体设计

此检测调试安装装置由机械结构和控制系统两大系统组成，主体结构为龙门式结构。其中，机械结构包括三个正交的直线运动机构：垂直进给机构、横向进给机构、纵向进给机构。

检测采用接触式测量，通过测量镜面上多个点的高度，拟合出位置曲线来检测安装误差。检测装置如图1所示。

此检测装置的机架在导轨轮的带动下沿导轨在X轴方向上往返运动，三个正交的直线运动位移量由程序控制，实现三轴联动。工作时先将预先安装的反射镜推入检测位置，横梁固定在X的零位，溜板箱固定在Y的零位，测头从Z的零位向下运动。当测头发出触发信号，同时也向CPU发出一个中断信号，CPU执行相应的中断服务程序，记录此时的三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据处理用。数据记录完成后，测头沿Z轴正向移动一段距离后，溜板箱再沿Y轴移动一段距离，进入下一个测量工位。若此次测量的Z轴数据小于上次测量的数据，则Z轴回零，Y轴回零，进行反向测量。反向测量完毕后，Z轴、Y轴回零，X轴移动一个工位，进入下个测量循环。

图1 检测装置简图Figure 1 Sketch of detection mechanism

2 静态结构分析

2.1 X轴静态结构

横梁固定在X的零位，X轴的参考0点设在每次测量的起始截面上，每次测量前要重新进行0基点设定。X向驱动系统采用步进电机、摩擦杆传动装置，导轨固定在地面上，限位块上的限位螺栓被触动后，则电源被切断，整机停止。燕尾板上安装有固定电机、气浮块、摩擦轮及支柱。X轴静态分析结构见图2。

图2 X轴静态结构图Figure 2 Drawing of X axis static structure

2.2 Y轴静态结构

溜板箱固定在Y的零位，其在横梁上沿Y轴方向往返运动，Y轴的参考0点设在横梁的中间位置。Y轴采用钢带传动。溜板箱由圆形气浮与横梁配合，使溜板箱保持垂直或水平。方形气浮有8个，用来保持Z轴的垂直。

Y轴静态分析结构见图3，Y轴局部放大图见图4。

图3 Y轴静态结构图Figure 3 Drawing of Y axis static structure

图4 Y轴局部放大图Figure 4 Local enlarged drawing of Y axis

2.3 Z轴静态结构

摩擦轮驱动固定在Z轴，使其在磨擦杆上下垂直运动，Z轴的参考0点设在与横梁下表面重合的水平面内。Z轴静态结构包括测头、方轴、平衡气缸。结构如图5所示。

图5 Z轴静态结构图Figure 5 Drawing of Z axis static structure

测头实际上是一个六维的电子开关。在测头触测工件的瞬间，开关断开，发出触测信号，锁存三路光栅计数器的数值，记录下当前的坐标位置。

方轴固定测头与平衡气缸，与摩擦杆连接，通过摩擦轮的驱动带动测头上下运动。

由于Z轴处于垂直方向，因此对于Z轴需要施加一个与运动部件重量相等的反向平衡力，以避免Z轴自行坠落撞坏测头，同时也使部件沿导轨上下移动更轻便而平稳，停止时可靠而稳定。平衡汽缸可通过调节气缸内两气腔的压力差使Z轴系统的重量得到很好的平衡。

2.4 总体静态结构

通过对X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的机构进行静态分析，得出三个方向的整体静态结构，如图6所示。

图6 检测机构静态结构Figure 6 Static structure of detection mechanism

3 结论

本文利用三维计算机辅助设计软件Solidworks对槽式太阳能反射镜安装的检查机构进行了总体设计，针对垂直进给、横向进给、纵向进给三个方向的机构进行了静态分析，完成了各个方向的三维建模，并进行了总体建模。该检测装置有效减少了反射镜的误差，增强了槽式太阳能系统的利用效率，降低了成本，将使太阳能更好的应用于我国的发电领域。

［1］杨敏林，杨晓西，林汝谋，袁建丽.太阳能热发电技术与系统［J］.热能动力工程，2008(03) ：3 －7.

［2］王富强，帅永，谈和平.腔式太阳能吸热器的热分析［J］.工程热物理学报，2011，32(5)：843 －846.

［3］Tao，Zheng Hongfei，He Kaiyan，et al.A new trough solar concentrator and itsperformance analysis.Solar Energy，2011，85(1)：198 －207.

［4］崔映红，卑振华，赵熙.抛物面槽式太阳能集热器场热损失分析［J］.可再生能源，2010，28(5)：5－9.

［5］石照耀，韦志会.精密测头技术的演变与发展趋势［J］.工具技术，2007，42(2)：3 －8.

［6］朱正德.适应多品种混线生产方式的在线检测工艺与装备［J］.金属加工，2011(23)：14－16.

编辑 杜 敏

Detection Mechanism Design of Trough Solar Energy Reflector

Li Qiang，LiW enyuan，Lei Zhicheng

Regarding to reflector error issue of trough solar energy system，detection mechanism of reflector has been designed totally by dealing with Solidworks software.Meanwhile，static analyses and three dimensionalmodeling on vertical feeding direction，traverse feeding direction and longitudinal feeding direction have been carried out respectively and totalmodeling has been conducted as well.

trough solar energy;reflector;detectionmechanism;three dimensionalmodeling

TK513.1

A

2013—04—18

李强(1961—)，男，教授，硕士生导师，主要从事装备制造信息化方面的研究。