XXX大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）太陽能熱水器防曬爆系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：______________學(xué)號：______________班級:______________專業(yè)：______________指導(dǎo)教師：______________摘要進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源枯竭和環(huán)境惡化問題嚴(yán)重制約著全世界各國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。由于太陽能具有清潔、可再生、量大分布廣等特點，因此成為世界各國發(fā)展新能源與可再生能源的重要內(nèi)容，太陽能熱利用是可再生能源利用的重要途徑之一。在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，而實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的器件是太陽能集熱器，太陽能集熱器按集熱器內(nèi)是否有真空空間進(jìn)行分類，可分為平板型太陽能集熱器和真空管太陽能集熱器兩類。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，集熱器的集熱能力也越來越高，隨之而來的問題則是如何防止太陽能集熱器曬爆的問題，而眼前對于太陽能集熱器防曬爆系統(tǒng)的研究則相對要少一些，本文對太陽能熱水器機械遮陽裝置的自動控制、水位檢測、傳感器以及機械遮蓋進(jìn)行了設(shè)計。最后，希望太陽能集熱器防曬爆系統(tǒng)的設(shè)計能夠引起更多有識之士的注意，能夠在這方面創(chuàng)造出更多更好的設(shè)計來。關(guān)鍵字：防曬爆；自動控制；機械遮蓋；傳感器

ABSTRACTInthe21century,energyandenvironmentaldegradationdryseriouslyrestricttheworldofsustainableeconomicandsocialdevelopment.Becauseitisaclean,renewablesolarenergyofwidedistributioncharacteristics,thereforebecometheworldnewenergyresourcesandtheimportantcontentoftherenewableenergy,solarthermalutilizationofrenewableenergyuseisoneoftheimportantways.Inthesolarthermalutilization,thekeyiswillthesun'sradiantenergyintoheatenergy,andtorealizethetransformationofthedeviceissolarenergycollector.Solarenergycollectoraccordingtowhetherthereisavacuuminthecollectorspaceclassification,canbedividedintoflattypesolarenergycollectorandvacuumtubesolarenergycollectortwokinds.Inscienceandtechnologyareincreasinglyadvancedtoday,collectorcollectionhotabilitymoreandmoreisalsohigh,asecondquestionishowtopreventbaskinsolarenergycollectorofdry,Andtheeyesofsolarenergycollectorforthedrysunsystemresearchisrelativelyless,onthewebthisaspectcanreferenceresourcerarely,SoforoneofthePLCautomaticcontrol,temperaturedetection,sensorsandthedesignofmechanicalcoveralsocanbetogoontheroadofexplored.Finally,hopetopreventbaskinsolarenergycollectordothedesignofthesystemthatcanleadtomoreknowledgeablepeople'sattention,canbeinthisrespecttocreatemorebetterdesign.Keywords:thedrysun;Automaticcontrol;Mechanicalcover;sensor目錄第1章緒論 ⑾片內(nèi)振蕩器和時鐘電路管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。引腳圖如下圖所示 3.4水位信號處理器ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其主要特性為：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）4）單個+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度7）低功耗，約15mW。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+5V。GND：地。3.5顯示元件TC1602的液晶字符性顯示器也適合運用于此控制系統(tǒng)當(dāng)中的，并且功能特性也適用于此設(shè)計系統(tǒng)的功能要求。但我還希望此顯示系統(tǒng)中能同時顯示時間（年月日），所以1602可能就顯得力不從心了，于是我選擇了液晶LED12864，它的顯示特性很適用此設(shè)計系統(tǒng)的功能要求，也不會造成資源浪費。3.6硬件模塊設(shè)計系統(tǒng)選用B2119壓阻式壓力傳感器，壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件。這種傳感器精度高、工作可靠，容易實現(xiàn)數(shù)字化，比應(yīng)變式壓力傳感器體積小而輸出信號大。它是目前壓力測試中使用最多的一種傳感器。壓阻式壓力傳感器使用集成電路工藝技術(shù)，在硅片上制造出四個等值的薄膜電阻，并組成電橋電路，當(dāng)不受到壓力作用時，電橋處于平衡狀態(tài)，無電壓輸出；當(dāng)受到壓力作用時，電橋失去平衡，電橋輸出電壓。電橋輸出的電壓與壓力成正比例。其工作原理圖如所示壓阻式壓力傳感器原理圖時鐘電路與復(fù)位電路要使單片機按照設(shè)計要求正常工作，完整單片機最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無需精確地定時功能，且為了方便串口通信波特率的計算，采用11.0592MHz的晶振提供系統(tǒng)時鐘。并附加復(fù)位電路，組成單片機最小系統(tǒng)。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。我們采用上電自動復(fù)位，其是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。其電路圖如圖2-16(a)所示。這樣，只要電源的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。關(guān)于參數(shù)的選定，在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。當(dāng)采用的晶體頻率為6MHz時，可采用C=22μF，R=1kΩ；當(dāng)采用的晶體頻率為12MHz時，可采用C=10μF，R=8.2kΩ。復(fù)位電路如果上述電路復(fù)位不僅要使單片機復(fù)位，而且還要使單片機的一些外圍芯片也同時復(fù)位，那么上述電阻、電容參考值應(yīng)作少許調(diào)整。對于CMOS型的89C51，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1μF。A／D采集轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)A/D芯片所選用的是ADC0809，該大規(guī)模集成電路芯片是一種由單一+5V電源供電，采用逐次逼近轉(zhuǎn)換原理，能夠?qū)?路0—+5V輸入模擬電壓進(jìn)行分時轉(zhuǎn)換的八位并行通用型可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809由單片機控制驅(qū)動，對傳感器進(jìn)行定式循環(huán)采集，然后單片機將各測量參數(shù)傳至PC機，進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)處理。電路連接如圖。A/D轉(zhuǎn)換電路圖按鍵設(shè)計鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是一個很關(guān)鍵的部件，它能實現(xiàn)向單片機系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段。考慮到本設(shè)計實際需要的按鍵較少，故采用獨立式鍵盤接口電路。在程序查詢方式下，通過I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)榈碗娖剑幢话聪碌陌存I在上拉電阻作用下為高電平，這樣通過讀I/O口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。3.7控制模塊控制電路與單片機的P0.2口相連，由于單片機輸出控制信號非常微弱，需要用三極管來驅(qū)動外圍電路，三極管選用NPN型的9014，當(dāng)檢測水位低于設(shè)定水位時，在單片機的P0.2口輸出高電平控制信號，使三極管9014導(dǎo)通，使繼電器兩控制端產(chǎn)生壓差，從而使繼電器吸合，常開觸點接通，控制外部電路對水箱進(jìn)行加水。控制電路電路圖如圖所示。控制電路3.8軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（成為目標(biāo)程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細(xì)了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已相當(dāng)于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。同時，本系統(tǒng)對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機的初始化，設(shè)置警戒液位的上下限顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，顯示輸出的要求為壓縮BCD碼，而A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進(jìn)制碼，因此在實現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對8位A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進(jìn)制、相對滿偏電壓比率、相對電壓幅值的關(guān)系對應(yīng)如表：十六進(jìn)制二進(jìn)制滿刻度比率相對電壓幅值Vref=2.5V高四位低四位高四位電壓低四位電壓F111115/1615/2564.8000.320E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.1600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180010008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.020000000/160/2560.0000.000表A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表顯示轉(zhuǎn)換部分程序簡略如下：uchardis_transform(ucharnum){ucharac,quotient,play,mid;ac=num%5;quotient=(num-ac)/5;if(ac>2)quotient++;ac=quotient%10;mid=(quotient-ac)/10;play=ac+mid*16;returnplay;}3.9單片機主程序ORG0000HAJMPMAINORG0060HMAIN:MOVP1,#FFH;P1P3口初始化置1MOVP3，#FFHJNBP1.3，AVT；若手動在自動位置，跳到自動模式程序AJMPMEN；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序ENDAUT：NOP（空命令）JNBP1.2,LG;水位高—LGJBP1.1LD，；水位沒低LDCLRP3.1；水位低報警JBP1.0,LDD；水位未低低LDDCLRP3.0；水位低低報警JNB3.1P1.6,Y1；M1已啟動—Y1CLRP1.4；否則啟動M1Y1:JNBP1.7,Y2；M2已啟動Y2CLRP1.5；否則啟動M2Y2:ACALLDELAY；延時1分鐘AJMPAUT；返回自動模式LDD:JNBP1.6,Y3；單獨運行M1（LDD〈水位〈LD）CLRP1.4Y3:JBP1.7Y2SETBP1.5AJMPY2LG:CLRP3.2;水位高報警LD:AJMPMAIN;返回主程序第4章機械遮蓋裝置的設(shè)計4.1鋼絲繩的選擇4.1.1鋼絲繩的選用規(guī)格由于考慮到要符合實際使用要求以及經(jīng)濟(jì)成本的問題，本設(shè)計中采用一般用途鋼絲繩（GB／20118-2006），通過查表根據(jù)實際使用要求采用單股鋼絲繩，結(jié)構(gòu)為1×3，所選鋼絲繩公稱直徑為0.6mm，參考質(zhì)量為0.19kg／（100m），公稱抗拉強度為1570MPa，鋼絲繩的最小破斷拉力為0.31kN。4.1.2鋼絲繩的強度校核本系統(tǒng)中因設(shè)計的拉桿及遮陽網(wǎng)的總質(zhì)量≤10kg(g＝9.8N／kg)，則所選的鋼絲繩所能承受的拉力為F拉=10kg×9.8N／kg=98N根據(jù)選用的鋼絲繩最小破斷拉力為310N。F拉為98N小于破斷拉力310N，所以鋼絲繩強度滿足設(shè)計要求。4.1.3鋼絲繩的選用長度本系統(tǒng)中，為了能夠達(dá)到上下拉動遮陽裝置的目的，需要用到兩根鋼絲繩，鑒于伺服電機安裝在集熱器后面靠下部分，所以兩根鋼絲的長度是不一樣的，向上拉動遮陽裝置的鋼絲繩會長一些，建議采用的長度為L1=2400mm，向下拉動遮陽裝置的鋼絲繩由于接近伺服電機所以短一些，建議采用長度為L2=1600mm，兩根鋼絲繩都有一定的余量，其原因在于固定鋼絲繩的兩端會用去一部分長度。4.2導(dǎo)軌的設(shè)計4.2.1導(dǎo)軌的類型本設(shè)計中導(dǎo)軌的運動軌跡為直線運動導(dǎo)軌，在考慮本設(shè)計中的設(shè)計要求及使用環(huán)境經(jīng)分析后，建議采用塑料導(dǎo)軌（貼塑導(dǎo)軌），其優(yōu)點為貼塑工藝簡單，對金屬的摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)相近，能夠使滑動平穩(wěn)，可實現(xiàn)極低的不爬行的移動速度，同時還能提高移動部件的定位精度，具有優(yōu)良的自潤滑性耐磨性適用于用做壓強不大的導(dǎo)軌，由于本設(shè)計中對運動的平穩(wěn)性和定位精度要求不是太高，所以采用塑料導(dǎo)軌相對較為適合。4.2.2導(dǎo)軌的截面形狀通過查閱機械設(shè)計手冊結(jié)合本設(shè)計的使用情況，建議采用凹形對稱性V形導(dǎo)軌，因考慮本設(shè)計中所用的導(dǎo)軌的使用角度為與垂直大概成30°角，所以經(jīng)過簡單修改改進(jìn)，其截面圖如下圖所示（此圖為其中一側(cè)導(dǎo)軌截面圖，兩側(cè)導(dǎo)軌為對稱形結(jié)構(gòu)）：圖4.1導(dǎo)軌截面圖4.2.3導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸本設(shè)計是根據(jù)“美國熱水專家”史密斯陽臺壁掛式太陽能熱水器中型號為SWHN-B、SWHN-S1的規(guī)格進(jìn)行設(shè)計的，其集熱器外形尺寸為2290×1020×130mm，此設(shè)計中為保證遮擋效果，設(shè)計導(dǎo)軌長度略長于集熱器寬度，所以設(shè)計導(dǎo)軌長度為1100mm。有關(guān)具體設(shè)計尺寸如下圖所示，兩根導(dǎo)軌互相平行，且其中一根導(dǎo)軌兩側(cè)帶有限位開關(guān)，移動滑塊的設(shè)計長度為60mm，寬度為90mm，其中長出的20mm與拉桿作連接用。圖4.2導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖4.2.4導(dǎo)軌受力分析及壓強計算本設(shè)計中導(dǎo)軌與豎直方向成30°角，且只受拉桿和遮陽網(wǎng)的重力的豎直分力，故導(dǎo)軌受力為：F2=F1×sin30°=98N×0.5=49N由滑塊的形狀及相關(guān)的尺寸可以算出導(dǎo)軌下端的接觸面積（導(dǎo)軌的受力面積）為：S1≈0.036×0.06×2=0.00432㎡所以導(dǎo)軌所受到的壓強為：P=F2×S1=49N×0.00432㎡=0.21168Pa通過查表發(fā)現(xiàn)，其壓強遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鑄鐵／塑料的許用壓強0.015MPa，符合使用要求。4.2.5導(dǎo)軌的材料及熱處理導(dǎo)軌的材料在導(dǎo)軌中，導(dǎo)軌副應(yīng)盡量由不同材料組成，如果選用相同材料，也應(yīng)采用不同的熱處理或不同的硬度。通常動導(dǎo)軌（短導(dǎo)軌）用較軟耐磨性低的材料，固定導(dǎo)軌（長導(dǎo)軌）用較硬和耐磨材料制造。通過查閱材料匹配對耐磨性影響表及相關(guān)知識，本設(shè)計選取的導(dǎo)軌材料匹配為塑料／鑄鐵，其相對壽命為8年。材料的熱處理在本設(shè)計中，考慮到實際用途以及導(dǎo)軌所受的壓強等各方面因素，采用HT200做固定導(dǎo)軌用HT150做滑塊即可達(dá)到使用要求，而塑料則選用通用工程塑料導(dǎo)軌即可，因為塑料層較薄所以粘接即可，熱處理采用高、中頻淬火，其淬硬層深度可達(dá)1～2mm，硬度提高45～50HRC。4.3拉桿的設(shè)計4.3.1拉桿的尺寸及規(guī)格本設(shè)計中，依據(jù)型號為SWHN-B、SWHN-S1的史密斯熱水器，其真空管的尺寸為∮58×2100×12mm，兩側(cè)管套的長度各為95mm所以為了保證安裝，此拉桿的長度與真空管一致為2100mm，根據(jù)所設(shè)計的滑塊的尺寸，此處拉桿選用長寬均為為24mm，厚度為2mm的不銹鋼方管，其優(yōu)點在于下過雨之后不會生銹，而且質(zhì)量相對鑄鐵而言要輕，能夠減輕伺服電機的工作負(fù)荷，而管件的另一個優(yōu)點在于它的抗彎性比較好，所以所用的拉桿規(guī)格為24mm×24mm×2100mm。此處所選方管符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6728-方形鋼管的要求，市場上有現(xiàn)成的產(chǎn)品銷售。4.3.2拉桿與滑塊的連接本設(shè)計滑塊與拉桿的連接出于方便安裝且實際可行的考慮采用比較簡單的螺栓連接，設(shè)計中要求滑塊在與導(dǎo)軌垂直的方向伸出20mm，將滑塊伸出的20mm插入拉桿中并在滑塊長出的10mm處在中間位置打螺栓孔，本處采用M6的全螺紋六角螺栓（JISB1180），拉桿兩側(cè)及滑塊采用完全一致的設(shè)計。4.3.3拉桿與鋼絲繩的連接在本設(shè)計中，拉桿與鋼絲繩的連接采用螺栓緊固連接，即在拉桿中間位置打一個螺栓孔，選用螺栓為M6的全螺紋六角螺栓（JISB1180）并使用相應(yīng)的墊片，在安裝時將墊片套入六角螺栓然后將兩根鋼絲繩同時纏繞在螺栓桿上，最后將其緊固在拉桿上。4.3.4拉桿的設(shè)計在本設(shè)計中，拉桿的主要作用由三個部分組成：第一個是在其中間部分固定兩根鋼絲繩的一端，由鋼絲繩帶動使其完成上下移動的動作，也就是達(dá)到傳輸動力的作用；第二個是其兩側(cè)與滑塊連接，起到把導(dǎo)軌、滑塊連接在一起的作用；第三個就是在其與導(dǎo)軌垂直向上的面上焊接10個小掛鉤，此處的掛鉤起到與遮陽網(wǎng)連接的作用，具體的焊接位置為每200mm焊接一個，中間剩余100mm，兩端的焊接位置可以向內(nèi)錯過10～20mm。4.3.5拉桿強度的校核按照預(yù)定的設(shè)計質(zhì)量，此處方管設(shè)定密度為ρ=7800kg／m3,所以此處所選方管的質(zhì)量為：m=ρ·V=7800kg／m3×(0.024×0.024×2.1—0.02×0.02×2.1)≈2.89kg＜10kg在本設(shè)計中，遮陽網(wǎng)質(zhì)量較輕，相對拉桿質(zhì)量可近似忽略，所以拉桿幾乎只承受自身的負(fù)荷，強度、剛度完全可以得到保證。4.3.6拉桿與滑塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖圖4.3拉桿設(shè)計圖4.4導(dǎo)向桿的設(shè)計4.4.1導(dǎo)向桿的規(guī)格及尺寸本設(shè)計中，共使用四根圓形不銹鋼導(dǎo)向桿，其目的在于為鋼絲繩提供導(dǎo)向的作用，防止鋼絲繩碰到集熱器，安裝的位置分別位于集熱器的四個角的上方，與拉桿平行，其長度與拉桿一致，其中兩根導(dǎo)向桿焊接于導(dǎo)軌的兩端，另外兩根焊接于集熱器后面的支撐架的上下兩端，所采用的四根不銹鋼管的尺寸為∮20×2100（壁厚為2mm）（注：其中兩根的長度可根據(jù)支撐架的寬度適當(dāng)裁切）。其中拉桿下方的導(dǎo)向桿應(yīng)在與拉桿對應(yīng)的位置焊接小掛鉤，起到固定遮陽網(wǎng)的作用。另外，每根導(dǎo)向桿均配兩個有公稱尺寸為20mm的軸用C型彈性擋圈（JISB2804）,在此起到固定鋼絲繩位置的作用。4.4.2導(dǎo)向桿的受力分析及強度在本設(shè)計中的四根導(dǎo)向桿，其中受力最大的為拉桿上方的導(dǎo)向桿，此導(dǎo)向桿中間部分承受的設(shè)計最大拉力為10kg（即拉桿、滑塊與遮陽網(wǎng)的質(zhì)量和以及滑塊與導(dǎo)軌摩擦力，因為摩擦力較小故可以忽略不計），但在本設(shè)計中實際選用拉桿滑塊及遮陽網(wǎng)的質(zhì)量和約為4kg，所以只要導(dǎo)向桿承受4kg的拉力而不會彎曲即可。根據(jù)以往經(jīng)驗得知，∮20×2100（壁厚為2mm）的不銹鋼管完全可以承受4kg的質(zhì)量而不會彎曲。故導(dǎo)桿的強度符合設(shè)計要求。4.5遮陽網(wǎng)的選擇在本設(shè)計中，遮陽網(wǎng)采用市面上比較常用的遮陽網(wǎng)，其特點在于質(zhì)量超輕，經(jīng)久耐用，成本較低，規(guī)格為2100mm×1100mm即可。4.6支架的設(shè)計4.6.1支架材料的選擇支架選用鋅彩板作為材料。鋅彩板材料組成：熱鍍鋅板、靜電噴涂層。通過使用材料表面強化技術(shù)，在金屬表面被覆與基體材料不同的膜層形成耐磨膜、抗蝕膜，從而取得基材很難具備的性能，比如說降低基材導(dǎo)電性、抗氧化腐蝕性等。鍍鋅層：鍍鋅層主要用作防護(hù)性鍍層，也可用作防護(hù)裝飾性鍍層。汽車、農(nóng)機以及國防工業(yè)中用的零件上常鍍鋅，并根據(jù)不同的要求，輔以各類鈍化處理，以獲得很好的耐蝕性；日用五金零件常采用鍍鋅然后采用鈍化或染色的工藝可達(dá)到耐蝕又美化的效果。涂層：粉末涂料，加工工藝：靜電噴涂、高溫烘烤固化（或多層噴涂-烘烤）涂層作用：防護(hù)作用，涂膜本身耐酸、耐堿、耐水、耐油，并可隔離水分、氧氣和各種腐蝕性介質(zhì)。起到很好的防護(hù)作用，壽命可達(dá)15年。裝飾作用：裝飾美觀與色彩運用自古以來就與美化產(chǎn)品和周圍生活環(huán)境有密切關(guān)系。涂層可提高產(chǎn)品的使用價值，同時給人以美的享受。特殊作用：降低導(dǎo)電率，提高熱水器的安全性。廣泛應(yīng)用于室外廠房、廣告牌、高速公路護(hù)欄及各種家電產(chǎn)品，耐大氣腐蝕，壽命≥15年。4.6.2支架強度的校核支架采用鋅彩板焊接而成，具體圖形如下：支架受到的力主要有集熱管和水箱重量，在不考慮環(huán)境因素風(fēng)載荷的情況下，我們可以認(rèn)為支架的強度是否滿足要求，主要看是否具有足夠強度支撐水箱重量和集熱管等等附屬設(shè)施重量。通過前文的設(shè)計計算我們可知機械遮陽裝置約10kg，初步預(yù)估集熱管10kg，水箱含水40kg。確定截面二次力矩IM和截面系數(shù)Z，通過計算我們得知支架的強度符合要求。4.7伺服電機的選擇4.7.1選擇伺服電機的原因伺服電動機也稱為執(zhí)行電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象，其最大的特點是可控。在有控制信號輸入時，伺服電機就轉(zhuǎn)動；沒有控制信號輸入，它就停止轉(zhuǎn)動。與普通電動機相比具有以下特點：⑴調(diào)速范圍寬廣。伺服電動機的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速。⑵轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實現(xiàn)迅速啟動、停轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。⑶控制功率小，過載能力強，可靠性好。綜合伺服電機的以上特點，本設(shè)計中考慮到所需的功率較小、速度較低、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的工作狀況，所以選用伺服電機而不采用普通的電動機。4.7.2伺服電機的型號本設(shè)計中，導(dǎo)軌的長度為S=1100mm，即拉桿的行程為1100mm，建議滑動速度為V=1m／s（本設(shè)計中，伺服電機轉(zhuǎn)速為手動調(diào)節(jié)，可以根據(jù)情況設(shè)定，此處建議速度為選伺服電機提供參考），故單程運行時間為：T=S／V=1.1m／1（m／s）=1.1s所選電動機功率為：P=F1×V=98N×1m／s=98w因為電機的速度由PLC控制，所以不涉及轉(zhuǎn)速，不用考慮扭矩，通過查表選擇ECMA機型，型號為C30401，此型號額定功率為0.1kw（0.1kw＞98w，所以符合使用要求），額定扭矩為0.32N·m，最大扭矩為0.96N·m，額定電流為0.9A,瞬時最大電流為2.7A，轉(zhuǎn)子慣量為0.037E-4，機械常數(shù)為0.75ms，電機阻抗為9.3Ohm，電機感抗為24mH，電氣常數(shù)為2.58ms，重量為0.5kg，軸向最大載荷為39.2N，徑向最大載荷為78.4N(本設(shè)計中，拉桿滑塊遮陽網(wǎng)總質(zhì)量約為4kg，即F3=4×9.8=39.2N﹤78.4N，符合要求)。4.7.3伺服電機的安裝尺寸4.7.4伺服電機的安裝注意事項伺服驅(qū)動器與伺服電機聯(lián)機不能拉緊。固定伺服驅(qū)動器時，必須確保在每個固定處鎖緊。伺服電機軸心必須與設(shè)備軸心桿對心良好。如果伺服驅(qū)動器與伺服電機聯(lián)機超過20米，請把UVW連接線加粗并且編碼器聯(lián)機也必須加粗。伺服電機固定四根螺絲必須鎖緊。4.7.5伺服電機的安裝環(huán)境條件本設(shè)計中采用的ECMA系列伺服電機的操作水箱為：0℃～40℃(32°F～104°F),若環(huán)境水箱超過45℃以上時，請置于通風(fēng)良好的場所。除此之外，當(dāng)選擇安裝地點時請遵守以下注意事項：無發(fā)高熱裝置的場所；無水滴、蒸氣、灰塵與油性灰塵的場所；無腐蝕、易燃性氣、液體的場所；無飄浮性的塵埃與金屬微粒的場所；無電磁噪聲干擾的場所；伺服驅(qū)動器與電機安裝地點的濕度應(yīng)在20～90﹪RH(不結(jié)露)。4.8伺服電機與鋼絲繩的連接4.8.1伺服電機與套筒的連接在本設(shè)計中，由伺服電機的外形尺寸圖可以看出，輸出軸的直徑為S=8mm，長度為LR=25mm，鍵槽寬度為KW=3mm，深度為H=1.8mm，長度LW=16mm，此處選用內(nèi)徑為8mm，厚度為0.5mm，長度為100mm的薄壁鋼管作為套筒，在距離套筒一端8mm和21mm處打直徑為3mm的螺栓孔，打兩個螺栓孔的目的在于防止套筒與輸出軸的軸心不在一條直線上，此處選用的兩個全螺紋六角螺栓為M2型（JISB1180）。4.8.2套筒與鋼絲繩的連接此處的連接形式與拉桿上的固定形式一致，不同的是此處需要打兩個螺栓孔，螺紋孔的直徑為3mm，位置分別為距離已經(jīng)打孔一端的35mm和95mm處，選用的兩個螺栓為全螺紋六角螺栓為M2型（JISB1180）。4.8.3輸出軸、套筒與鋼絲繩的連接示意圖4.8.4套筒軸強度校核四個套筒軸主要承受遮陽網(wǎng)拽拉繩的拽拉力，拽拉力大小為克服重力做功，故F=10N，軸的強度是否滿足要求只需對危險截面進(jìn)行校核即可，而軸的危險截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。靜強度校核的目的在于評定軸對塑性變形的抵抗能力。這對那些瞬時過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸是很有必要的。軸的靜強度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時載荷來校核的。靜強度校核時的強度條件是：式中：——危險截面靜強度的計算安全系數(shù)；——按屈服強度的設(shè)計安全系數(shù)；＝1.2~1.4，用于高塑性材料（≤0.6）制成的鋼軸；＝1.4~1.8，用于中等塑性材料（＝0.6~0.8）制成的鋼軸；＝1.8~2，用于低塑性材料制成的鋼軸；＝2~3，用于鑄造軸——只考慮安全彎曲時的安全系數(shù)；——只考慮安全扭轉(zhuǎn)時的安全系數(shù)；第5章結(jié)論本次設(shè)計主要是對太陽能集熱器防曬爆系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計的主要目標(biāo)是能夠達(dá)到全自動無人管理的防曬爆系統(tǒng)。控制系統(tǒng)控制伺服電機正轉(zhuǎn)啟動遮陽裝置，當(dāng)拉桿碰觸頂端限位開關(guān)時，伺服電機自動停止工作；控制系統(tǒng)控制伺服電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉遮陽裝置，當(dāng)拉桿碰觸底端限位開關(guān)時，伺服電機則自動停止工作。本設(shè)計的創(chuàng)新點是傳動過程中通過伺服電機帶動一根鋼絲繩來完成對遮陽裝置的開啟和關(guān)閉，并通過自動檢測和自動控制來實現(xiàn)伺服電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)遮陽裝置的升降過程。整個設(shè)計包括幾個大的部分，如水位檢測、機械遮蓋、伺服電動機的選擇等。經(jīng)過2個月忙碌的畢業(yè)設(shè)計，使我真正體會了作為一名機械工程人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，找到了一名即將畢業(yè)的大學(xué)生所處的位置。在畢業(yè)設(shè)計中真正感覺到了自己的才疏學(xué)淺，缺乏實際工作經(jīng)驗，是畢業(yè)設(shè)計讓我看到了自己太多的不足，讓我知道自己所缺少不僅僅是知識，但是同時也讓我對機械設(shè)計制造專業(yè)產(chǎn)生了更大的興趣，相信通過這次畢業(yè)設(shè)計的實踐會為我今后繼續(xù)深入學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]HanJ，ArthurPJ，LuYL．SolarWaterHeatersinChina:ANewDayDawning［J］．EnergyPolicy，2010，38:383－391[2]胡潤青，李俊峰.全球太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及啟示[J].太陽能，2007（2）.[3]CassardH，DenholmP，OngS．TechnicalandEconomicPerformanceofResidentialSolarWaterHeatingintheUnitedStates［J］．RenewableandSustainableEnergyReviews，2011，15:3789－3800．[4]UNEP.GLOBALTRENDSINSUSTAINABLEENERGYINVESTMENT2008[R/OL]./chinese/documents/UNEP-SEFI-news-release-ch.pdf.2008-07-03[5]焦青太，當(dāng)今世界太陽能熱水器的發(fā)展?fàn)顩r[J].建筑節(jié)能