李海寧，丁志強(qiáng)

（常州天合光能有限公司光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州213031）

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基于ADAMS的太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的仿真與分析

李海寧，丁志強(qiáng)

（常州天合光能有限公司光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州213031）

摘要：以太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為研究對象，利用Solidworks軟件建立翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，并導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，通過分析仿真結(jié)果驗(yàn)證系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，得到電機(jī)的扭矩輸出情況，為電機(jī)的選擇提供參考。應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行仿真，可以有效的降低成本，縮短周期，為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一次性試制成功提供可靠保證。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；ADAMS；動(dòng)力學(xué)；仿真

太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是電池片上下料設(shè)備的重要組成部分，在傳輸過程中負(fù)責(zé)電池片正、反面運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，其工作速度、定位精度直接影響電池片的傳輸效率和質(zhì)量。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。它的作用是：由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的轉(zhuǎn)換后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行電池片的翻轉(zhuǎn)。

ADAMS軟件功能強(qiáng)大，仿真的結(jié)果也能很好地與實(shí)際物理模型的結(jié)果相吻合。但是ADAMS自身的造型能力比較薄弱，要對復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行精確的動(dòng)力學(xué)仿真，目前流行的解決方法是先在專業(yè)的CAD造型軟件中建立精確的模型，然后傳遞到ADAMS仿真軟件下進(jìn)行仿真分析［1］。本利用利用Solidworks軟件進(jìn)行建模，導(dǎo)入ADAMS軟件進(jìn)行仿真分析，檢驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性、電機(jī)選型是否滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用ADAMS仿真軟件對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模仿真，可以有效地降低成本，縮短周期，并能很方便地對設(shè)計(jì)中的一些特性進(jìn)行定量和定性的分析研究。

1　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

伺服驅(qū)動(dòng)裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心，因此伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要［2］。首先，要選出滿足額定負(fù)載、慣量及加減速要求的所有電動(dòng)機(jī)，再從中按價(jià)格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī)，下圖為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

1.1負(fù)載扭矩計(jì)算

電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)電池片所需克服負(fù)載扭矩ML主要由兩部分組成：（1）外部載荷引起的力矩，包括摩擦力矩M1；（2）軸承啟動(dòng)摩擦力矩M2.

1.2負(fù)載慣量計(jì)算

為使進(jìn)給伺服系統(tǒng)的進(jìn)給執(zhí)行部件具有快速響應(yīng)的能力，必須選用加速能力大的電機(jī)，亦即能夠快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，但又不能盲目追求大慣量，否則不能充分發(fā)揮其加速能力。因此必須使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM與翻轉(zhuǎn)負(fù)載慣量JL合理匹配，推薦匹配關(guān)系［3］:

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有慣量，都作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載慣量。負(fù)載慣量由以下幾個(gè)部分組成：（1）聯(lián)軸器的慣量J1；（2）傳動(dòng)軸與兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臂的慣量J2.

計(jì)算得聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1＝10.3 kg·mm2，傳動(dòng)軸與兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臂J2＝1280 kg·mm2，折算到電機(jī)軸上的總慣量為：

根據(jù)式（2），所選電機(jī)慣量應(yīng)在：

645.15kg·mm2≤JM≤860.2 kg·mm2

2　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型

2.1三維實(shí)體模型的建立

太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在Solidworks軟件中進(jìn)行建模，應(yīng)遵循對仿真不重要的倒角、孔等細(xì)節(jié)進(jìn)行忽略。根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖樣，對該機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定特征建立的先后順序，利用Solidworks軟件提供的建模功能，逐一建立構(gòu)件的實(shí)體模型，并使用自底向上的裝配方法，完成太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型，如圖2所示。

圖2　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三維實(shí)體模型

2.2ADAMS虛擬樣機(jī)的建立

（1）模型轉(zhuǎn)換

在Solidworks環(huán)境中，將建立的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型保存為parasolid格式的文件，然后導(dǎo)入ADAMS環(huán)境。

（2）單位設(shè)置

由于在Solidworks中的建模單位一般采用毫米為單位，所以在導(dǎo)入到 ADAMS軟件中需要將ADAMS軟件中將單位設(shè)置成MMKS形式，做到單位統(tǒng)一。

（3）材料屬性設(shè)置、重力加速度

設(shè)置重力的方向?yàn)椋璝向，即垂直于地面的方向，重力加速度大小為-9.8×103mm/s2，材料屬性如表1.

表1　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各材料屬性

（4）添加約束和驅(qū)動(dòng)

將模型導(dǎo)人ADAMS環(huán)境后，還需要在模型各個(gè)部件之間施加約束并添加驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)為轉(zhuǎn)速信號(hào)，加在聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸之間。具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3　約束拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖4　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型

（5）模型驗(yàn)證

通過使用ADAMS的模型驗(yàn)證功能進(jìn)行驗(yàn)證，樣機(jī)的自由度為0，模型建立正確。

3　系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析

為了使模型產(chǎn)生動(dòng)作，必須施加驅(qū)動(dòng)。在聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸間的旋轉(zhuǎn)副上施加驅(qū)動(dòng)，確保在0.5 s轉(zhuǎn)動(dòng)180°，在ADAMS軟件中寫入函數(shù)step.通過仿真，得到電機(jī)的輸出扭矩，對扭矩圖分析，啟動(dòng)的最大扭矩為0.95 N·m，負(fù)載扭矩小于電機(jī)的額定扭矩，所以選擇電機(jī)是正確的，可以實(shí)現(xiàn)0.5 s轉(zhuǎn)動(dòng)180°.

4　結(jié)束語

本文對太陽能電池片翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，通過Solidworks中完成了零件的三維造型和裝配，再將模型導(dǎo)入到ADAMS中仿真，克服了ADAMS三維造型差的缺點(diǎn)。在ADAMS環(huán)境中能很好的對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，證明了所選電機(jī)的正確性。大大的簡化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，從而獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳博翁，關(guān)立文，李鐵民．基于ADAMS的鍛造操作機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造．2009，（3）：7-8．

［2］王 彤．機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則［J］．應(yīng)用科技，2001.

［3］魏勝，王明友．三菱數(shù)控系統(tǒng)中交流伺服電機(jī)的選擇［J］．深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)．2007，（1）：l1-13．

Simulation and Analysis of Solar Cell Turnover Mechanism based on ADAMS

LI Hai-ning，DING Zhi-qiang
（State Key Laboratory of Photovoltaic Science and Technology，Changzhou Trina Solar Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213031，China）

Abstract：To solar cell turnover mechanism as the research object，using SolidWorks software to establish the virtual prototype model of turnover mechanism，and imported into the ADAMS software for dynamic simulation，through the analysis of the dynamic characteristics of the simulation results prove that the control system，the output torque of motor，in order to provide the reference for the choice of the motor.The application of ADAMS simulation software，can effectively reduce the cost，shorten the cycle，provide reliable guarantee for the success of a one-time turnover mechanism.

Key words：ADAMS；dynamic；simulation of tilting；mechanism

中圖分類號(hào)：TH12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0261-02

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：李海寧（1983-），男，江蘇連云港人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與虛擬技術(shù)。