基于ADAMS的太陽能電池片翻轉機構的仿真與分析

李海寧，丁志強

（常州天合光能有限公司光伏科學與技術國家重點實驗室，江蘇 常州213031）

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基于ADAMS的太陽能電池片翻轉機構的仿真與分析

李海寧，丁志強

（常州天合光能有限公司光伏科學與技術國家重點實驗室，江蘇 常州213031）

摘要：以太陽能電池片翻轉機構為研究對象，利用Solidworks軟件建立翻轉機構的虛擬樣機模型，并導入ADAMS軟件中進行動力學仿真，通過分析仿真結果驗證系統的動力學特性，得到電機的扭矩輸出情況，為電機的選擇提供參考。應用ADAMS軟件進行仿真，可以有效的降低成本，縮短周期，為翻轉機構一次性試制成功提供可靠保證。

關鍵詞：翻轉機構；ADAMS；動力學；仿真

太陽能電池片翻轉機構是電池片上下料設備的重要組成部分，在傳輸過程中負責電池片正、反面運輸的重要任務，其工作速度、定位精度直接影響電池片的傳輸效率和質量。翻轉機構由伺服電機、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成。它的作用是：由伺服驅動電路作一定的轉換后，經伺服驅動裝置、機械傳動機構執(zhí)行電池片的翻轉。

ADAMS軟件功能強大，仿真的結果也能很好地與實際物理模型的結果相吻合。但是ADAMS自身的造型能力比較薄弱，要對復雜的機械系統進行精確的動力學仿真，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仿真軟件下進行仿真分析［1］。本利用利用Solidworks軟件進行建模，導入ADAMS軟件進行仿真分析，檢驗系統的動力學特性、電機選型是否滿足設計要求。應用ADAMS仿真軟件對翻轉機構進行建模仿真，可以有效地降低成本，縮短周期，并能很方便地對設計中的一些特性進行定量和定性的分析研究。

1　翻轉機構動力學分析

伺服驅動裝置是許多機電系統的核心，因此伺服電機的選擇就變得尤為重要［2］。首先，要選出滿足額定負載、慣量及加減速要求的所有電動機，再從中按價格、重量、體積等技術經濟指標選擇最適合的電機，下圖為翻轉機構示意圖，如圖1所示。

圖1　翻轉機構示意圖

1.1負載扭矩計算

電機驅動翻轉機構翻轉電池片所需克服負載扭矩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）軸承啟動摩擦力矩M2.

1.2負載慣量計算

為使進給伺服系統的進給執(zhí)行部件具有快速響應的能力，必須選用加速能力大的電機，亦即能夠快速響應的電動機，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機轉子慣量JM與翻轉負載慣量JL合理匹配，推薦匹配關系［3］:

電機驅動的所有慣量，都作為驅動電機的負載慣量。負載慣量由以下幾個部分組成：（1）聯軸器的慣量J1；（2）傳動軸與兩個翻轉臂的慣量J2.

計算得聯軸器轉動慣量為J1＝10.3 kg·mm2，傳動軸與兩個翻轉臂J2＝1280 kg·mm2，折算到電機軸上的總慣量為：

根據式（2），所選電機慣量應在：

645.15kg·mm2≤JM≤860.2 kg·mm2

2　翻轉機構虛擬樣機模型

2.1三維實體模型的建立

太陽能電池片翻轉機構在Solidworks軟件中進行建模，應遵循對仿真不重要的倒角、孔等細節(jié)進行忽略。根據翻轉機構的設計圖樣，對該機構的實體結構進行分析，確定特征建立的先后順序，利用Solidworks軟件提供的建模功能，逐一建立構件的實體模型，并使用自底向上的裝配方法，完成太陽能電池片翻轉機構的三維實體模型，如圖2所示。

圖2　翻轉機構三維實體模型

2.2ADAMS虛擬樣機的建立

（1）模型轉換

在Solidworks環(huán)境中，將建立的翻轉機構模型保存為parasolid格式的文件，然后導入ADAMS環(huán)境。

（2）單位設置

由于在Solidworks中的建模單位一般采用毫米為單位，所以在導入到 ADAMS軟件中需要將ADAMS軟件中將單位設置成MMKS形式，做到單位統一。

（3）材料屬性設置、重力加速度

設置重力的方向為－Y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　翻轉機構各材料屬性

（4）添加約束和驅動

將模型導人ADAMS環(huán)境后，還需要在模型各個部件之間施加約束并添加驅動。系統的驅動為轉速信號，加在聯軸器與傳動軸之間。具體的拓撲結構，如圖3所示。

圖3　約束拓撲結構圖

圖4　翻轉機構虛擬樣機模型

（5）模型驗證

通過使用ADAMS的模型驗證功能進行驗證，樣機的自由度為0，模型建立正確。

3　系統仿真及結果分析

為了使模型產生動作，必須施加驅動。在聯軸器和傳動軸間的旋轉副上施加驅動，確保在0.5 s轉動180°，在ADAMS軟件中寫入函數step.通過仿真，得到電機的輸出扭矩，對扭矩圖分析，啟動的最大扭矩為0.95 N·m，負載扭矩小于電機的額定扭矩，所以選擇電機是正確的，可以實現0.5 s轉動180°.

4　結束語

本文對太陽能電池片翻轉機構進行了仿真分析，通過Solidworks中完成了零件的三維造型和裝配，再將模型導入到ADAMS中仿真，克服了ADAMS三維造型差的缺點。在ADAMS環(huán)境中能很好的對翻轉機構進行動力學分析，證明了所選電機的正確性。大大的簡化了機械產品的設計開發(fā)過程，大幅度縮短產品開發(fā)周期。大量減少產品開發(fā)費用和成本，從而獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設計產品。

參考文獻：

［1］陳博翁，關立文，李鐵民．基于ADAMS的鍛造操作機動力學仿真及優(yōu)化設計［J］．機械設計與制造．2009，（3）：7-8．

［2］王 彤．機電領域中伺服電機的選擇原則［J］．應用科技，2001.

［3］魏勝，王明友．三菱數控系統中交流伺服電機的選擇［J］．深圳職業(yè)技術學院學報．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：TH12

文獻標識碼：A

文章編號：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，高級工程師，碩士，研究方向：機械設計與虛擬技術。