一种光伏跟踪支架主轴的制作方法

1.本发明涉及及太阳能光伏跟踪支架领域，具体涉及一种光伏跟踪支架主轴。


背景技术：

2.目前用于太阳能光伏组件的安装支架主要包括固定方式和自动跟踪方式两种。使用自动跟踪方式相比固定方式可提高发电量20％左右，具有广阔的市场前景。在现有的市场上，光伏跟踪支架，光伏组件安装于主轴上，主轴带动光伏组件随着太阳转动而转动。
3.参见图1所示，一种光伏跟踪支架包括光伏跟踪支架主轴(简称主轴)1、安装在光伏跟踪支架主轴1上的转动轴承2以及驱动摇臂3，驱动摇臂3(后简称摇臂)通过推杆电机4的电动推杆5驱动。光伏跟踪支架是一种可以带动太阳能电池板6实时跟踪并垂直太阳方向的太阳能发电设备。其工作原理是,将太阳能电池板安装在主轴上,推杆电机的电动推杆驱动摇臂转动，摇臂带动主轴转动，主轴转动使安装在主轴上的太阳能电池板(或称太阳能板、光伏组件、光伏板)跟随太阳位置，实时跟踪并垂直太阳方向。电动推杆的驱动电信号来源于光伏跟踪控制箱，其属于电控设备。
4.由于主轴带动光伏组件转动，所以要求主轴需要具有一定的抗弯抗扭强度。现有应用的主轴大多以方管(即四边形的方管)和圆管为主，在达到所需的相应抗弯抗扭强度时，方管规格偏大，重量较重。增大安装困难的同时也使光伏跟踪支架的成本提高，造成资源浪费。
5.圆管表面为圆形,在其表面安装太阳能板,而且带转太阳能板转动时,容易滑动。为了增加抗弯抗扭强度，又往往选择方管为主。当然也有选择d管。
6.中国专利文献cn212969518u公开了一种光伏跟踪支架，包括主轴，轴承，轴承座，上垫板，下垫板，所述主轴为八角圆管，由四个平面和四个弧面交替组成环状；当主轴安装双面光伏组件时，由于双面光伏组件上的一部分会被主轴遮挡，导致被遮挡部分无法照射到光线,无法照射到光线的组件部分会发热，形成热斑效应，严重缩短双面组件的寿命；本结构，弧面段具有将太阳直射光线反射的功能，光线可以通过圆弧面反射到被遮挡的组件处，减少热斑效应的产生，延长组件寿命。同时八角圆管相对于现有技术中的方管主轴，在保证抗弯抗扭及挠度性能的同时，约节约钢材11％，具有较好的实际应用价值。
7.该专利文献cn212969518u虽然公开了八角圆管，但是根据其记载的作用和节约钢材的比例效果，以及其说明书附图2-3所显示的图形可知，其是正八角圆管；即四个平面和四个弧面的圆弧角相等，四个平面和四个弧面的圆弧角均为45
°
，即360
°
除于8等于45
°
。
8.根据专利文献cn212969518u对圆弧面作用的记载，本领域技术人员也没有动机对圆弧面进行更换。
9.为此，发明人经过了大量的实践、实验、测试、计算和数据比较，付出了创造性的劳动，才得到了本发明。


技术实现要素：

10.因此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光伏跟踪支架主轴，其具有与现有记载的八角圆管不同的结构，以及具有较为良好的抗扭性能与抗弯性能。
11.所采用的技术方案为：
12.一种光伏跟踪支架主轴，所述主轴为八角圆管或八边形管，所述八角圆管由四个平面和四个弧面交替组成环状，四个所述弧面的圆弧角均为20-40
°
；所述八边形管有四个平面和四个过渡平面交替组成环状，四个所述过渡平面的直边角均为20-40
°
。
13.进一步地，所述八角圆管的八个交点在同一个圆形上；或者所述八边形管的八个交点在同一圆形上。
14.进一步地，四个所述弧面的圆弧角、圆弧半径相等；或者四个所述过渡平面的直边角相等。
15.进一步地，四个所述弧面与八个交点在同一圆形上。
16.进一步地，四个所述弧面的圆弧角均为25-39
°
；或者四个所述过渡平面的直边角均为25-39
°
。
17.进一步地，当所述主轴为八角圆管时，四个弧面和四个平面之间的交点通过圆弧替代交点过渡。
18.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
19.本发明的主轴为八角圆管或八边形管，八角圆管由四个平面和四个弧面交替组成环状，四个弧面的圆弧角均为20-40
°
；八边形管有四个平面和四个过渡平面交替组成环状，四个过渡平面的直边角均为20-40
°
；此主轴具有较为良好的抗弯性能与抗扭性能，在同等抗弯强度的情况下，本发明主轴型材比其它现有主轴型材的材料用量更省，而且同时本发明主轴型材具有较好的抗扭强度，使得本发明主轴型材用于光伏跟踪系统中，能进一步节省成本，更具有经济效益，有利于主轴的长期使用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为背景技术中的一种光伏跟踪支架的结构示意图。
22.图2为一种光伏跟踪支架主轴的测试结构示意图。
23.图3为现有的一种方管结构示意图；
24.图4为现有的圆管结构示意图。
25.图5为现有的正八边形管结构示意图。
26.图6为现有的d形管结构示意图。
27.图7为安装方管主轴的一种光伏跟踪支架的侧视结构示意图。
28.图8为安装圆管主轴的一种光伏跟踪支架的侧视结构示意图。
29.图9为安装正八边形管主轴的一种光伏跟踪支架的侧视结构示意图。
30.图10为安装d形管主轴的一种光伏跟踪支架的侧视结构示意图。
31.图11为本发明的一种八角圆管的结构示意图。
32.图12为本发明的一种八边形管的结构示意图。
33.图13为一种八角圆管，其圆弧角为45
°
的结构示意图。作为本发明图例1。
34.图14为一种八角圆管，其圆弧角为39
°
的结构示意图。作为本发明图例2。
35.图15为一种八角圆管，其圆弧角为30
°
的结构示意图。作为本发明图例3。
36.图16为一种八角圆管，其圆弧角为28
°
的结构示意图。作为本发明图例4。
37.图17为一种八角圆管，其圆弧角为25
°
的结构示意图。作为本发明图例5。
38.图18为一种八角圆管，其圆弧角为10
°
的结构示意图。作为本发明图例6。
39.图19为不同弧度的各种管材的抗扭性能、抗弯性能和综合性能的曲线图。
40.图20为一种八边形管，其中直边角为30
°
的结构示意图。
41.图21为同个弧度的不同图例的抗扭性能、抗弯性能和综合性能的曲线图
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例与对比例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.参见图2所示，光伏跟踪支架主轴是光伏跟踪支架的主要部件,其在工作中,主轴1主要承受了2种力矩:一是由重力荷载、风荷载,等引起的弯矩；参见图2中的垂直箭头；二是由驱动和控制转动引起的扭矩；参见图2中的旋转箭头。
44.弯矩和扭矩的性能影响了整个光伏支架系统的强度,安全性,和经济性。所有研发和生产光伏跟踪支架系统的厂家无不在研究和寻找具有:高强度,又最省材料,安装和生产又方便的主轴。
45.参见图3-图6所示，上述为目前各厂家常用的主要型材,其型材的形状结构决定和影响了主轴的性能,下面截面几何参数就是表征不同形状的截面其各项性能的参数,其中:
46.参数a为型材的截面积,其决定了型材的单位米重
47.参数ip决定了型材抗扭的性能
48.参数w决定了型材抗弯的性能
49.上述图3-图6所示的常用型材中在同等截面积和同等材料壁厚的情况下，参见图7-图10，经过测试，得到：
50.抗扭参数ip:圆管》d形管》正八边形管》方管
51.抗弯参数w:方管》正八边形管》d形管》圆管
52.其中圆管主轴表面为圆形,在其表面安装太阳能板,带转太阳能板转动时,容易滑动。
53.参见图11-图12所显示的本发明的两种实施例下的主轴截面形状。
54.在一种实施例下，参见图11所示，主轴1为八角圆管，该八角圆管由四个平面11和四个弧面12交替组成环状，四个弧面12的圆弧角13均为20-40
°
，四个弧面12的圆弧角13可以进一步优选均为25-39
°
；四个弧面12的圆弧角13相等，四个弧面12的圆弧角13例如可以均为25
°
、28
°
、30
°
、35
°
或39
°
等。
55.进一步地，该八角圆管的八个交点在同一个圆形(图中以虚线圆显示)上；四个弧面与八个交点在同一圆形上。
56.在另一种实施例下，参见图12所示，主轴1为八边形管，该八边形管有四个平面11和四个过渡平面14交替组成环状，四个过渡平面14的直边角15均为20-40
°
。四个过渡平面14的直边角15可以进一步优选均为25-39
°
四个过渡平面14的直边角15相等。直边即为过渡平面的截面形状。四个过渡平面14的直边角15例如可以均为25
°
、28
°
、30
°
、35
°
或39
°
等。
57.进一步地，该八边形管的八个交点在同一圆形上(图中以虚线圆显示)。
58.通过发明人的大量实践、实验、测试、计算和数据比较,本发明的主轴为一种介于方管和圆管之间的一种新型管材,在同等截面积和同等材料壁厚的情况下，其抗扭性能介于圆管和方管之间,但其抗弯性能却高于方管。
59.其比方管高的抗弯参数和比方管高的抗扭参数,使其综合性能远远优于方管和圆管.使其拥有了更高的性价比，在同等强度的情况下，可以节省更多的材料成本，可以产生更多的经济效益。
60.而且实验表明，八角圆管的四个弧面的圆弧角均为20-40
°
下；以及八边形管的四个过渡平面的直边角均为20-40
°
下，其抗弯性能、抗扭性能和综合性能是较好的。图13-图18显示了各个具体实施例下的八角圆管的截面结构示意图。
61.实验测试1：
62.以圆管的参数为1，各管材参数与其对比。
63.表1：各种管材的抗扭性能和抗弯性能数据对比表
[0064][0065]
将表1的数据转化为曲线图，参见图19所示。
[0066]
表1说明：
[0067]
1.ip
‑‑
极惯性矩，是用来衡量截面抗扭性能的参数，其值越大，代表抗扭性能越强，其计算公式为：
[0068]ip
＝∫aρ2da＝i
x
iy[0069]
2.wx
‑‑
抗弯截面模量(x轴)，是截面抵抗弯矩的能力，弯矩mx＝wxf，式中，f是材料强度设计值。可见wx值越大，所能抵抗的弯矩mx越大。
[0070]
方管-抗弯模量计算公式：wx＝(外边长a4-内边长b4)/6a
[0071]
圆环截面抗弯模量计算公式：wx＝w＝π(外径d4-内径d4)/32d
[0072]
3.a6列的值为:1-9号各截面的ip值的4次方分别除以3号圆管的ip值的4次方(以圆管的ip值作为参照值1,为方便比较,体现数值的差别,故采用以各值的4次方后的比值)。
[0073]
4.a7列的值为:1-9号各截面的wx值的4次方分别除以3号圆管的wx值的4次方(以圆管的wx值作为参照值1,为方便比较,体现数值的差别,故采用以各值的4次方后的比值)。
[0074]
5.5,a8列的值为:1～9号各截面的对应的a6列值乘以(权重)和a7列值乘以(权重)后的相加。
[0075]
本案的型材截面计算除方管和圆管外还有特定的圆弧及圆角的组合体,计算过程比较复杂,因为本案的截面参数为使用专用的截面参数计算软件自动计算得出。
[0076]
从上表1和图19可以看出，从本发明图例1到本发明图例6中：
[0077]
1、抗弯强度明显比其他管材的性能都高,在图例4和图例5时最高。选择本发明图例2-5的抗扭性能和抗弯性能均较好。发明人发现，图例1中的主轴虽然综合性能也较好，但是本发明图例1的抗弯性能相较于本发明图例2-5而言是最低的。虽然综合性能差不多，但是其较低的抗弯性能会导致在恶劣天气下的容易损坏。因此，本发明图例1可作为一个对比例存在。
[0078]
因在实际使用中，该主轴需承受较大的太阳能板重量和风雪荷载，因此抗弯强度的加强意味着同等用料的管材中，本发明图例2-5的的主轴管材安全性更高；或者在同等强度中，本发明图例2-5的主轴的管材可能更省用料。
[0079]
2、抗扭强度明显比普通方管都高。
[0080]
实际使用中，该主轴部件需带动太阳能板转，所以该部件也需要有较好的抗扭性能需。
[0081]
某厂家的d形管，虽然抗扭性能稍好比本发明管材稍稍高一点，但因其抗弯性能与本发明的管材相差太多，实际使用中安全系数不高或经济性不如本发明。
[0082]
3、固定方式
[0083]
实际使用中，该部件需带动太阳能板转，而为了安装方便和生产方便太阳能板都是以使用抱箍件的形式固定在该部件上的,
[0084]
圆管抗扭虽好,但表面圆滑,抱箍容易打滑,不好固定。方管虽然四边直边,抱箍不容易打滑,好固定,但却是抗扭不好。
[0085]
本发明的管材因不是圆形，所以抱箍形式不容易打滑，在固定要素上有优势。
[0086]
综上所述：本发明管材有综合性能较高的优点，可以从曲线图看出，本发明管材(本发明图例2-本发明图例5)的抗弯和抗扭系数之高于上述所有管材，在抗弯性能上，本发明图例2-本发明图例5的主轴管材也优于本发明图例1。所以在实际使用中，本发明图例2-本发明图例5的主轴是最佳的选择。
[0087]
实验测试2：
[0088]
本发明管材同个弧度的不同图例的抗扭性能和抗弯性能数据对比表2
[0089][0090]
其中，本发明图例3'-30度弧 圆角是指主轴的4个圆弧角为30
°
，四个弧面和四个平面之间的交点通过圆弧替代交点过渡；
[0091]
本发明图例3-30度弧是指主轴的4个圆弧角为30
°
，四个弧面和四个平面之间具有交点。
[0092]
本发明图例3
”‑
30度直边是指主轴的4个直边角为30
°
，参见图20所示。
[0093]
将上表2的数据转化为曲线图，参见图21所示。
[0094]
上表2和图21中，以本发明管材的同一个弧度图形中，几何边线的3种不同构成方式进行对比。
[0095]
从上表2中可得出，本发明管材的同等弧角中，几何边线不同，对各项性能还有差别；
[0096]
其中以圆弧加圆角的各项性能为最高，单圆弧次之，直边为最低。本发明发现，当主轴为八角圆管时，四个弧面和四个平面之间的交点通过圆弧替代交点过渡；比单圆弧(无圆角)的主轴以及直边的主轴性能都要高。
[0097]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。