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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第 1章 緒 論
1.1選題的背景
1.1.1電力短缺
中國(guó)已成為繼美國(guó)之后的世界第二大電力消費(fèi)大國(guó)，電力對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用開(kāi)始顯現(xiàn)，且差距呈越來(lái)越大之勢(shì)。我們經(jīng)常聽(tīng)到夏季全國(guó)鬧電荒，去年南方大雪導(dǎo)致南方大面積停電，一些城市淪為死城，今年5月12日的8.0級(jí)強(qiáng)烈地震又使電力系統(tǒng)癱瘓。電力行業(yè)整體不適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步的問(wèn)題越發(fā)顯露。多年的電荒已經(jīng)使一部分人產(chǎn)生恐慌。面對(duì)災(zāi)害，醫(yī)院、通信等重要部門由于缺電導(dǎo)致不能展開(kāi)搶救工作。電力的健康發(fā)展直接關(guān)系到國(guó)家的能源安全、整體競(jìng)爭(zhēng)能力的提高、人民群眾的切身利益、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題，它應(yīng)該受到全社會(huì)的關(guān)注。
1.1.2太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用
21世紀(jì)是世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變革的世紀(jì)。由于傳統(tǒng)能源（如煤、石油、天燃?xì)獾龋┑墓┙o已出現(xiàn)嚴(yán)重短缺局面，人類開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向可再生能源的發(fā)展。大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源，以資源無(wú)限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣的能源結(jié)構(gòu)代替以資源有限、污染嚴(yán)重的石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)已成為人們關(guān)住的焦點(diǎn)。其中，可再生能源主要有以下幾個(gè)方面：
（1）太陽(yáng)能：據(jù)天文物理學(xué)家的計(jì)算表明，太陽(yáng)系還能存在45億年，太陽(yáng)每年輻射到地球的總能量相當(dāng)于人類能源消耗的1.2萬(wàn)倍；
（2）氫能源：利用自然界大量存在的水，由電解水產(chǎn)生氫，或者由太陽(yáng)能光催化水分解氫；
（3）風(fēng)力發(fā)電、小水電與潮汐發(fā)電：可提供可觀的電力；
（4）生物能：包括城市垃圾的轉(zhuǎn)化、人類糞便的轉(zhuǎn)化等，這些能源原本是人類的廢棄物所轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，只要有人類的存在，就會(huì)有生物能，所以這種能源也可以說(shuō)是用之不竭的；
（5）核能：與傳統(tǒng)能源的發(fā)電廠相比，核能的利用率較高，對(duì)環(huán)境的污染小，并且使用核燃料的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃料的成本，而核燃料所釋放出來(lái)的能量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)能源所釋放出來(lái)的能量。
太陽(yáng)能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特別是近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能及其相關(guān)行業(yè)成為世界發(fā)展最快的行業(yè)之一。因?yàn)樗哂幸韵碌奶攸c(diǎn)：
（1）數(shù)量巨大：每年到達(dá)地球表面能供人類利用的太陽(yáng)輻射相當(dāng)于一顆原子彈爆炸時(shí)所發(fā)出的能量；
（2）時(shí)間長(zhǎng)久，用之不竭：太陽(yáng)按目前功率輻射能量其時(shí)間約可持續(xù)100億年；
（3）普照大地，取之不盡：不需要開(kāi)采和運(yùn)輸；
（4）清潔無(wú)污染：無(wú)任何物質(zhì)的排放，既不會(huì)留下污染物，也不會(huì)向大氣中排放廢氣。
太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用主要有光熱利用、光伏利用、光化學(xué)利用等三種形式。光熱利用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能儲(chǔ)存起來(lái)，其中太陽(yáng)能熱水器是光熱利用最成功的領(lǐng)域，有太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)、太陽(yáng)能土壤消毒殺茵技術(shù)等，有些技術(shù)尤其在我國(guó)的北方和西部應(yīng)用較廣，成效顯著。以太陽(yáng)能電池技術(shù)為核心，太陽(yáng)能光伏利用成為太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用中最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，利用太陽(yáng)能發(fā)電，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小且輕：能獨(dú)立供電的太陽(yáng)能電池組件和方陣結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，輸出45~50W的晶體硅太陽(yáng)能電池組件，體積約為450mm×750mm×45mm，質(zhì)量為7kg；
（2）容易安裝運(yùn)輸，建設(shè)周期短：只要將太陽(yáng)能電池支撐并面向太陽(yáng)即可發(fā)電，宜于制成小功率移動(dòng)電源；
（3）維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便：如遇風(fēng)雨天，只需檢查太陽(yáng)電池表面是否被站污、接線是否可靠、蓄電池電壓是否正常即可；
（4）清潔、安全、無(wú)噪聲：光伏發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒(méi)有機(jī)械噪聲，是一種理想的能源；
（5）可靠性高，壽命長(zhǎng)，并且應(yīng)用范圍廣：晶體硅太陽(yáng)能電池的壽命可以長(zhǎng)達(dá)20~35年，在光伏系統(tǒng)中，只要設(shè)計(jì)合理、選型適當(dāng)，蓄電池的壽命可以達(dá)到10多年。太陽(yáng)能幾乎無(wú)處不在，太陽(yáng)能電池在中國(guó)大部分范圍內(nèi)都能作為獨(dú)立的電源。
1.2選題的目的和意義
野外或斷電時(shí)的供電問(wèn)題，會(huì)對(duì)某些工作產(chǎn)生不利影響，多功能供電車可集成多種發(fā)電功能，包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，可以解決某些偏遠(yuǎn)地區(qū)或野外對(duì)電力的需求，以及停電時(shí)對(duì)電力的緊急需求問(wèn)題，亦可以在平時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，存?chǔ)在大型蓄電池中，供需要時(shí)使用。
1.3供電車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)供電車車企業(yè)從20世紀(jì)70年代起步，至今已有30多年的歷史。到目前為止，生產(chǎn)企業(yè)已由當(dāng)時(shí)的4、5家發(fā)展到100余家。行業(yè)幾個(gè)骨干企業(yè)通過(guò)近幾年的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，都形成了各具特色的產(chǎn)品系列，企業(yè)的各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步上升，經(jīng)濟(jì)效益也逐年提高，但還不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要。根據(jù)協(xié)會(huì)對(duì)會(huì)員單位初步統(tǒng)計(jì)，2006年中國(guó)供電車的產(chǎn)量為942臺(tái)，出口67臺(tái); 2007年為1042臺(tái)，出口84臺(tái)。雖然這些年國(guó)內(nèi)供電車產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，但企業(yè)發(fā)展很不平衡，企業(yè)之間出現(xiàn)了較大的差距。
國(guó)內(nèi)供電車設(shè)計(jì)制造發(fā)展現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在：發(fā)電功率的不斷增加。在北京，發(fā)電量為1000W的供電車已經(jīng)投入市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的的供電車基本上發(fā)電方式單一，僅僅以柴油發(fā)電機(jī)或汽油發(fā)電機(jī)發(fā)電。
國(guó)外供電車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一般都有專門的跨國(guó)公司和集團(tuán)主營(yíng)和兼營(yíng)，如美國(guó)GROVE（格魯夫）公司和GENIE（吉尼）公司，英國(guó)COLES公司和SI-MON（西蒙）公司，意大利RICO（利高）公司，芬蘭BRONTO（波浪濤）公司、日本的多田野和愛(ài)知株式會(huì)社等。
有些企業(yè)注重環(huán)保，生產(chǎn)的供電車以天然氣為燃料發(fā)電，或者利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等渠道發(fā)電。隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的成熟，必將出現(xiàn)多功能供電車。
中國(guó)電力短缺問(wèn)題依然嚴(yán)重，使得供電車的設(shè)計(jì)制造被多家專用車廠家提上日程。隨著自卸車、消防車等其它專用車的市場(chǎng)飽和，人們必將把目光投向供電車這個(gè)新型專用車的設(shè)計(jì)與制造。
1.4太陽(yáng)能光伏發(fā)電的廣闊前景
1.4.1國(guó)外光伏發(fā)電的發(fā)展
太陽(yáng)能光伏發(fā)電自20世紀(jì)80年代以來(lái)持續(xù)高速發(fā)展，每年以30%―40%的速度遞增。光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)今世界，特別是在非洲、南美、澳洲及亞洲等各國(guó)，普遍受到重視。盡管利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其發(fā)電的價(jià)格比常規(guī)電力價(jià)格高出許多，在電力市場(chǎng)上無(wú)法與常規(guī)能源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。20世紀(jì)90年代以前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要應(yīng)用在邊遠(yuǎn)的農(nóng)村、無(wú)電地區(qū)以及遠(yuǎn)距離通訊、光伏水泵等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。為了鼓勵(lì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用，各國(guó)政府分別積極制定各種優(yōu)惠政策來(lái)推動(dòng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展。其中，以美日德等西方發(fā)達(dá)國(guó)家為主。從世界范圍來(lái)講，光伏發(fā)電己經(jīng)完成了初期開(kāi)發(fā)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎遍及所有的用電領(lǐng)域，并且光伏集中發(fā)電、光伏建筑等發(fā)展迅速，已逐漸成為市場(chǎng)主力。
1.4.2我國(guó)光伏發(fā)電的發(fā)展
我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。我國(guó)的光伏電池技術(shù)是從60年代發(fā)展空間用太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從70年代初開(kāi)始，主要的低成本技術(shù)以及生產(chǎn)能力則在80年代中期建立起來(lái)。80年代中期，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。經(jīng)過(guò)十年的努力，我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高。至90年代初中期，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)已處于穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，生產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加?！熬盼濉逼陂g，國(guó)家科委開(kāi)始將太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，企業(yè)界率先在深圳和北京分別建成了17千瓦和7千瓦的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。1999年，我國(guó)光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池和非晶硅電池，多晶硅電池只限于實(shí)驗(yàn)室和中試產(chǎn)品，但在2000年之后，多晶硅產(chǎn)品逐步走出實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始形成規(guī)模生產(chǎn)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)差距不斷減小。為了推動(dòng)光伏技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2003年10月，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、科技部制定出未來(lái)五年太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億用于推進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計(jì)劃到2005年全國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到300兆瓦。至2003年底，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)總的生產(chǎn)能力達(dá)到38兆瓦，太陽(yáng)能電池組件的實(shí)際生產(chǎn)量達(dá)到13兆瓦。在市場(chǎng)方面，截至2003年底我國(guó)光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到45兆瓦。2004年，我國(guó)在深圳建成了亞洲最大并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，電站總?cè)萘窟_(dá)1兆瓦，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)千瓦時(shí)；2008年北京奧運(yùn)會(huì)，國(guó)家計(jì)劃將太陽(yáng)能光伏發(fā)電融入奧運(yùn)建筑中，各奧運(yùn)建筑將大范圍采用太陽(yáng)能等綠色能源利用技術(shù)，綠色能源的應(yīng)用正是綠色奧運(yùn)的具體體現(xiàn)；2005年2月28日第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議通過(guò)的《中華人民共和國(guó)可再生能源法》自2006年1月1日起正式施行，國(guó)家鼓勵(lì)可再生能源利用。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要和提高邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。
1.5本文主要研究的內(nèi)容
本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種多功能供電車，其性能參數(shù)與所選底盤(pán)車接近。
設(shè)計(jì)過(guò)程安排如下：
（1）二類底盤(pán)的選擇；
（2）太陽(yáng)能光伏發(fā)電；
（3）太陽(yáng)能電池舉升機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的選擇；
（5）車廂中的各類裝置的布置。
第2章 二類底盤(pán)的選擇
2.1總體主要參數(shù)的確定
2.1.1尺寸參數(shù)的確定
供電車車都是在二類底盤(pán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng)于原車底盤(pán)尺寸相同，保證性能參數(shù)與原車基本保持不變。只有整車的高度由于舉升機(jī)構(gòu)高于車頭的頂部，所以整車的高度會(huì)有所增加。
2.1.2整車整備質(zhì)量
整車整備質(zhì)量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤(pán)所有的附屬設(shè)備，加滿油和水，但未載人和載貨時(shí)整車質(zhì)量。參考同類供電車的整車整備質(zhì)量m0，在此基礎(chǔ)上在增加工作裝置的質(zhì)量，便可估算供電車的整車整備質(zhì)量m0。
供電車的整車整備質(zhì)量約為：
kg
2.1.3總質(zhì)量
所謂總質(zhì)量是指專用汽車整備齊全，滿載（規(guī)定值）貨物及乘員時(shí)的質(zhì)量。
總質(zhì)量計(jì)算公式為：
kg
式中 mp——乘員質(zhì)量（kg），按每人65 kg計(jì)。
2.2底盤(pán)的選擇
根據(jù)我國(guó)目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)某一服務(wù)領(lǐng)域的特定使用要求，主要是在已定型的基本車型底盤(pán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車身及工作裝置的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對(duì)底盤(pán)各總成的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行局部的更改設(shè)計(jì)與合理匹配，以達(dá)到滿足使用需求的較為理想的整車性能。
因此，專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤(pán)的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤(pán)按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤(pán)。二類底盤(pán)是在整車基礎(chǔ)上去掉貨廂，三類底盤(pán)是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤(pán)是在三類底盤(pán)的上去掉車架總成剩下的散件。
汽車底盤(pán)的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動(dòng)力匹配等決定，目前，幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。采用二類汽車底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是整車總體布置和工作裝置設(shè)計(jì)。
在汽車底盤(pán)選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求：
（1）適用性
對(duì)于專用改裝車底盤(pán)應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn) 行改裝造型設(shè)計(jì)。
（2）可靠性
所選用汽車底盤(pán)要求工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命。且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡。
（3）先進(jìn)性
應(yīng)使用整車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過(guò)性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平的汽車底盤(pán)。而且在專用性能上要滿足國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
（4）方便性
所選用的底盤(pán)要求便于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾。
在選用底盤(pán)時(shí)，除了上述因素外，還有以下兩個(gè)和重要的方面，一是汽車底盤(pán)價(jià)格，它是專用汽車購(gòu)置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快的占有市場(chǎng)，企業(yè)能否增加效益問(wèn)題。二是汽車底盤(pán)供貨要有來(lái)源，所選用的底盤(pán)在市場(chǎng)上必須具有一定的保有量。
考慮到要求供電車能在高原等野外惡劣的環(huán)境正常工作，所以選擇軍用底盤(pán)比較合適。東風(fēng)、解放以及紅巖等品牌中，東風(fēng)公司的軍用底盤(pán)市場(chǎng)中占有率較大，評(píng)價(jià)較高。
東風(fēng)汽車公司3.5噸級(jí)6×6越野汽車分為長(zhǎng)頭駕駛室和平頭駕駛室兩大系列。長(zhǎng)頭駕駛室系列主要車型有EQ2100E(EQ245)、EQ2100E6D、EQ2100E6DY等車型。平頭駕駛室系列主要車型有EQ2102、EQ2102G等車型。
EQ2100E車型是東風(fēng)汽車公司最早的3.5噸級(jí)6×6汽油越野汽車，現(xiàn)已停產(chǎn)，被柴油機(jī)EQ2100E6D車型取代。EQ2100E6D車型是以EQ2100E車型為基礎(chǔ)，換裝上康明斯6BT5.9增壓柴油機(jī)、外徑350單片螺旋彈簧離合器，其它系統(tǒng)相應(yīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)的新一代長(zhǎng)頭駕駛室3.5噸級(jí)越野汽車；EQ2102車型是部隊(duì)裝備的第二代3.5噸級(jí)越野汽車，采用許多新型總成部件，整車雄壯、威武，體現(xiàn)了軍車的特點(diǎn)。主要總成包括康明斯6B5.9增壓柴油機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的低溫起動(dòng)性能，不使用輔助裝置可在零下12 度以上起動(dòng)，采用PTC電熱陶瓷冷起動(dòng)裝置，可在零下40度順利起動(dòng)。該車型裝備有遠(yuǎn)距離液壓氣動(dòng)助力操縱的外徑350單片離合器、五檔變速器、高低檔兩檔分動(dòng)器、前中后橋三橋驅(qū)動(dòng)、引進(jìn)TRW公司技術(shù)生產(chǎn)的整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器、與日產(chǎn)柴公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的平頭雙排四門五座駕駛室、東風(fēng)金獅輪胎公司研制的12.5R20子午線混合花紋加寬型越野輪胎、內(nèi)長(zhǎng)4270mm 高欄板車箱。
根據(jù)部隊(duì)的需求，以EQ2102車型為基礎(chǔ)，換裝平頭一排帶臥二門駕駛室和內(nèi)長(zhǎng)4800mm車箱而開(kāi)發(fā)的EQ2102G車型，主要用于滿足特殊用戶的改裝需要。
表2=1 主要特征
車型
EQ2100E6D
EQ2102
EQ2102G
車型主要特征
長(zhǎng)頭駕駛室、循
環(huán)球轉(zhuǎn)向器
平頭雙排駕駛
室、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器
平頭—排半駕駛
室、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器
目前市場(chǎng)上平頭式的要比長(zhǎng)頭式的銷售好，并且考慮到工作人員大于2人，駕駛室里最好能容納4人，所以參照表2-1中的3種底盤(pán)的主要特征，選擇EQ2102底盤(pán)。
2.3底盤(pán)的主要參數(shù)
底盤(pán)主要參數(shù)如表2-2。
表2-2 底盤(pán)主要參數(shù)
車型
EQ2102
車型主要特征
平頭雙排駕駛室、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器
空載整備質(zhì)量
5480kg
空載前軸軸載質(zhì)量
3165kg
空載后軸軸載質(zhì)量
2675kg
允許最大總質(zhì)量
10940kg
允許前軸最大軸載質(zhì)量
3660kg
允許后軸最大軸載質(zhì)量
8000kg
鋼板彈簧剛度前
1972±143.5N/mm
鋼板彈簧剛度后
4856±392N/mm
外形總長(zhǎng)
7586mm
外形總寬
2198mm
（續(xù)）
外形總高
2740mm
軸距—前中
3475mm
軸距—中后
1250mm
前懸
1408mm
后懸
1453mm
后輪胎最外尺寸
2198mm
車架外寬
861mm
車架可用長(zhǎng)度
4402mm
質(zhì)心位置（距前軸中心）
1880mm
重心高度
880mm
2.4本章小結(jié)
本章主要進(jìn)行多功能供電車底盤(pán)的選型。首先根據(jù)所需底盤(pán)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)查詢各牌號(hào)對(duì)應(yīng)的底盤(pán)，如東風(fēng)、解放以及紅巖等；然后將現(xiàn)有滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求的各種底盤(pán)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)比較他們各方面因素選擇比較適用的底盤(pán)；綜合各方面情況最后選用東風(fēng)EQ2102底盤(pán)作為本次供電車的底盤(pán)。
第3章 車廂和副車架的設(shè)計(jì)
3.1車廂的設(shè)計(jì)
3.1.1車廂的參數(shù)
車廂是實(shí)現(xiàn)該車功能所需儀器、設(shè)備、工具的載體。采用鋁合金大板方艙開(kāi)式結(jié)構(gòu)。車廂壁板采用加筋大板夾層結(jié)構(gòu)，框架采用鋁合金型材，蒙皮采用鋁合金板材，隔熱層采用硬質(zhì)聚胺脂泡沫板。廂體外形尺寸為4400mm×2400mm×1950 mm ,左右兩側(cè)采用翻板結(jié)構(gòu)，左側(cè)設(shè)計(jì)兩副上翻板，尺寸為1237mm×772mm，右側(cè)與左側(cè)相同。為了上、下的方便，在門處設(shè)有專用抽拉梯。為了便于采光，車廂左右側(cè)各布置兩個(gè)側(cè)窗，均為活動(dòng)窗并安裝卷簾式防空窗簾?？紤]到發(fā)電裝置的通風(fēng)散熱問(wèn)題，在廂體前壁下部開(kāi)一個(gè)換氣口。電站的布線采用布線槽，置于頂板四周，并考慮到維修方便，設(shè)計(jì)為活動(dòng)蓋板式。車廂后壁外平面與汽車底盤(pán)牽引鉤平齊。車廂內(nèi)壁選用乳白色醇酸磁漆。車廂內(nèi)、外布置有滅火器，以滿足防火安全性要求。車廂內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)有工作臺(tái)，右工作臺(tái)由前至后依次存放的有軍用背囊、電工服、五個(gè)移動(dòng)電纜盤(pán)；左工作臺(tái)由前至后依次存放的有各種附屬油、電工工具箱、防爆應(yīng)急工作燈、固定式電纜盤(pán)等。
3.1.2配電系統(tǒng)
整車電氣系統(tǒng)主要由控制柜、凈化電源、車內(nèi)照明、電纜和分線盒等組成。電機(jī)組安裝在底盤(pán)車后部。凈化電源安裝在車廂內(nèi)左側(cè)前方,主要用于改善供電品質(zhì),包含功率為1KW的24V /220V逆變器。車廂頂部共有6盞長(zhǎng)方形高效熒光燈,其中1盞值班燈,解決車廂內(nèi)部照明的問(wèn)題。500 m電纜、分線盒供遠(yuǎn)距離定點(diǎn)供電。車廂外部左側(cè)前方下部外接線盒,用于電源的輸入、輸出。
3.1.3通訊設(shè)備
駕駛室與車廂內(nèi)裝有有線對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備。
3.1.4防護(hù)
車廂外部可根據(jù)用戶要求噴相應(yīng)的漆。底盤(pán)縱梁以下噴黑色面漆。
3.1.5工作臺(tái)設(shè)計(jì)
金屬骨架結(jié)構(gòu)，骨架顏色采用乳白色；臺(tái)面采用25mm厚高密度板，上鋪3mm厚綠色耐油橡膠板,不銹鋼包邊；外形尺寸為650mm×860mm；抽屜、鎖選型美觀大方，安置位置適中，工具箱固定可靠，使用方便。
3.1.6生命支持系統(tǒng)及其它輔助設(shè)備
生命支持系統(tǒng)是運(yùn)用變壓吸附技術(shù)，在常溫下直接從空氣中分離出高濃度氧氣的機(jī)電一體化的制氧設(shè)備，專供高原使用，裝載在車輛上，提高空氣含氧量的一種制氧裝備。
其它輔助設(shè)備及器材有:工兵鍬鎬、消防平斧、工兵錘、撬杠、風(fēng)扇、醫(yī)藥箱、易損件、隨車附件等。
3.2副車架設(shè)計(jì)
副車架采用框架式焊接結(jié)構(gòu)，由兩根縱梁、六根橫梁組成，縱梁、橫梁用Q345鋼板折制成槽形?？紤]到橫梁受扭力大，將橫梁設(shè)計(jì)成整體式?？v、橫梁間采用T506焊條焊接，整體重量輕、強(qiáng)度高。副車架縱梁與汽車底盤(pán)加厚度為20mm的傳動(dòng)橡膠帶，作為減振。副車架與車廂用均布的M10高強(qiáng)度螺栓連接，使車廂與副車架整體受力均勻，連接可靠。
3.3本章小結(jié)
本章主要內(nèi)容是車廂的布置及副車架的選擇。根據(jù)二類底盤(pán)的車架確定了車廂的尺寸。副車架采用框架式焊接結(jié)構(gòu)，由兩根縱梁、六根橫梁組成。確定了部分輔助設(shè)備的類型及其布置。
第4章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)
4.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能控制器、逆變器和蓄電池（組）構(gòu)成。
太陽(yáng)能電池板：太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。
太陽(yáng)能控制器：太陽(yáng)能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過(guò)程中減少損耗、盡量延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過(guò)充電和過(guò)放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用的是直流負(fù)載，通過(guò)太陽(yáng)能控制器可以為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電（由于天氣的原因，太陽(yáng)電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定）。
逆變器：逆變器的作用就是將太陽(yáng)能電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給交流負(fù)載使用。
蓄電池（組）：蓄電池（組）的作用是將太陽(yáng)能陣列發(fā)出的直流電直接儲(chǔ)存起來(lái)供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，當(dāng)日照量大時(shí)，除了供給負(fù)載用電外，還對(duì)蓄電池充電；當(dāng)日照量小時(shí)，這部分儲(chǔ)存的能量將逐步放出。
4.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類
根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。
4.2.1獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)
獨(dú)立供電的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖4.1所示。整個(gè)獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。
太陽(yáng)能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽(yáng)光照的情況下輸出能量。根據(jù)負(fù)載的需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)能電池通過(guò)充電器對(duì)蓄電池充電;當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，太陽(yáng)能電池和蓄電池同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。控制器一般由充電電路、放電電路和最大功率點(diǎn)跟蹤控制組成。逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換為與交流負(fù)載同相的交流電。
太陽(yáng)能電池板
DC/DC
蓄電池
直流負(fù)載
控制器
逆變器
交流負(fù)載
圖4-1 獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
4.2.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)
太陽(yáng)能電池板
DC/DC
逆變器
電網(wǎng)
交流負(fù)載
控制器
圖4-2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖4.2所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，其中逆變器起很重要的作用，要求具有與電網(wǎng)連接的功能。目前常用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)中逆變器配有主開(kāi)關(guān)和重要負(fù)載開(kāi)關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對(duì)于一些重要負(fù)荷甚至某些家庭用戶來(lái)說(shuō)具有重要意義；此外，該系統(tǒng)還可以充當(dāng)功率調(diào)節(jié)器的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質(zhì)量。不帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止向電網(wǎng)供電。當(dāng)有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過(guò)負(fù)載所需時(shí)，多余的部分將送往電網(wǎng)；夜間當(dāng)負(fù)載所需電能超過(guò)光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載補(bǔ)充電能。
4.2.3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)
太陽(yáng)能電池板
主開(kāi)關(guān)
發(fā)電機(jī)組
控制器電池板
直流負(fù)載
交流負(fù)載
逆變器電池板
蓄電池電池板
圖4-3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖4.3為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它區(qū)別于以上兩個(gè)系統(tǒng)之處是增加了一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲(chǔ)量不足時(shí)，可以啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，它既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電，所以稱為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)就采用此系統(tǒng)。
4.3太陽(yáng)能光伏電池的原理
太陽(yáng)能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片，當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。太陽(yáng)能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。對(duì)于半導(dǎo)體P一N結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯，因此，太陽(yáng)能光伏電池都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。下面以硅半導(dǎo)體為例，對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的工作原理加以說(shuō)明。當(dāng)N型硅和P型硅結(jié)合時(shí)，N型區(qū)的電子擴(kuò)散到P型區(qū)，P型區(qū)的空穴擴(kuò)散到N型區(qū)，此時(shí)，N型帶正電，P型帶負(fù)電，在硅半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)。當(dāng)太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體P一N結(jié)上時(shí)，形成新的空穴一電子對(duì)，在P一N結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由N型區(qū)流向P型區(qū)，電子由P型區(qū)流向N型區(qū)，當(dāng)接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能光伏電池的工作原理，如圖4-4所示。
電子
空穴
N型半導(dǎo)體
P型半導(dǎo)體
a 太陽(yáng)能半導(dǎo)體晶片
太陽(yáng)光
b 晶片受太陽(yáng)光照射過(guò)程中帶正電的空穴向P型半導(dǎo)體區(qū)移動(dòng)帶負(fù)電的電子向N型半導(dǎo)體區(qū)移動(dòng)
太陽(yáng)光
c 晶片受太陽(yáng)光照射以后電子從N區(qū)負(fù)電極流出負(fù)電，空穴從P區(qū)正電極流出正電
圖4-4 太陽(yáng)能光伏電池工作原理圖
將太陽(yáng)能光伏電池單元進(jìn)行串、并聯(lián)并封裝后就成為太陽(yáng)能光伏電池組件，其功率可達(dá)幾瓦、幾十瓦甚至上百瓦，若干太陽(yáng)能光伏電池組件按需要進(jìn)行串、并聯(lián)后形成太陽(yáng)能光伏電池陣列。
4.4太陽(yáng)能光伏電池的分類
一個(gè)太陽(yáng)能光伏電池最重要的部分是半導(dǎo)體材料層，即用來(lái)產(chǎn)生電流的部分。目前，有許多材料可以用來(lái)做太陽(yáng)能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能產(chǎn)生高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不多。全世界應(yīng)用和研究的光伏材料主要包括單晶硅、多晶硅、砷化稼晶體材料以及非晶硅、磅化錫等薄膜材料。從對(duì)太陽(yáng)能光吸收效率、能量轉(zhuǎn)換效率、制造技術(shù)的成熟與否以及制造成本等多個(gè)因素來(lái)看，每種光伏材料各有其有缺點(diǎn)。
4.4.1單晶硅太陽(yáng)能光伏電池
硅系列太陽(yáng)能光伏電池中，單晶硅太陽(yáng)能光伏電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)最成熟（一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)），使用壽命也最長(zhǎng)。但是，由于受單晶硅太陽(yáng)能光伏電池材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝的影響，使得單晶硅成本價(jià)格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困難的。
4.4.2非晶硅薄膜太陽(yáng)能光伏電池
由于非晶硅薄膜太陽(yáng)能光伏電池資源豐富、制造過(guò)程簡(jiǎn)單并且成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但是與晶體硅太陽(yáng)能光伏電池相比光電轉(zhuǎn)換效率較低，穩(wěn)定性較差。
4.4.3多晶硅薄膜太陽(yáng)能光伏電池
通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350~450pm的高質(zhì)量硅片上制成的，為了節(jié)省材料，人們采用化學(xué)氣相沉積法制備多晶硅薄膜電池，通常先用低壓化學(xué)氣相沉積在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無(wú)疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，另外還采用了幾乎所有制備單晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，無(wú)效率衰退問(wèn)題，并且還有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本價(jià)格遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率又高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能光伏電池市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。
4.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的計(jì)算
本設(shè)計(jì)采用JMD型光伏電池板，其單板的電氣參數(shù)如表4-1所示：
表4-1 JMD型光伏電池板單板的電氣參數(shù)
電器特性
規(guī)格
額定輸出最大功率（WP）
12.2W
額定電流 (A)
0.709A
額定電壓 (V)
17.2V
開(kāi)路電壓 (V)
19V
負(fù)載電壓為48V，功率為200 W，每天工作10小時(shí)，最長(zhǎng)的連陰雨天為10天，兩個(gè)最長(zhǎng)的連陰雨天相隔的天數(shù)為15天，蓄電池采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，浮充電壓為55.2V。其水平太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)參照表4-2“我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表”資料，實(shí)際計(jì)算如下：
表4-2 我國(guó)主要城市的輻射參數(shù)表
城市
緯度Φ
日輻射量Ht
最佳傾角Φop
斜面日輻射量
修正系數(shù)Kop
哈爾濱
45.68
12703
Φ＋3
15838
1.1400
長(zhǎng)春
43.90
13572
Φ＋1
17127
1.1548
沈陽(yáng)
41.77
13793
Φ＋1
16563
1.0671
北京
39.80
15261
Φ＋4
18035
1.0976
天津
39.10
14356
Φ＋5
16722
1.0692
呼和浩特
40.78
16574
Φ＋3
20075
1.1468
太原
37.78
15061
Φ＋5
17394
1.1005
烏魯木齊
43.78
14464
Φ＋12
16594
1.0092
西寧
36.75
16777
Φ＋1
19617
1.1360
蘭州
36.05
14966
Φ＋8
15842
0.9489
銀川
38.48
16553
Φ＋2
19615
1.1559
西安
34.30
12781
Φ＋14
12952
0.9275
上海
31.17
12760
Φ＋3
13691
0.9900
南京
32.00
13099
Φ＋5
14207
1.0249
合肥
31.85
12525
Φ＋9
13299
0.9988
杭州
30.23
11668
Φ＋3
12372
0.9362
南昌
28.67
13094
Φ＋2
13714
0.8640
福州
26.08
12001
Φ＋4
12451
0.8978
濟(jì)南
36.68
14043
Φ＋6
15994
1.0630
鄭州
34.72
13332
Φ＋7
14558
1.0476
武漢
30.63
13201
Φ＋7
13707
0.9036
長(zhǎng)沙
28.20
11377
Φ＋6
11589
0.8028
廣州
23.13
12110
Φ－7
12702
0.8850
?？?
20.03
13835
Φ＋12
13510
0.8761
南寧
22.82
12515
Φ＋5
12734
0.8231
成都
30.67
10392
Φ＋2
10304
0.7553
貴陽(yáng)
26.58
10327
Φ＋8
10235
0.8135
昆明
25.02
14194
Φ－8
15333
0.9216
拉薩
29.70
21301
Φ－8
24151
1.0964
4.5.1光伏電池組件串聯(lián)數(shù)
將光伏電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來(lái)，就可獲得所需要的工作電壓。另外，太陽(yáng)能光伏電池方陣對(duì)蓄電池充電時(shí)，光伏電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。如果串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對(duì)蓄電池充電。當(dāng)串聯(lián)組件的輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)有明顯的增加。因此，只有當(dāng)光伏電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。計(jì)算方法如下:
（4-1）
式中：——光伏方陣輸出最小電壓；
——光伏電池組件的最佳工作電壓；
——蓄電池的浮充電壓；
——二極管壓降，一般取0.7V；
——其他因素引起的壓降。
蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。
4.5.2光伏電池組件并聯(lián)數(shù)
在確定這個(gè)問(wèn)題之前，我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法。
（1）將光伏電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)能日輻射量，轉(zhuǎn)化成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日照輻射時(shí)數(shù)H(以中國(guó)的中心城市西安的輻射參數(shù)為例)
2.778/1000（hrm×m / kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)1000下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。
（小時(shí)） （4-2）
（2）光伏電池組件日發(fā)電量
(安時(shí)) （4-3）
式中：——光伏電池組件最佳工作電流；
——斜面修正系數(shù)；
——修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。
（3）兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)，主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái)，需補(bǔ)充的蓄電池容量
(安時(shí)) （4-4）
(安時(shí)) （4-5）
（4）光伏電池組件并聯(lián)數(shù)的計(jì)算方法
（4-6）
表達(dá)式意為：并聯(lián)所用光伏電池組件數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。
（5）光伏電池方陣的功率計(jì)算
根據(jù)光伏電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需光伏電池方陣的功率：
（4-7）
式中：——光伏電池組件的額定功率
（6）計(jì)算結(jié)果
由于光伏電池板既要給蓄電池充電，又要給負(fù)載提供所需的電量，因此本設(shè)計(jì)選用功率為1806W的光伏電池方陣，需額定功率為17.2 W的光伏電池板4塊串聯(lián)，37塊并聯(lián)。
4.6光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用
4.6.1蓄電池的概念
蓄電池又稱二次電池。它與原電池(又稱一次電池)不同，原電池經(jīng)放電后，不能使用充電方法使其活性物質(zhì)復(fù)原。而蓄電池經(jīng)放電后，可用充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原，再放電，故能以充電、放電方式循環(huán)多次使用。
4.6.2光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用
光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池，其作用是將光伏電池轉(zhuǎn)換出來(lái)的電能儲(chǔ)存起來(lái)以便使用。與光伏電池方陣配套的蓄電池通常在浮充狀態(tài)下工作，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。它的電能量比用電負(fù)載所需的電能量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與光伏電池匹配，要求蓄電池工作壽命長(zhǎng)而且要維護(hù)簡(jiǎn)單。
能夠和光伏電池配套使用的蓄電池種類很多，但目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳錫蓄電池、鏗電池等。光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池一般為鉛酸蓄電池，它的價(jià)格便宜;高低溫性能良好(可在-40~-60℃的條件下工作)；易于浮充使用，沒(méi)有“記憶效應(yīng)”。國(guó)內(nèi)目前最主要使用的蓄電池為鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的光伏電源系統(tǒng)，特別是無(wú)人值守的工作站。而普通鉛酸蓄電池由于需要較強(qiáng)的維護(hù)能力及環(huán)境污染較大，所以主要用于有維護(hù)能力或低檔場(chǎng)合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅使用于較為特殊的場(chǎng)合。鋰電池從各方面性能來(lái)看都非常突出且比較輕，配備鋰電池當(dāng)然是首選，但價(jià)格昂貴。因此在本設(shè)計(jì)中選用鉛酸蓄電池。
鉛酸蓄電池的應(yīng)用非常的廣泛。現(xiàn)在市面上有各種用途的鉛酸蓄電池，如固定型防酸式、牽引用、鐵路客車用、內(nèi)燃機(jī)用、摩托車用、礦燈用、航標(biāo)用、航空用等光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池是固定型防酸式鉛酸蓄電池，它的電解液較稀，壽命長(zhǎng)，適合于浮充使用。
4.6.3鉛酸蓄電池的電池反應(yīng)
鉛酸蓄電池未接負(fù)載時(shí)，正負(fù)極板都與電解液形成雙電層，正極板具有正電位，負(fù)極板具有負(fù)電位，正負(fù)極間的電位差就是蓄電池的電動(dòng)勢(shì)，其值約為2.1伏。電解液的比重比同，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)也不同，鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)一般可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
（4-8）
式中表示15℃時(shí)，極板活性物質(zhì)為空中電解液的比重，0.85為鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。
蓄電池充電過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)為:
（4-9）
正極 水 負(fù)極 正極 硫酸 負(fù)極
從上式可以看出，充電過(guò)程中，正極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)槎趸U，負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)楹＞d狀Pb。同時(shí)，電解液中的硫酸分子逐漸增加，水分子逐漸減少，因此電解液的比重逐漸增加，蓄電池的端電壓也逐漸增加，蓄電池充電電流的大小通常用充電率表示。比如，用10小時(shí)率充電電流進(jìn)行充電，10個(gè)小時(shí)后充入蓄電池的電量即可達(dá)到它的額定容量，因此10小時(shí)率充電電流為：
（4-10）
式中：C——蓄電池的額定容量。
蓄電池放電過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)為:
（4-11）
正極 硫酸 負(fù)極 正極 水 負(fù)極
從上式可以看出，在蓄電池放電過(guò)程中，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)(和)都不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，由于硫酸鉛的導(dǎo)電性能比較差，所以放電后，蓄電池的內(nèi)阻增加。此外，在放電過(guò)程中，由于電解液中的硫酸逐漸變?yōu)樗噪娊庖旱谋戎刂饾u下降。這樣，也使蓄電池的內(nèi)阻增加，電動(dòng)勢(shì)降低。蓄電池的端電壓下降到1.8V時(shí)，蓄電池就不應(yīng)再繼續(xù)放電。放電終了時(shí)，蓄電池放出的電量Q（即放電電流介與放電時(shí)間t的乘積)成為蓄電池的容量，通常用C表示。
4.6.4鉛酸蓄電池的容量設(shè)計(jì)
(安時(shí)) （4-12）
式中：——安全系數(shù)，取1.1-1.4之間；
——負(fù)載的日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；
——最長(zhǎng)連陰雨天數(shù)；
——溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；
——蓄電池的放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75
因此選用工作電壓為48V，容量為800Ah的蓄電池。
4.7本章小結(jié)
本章主要內(nèi)容是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)及其組成，太陽(yáng)能光伏電池的原理及其分類，光伏發(fā)電系統(tǒng)的計(jì)算，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用。
第5章 太陽(yáng)能電池板舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1傳動(dòng)類型的選擇
選擇螺旋傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)：
（1）將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，并能以較小的轉(zhuǎn)矩得到很大的軸向力；
（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲；
（3）滑動(dòng)螺旋可制成自鎖機(jī)構(gòu)；
（4）工作速遞一般比較低。
螺旋傳動(dòng)主要由螺桿與螺母組成。除自鎖螺旋外，一般用來(lái)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件間的相互位置。當(dāng)其以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高傳動(dòng)精度時(shí)，稱為傳動(dòng)螺旋。以調(diào)整零件間的相互位置為主時(shí)，稱為調(diào)整螺旋。
5.2螺旋傳動(dòng)的類型特點(diǎn)和選擇
根據(jù)螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動(dòng)可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋3大類。特點(diǎn)如表5-1。
表5-1 螺旋傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)
類型
特點(diǎn)
滑動(dòng)螺旋
1．摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，一般僅0.3—0.7。當(dāng)螺紋升角小于摩擦角時(shí)，反行程自鎖，這時(shí)效率低于0.5；
2．磨損快；
3．運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；
4．螺紋間有側(cè)向間隙，定位精度低，軸向剛度較差；
5．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低
滾動(dòng)螺旋
1．摩擦阻力小，傳動(dòng)效率在0.9以上。具有傳動(dòng)的可逆性；
2．工作壽命長(zhǎng)，平均約為滑動(dòng)摩擦的10倍；
3．運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行；
4．可得到很高的定位精度和軸向剛度；
5．不能自鎖，抗沖擊及承受徑向載荷的能力差；
6．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高
靜壓螺旋
1．摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率在0.95以上。無(wú)自鎖性，具有傳動(dòng)的可逆性；
2．磨損小，壽命長(zhǎng)；
3．承載能力和抗震性好，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行；
4．反向時(shí)無(wú)空行程，具有很高的很高的定位精度和軸向剛度；
5．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高
5.3滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)
滑動(dòng)螺旋副的螺紋通常為梯形、鋸齒形和矩形，特點(diǎn)如表5-2。
表5-2 滑動(dòng)螺旋副的螺紋種類和特點(diǎn)
螺紋種類
代號(hào)
主要特點(diǎn)
梯形螺紋
Tr
牙型角α=30°，螺紋副的小徑和大徑處有相等的徑向間隙，螺紋工藝性好，牙根強(qiáng)度高，內(nèi)、外螺紋的對(duì)中性好，采用剖分式螺母可調(diào)整、消除軸向間隙。但傳動(dòng)效率比矩形和鋸齒形螺紋低。它是螺旋傳動(dòng)中最常用的一種
鋸齒形螺紋
S
工作面的牙型斜角為3°，非工作面的牙型斜角為30°.外螺紋的牙根部有較大圓角，以減小應(yīng)力集中。螺紋副大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中，比梯形螺紋強(qiáng)度高、效率高。主要用于單向受力的傳力螺旋
液壓機(jī)用鋸齒形螺紋
YS
非工作面的牙型斜角為45°，性能與一般鋸齒形螺紋（S）相同。主要用于大型液壓機(jī)中的大直徑螺旋傳動(dòng)
矩形螺紋
牙型為正方形，傳動(dòng)效率比其他螺紋高，但精度制造困難，螺紋副磨損后間隙難補(bǔ)償，對(duì)中精度低，牙根強(qiáng)度弱。一般用于千斤頂?shù)葌髁β菪?
根據(jù)表中所列舉的使用范圍，滑動(dòng)螺旋副的螺紋選擇為梯形。
5.4滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的計(jì)算
已知螺桿兩支承間的距離為L(zhǎng)=2700mm，所受軸向力F=6000N，最高轉(zhuǎn)速nmax=80r/min，螺桿、螺母的材料幾何尺寸見(jiàn)CAD零件圖。
5.4.1耐磨性
螺桿中徑 （5-1）
式中：——螺紋型系數(shù)，梯形螺紋=0.8；
——軸向力（N）；
——螺母長(zhǎng)度與螺桿中徑之比，剖分式螺母；
——需用壓強(qiáng)（MPa）。
公稱直徑和螺距：
螺紋導(dǎo)程 （5-2）
式中，——螺紋線數(shù)，取。
螺母旋合長(zhǎng)度 （5-3）
旋合圈數(shù) （5-4）
螺紋工作高度 （5-5）
螺紋表面工作壓強(qiáng) （5-6）
，校核合格。
5.4.2驗(yàn)算自鎖
螺紋升角 5°44’ （5-7） 當(dāng)量摩擦角 （5-8）
其中 （5-9）
=4°55’ ~5°43’, 取5°20’。
反行程自鎖條件 ，不自鎖。
5.4.3螺桿強(qiáng)度
螺旋傳動(dòng)的 （5-10）
當(dāng)量應(yīng)力 （5-11）
式中： ——螺桿的小徑，。
強(qiáng)度條件
式中：——螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa）
5.4.4螺紋牙強(qiáng)度
螺紋牙底寬度 （5-12）
剪切應(yīng)力 螺桿： （5-13）
螺母： （5-14）
只效驗(yàn)螺母，
螺母： （5-15）
只效驗(yàn)螺母，
螺紋牙強(qiáng)度足夠。
5.4.5螺桿的穩(wěn)定性
柔度 （5-16）
式中：——長(zhǎng)度系數(shù)，取0.7；
——螺桿的最大工作長(zhǎng)度，取2245；
——螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑；
。
臨界載荷當(dāng) （5-17）
未淬火鋼
式中： ——螺桿材料的彈性模量，鋼材的；
——螺桿危險(xiǎn)截面的面積；
穩(wěn)定性的合格條件 ，合格。
5.4.6螺桿的剛度
軸向載荷F使每個(gè)螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量
（5-18）
轉(zhuǎn)矩T使每個(gè)螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量
（5-19）
式中，——螺桿材料的切變模量，鋼材的
每個(gè)螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形量
（5-20）
單位長(zhǎng)度變 （5-21）
式中：——許用單位長(zhǎng)度變形量。
螺桿剛度合格。
5.4.7螺桿的橫向振動(dòng)
臨界轉(zhuǎn)速 （5-22）
式中：——螺桿兩支承間的距離（mm）；
——支承系數(shù)，取3.927；
——鋼的密度取.
工作轉(zhuǎn)速 （5-23）
滿足要求。
5.4.8動(dòng)力計(jì)算
驅(qū)動(dòng)功 （5-24）
式中：T——螺旋傳動(dòng)中主動(dòng)件上的轉(zhuǎn)矩；
n——螺旋傳動(dòng)中主動(dòng)件上的轉(zhuǎn)速；
F——螺旋傳動(dòng)中移動(dòng)件上的軸向力(N)；
——從動(dòng)力源到螺旋傳動(dòng)主動(dòng)件間的機(jī)械效率，取0.895；
——螺旋傳動(dòng)的正行程效率。
5.5本章小結(jié)
本章主要內(nèi)容是太陽(yáng)能電池板舉升機(jī)構(gòu)類型的選擇及其運(yùn)算。太陽(yáng)能電池板舉升機(jī)構(gòu)類型為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)舉升，滑動(dòng)螺旋副的螺紋選擇為梯形。初選了螺母螺桿的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算確定初選參數(shù)是否合適，再由初選參數(shù)計(jì)算出其它參數(shù)。
第6章 柴油發(fā)電機(jī)組的選擇
6.1柴油發(fā)電機(jī)組的組成和優(yōu)點(diǎn)
柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)、三相交流同步發(fā)電機(jī)、控制柜及各種輔助部件組成。是一個(gè)技術(shù)密集型，機(jī)電一體化產(chǎn)品。可以有效保證連續(xù)、正常、穩(wěn)定、安全用電。
柴油發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)：
（1）設(shè)備緊湊、單位功率重量輕
因柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)備比較簡(jiǎn)單、輔助設(shè)備少、重量輕，其單位功率重量輕。靈活便捷，方便移動(dòng)。
（2）單機(jī)容量等級(jí)多
柴油發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量從幾KW到幾千KW，根據(jù)用途和負(fù)載可選擇的容量范圍大，具有使用于多種容量用電負(fù)載的優(yōu)勢(shì)。
（3）熱效率高，燃油消耗低
柴油發(fā)電機(jī)的有效熱效率為20%~46%，高壓蒸汽輪機(jī)為 20%~40%，燃?xì)廨啓C(jī)為20%~30%。可以看出，柴油發(fā)電機(jī)的有效熱效率是比較高的，因此其燃油消耗較低。
（4）啟動(dòng)迅速、并能很快打到全功率
柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)一般只需要幾秒鐘，在應(yīng)急情況下可在1min內(nèi)帶全負(fù)載，在正常工作狀態(tài)僅在5~10min內(nèi)帶到全負(fù)載，而蒸汽動(dòng)力裝置從啟動(dòng)到全負(fù)載一般需要3~4h，柴油發(fā)電機(jī)組的停機(jī)過(guò)程也很短，緊急狀態(tài)可即時(shí)停機(jī)，正常狀態(tài)的停機(jī)過(guò)程不超過(guò)3min，可以頻繁起停。這一特點(diǎn)使柴油發(fā)電機(jī)組很適合作為應(yīng)急或備用電源。
（5）操作簡(jiǎn)單、維護(hù)便利
（6）柴油發(fā)電機(jī)組投資較少，建設(shè)與發(fā)電綜合成本最低
6.2柴油發(fā)電機(jī)組的工作原理
在汽缸內(nèi)，經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞下行，稱為“作功”。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過(guò)連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
將無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。
6.3柴油發(fā)電機(jī)組的選擇及其參數(shù)
從車廂的尺寸，柴油發(fā)電機(jī)組的噪音、振動(dòng)等方面考慮，本人選用威爾信公司生產(chǎn)的P275HE柴油發(fā)電機(jī)組。其參數(shù)如表6-1和表6-2。
表6-1 P275HE柴油發(fā)電機(jī)組參數(shù)
發(fā)電機(jī)型號(hào)
LL5014J
柴油機(jī)型號(hào)
Perkins 1306-E87TA330
汽缸數(shù)
6（直列）
汽缸容積：L
8.7
缸徑/行程：mm
116.6
壓縮率
16.9：1
進(jìn)氣方式
渦輪增壓，空對(duì)空中冷
輸出電壓：V
380~415
輸出功率：KW
220
頻率：HZ
50
轉(zhuǎn)速：RPM
1500
柴油機(jī)軸功率：KW
246
制動(dòng)均壓：KPA
2261
活塞速度m/s
6.8
油箱容量：L
350
耗油量：I/hr
60.1
排煙系統(tǒng)熱輻射：KW
190
冷卻系統(tǒng)熱輻射：KW
108
總散熱：KW
62.9
排煙溫度：℃
528
排風(fēng)量：
318
燃?xì)饬浚?
16.4
排煙量：
44.5
表6-2 機(jī)組尺寸和重量
長(zhǎng)：mm
寬：mm
高：mm
凈重：kg
毛重：kg
2953
1003
1717
2138
2172
6.4本章小結(jié)
本章主要內(nèi)容是柴油發(fā)電機(jī)組的選擇及發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)。選擇威爾信柴油發(fā)電機(jī)組，查閱威爾信公司給出的柴油發(fā)電機(jī)組的資料了解柴油發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)，根據(jù)參數(shù)資料確定適合本次設(shè)計(jì)的柴油發(fā)電機(jī)組的型號(hào)以及輸出功率。
第7章 基本性能參數(shù)計(jì)算
專用汽車性能參數(shù)計(jì)算是總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，其目的是檢驗(yàn)整車參數(shù)選擇是否合理，使用性能參數(shù)能否滿足要求。最基本的性能參數(shù)計(jì)算包括動(dòng)力性計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性計(jì)算。
7.1多功能供電車整車參數(shù)
表7-1 多功能供電車部分整車參數(shù)
名稱
符號(hào)
數(shù)值與