RO126149B1 - Mecanism de orientare articulat - Google Patents

Description

Mecanism de orientare articulat, destinat orientării unor module fotovoltaice sau colectoare solare termice, după o axă caracterizată printr-o cursă unghiulară mare, cu scopul maximizării energiei solare captate de acestea.

Se cunoaște documentul RO 125253 A2, care dezvăluie un mecanism de orientare a unui panou solar, ce realizează deplasări unghiulare relativ mari, în vecinătatea valorii de 180°, cu scopul optimizării unghiului de incidență rază solară-panou, fiind format dintr-un mecanism patrulater plan, alcătuit din două balansiere, scurt și lung, și o bielă, în care balansierul lung efectuează o deplasare unghiulară sub acțiunea unui mecanism triunghiular plan, cu un actuator liniar, care se transmite amplificat, prin bielă, la balansierul scurt, imprimându-i o deplasare unghiulară cu o valoare de cel puțin două ori mai mare. Acest tip de mecanism are dezavantajul unui grad de complexitate mai ridicat, ceea ce implică costuri de fabricație mai mari, alături de un gabarit relativ mare.

Documentul EP 1998122 A1 dezvăluie un sistem de urmărire cu două axe, utilizat la suportul unor module fotovoltaice, pentru urmărirea mișcării soarelui, atât pe orizontală, cât și pe verticală, în funcție de oră, format dintr-un turn tubular aplicat pe sol ce susține un cap rotativ, care servește în același timp ca suport pentru un modul fotovoltaic, prin intermediul unei axe de rotație și a unui actuator pentru reglarea unghiului. Acest tip de mecanism de orientare are următoarele principale dezavantaje față de un mecanism articulat cu actuator liniar: a) preț de cost net mai mare; b) complexitate structurală, constructivă și tehnologică net mai ridicată.

Scopul invenției este de a extinde utilizarea mecanismelor cu actuatoare liniare și la sisteme de orientare caracterizate prin curse unghiulare mari, în condițiile unei complexități și a unui gabarit relativ reduse.

Problema pe care o rezolvă invenția este de a crește cursa unghiulară a unei articulații antrenate de un actuator liniar, prin intermediul unui sistem de bare articulate, în vederea orientării după o axă, caracterizată printr-o cursă unghiulară ridicată, a unor module fotovoltaice sau colectoare solare termice.

Mecanismul de orientare propus soluționează problema tehnică prin folosirea unui mecanism intermediar articulat plan de tip culisor-bielă-balansier care, sub acțiunea unui actuator liniar, permite realizarea unei deplasări unghiulare de circa 180° între elementele unei cuple de rotație formată de balansier și bază.

Se prezintă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 ...7 și cu tabelul, care reprezintă:

-fig. 1, configurație geometrică 2D a unui mecanism plan articulat de tip culisor-bielăbalansier, în care sunt puse în evidență pozițiile extreme și pozițiile în care unghiul de transmitere are o valoare minim admisă b = b_{min ad};

- fig. 2, schemă 3D a unui exemplu de aplicare a mecanismului din fig. 1, în cazul orientării azimutale a unei platforme fotovoltaice cu orientare de tip azimut-altitudine, în care culisorul este acționat printr-un actuator electric liniar articulat la bază și la culisor;

- fig. 3, schemă 3D a unui exemplu de aplicare a mecanismului plan din fig. 1, pentru orientarea azimutală a unei platforme fotovoltaice cu orientare de tip azimut-altitudine, în care culisorul este acționat printr-un actuator electric liniar a cărui piuliță este solidară cu culisorul;

- fig. 4, grafice în care sunt reprezentate familii de curbe ale cursei unghiulare în funcție de unghiul de transmitere minim admis;

- fig. 5, grafice în care sunt reprezentate familii de curbe privind lungimea redusă a bielei în funcție de unghiul de transmitere minim admis: variații ale raportului l₂/l·, (lungime bielă/lungime balansier) corespunzătoare unei excentricități reduse e/l., = 0,65; 0,7 și 0,8;

RO 126149 Β1

- fig. 6, grafice în care sunt reprezentate familii de curbe privind cursa redusă a 1 cuiisoruIui în funcție de unghiul de transmitere minim admis: variații ale raportului s/l., (cursa culisor/lungime balansier) corespunzătoare unei excentricități reduse el\_A = 0,65; 0,7 și 0,8; 3

-fig. 7, algoritm de calcul pentru dimensionarea mecanismului;

- tabel, soluții rezultate pentru dimensiunile mecanismului în cazul unui exemplu de 5 calcul.

Mecanismul de orientare conform invenției, în legătură cu fig. 1 ...7, este format dintr-un 7 mecanism plan articulat, alcătuit dintr-o bază 0, un balansier 1 de lungime l_1; o bielă 2 de lungime l₂ și un culisor 3, articulate între ele prin 3 cuple de rotație cu axe paralele A = (0; 1), 9

B = (1; 2) și C = (2; 3), și printr-o cuplă de translație D = (3; 0), al cărei ghidaj este perpendicular pe axele cuplelor de rotație A, B și C și este dispus excentric față de cupla A la o distanță 11 e culisorul 3, sub acțiunea unui actuator liniar M, efectuează o deplasare liniară pe o cursa s și induce balansierului 1, prin intermediul bielei 2, o deplasare unghiulară de orientare (față 13 de bază) pe o anumită cursă unghiulară a (specifică mișcării de orientare); dacă actuatorul liniar M este de tip telescopic (fig. 2), acesta este articulat la baza 0 printr-o cuplă de rotație 15 și la culisorul 3 printr-o articulație de tip sferic sau de rotație, iar dacă actuatorul liniar M este de tip sanie (fig. 3), acesta are un șurub rotativ și o piuliță culisantă care este solidară cu culi- 17 sorul 3. în fig. 1, pozițiile B_1; C_1; D, și B₃, C₃, D₃, ale cuplelor B, C și D, desemnează poziția inițială și, respectiv, poziția finală a mecanismului, iar pozițiile B_1; C_1; D₄ și B₂, C₂, D₂, ale cuplelor 19 B, C și D, desemnează pozițiile mecanismului în care unghiul de transmitere din cupla B (1;

2) atinge o valoare minim admisă b = b_minad. 21

Mecanismul este optim dacă realizează cursa unghiulară de orientare impusă a la un gabarit redus și dacă, în timpul orientării, unghiul de transmitere b din cupla B (1; 2) nu 23 scade sub unghiul de transmitere minim admis b_{min ad}. Așadar, fiind impuse cursa unghiulară de orientare a și unghiul de transmitere minim admis b_minad, diagramele din fig. 4, 5, 6 și din 25 tabel permit determinarea geometriei mecanismului de orientare optim, în conformitate cu un algoritm ilustrat în fig. 7. 27 în continuare, se prezintă un exemplu de calcul bazat pe algoritmul din fig. 7 și fig. 4...6. 29

Exemplu de calcul

Se dau: 31

1. structura mecanismului de orientare în care dimensiunile l_1; l₂, s și e sunt necunoscute, fig. 1. 33

2. cursa unghiulară de orientare impusă a = 180°.

3. unghiul de transmitere minim admis b > b_minad ⁼ 30° (pentru transmiterea forțelor 35 cu evitarea blocării).

Se cer: a) Valorile rapoartelor dimensionale e/l_r \₂I\_A, s/l., pentru care se realizează 37 un gabarit cât mai redus și unghiuri de transmitere cât mai mari; b) dimensiunile mecanismului în premisa unei aplicații în care se folosește un actuator liniar cu o cursă de 39 s = 750 mm, iar momentul maxim de încărcare impune utilizarea unui balansier = 250 mm.

Etapa I - Pentru valoarea impusă a unghiului de orientare a, cu ajutorul fig. 4 se 41 determină valorile unghiului de transmitere b_min, corespunzătoare domeniului de variație al raportului e/l.,, cu reținerea valorilor care asigură evitarea blocării (b_min > b_{min ad}); pentru a = 43 = 180° și el\^ = 0,65, 0,7, 0,8 (fig. 4), toate valorile rezultate pentru b_min, îndeplinesc condiția evitării blocării (tabel): b_min = 31,89° (e/l-, = 0,65) > b_minad = 30°; 32,26° (e/l-, = 0,7) > b_minad = 45 = 30°; 32,62° (e/l, = 0,8) > b_min._ad = 30.

RO 126149 Β1

Etapa II - Cu ajutorul fig. 5 se determină valorile raportului l₂/l., (vezi și tabelul) pentru fiecare pereche de valori stabilite anterior (b_min; e/IJ: l₂/l₁ = 1,228 (e/l., = 0,65, b_min = 31,89°); 1,298 (e/l, = 0,7 b_min = 32,26°); 1,433 (e/l, = 0,8, b_min = 32,62).

Etapa III - în mod analog cu etapa precedentă, din fig. 6 se determină valoarea raportului cursei culisorului s/l., (vezi și tabelul), pentru fiecare pereche de valori (b_min; e/l.,): s/h = 2,858 (e el\, = 0,65, b_min = 31,89°); 2,897(e/l.,) = 0,7 b_min = 32,26°); 2,971 (el\, = 0,8, b_min= 32,62°).

Alegerea soluției optime dintre rezultatele obținute, sistematizate în tabel, precum și dintre cele care pot fi generate din acestea prin interpolare liniară, depinde de particularitățile concrete ale aplicației practice, privind gabaritul, cursa culisorului, încărcarea structurii etc. în condițiile datelor numerice considerate inițial (s = 750 mm, Ι_ή = 250 mm), rezultă că aplicația solicită realizarea unui raport s/l., < 750/250 = 3. Deoarece variația lui b_min este practic neglijabilă se preferă varianta cu cel mai mic gabarit, adică: s/l., = 2,858, \ f\_} = 1,228, e/l-, = 0,65, b_min = 31,89°, care conduce la următoarele dimensiuni optime (tipărite îngroșat în tabelul 1): I, = 250 mm, l₂ = 307 mm, e = 162,5 mm și s = 714,5 mm.

Date de intrare:
a = 180°, b > bminad = 30°, I, = 250 mm, s = 750 mm
e/l,	e	^min Fig. 4	l2/li Fig. 5	L	s/l., Fig. 6	s
	[mm]	[Ί		[mm]		[mm]
0,65	162,5	31,89	1,228	307	2,858	714,5
0,7	175	32,26	1,298	324,5	2,897	724,25
0,8	200	32,62	1,433	358,25	2,971	742,75

Utilizarea unor astfel de mecanisme este exemplificată în fig. 2 și 3, pentru acționarea mișcării azimutale a unei platforme fotovoltaice cu orientare bi-axială de tip azimut-altitudine.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- mecanismul conform invenției permite extinderea utilizării unui actuator electric liniar cu șurub și la realizarea unor curse unghiulare de orientare mari;

- mecanismul este o construcție simplă și cu fiabilitate ridicată;

- este relativ ieftin și nu ridică probleme tehnologice speciale;

- este ireversibil (datorită mecanismului șurub-piuliță cu autofrânare din actuatorul liniar), asigurând autoblocarea sistemului de orientare (în poziție de repaus) fără dispozitive speciale de frânare/blocare.

Claims (4)

1. Revendicări 1

   1. Mecanism de orientare articulat, format dintr-o bază (0), un balansier (1) articulat 3 la un capăt de bază (0), iar la celălalt capăt de o bielă (2), prin intermediul a două cuple de rotație (A, B), și un actuator liniar (M) de acționare a bielei (2), caracterizat prin aceea că 5 un culisor (3) este articulat de bielă (2) printr-o cuplă de rotație (C) și de bază (0) printr-o cuplă de translație (D) al cărei ghidaj este perpendicular pe axele cuplelor (A, B, C) și dispus 7 excentric față de cuplă (A), iar culisorul (3), fiind cuplat și acționat de actuator (M), efectuează o deplasare liniară și induce balansierului (1), prin intermediul bielei (2), o deplasare 9 unghiulară de orientare față de bază (0).
2. 2. Mecanism de orientare articulat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea 11 că actuatorul liniar (M) este de tip telescopic și este articulat la bază (0) printr-o cuplă de rotație, iar la culisor (3) printr-o cuplă sferică. 13
3. 3. Mecanism de orientare articulat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că actuatorul liniar (M) este de tip sanie format dintr-un șurub rotativ și o piuliță culisantă 15 solidară cu cursorul (3).
4. 4. Mecanism de orientare articulat, conform revendicărilor 1,2 și 3, caracterizat prin 17 aceea că rapoartele optime ale mecanismului de orientare (l₂/l., și s/l.,) se pot determina în funcție de raportul (e/l.,), pentru o cursă unghiulară de orientare impusă (a) a balansierului 19 (1) și a unui unghi de transmitere minim admis (b_{min ad}), cu ajutorul unui algoritm de calcul și a unor nomograme care permit determinarea optimă a dimensiunilor mecanismului de orien- 21 tare (e, I și s), în funcție de lungimea balansierului (Ι₄) pentru un gabarit cât mai mic în condițiile evitării blocării. 23