一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构及其设计方法与流程

本发明属于太阳跟踪装置技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构，本发明还涉及上述配重机构的设计方法。

背景技术：

跟踪式光伏支架是太阳能光伏发电装置的重要组成部分，通过自动调整跟踪支架的工作角度，可以使支架上安装的光伏电池板尽可能迎向太阳光线的入射方位，从而达到使光伏电池板最大化接收太阳辐射能量的目的。

由于光伏电池板对遮挡物形成的阴影非常敏感，为了避免产生阴影遮挡而降低发电量，通常需要将光伏电池板安装在整个跟踪支架机械结构的最上部。通常的结构方式是在主轴上部叠压安装檩条，然后再在檩条上部安装光伏电池板，这样就可以保证电池板的表面高于所有机械结构，也就杜绝了遮挡阴影的产生。

完全跟踪太阳运动的双轴光伏跟踪系统造价较高，为了提高投资收益比，可以对其进行简化，只对其中变化速度较块、范围较大的一个旋转轴进行单一跟踪，这就构成了所谓的单轴光伏跟踪支架系统。

为了降低大风对跟踪支架的作用力，保护跟踪支架安全，当风速达到某一设定值后，跟踪式光伏系统会自动将支架旋转调整到光伏电池板与地面水平的位置，在此位置下支架的迎风面积最小，风载作用最弱。通常将跟踪支架的这一位置称为“抗风保护位置”。

跟踪式光伏支架这种电池板无遮挡的要求，导致电池板必须安装在支架上部且与旋转轴中心形成一定的偏心距。光伏电池板安装在旋转轴上，由于电池板重心和旋转主轴的回转中心之间存在距离s，当光伏电池板离开水平位置，发生偏角后，就会形成偏心扭矩。

这个偏心矩的存在带来如下问题：

(1)较大的偏心扭矩导致跟踪支架工作时对驱动机构的力矩需求增加，跟踪支架的偏角越大偏心扭矩也越大，并在偏转角为90度时达到最大值。为了驱动支架旋转而加大驱动力矩又造成了跟踪系统成本增加功耗加大。

(2)当主轴上安装的电池板较多时旋转主轴长度加大，同时旋转主轴传递的扭矩也越大，传递较大扭矩会引起主轴的扭转变形。跟踪支架驱动机构通常安装在旋转主轴中部，电池板沿主轴向两侧扩展。距离驱动机构越远的位置，主轴的累积变形量越大，导致同一主轴上电池板跟踪角度不一致。

除了偏心扭矩的问题外，跟踪式光伏支架还存在如下风载抖振问题：

(3)为降低系统成本，光伏跟踪支架通常采用较为简易的传动装置和轻量化的结构，这就导致整个支架的弹性变形和传动间隙都比较大。风载作用于跟踪支架电池板，会引起电池板带动旋转轴在传动间隙和弹性形变的范围内发生抖振。即使跟踪式光伏支架处于抗风保护位置，由于存在传动间隙和弹性变形，风载也可以使电池板偏离水平位置发生抖振。

如上述(1)、(2)点所述，由于跟踪支架存在一个因主轴上部结构重下部结构轻引起的偏心距，当第(3)点所述的抖振发生后，上重下轻形成的偏心扭矩会使电池板偏离幅度进一步加大，进而扩大了对支架的冲击损害。

跟踪支架的这种抖振会对电池板造成冲击应力，进而引起电池板隐裂和螺栓松动等一系列问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构，解决了现有单轴光伏跟踪支架存在的旋转主轴风载抖动和偏心矩降低系统能效问题。

本发明的另一个目的是提供上述配重机构的设计方法。

本发明所采用的第一种技术方案是：包括若干个呈直线排列的支撑立柱，每个支撑立柱的顶端均设置有旋转轴承，穿过多个旋转轴承的中心设置有旋转主轴，旋转主轴安装有若干个光伏电池板，且各光伏电池板依次沿旋转主轴的长度方向排列；支撑立柱与旋转主轴的连接处安装有配重摆臂，配重摆臂与光伏电池板的背面垂直设置；配重摆臂与支撑立柱之间设有单向弹性阻尼器；

配重摆臂的自由摆臂端设有配重块，配重块通过配重摆臂向主旋转轴输入扭矩，该扭矩用于平衡光伏电池板对主旋转轴形成的偏心扭矩。

本发明第一种技术方案的特点还在于：

单向弹性阻尼器采用单向拉杆式阻尼器，包括单向弹性阻尼器本体和阻尼器拉杆，单向拉杆式阻尼器与光伏支架的连接方式为：单向弹性阻尼器本体的固定端通过立柱铰链连接在支撑立柱上，单向弹性阻尼器本体的可伸缩端的阻尼器拉杆通过摆臂铰链连接在配重摆臂上；

或者为，单向弹性阻尼器本体的固定端通过摆臂铰链连接在配重摆臂上，单向弹性阻尼器本体的可伸缩端的阻尼器拉杆通过立柱铰链连接在支撑立柱上。

当所述光伏电池板处于水平位置时，配重摆臂垂直向下，摆臂铰链与立柱铰链之间的距离最短，单向弹性阻尼器本体回缩至最短状态，当光伏电池板偏离水平位置时，阻尼器拉杆被拉伸。

单向弹性阻尼器采用单向牵拉式阻尼器，包括安装在阻尼机构框架上的旋转轴，旋转轴上依次同轴安装有牵拉式阻尼器本体、绕线轮及涡卷弹簧机构，绕线轮上缠绕有绳索；

单向牵拉式阻尼器与支撑立柱的连接方式为：

牵拉式阻尼机构框架连带与其固接的牵拉式阻尼器本体连接在支撑立柱下部，牵拉式阻尼器绳索可动端连接在配重摆臂下端的配重摆臂牵拉点上；

或者为，牵拉式阻尼机构框架连带与其固接的牵拉式阻尼器本体安装在配重摆臂下端，牵拉式阻尼器绳索的可动端连接在支撑立柱下部。

当所述光伏电池板处于水平位置时，配重摆臂垂直向下，同时配重摆臂牵拉点与牵拉式阻尼器本体的绳索出口位置最接近，绳索收入牵拉式阻尼器本体内部的长度最大，绳索的露在牵拉式阻尼器本体外部的长度最小，当光伏电池板偏离水平位置时，阻尼器绳索被拉伸出的长度增加。

本发明所采用的第二种技术方案是：一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构的设计方法，包括若干个呈直线排列的支撑立柱，每个支撑立柱的顶端均设置有旋转轴承，穿过多个旋转轴承的中心设置有旋转主轴，旋转主轴安装有若干个光伏电池板，且各光伏电池板依次沿旋转主轴的长度方向排列；在旋转主轴上安装有配重摆臂，且配重摆臂与光伏电池板的背面垂直，配重摆臂与地面的固定点之间还可以设置用于吸收风震能量、抑制旋转主轴抖动的单向弹性阻尼器。

配重摆臂的自由摆臂端安装有配重块，配重块通过配重摆臂向主旋转轴输入扭矩，扭矩计算公式：

nd＝g×l×9.8×cosα(1)；

nd为配重输入扭矩，g为配重块质量，l为配重摆臂等效长度，α为跟踪支架偏转角度；

扭矩用于平衡光伏电池板对主旋转轴形成的偏心扭矩。

单向弹性阻尼器，包括一个固定点和一个可伸缩的牵拉点，阻尼器拉伸时固定点与可伸缩牵拉点的距离加大，同时弹性机构被压缩蓄能，当拉伸速度较低时阻尼器的阻尼力较小，当拉伸速度超过设定阈值时阻尼力矩上升至额定值，当外部拉力消失或者小于弹性回缩力时，阻尼器在外部压力或者弹性回缩力作用下回退，固定点与可伸缩牵拉点之间的距离缩小。

单向弹性阻尼器，包括一个固定点和一个可伸缩的牵拉点，固定点连接在与光伏支架地基固接的部件上，可伸缩的牵拉点连接在运动的配重摆臂上，当支架处于水平抗风位置时单向弹性阻尼器固定点与可伸缩牵拉点之间距离最短，当光伏跟踪支架正常跟踪太阳时，可伸缩牵拉点的运动速度低于单向弹性阻尼器速度阈值，阻尼器阻尼力较小；当风载抖振使得可伸缩牵拉点的运动速度高于单向弹性阻尼器速度阈值时，阻尼器阻尼力达到较大的额定值，向跟踪支架提供较大阻尼力限制支架旋转主轴的摆震速度，吸收风震能量。

配重摆臂、配重块和单向弹性阻尼器组成了弹性阻尼配重机构集合体，由于旋转主轴的两端变形量最大、抖振最强烈，因而至少将弹性阻尼配重机构集合体分别在旋转主轴的两端进行安装；

为了使旋转主轴受力分布均匀，光伏跟踪支架运行稳定，也可在旋转主轴上定距设置若干个弹性阻尼配重机构集合体。

本发明的有益效果是：本发明提供的光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构通过在主轴上安装配重摆臂的方法平衡了上部电池板形成的偏心扭矩，达到减小主轴变形并降低驱动机构扭矩的效果；同时通过在配重摆臂上安装单向弹性阻尼器的方法对支架离开水平位置的速度进行限速阻尼，使得在风载作用下支架可以尽量维持在水平抗风状态，提高了支架的抗风性能。

附图说明

图1是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构整体结构示意图；

图2是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中光伏电池板与配重摆臂的扭矩平衡示意图；

图3是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中拉杆式单向阻尼器对光伏跟踪支架进行抗风保护时的工作状态示意图；

图4是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中拉杆式单向阻尼器的三维工作状态示意图；

图5是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中牵拉式单向阻尼器的主视图；

图6是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中牵拉式单向阻尼器的轴侧图；

图7是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中牵拉式单向阻尼器对光伏跟踪支架进行抗风保护时的工作状态示意图；

图8是本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构中牵拉式单向阻尼器在光伏跟踪支架上的安装结构示意图。

图中，1.光伏电池板，2.旋转主轴，3.旋转轴承，4.支撑立柱，5.驱动器，6.驱动器支架，7.配重摆臂，8.拉杆式阻尼器本体，9.配重块，10.阻尼器拉杆，11.光伏电池板重心，12.旋转主轴回转中心，13.摆臂铰链，14.立柱铰链，15.牵拉式阻尼器本体，16.绳索，17.配重摆臂牵拉点，18.阻尼机构框架，19.旋转轴，20.绕线轮，21.涡卷弹簧机构，22.左导向辊，23.单向棘轮，24.右导向辊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构，如图1所示，包括多个直线排列的支撑立柱4，每个支撑立柱4的顶端均设置有旋转轴承3，穿过多个旋转轴承3的中心设置有旋转主轴2，旋转主轴2上安装有多个光伏电池板1，多个光伏电池板1在旋转主轴2上呈直线型排列。旋转主轴2的中部设置有驱动器5，驱动器5安装在驱动器支架6上。在驱动器5的带动下，旋转主轴2可以绕多个共线的旋转轴承3中心旋转，从而带动旋转主轴2上的一组光伏电池板1追踪太阳位置变化，达到提高光伏发电量的目的。

如图2所示，光伏电池板1安装在主旋转轴2上，由于光伏电池板1的重心11和主旋转轴回转中心12之间存在距离s，当光伏电池板的姿态离开水平位置后，就会形成偏心扭矩。假如一个旋转主轴2的区段内安装10块光伏电池板，每块电池板重28kg，偏心距离s＝80mm，则该区段在45度旋转倾角下形成的偏心扭矩为：

ns＝10×28×0.08×9.8×cos45＝155.224≈155n.m

假若一个光伏跟踪支架上有6个区段，则跟踪角度45度时的偏心扭矩为930n.m。

为了保持左右对称，如图1所示，起驱动和稳定作用的驱动器5通常安装在整个旋转主轴2的中间位置。旋转主轴2两端为随动状态，在驱动器5的驱动下通过旋转主轴2的结构强度传递扭矩，带动所有光伏电池板1旋转。上述930n.m的扭矩分布式的施加在驱动器5两侧的旋转主轴2上，而且距离驱动器5的位置越远，累计扭矩越大，旋转主轴2累计的弹性形变也越大。

如图2所示，支撑立柱4与旋转主轴2的连接处安装有配重摆臂7，配重摆臂7与光伏电池板1的背面垂直设置，为了节省生产成本，在满足基本使用需求的前提下，可只在旋转主轴2的两端变形最大的位置分别安装一个配重摆臂7；若关注支架稳定与安全，弱化经济因素，在每个支撑立柱4与旋转主轴2的连接处均可以安装配重摆臂7，使用效果是最好的。

配重摆臂7的下端安装配重块9，在本实施实例中单个配重块9的重量为28kg，配重块9的重心与旋转主轴回转中心12之间的距离l＝800mm，则单个配重摆臂在45度旋转倾角下向旋转主轴2输入的平衡扭矩为：

nd＝28×0.8×9.8×cos45＝155.224≈155n.m

平衡扭矩nd的方向与偏心扭矩ns的方向相反，在一个旋转主轴区段安装配重摆臂7后，配重摆臂输入的平衡扭矩nd与该区段电池板偏心形成的扭矩ns相互抵消。

本实施例中以安装四个配重摆臂7为例，在旋转主轴2上远离驱动器5的两个端头区域，分别安装2个配重摆臂7，则4个配重摆臂7可以向旋转主轴2输入620n.m的平衡扭矩。

在安装上述4个平衡配重摆臂后，旋转主轴2两侧远离驱动器5区段的偏心扭矩被平衡，驱动器5输出的扭矩只需克服靠近旋转主轴2两侧区段的偏心扭矩和整个光伏支架的摩擦力。驱动器5的扭矩需求显著降低且主梁两侧的扭转变形减小。

为了提高旋转主轴2的抗风稳定性，本发明还在配重摆臂7与支撑立柱4之间安装用于吸收风震能量，抑制旋转主轴2抖振速度的单向弹性阻尼器。所谓单向阻尼器是指只单方向提供阻尼的阻尼器，本专利所指单向阻尼器是单向拉伸阻尼器。单向拉伸阻尼器被拉伸时提供限速阻尼，当阻尼器回缩时不提供阻尼，阻尼力只单向提供。单向阻尼器在拉伸过程中提供限速阻尼，当阻尼器运动部件拉出速度小于设定阈值时拉力较小，当外拉速度超过设定阈值后机构闭锁限制阻尼器拉伸或者提供额外的阻尼力限制配重摆臂的运动速度。本发明所指单向弹性阻尼器是指在单向拉阻尼器上安装回退弹簧机构，当阻尼器拉伸时弹簧蓄能，外拉力减小或消失后弹簧机构自动回退阻尼器行程的单向阻尼器。

本发明提供两种单向弹性阻尼器的实施实例：

一、单向拉杆式阻尼器

如图2、图3和图4所示，在配重摆臂7和支撑立柱4之间安装拉杆式阻尼器本体8。拉杆式阻尼器本体8可伸缩的阻尼器拉杆10通过摆臂铰链13连接在配重摆臂7上，拉杆式阻尼器本体8固定端通过立柱铰链14连接在立柱4上。

阻尼器拉杆10以小于1.0mm/s的速度拉伸时，阻尼器拉杆10的阻尼和弹性拉力和为45.0n。当拉速提高时阻尼器拉杆10的阻尼拉力快速上升，当拉速大于1.8mm/s后，阻尼器拉杆10的阻尼拉力上升至额定值900.0n。在阻尼器拉杆回缩的过程中，弹性回缩机构提供10.0n的弹性回缩力

如图3所示，当配重摆臂7垂直向下，光伏电池板1处于水平抗风保护位置时，摆臂铰链13距离立柱铰链14的距离最小。如图2和图4所示，当电池板离开水平位置时，配重摆臂7发生偏转，摆臂铰链13与立柱铰链14之间的距离加大，偏转角度180度以内，偏转角越大，两点之间距离也越大。

综上所述，跟踪支架正常调节离开水平抗风位置时，拉杆式阻尼器本体8的阻尼器拉杆10以小于1.0mm/s的速度拉伸，此时单向阻尼器提供45.0n的阻尼与弹性拉力。当风载作用下跟踪支架旋转主轴发生抖振，配重摆臂7快速外摆，阻尼器拉杆10以大于1.8mm/s的速度拉伸时，拉杆式阻尼器本体8的阻尼器拉杆10提供900.0n的阻尼拉力吸收抖振能量，限制配重摆臂7的外摆速度，抑制支架抖振幅度。当风载作用消失，跟踪支架旋转主轴回复水平位置时摆臂铰链13与立柱铰链14的距离被压缩，阻尼器拉杆10以10.0n的弹性回缩力退回阻尼器本体8，使支架尽快回复到水平抗风位置。

在压缩过程种，由于阻尼器拉杆10为刚性结构，即使没有弹性回缩机构也能正确退回阻尼器本体8。不配置弹性回缩机构虽然可以实现基本功能但是不能自动消除机械间隙，是本实例的简化结构。

本实施实例中的具体参数只用于说明本发明的工作过程，改变参数不影响本发明的核心内容。

本实施例中互换拉杆式阻尼器两个端点的固定位置不影响本发明的工作过程和特征。

二、单向牵拉式阻尼器

如图5和图6所示，单向牵拉式阻尼器包括u形的阻尼机构框架18，阻尼机构框架18内水平设置有旋转轴19，旋转轴19的两端分别从阻尼机构框架18的两个侧挡伸出，旋转轴19的一端从阻尼机构框架18左侧挡伸出后同轴连接有牵拉式阻尼器本体15，旋转轴19的另一端从阻尼机构框架18右侧挡伸出后同轴连接有涡卷弹簧机构21，旋转轴19上同轴套接有绕线轮20，绕线轮20上缠绕有绳索16，当旋转轴19顺时针旋转时，绳索16回收缠绕在绕线轮20上。当绳索16的端头牵拉抽出时，绕线轮20带动旋转轴19逆时针旋转。阻尼机构框架18的上端沿水平方向平行设有右导向辊24和左导向辊22，绳索16的端头从右导向辊24和左导向辊22之间拉出；当绳索16方向发生变化时，右导向辊24和左导向辊22可分别在绳索16的左右两侧提供转动的导向作用。

绕线轮20的基础直径为40mm，旋转轴19的直径为10mm；绳索16采用直径为3mm的钢丝绳。

牵拉式阻尼器本体15采用现有的旋转阻尼器结构，牵拉式阻尼器本体15包括内圈和外圈两个部分，在内外圈相对转速小于1rpm时阻尼力矩为0.5n.m，当转速大于1rpm后阻尼力矩快速上升，大于1.8rpm后阻尼力矩增大至额定值10n.m。

牵拉式阻尼器本体15的外圈与阻尼机构框架18固接，牵拉式阻尼器本体15内圈和旋转轴19之间安装有单向棘轮23，当绳索16向外抽出，绕线轮20带动与其固接的旋转轴19逆时针旋转时，单向棘轮23锁定旋转轴19与牵拉式阻尼器本体15内圈的位置关系，绕线轮20带动牵拉式阻尼器本体15内圈旋转，牵拉式阻尼器本体15向旋转轴19提供阻尼力矩。当旋转轴19逆时针旋转时单向棘轮23断开旋转轴19与牵拉式阻尼器本体15内圈的连接，旋转轴19旋转，牵拉式阻尼器本体15内圈不动作。

牵拉式阻尼器本体15为限速型旋转阻尼器，当内外圈相对转速低于设定值时阻尼器不提供阻尼力或阻尼力很小，当转速高于设定值时阻尼力矩提升至额定值。

涡卷弹簧机构21采用现有的涡卷弹簧结构，包括外壳、涡卷弹簧和内部转轴，涡卷弹簧同轴套接在内部转轴上，涡卷弹簧在收紧后可以提供平均0.3n.m的收紧力矩。旋转轴19与涡卷弹簧内部转轴同轴连接。当旋转轴19逆时针旋转时，涡卷弹簧被持续压缩收紧。当外部拉伸作用停止时，涡卷弹簧可以通过其内部转轴向旋转轴19施加0.3n.m的收紧力矩，使旋转轴19顺时针旋转以张紧外部绳索16。当绕线轮20上的绳索被全部拉出时，涡卷弹簧机构21也到达其最大压缩状态。

如图7、8所示，在配重摆臂7的下端设置有配重摆臂牵拉点17。本实施实例中配重摆臂牵拉点17在配重块9的下部，与旋转主轴2回转中心12之间的距离为1000mm。固定安装在支撑立柱4下部的牵拉式阻尼器本体15通过绳索16连接在配重摆臂7下端的配重摆臂牵拉点17上。

本实施实例中的牵拉式阻尼器本体15包含一根可被抽出的绳索16，由于绳索16为柔性结构只能承载拉伸力，因此这种阻尼器也属于本发明定义的单向阻尼器。为了保证绳索16始终保持张紧状态，本发明设计的牵拉式阻尼器本体15内部还配备有涡卷弹簧机构21。

如图7所示，当配重摆臂7垂直向下，光伏电池板1处于水平抗风保护位置时，配重摆臂牵拉点17位置处于最低点。同时配重摆臂牵拉点17与牵拉式阻尼器本体15的绳索出口位置最接近，绳索16收入牵拉式阻尼器本体15内部的长度最大，外露长度最小。

如图8所示，当光伏电池板1离开水平位置时，配重摆臂7发生偏转，配重摆臂牵拉点17位置提高，绳索16被从阻尼器内部牵拉伸出。摆臂牵拉点17与牵拉式阻尼器本体15的绳索出口之间的距离加大，在偏转角度180度以内，偏转角度越大，两点之间距离也越大。

当旋转主轴2在减速机驱动下，从水平抗风位置低速向偏角增大方向旋转以正常跟踪太阳时，绳索16的抽拉速度小于4.2mm/s，牵拉式阻尼器本体15内的旋转阻尼器仅提供12.5n的阻尼力，涡卷弹簧机构21提供7.5n的弹性收紧力，共计20n的拉力。由于力臂长度等于配重摆臂牵拉点17与主旋轴回转中心12之间的距离1000mm。牵拉式阻尼器本体15在正常工作的低速工况下向光伏跟踪支架提供的阻尼力矩为20n.m。当旋转主轴2向电池板偏角减小方向回转时，牵拉式阻尼器本体15仅提供7.5n的弹性收紧力，折合7.5n.m的力矩。

当旋转主轴2由于风载作用，在机械游隙和弹性形变范围内，从水平位置快速向偏角增大方向旋转时，配重摆臂牵拉点17快速摆动，以大于7.56mm/s的高速抽拉绳索16，此时牵拉式阻尼器本体15内的旋转阻尼部件的阻尼力快速上升，可提供250n的阻尼拉力和同时涡卷弹簧机构21提供7.5n的弹性收紧力，折算的总牵拉力为257.5n，由于力臂长度等于配重摆臂牵拉点17与旋转主轴回转中心12之间的距离1000mm，牵拉式阻尼器本体15向光伏跟踪支架提供的限速阻尼力矩为257.5n.m。当风载消失支架弹性回转，绳索16松弛时，牵拉式阻尼器本体15内部的涡卷弹簧机构21，以7.5n的拉力回收松弛的绳索16保持其张紧，以便于在光伏电池板1下次远离水平位置时及时提供阻尼拉力。

综上所述，光伏跟踪支架正常调节离开水平抗风位置时，牵拉式阻尼器本体15的绳索16以小于4.2mm/s的抽拉速度拉伸，此时牵拉式阻尼器提供20n的阻尼拉力。当风载作用下光伏跟踪支架旋转主轴2发生抖振，配重摆臂7快速外摆，绳索16以大于7.56mm/s的抽拉速度拉伸时，绳索16可提供257.5n的阻尼拉力吸收抖振能量，限制配重摆臂7的外摆速度，抑制支架抖振幅度。当风载作用消失，跟踪支架旋转主轴回复水平位置时，绳索16以7.5n的拉力快速回缩进入牵拉式阻尼器本体15内部，使支架尽快回复到水平抗风位置。

本实施实例中的具体参数只用于说明本发明的工作过程，改变参数不影响本发明的核心内容。

本实施例中互换牵拉式阻尼器本体与可抽拉绳索可伸缩端头的固定位置不影响本发明的工作过程。

本发明一种光伏跟踪支架弹性阻尼式配重机构的设计方法，具体为，包括若干个呈直线排列的支撑立柱4，每个支撑立柱4的顶端均设置有旋转轴承3，穿过多个旋转轴承3的中心设置有旋转主轴2，旋转主轴2安装有若干个光伏电池板1，且各光伏电池板1依次沿旋转主轴2的长度方向排列；在旋转主轴2上安装有配重摆臂7，且配重摆臂7与光伏电池板1的背面垂直，配重摆臂7与地面的固定点之间还可以设置用于吸收风震能量、抑制旋转主轴2抖动的单向弹性阻尼器。

配重摆臂7的自由摆臂端安装有配重块9，配重块9通过配重摆臂7向主旋转轴2输入扭矩，扭矩计算公式：

nd＝g×l×9.8×cosα(1)；

nd为配重输入扭矩，g为配重块质量，l为配重摆臂等效长度，α为跟踪支架偏转角度；

扭矩用于平衡光伏电池板1对主旋转轴2形成的偏心扭矩。

单向弹性阻尼器，包括一个固定点和一个可伸缩的牵拉点，阻尼器拉伸时固定点与可伸缩牵拉点的距离加大，同时弹性机构被压缩蓄能，当拉伸速度较低时阻尼器的阻尼力较小，当拉伸速度超过设定阈值时阻尼力矩上升至额定值，当外部拉力消失或者小于弹性回缩力时，阻尼器在外部压力或者弹性回缩力作用下回退，固定点与可伸缩牵拉点之间的距离缩小。例如，单向牵拉式阻尼器，包括u形的阻尼机构框架18，阻尼机构框架18内水平设置有旋转轴19，旋转轴19的两端分别从阻尼机构框架18的两个侧挡伸出，旋转轴19的一端从阻尼机构框架18左侧挡伸出后同轴连接有牵拉式阻尼器本体15，旋转轴19的另一端从阻尼机构框架18右侧挡伸出后同轴连接有涡卷弹簧机构21，旋转轴19上同轴套接有绕线轮20，绕线轮20上缠绕有绳索16，当旋转轴19顺时针旋转时，绳索16回收缠绕在绕线轮20上。当绳索16的端头牵拉抽出时，绕线轮20带动旋转轴19逆时针旋转。阻尼机构框架18的上端沿水平方向平行设有右导向辊24和左导向辊22，绳索16的端头从右导向辊24和左导向辊22之间拉出；当绳索16方向发生变化时，右导向辊24和左导向辊22可分别在绳索16的左右两侧提供转动的导向作用。

牵拉式阻尼器本体15为限速型旋转阻尼器，当内外圈相对转速低于设定值时阻尼器不提供阻尼力或阻尼力很小，当转速高于设定值时阻尼力矩提升至额定值。

涡卷弹簧机构21采用现有的涡卷弹簧结构，包括外壳、涡卷弹簧和内部转轴，涡卷弹簧同轴套接在内部转轴上，涡卷弹簧在收紧后可以提供平均0.3n.m的收紧力矩。旋转轴19与涡卷弹簧内部转轴同轴连接。当旋转轴19逆时针旋转时，涡卷弹簧被持续压缩收紧。当外部拉伸作用停止时，涡卷弹簧可以通过其内部转轴向旋转轴19施加收紧力矩，使旋转轴19顺时针旋转以张紧外部绳索16。当绕线轮20上的绳索被全部拉出时，涡卷弹簧机构21也到达其最大压缩状态。

单向弹性阻尼器，包括一个固定点和一个可伸缩的牵拉点，固定点连接在与光伏支架地基固接的部件上，可伸缩的牵拉点连接在运动的配重摆臂7上，当支架处于水平抗风位置时单向弹性阻尼器固定点与可伸缩牵拉点之间距离最短，当光伏跟踪支架正常跟踪太阳时，可伸缩牵拉点的运动速度低于单向弹性阻尼器速度阈值，阻尼器阻尼力较小；当风载抖振使得可伸缩牵拉点的运动速度高于单向弹性阻尼器速度阈值时，阻尼器阻尼力达到较大的额定值，向跟踪支架提供较大阻尼力限制支架旋转主轴2的摆震速度，吸收风震能量。例如：单向拉杆式阻尼器，包括单向弹性阻尼器本体8和阻尼器拉杆10，拉杆式阻尼器本体8可伸缩的阻尼器拉杆10通过摆臂铰链13连接在配重摆臂7上，拉杆式阻尼器本体8固定端通过立柱铰链14连接在立柱4上。当配重摆臂7垂直向下，光伏电池板1处于水平抗风保护位置时，摆臂铰链13距离立柱铰链14的距离最小。如图2和图4所示，当电池板离开水平位置时，配重摆臂7发生偏转，摆臂铰链13与立柱铰链14之间的距离加大，偏转角度180度以内，偏转角越大，两点之间距离也越大。

配重摆臂7、配重块9和单向弹性阻尼器组成了弹性阻尼配重机构集合体，由于旋转主轴2的两端变形量最大、抖振最强烈，因而至少将所述弹性阻尼配重机构集合体分别在旋转主轴2的两端进行安装；

为了使旋转主轴2受力分布均匀，光伏跟踪支架运行稳定，也可在旋转主轴2上定距设置若干个弹性阻尼配重机构集合体，弹性阻尼配重机构集合体的数量越多，旋转主轴2的受力分布越均匀，光伏跟踪支架的运行效果越好。