專利名稱：多功能彈簧自動跟日器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種承載采能器的利用太陽能的自動跟日裝置。
現(xiàn)有的自動跟日裝置，有單軸跟蹤與雙軸跟蹤。單軸跟蹤器的誤差大，使用范圍有局限性。目前的雙軸跟蹤裝置，無論是傳感器式、陰影跟蹤式或計算機程控式等，雖各有優(yōu)點，但普遍存在的問題是成本高，要耗電，并要受有無電的制約；若涉及到用采能器的重量來輔助馬達(dá)拖動時，還要受地理緯度限制。因此，難以普及到千家萬戶用的家用采能器上。不用電的自動跟日器，例如液壓式、重錘式、偏重式、浮力式等等，雖有成本低、不用電之優(yōu)點，但普遍存在的問題是受地理緯度局限性大，適用地域?。徊⑶译y以承載較重的采能器(如太陽能熱水器等)；或者，每天起動時，為了把角速度調(diào)到15°／小時，頗費時間；或者對風(fēng)干擾的抵抗力差。
本實用新型的任務(wù)，是提供一種操作簡便、成本低廉、不消耗常規(guī)能源，可用于除兩極附近以外的廣泛地域，具有較高跟蹤精度，能承受較大負(fù)載，抗風(fēng)干擾能力強，具有多種跟蹤方式，并能使采能器自動產(chǎn)生某種保護動作的自動跟日裝置。
本實用新型的實現(xiàn)方法和原理為實現(xiàn)時角跟蹤是用彈簧(扭簧，或拉壓簧，或蝸卷彈簧等等)作為儲能和動力元件，用時鐘及其外齒輪作為主控元件，用較小的彈簧作為助動元件，用杠板組件進(jìn)行力和力矩的變換、放大和位移的同步。赤緯跟蹤是每隔一日或數(shù)日，把蝸桿在蝸扇上的嚙合位置調(diào)整一下來實現(xiàn)。
附圖為本實用新型的實施例之一，其中


圖1A－A為正視圖，圖2B－B為側(cè)視圖，圖3是俯視圖，圖中同一序號，代表同樣或同一零件?，F(xiàn)以此例，說明多功能自動跟蹤原理。
在上述視圖中，若早晨把采能器托架［14］扳向東方(即
圖1A－A中空心箭頭方向)，則扭簧［15］和繞在心軸［31］上的拉壓簧［30］都因形變而儲存了能量，彈性恢復(fù)力將分別推斥托架［14］和觸簧板［19］，使時角軸［20］發(fā)生向西轉(zhuǎn)動(即沿
圖1A－A中的實心箭頭方向)的趨勢。固定在時角軸［20］上的主力輪［18］，利用繞過自身和鏈過輪［2］的撓性元件［22］(
圖1A－A中的點劃線)牽拉載鏈板［8］，H和G是這個撓性元件在載鏈板上的兩個連結(jié)點，由于H和G在銷軸F的異側(cè)，并且這三個點不在平行于導(dǎo)軌的同一直線上，故其效果是形成以銷軸F為支點的力矩和把銷軸F向右下方拉的拉力，因銷軸F連接著載鏈板［8］與付杠板［6］，而付杠板上的觸頭C和D與上導(dǎo)軌［5］之間有摩擦力，故此拉力的分力使付杠板［6］產(chǎn)生沿順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩，結(jié)果增大了和上導(dǎo)軌之間的壓力及摩擦阻力；另一方面，以銷軸F為支點的力矩，使載鏈板［8］壓迫銷軸E，因銷軸E是連接載鏈板［8］與主杠板［7］的，故在上導(dǎo)軌［5］和下導(dǎo)軌［3］對主杠板［7］上的觸頭B和Q的配合作用下，使主杠板［7］得到沿順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩，此力矩會變成上、下導(dǎo)軌對主杠板［7］的摩擦阻力。若在
圖1A－A中位于下導(dǎo)軌附近的主杠板［7］上，即被稱為杠板組件的控制端上，不受到向右的拉力，則時角軸［20］雖受了彈簧的恢復(fù)力矩，也不能轉(zhuǎn)動。因為觸頭Q和B間隔很大，Q點處的摩擦力的阻礙作用很大。摩擦阻力。若在
圖1A－A中位于下導(dǎo)軌附近的主杠板［7］上，即被稱為杠板組件的控制端上，不受到向右的拉力，則時角軸雖受了彈簧的恢復(fù)力矩，也不能轉(zhuǎn)動。因為觸頭Q和B間隔很大，Q點處的摩擦力的阻礙作用很大。
控制軸［25］上，固定著付力輪［29］和變速齒輪［26］及付滑輪［24］，受付力輪［29］用轉(zhuǎn)動方式牽拉的撓性元件(
圖1中的點劃線)，從付力輪［29］和鏈過輪［2］上繞過后，每個端點都連結(jié)到杠板組件的控制端上。從蝸簧原筒［4］上出來的蝸卷彈簧［1］的端頭連結(jié)在付滑輪［24］上，并且在付滑輪［24］上還連結(jié)著撓性元件［22］的下端，撓性元件［22］的上端連結(jié)在調(diào)鏈板［10］上，調(diào)鏈板［10］用銷軸連在主滑輪［21］上，可活動，在半月形的主滑輪的非園弧面和調(diào)鏈板［10］之間有楔塊［9］。變速齒輪［26］與時鐘［28］的外齒輪［27］可以嚙合或脫離，因為時鐘外齒輪［27］的軸的一端是連在受離合杠桿［12］操縱的承輪板［32］上的，離合杠桿［12］又受檔塊［11］的作用。由
圖1和圖2可見，當(dāng)把采能器托架沿空心箭頭方向扳動時，調(diào)鏈板［10］便利用撓性元件［22］拉動付滑輪［24］，把蝸卷彈簧［24］卷在其上；變速齒輪［26］也利用相嚙合的時鐘外齒輪［27］，給時鐘上緊發(fā)條。所以，只要把時角軸沿空心箭頭方向扳動，就會給整個機器儲存能量。扳動停止后，時鐘外齒輪［27］利用變速齒輪［26］使控制軸［25］與時針作同步的轉(zhuǎn)動，但因力矩不夠，所以必須要有卷在付滑輪［24］上的蝸卷彈簧［1］的助動，聯(lián)合作用的結(jié)果，使付力輪［29］利用撓性元性拉動杠板組件的控制端向右移動。由于觸頭Q到B的距離，遠(yuǎn)大于觸頭B到銷軸E的距離，根據(jù)杠桿原理，在控制端上施以很小的向右拉力，就能使杠板組件受到很大的沿逆肘針方向轉(zhuǎn)動的力矩，把它在主力端上所受的壓迫導(dǎo)軌的力矩，抵消很大一部分，這樣一來，主力輪對銷軸F的拉力在平行于導(dǎo)軌方向的分力就會顯示作用，所以上、下兩端同時牽拉的結(jié)果，杠板組件就可沿導(dǎo)軌滑移。由于主力輪和付力輪的節(jié)園直徑相等，所以時角軸也與時針以同步的角速度轉(zhuǎn)動。只要把蝸簧原筒［4］上的蝸卷彈卷［1］的剛度選擇適當(dāng)，并把時鐘的快慢針調(diào)節(jié)適當(dāng)，就能使嬌弱的時鐘，準(zhǔn)確地控制采能器的轉(zhuǎn)速。
若承載輕型采能器，只用一個扭簧或拉壓簧即可。若承載較重的采能器，需用多個彈簧儲能。但此時的起動力并不需要很大，這只要使拉壓簧［30］和扭簧［15］的中性點(即彈簧形變?yōu)榱愕狞c)在時角軸上的方位，安排得與采能器的重量和使用地點的地理緯度大致相適應(yīng)即可，這樣做的結(jié)果，雖然承載了重量大的采能器(如太陽能熱水器或萬能太陽箱)，婦女和少年也能扳得動。
這是因為，在早晨當(dāng)采能器指向東方時，它的重力矩為最大，彈簧的恢復(fù)力矩也為最大，這兩種力矩是反向的，應(yīng)當(dāng)使它們抵消一部分，選擇彈簧恢復(fù)力矩的剩余部分，作為向西運轉(zhuǎn)的動力；當(dāng)在傍晚時，采能器的重力矩又為最大，彈簧的已過了中性點的反向形變(例如早晨的壓簧現(xiàn)已變成了拉簧)的恢復(fù)力矩也為最大，所以，這兩種力矩仍是反向的。過中性點后，就要選擇重力矩的剩余部分為繼續(xù)向西運轉(zhuǎn)的動力。愈靠近兩極，重力矩對運轉(zhuǎn)的貢獻(xiàn)愈小，但只要正確地計算各種力和巧妙地把彈簧組合，加之用杠桿省力原理，同樣能使起動很容易。當(dāng)不用附設(shè)杠桿起動時，起動力不應(yīng)設(shè)計得太小，否則，影響對風(fēng)干擾的抵抗力。
由于家庭生活的多種需要，萬能太陽箱等采能器有時需要對太陽作超前或滯后跟蹤，有時需要停止在任意需要的方位上等等，這就需用操縱機構(gòu)中的離合杠桿［12］、擋塊［11］、調(diào)鏈板［10］與楔塊［9］。例如要使采能器沿實心箭頭方向快轉(zhuǎn)一角度，可先壓緊楔塊［9］。采能器就停轉(zhuǎn)了，然后扭動一下?lián)鯄K［11］，則與離合杠桿［12］相連的承輪板［32］就使時鐘外齒輪與變速齒輪脫離，然后撬松楔塊［9］，同時掌握著采能器，就能快轉(zhuǎn)一個所需的角度。當(dāng)壓緊楔塊［9］時，整個機構(gòu)自動停止，然后，壓下離合杠桿［12］，撥回?fù)鯄K［11］，撬松楔塊［9］，采能器又與時針同步的前進(jìn)。
動力輸出元件［13］，是能繞固定在支架上的心軸進(jìn)行運動的傳力元件，例如杠桿或輪子，到一定時候，把時角軸的運動能傳到采能器的某部位上，產(chǎn)生需要的動作，例如在傍晚時，自動為采能器加蓋子，以保溫過夜或防風(fēng)沙。
支架［23］是支持整個機器和采能器，它有高度可調(diào)的腿，以便在樓房的向陽臺上或農(nóng)村的院子、屋頂?shù)认蜿柼幇惭b時，把時角軸［20］調(diào)到與地軸平行。
赤緯跟蹤組件包括蝸扇［16］和蝸桿［17］，蝸扇固定在時角軸［20］上，蝸桿與采能器托架［14］連接。根據(jù)采能器對跟蹤精度的要求，選擇在一日或數(shù)日，把蝸桿扳多大角度，即在蝸扇上的嚙合位置移動多少。改變嚙合位置，采能器就繞赤緯軸轉(zhuǎn)過一定角度。
本實用新型的主要優(yōu)點為(1)成本低廉，因為它不需用較貴的材料，又容易加工；(2)不耗常規(guī)能源，不受停電影響；(3)能承載重量較大的采能器(如萬能太陽箱或現(xiàn)行的太陽能熱水器、太陽電池板等)；(4)操作簡便。若用于正常跟蹤，則在一天之內(nèi)，除了把時角軸扳一下以儲夠能量之外，不需其他操作和能源供給，婦女和少年也能起動；(5)跟蹤精度較高而且穩(wěn)定；(6)能用于除兩極及其附近之外的廣大緯度區(qū)；(7)能滿足如像萬能太陽箱等采能器所需的多樣跟蹤和自動對集熱器施加保護動作；(8)抗風(fēng)干擾能力強，(9)不受陰晴多變的天氣和季節(jié)的限制因此，本實用新型可廣泛用于家用集熱器和陽光發(fā)電或太陽能加熱瀝青鋪路等各領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種由時角跟蹤系統(tǒng)，赤緯跟蹤組件、采能器托架及支架構(gòu)成的自動跟日器，其特征在于(a)時角跟蹤系統(tǒng)包括時角軸組件、杠板組件、控制組件和操縱機構(gòu)，時角軸組件由時角軸、彈簧、主力輪、主滑輪、鏈過輪、撓性元件和動力輸出元件組成，主力輪與和主滑輪固定在時角軸上，受主力輪用轉(zhuǎn)動方式牽拉的撓性元件，從鏈過輪上繞過后，每個端點都連結(jié)在杠板組件主力端的載鏈板上，動力輸出元件是由固定在支架上的心軸和能繞心軸運動的傳力元件構(gòu)成，杠板組件由主、付杠板、載鏈板和導(dǎo)軌組成，主付杠板上各有兩個觸頭與導(dǎo)軌接觸，載鏈板上有兩個銷軸各與主、付杠板連接，主杠板上兩個觸頭之間距離，大于從主杠板的主力端觸頭到連接主杠板與載鏈板的銷軸之間距離，控制組件包括固定在控制軸上的付力輪，變速齒輪和付滑輪，以及時鐘及其外齒輪和助動彈簧及撓性元件，受付力輪用轉(zhuǎn)動方式牽拉的撓性元件，從鏈過輪上繞過后，每個端點都連結(jié)在杠板組件的控制端，時鐘外齒輪與變速齒輪嚙合，操縱機構(gòu)包括離合杠桿、承輪板、調(diào)鏈板、楔塊以及兩端分別受調(diào)鏈板和付滑輪牽拉的撓性元件。(b)赤緯跟蹤組件包括蝸扇和蝸桿，蝸扇固定在時角軸上，蝸桿與采能器托架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動跟日器，其特征在于支架具有和地理緯度相對應(yīng)的高度可調(diào)的腿。
專利摘要本實用新型提供了一種在太陽能利用中自動跟蹤太陽時角，并能跟蹤太陽赤緯的多功能自動跟日器。用于集熱、制冷、采光和陽光發(fā)電等各方面，能多樣跟蹤和自動對集熱器施某些工作。具有成本低、不用電、操作簡便、承載能力大、適用地域廣、跟蹤精度高等優(yōu)點。它用彈簧作儲能和動力元件，用小時鐘作主控元件，用杠板組件進(jìn)行力和力矩的變換、放大和位移同步，實現(xiàn)時角自動跟蹤。赤緯跟蹤是按精度需要而調(diào)整蝸桿在蝸扇上的嚙合位置。
文檔編號F24J2/38GK2045470SQ88205849
公開日1989年10月4日 申請日期1988年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月24日
發(fā)明者王存義 申請人:王存義