随着经济高速发展和人民生活水平的不断提高,国家环保部门新能源政策的鼓励以及国家电网公司的大力支持,近5年来通过太阳能光伏发电的企业和家庭的数量快速增长。实际应用中,太阳能光伏板长期与自然环境直接接触,空气中的尘埃、花粉、落叶、鸟粪以及黄沙等均易形成沉积物堆积在光伏板表面。因此,需要对太阳能光伏板表面的沉积物作定期清扫。当前主流的清洗方式为人工清洗,不仅清洁效率低,而且劳动强度大、工作条件艰苦、成本高。已有多家研究机构开发出相应的太阳能光伏板清扫装置来解决光伏板表面的积灰问题,但是仍存在清洗效果不理想、清洗效率较低、环境适应力差、自动化程度低等一些问题。本文以湖南大学自主研发的光伏发电板清扫机为研究对象,通过虚拟样机模型的运动学及动力学特性仿真分析,对清扫机作结构优化以实现一定程度的轻量化要求。本文的主要研究工作包括:(1)光伏发电板清扫机工作原理分析、工作规划及结构模型的建立。根据光伏发电厂的光伏发电板结构及布置特点,设计出满足功能要求的机械结构,分析清扫机的工作原理,验证得出设计方案能够满足技术要求。(2)光伏发电板清扫机的运动学分析。运用ADAMS虚拟样机分析软件,建立光伏发电板清扫机样机模型。仿真分析清扫机在运行过程中的启动、匀速运行、停机动作,验证其运行过程的稳定性。(3)光伏发电板清扫机动力学及静力学特性分析。根据建立的虚拟样机模型,完成运行过程的动力学分析计算,验证了运行模式切换时,清扫机内部会产生较大冲击载荷。运用HyperWorks有限元分析软件对清扫机在极限负载工况下的静力学特性作仿真分析,得出清扫机的各处表面应力分布值均低于各元件的许用应力,表明清扫机的强度和刚度符合设计要求。(4)光伏发电板清扫机的结构优化设计。选择清扫机上应力最大区域的元件为研究对象,采用均质拓扑法建立优化模型,结合有限元仿真的结果,对清扫机上应力最大位置的主体支架及中间安装板作结构尺寸优化,得到板厚的最优值,使清扫机的重量减轻了13.46%,实现了一定程度的结构轻量化,对后续样机的改进具有参考意义。