组装或拆卸风力涡轮机的齿轮组件的制作方法

1.本发明总体上涉及风力涡轮机的齿轮组件的组装或拆卸，并且具体地涉及具有斜齿轮的齿轮组件的组装或拆卸。


背景技术：

2.用于发电的风力涡轮机在本领域中是公知的。风力涡轮机的尺寸和规模正变得越来越大从而增加它们的发电能力。典型的风力涡轮机具有支撑机舱的塔架、转子毂和连接到转子毂的多个转子叶片。
3.许多风力涡轮机包括变速箱，变速箱包括容纳在机舱中的齿轮组件。具体地，齿轮组件位于转子毂与风力涡轮机的发电机之间，并且齿轮组件用于将连接到转子和转子叶片的主轴的相对低的转速提高到连接到发电机的发电机轴的相对高的转速。
4.风力涡轮机的齿轮组件通常包括几个部件。例如，齿轮组件可包括一个或更多个行星齿轮装置，每个行星齿轮装置包括太阳轮、多个行星齿轮和齿圈，其中，这些齿轮是配置成彼此可旋转接合的斜齿轮。
5.齿轮组件可能需要“在塔架上”组装或拆卸，即当齿轮组件在位于风力涡轮机塔架的顶部的机舱中时。例如，齿轮组件的部件可能需要彼此接合或分离，以执行齿轮组件或风力涡轮机的其他部分的维护，或替换齿轮组件的某些部件。
6.通过移除某些齿轮部件而不从机舱移除整个变速箱组件，可以使用更小的起重机来执行移除，这进而可以降低执行维护的成本。然而，使某些齿轮部件(例如斜齿轮)彼此脱离需要精度以防止对部件造成损坏。例如，在不旋转一个齿轮的情况下将一个斜齿轮从另一个斜齿轮移除可能是困难的。对风力涡轮机中位于塔架上的相对较大、较重部件的这种精密控制需要由熟练的操作者使用起重机和/或工具来手动控制齿轮，所述起重机和/或工具仅设计成支承齿轮的重量。为了防止对齿轮造成损坏，这种手动操作通常包括操作者对齿轮进行小的交替旋转和平移调节，直到齿轮彼此分离，这可能是耗时的。
7.用于组装或拆卸风力涡轮机的位于塔架上的齿轮组件的已知方法和工具不提供必要的精密度、精确度和控制度。
8.本发明正是针对这一背景而提出的。


技术实现要素：

9.根据本发明的第一方面，提供了一种组装或拆卸风力涡轮机的齿轮组件的方法，所述齿轮组件包括第一斜齿轮和第二斜齿轮，所述第二斜齿轮构造成与所述第一斜齿轮能旋转地接合，所述方法包括传输控制信号以引起：所述第一斜齿轮沿所述第一斜齿轮的旋转轴线相对于所述第二斜齿轮以轴向速度的轴向运动；以及所述第一斜齿轮围绕所述第一斜齿轮的所述旋转轴线相对于所述第二斜齿轮以第一转速的旋转运动，其中，所述轴向速度和所述第一转速中的一个是预定速度，并且所述轴向速度和所述第一转速中的另一个是根据所述预定速度确定的，并且其中，所述控制信号使所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转
运动同时发生，以使所述第一斜齿轮和所述第二斜齿轮接合或脱离。
10.可以控制转速和轴向速度，以使第一斜齿轮的相应轴向运动和旋转运动同时发生，从而以平滑、快速和受控的方式使第一斜齿轮和第二斜齿轮接合或脱离。这与已知的组装或拆卸齿轮组件的方法相反，已知的组装或拆卸齿轮组件的方法需要在分开的、连续的阶段中执行旋转运动和轴向运动。
11.控制信号可以被传输到第一致动器和第二致动器，这些致动器被配置成根据所述控制信号引起所述第一斜齿轮的相应轴向运动和旋转运动。控制信号可以根据预定义的组装或拆卸策略来控制致动器。每个致动器可以包括步进马达，例如无刷dc电动机，步进马达将整个旋转分成多个相等的步幅，这使得第一斜齿轮在旋转和轴向方向上的速度和相对位置能够被控制到高精确度。
12.所述第一转速可以是根据所述第一斜齿轮和/或所述第二斜齿轮的几何参数确定的。这样的几何参数限定了斜齿轮的螺旋角，从而使得第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动能够得到控制，以避免在齿轮组件的组装或拆卸过程中接触第二斜齿轮。所述几何参数可以包括以下各项中的至少一项：齿宽度；螺旋角；倾斜角；以及节圆直径。
13.所述控制信号可以使所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动基本上同时开始。可以控制各个致动器以使第一斜齿轮在轴向和旋转方向上瞬时和同时运动。
14.所述方法可以包括：提供升降工具，所述升降工具布置成与所述齿轮组件接合并且被控制成引起所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动；以及在所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动之前，传输控制信号以引起所述升降工具相对于所述第二斜齿轮的倾斜角的调节。控制升降工具的倾斜角并从而控制齿轮组件，这在组装或拆卸过程中方便地使第一斜齿轮和第二斜齿轮对准，从而防止损坏齿轮组件的螺旋特征。
15.所述方法可以包括：当组装所述齿轮组件时，在所述第一斜齿轮相对于所述第二斜齿轮轴向运动和旋转运动之前，使所述第一斜齿轮的槽与所述第二斜齿轮的齿对准。替代地，所述第二斜齿轮的槽可以与所述第二斜齿轮的齿对准。第一和第二斜齿轮的螺旋图案的这种初始未对准防止相应螺旋图案的齿彼此邻接，从而防止齿在组装过程中被损坏。
16.所述齿轮组件可以包括第三斜齿轮和第四斜齿轮，所述第四斜齿轮构造成与所述第三斜齿轮能旋转地接合，其中，所述方法包括传输所述控制信号以引起：所述第三斜齿轮沿所述第三斜齿轮的旋转轴线相对于所述第四斜齿轮以轴向速度的轴向运动；以及所述第三斜齿轮围绕所述第三斜齿轮的旋转轴线相对于所述第四斜齿轮以第三转速的旋转运动，所述第三转速是根据所述预定速度确定的，并且所述第三转速不同于所述第一转速，其中，所述控制信号使所述第三斜齿轮的轴向运动和旋转运动与所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动同时发生，以使所述第三斜齿轮和所述第四斜齿轮接合或脱离。
17.有利地，该方法提供了同一齿轮组件内的两个齿轮组的平滑接合和/或脱离。特别地，第一斜齿轮和第三斜齿轮的转速(即第一转速和第二转速)以及轴向速度可以彼此独立地受到控制，以便提供齿轮组件的同时组装或拆卸。
18.在齿轮组件的可选示例性布置中，第一斜齿轮和第三斜齿轮可以布置成使得它们可以以不同的轴向速度平移。因此，应当理解，第一斜齿轮相对于第二斜齿轮的轴向速度可以不同于第三斜齿轮相对于第四斜齿轮限定的轴向速度。
19.所述齿轮组件可以包括行星架，所述行星架支撑所述第一斜齿轮并且联接至所述
第三斜齿轮，其中，所述方法包括传输所述控制信号以引起所述行星架的旋转运动，从而引起所述第三斜齿轮围绕其旋转轴线的旋转运动。根据该示例性布置，第三斜齿轮和第一斜齿轮布置在一起作为齿轮组件的单个可移除部分，使得第三斜齿轮的轴向速度与第一斜齿轮的轴向速度相同。
20.根据本发明的又一方面，提供了一种用于组装或拆卸风力涡轮机的齿轮组件的控制器，所述齿轮组件包括第一斜齿轮和第二斜齿轮，所述第二斜齿轮构造成用于与所述第一斜齿轮能旋转地接合，所述控制器被配置成：接收数据，所述数据表示所述第一斜齿轮沿所述第一斜齿轮的旋转轴线相对于所述第二斜齿轮的轴向速度和所述第一斜齿轮相对于所述第二斜齿轮的第一转速中的一个；根据所接收的数据确定所述轴向速度和所述第一转速中的另一个；以及传输控制信号以引起所述第一斜齿轮沿所述第一斜齿轮的旋转轴线以所述轴向速度的轴向运动，并引起所述第一斜齿轮围绕所述第一斜齿轮的所述旋转轴线相对于所述第二斜齿轮以所述第一转速的旋转运动，其中，所述控制信号被配置成使所述第一斜齿轮的轴向运动和旋转运动同时发生，以使所述第一斜齿轮和所述第二斜齿轮接合或脱离。
21.根据本发明的又一个方面，提供了一种用于组装或拆卸风力涡轮机的齿轮组件的升降工具，所述齿轮组件包括第一斜齿轮和第二斜齿轮，所述第二斜齿轮构造成用于与所述第一斜齿轮能旋转地接合，所述升降工具包括：支撑框架，所述支撑框架具有支撑臂和接合装置，所述接合装置构造成用于与所述齿轮组件接合；引导组件，所述引导组件布置成安装到所述齿轮组件的壳体并且用于与所述支撑臂接合；第一致动器，所述第一致动器布置成引起由所述引导组件引导的所述支撑框架的轴向运动；以及第二致动器，所述第二致动器布置成引起所述接合装置相对于所述支撑臂的旋转运动；其中，当所述接合装置与所述齿轮组件接合时，所述第一致动器能被控制成引起所述支撑框架和所述第一斜齿轮沿所述第一斜齿轮的旋转轴线相对于所述第二斜齿轮以轴向速度的轴向运动，并且所述第二致动器能被控制成引起所述接合装置和所述第一斜齿轮围绕所述第一斜齿轮的所述旋转轴线相对于所述第二斜齿轮以第一转速的旋转运动，其中，所述轴向速度和所述第一转速中的一个是预定速度，并且所述轴向速度和所述第一转速中的另一个是根据所述预定速度确定的，并且其中，所述第一致动器和所述第二致动器能被控制成使相应的轴向运动和旋转运动同时发生，以使所述第一斜齿轮和所述第二斜齿轮接合或脱离。
22.所述齿轮组件可以包括第三斜齿轮和第四斜齿轮，所述第四斜齿轮构造成与所述第三斜齿轮能旋转地接合，其中：所述接合装置包括布置成与所述第一斜齿轮相接合的第一斜齿轮接合部分和布置成与所述齿轮组件的第三斜齿轮相接合的第三斜齿轮接合部分，所述第二致动器布置成引起所述第一斜齿轮接合部分的旋转运动，并且所述升降工具包括第三致动器，所述第三致动器布置成引起所述第三斜齿轮接合部分的旋转运动；其中，所述第三致动器能被控制成引起所述第三斜齿轮围绕所述第三斜齿轮的旋转轴线相对于所述第四斜齿轮以第三转速的旋转运动，所述第三转速是根据所述预定速度确定的，并且其中，所述第三致动器能被给控制成与所述第一致动器和所述第二致动器同时操作，以使所述第三斜齿轮和所述第四斜齿轮接合或脱离。
23.所述第一斜齿轮可以是所述齿轮组件的第一齿轮组的行星齿轮，所述第二斜齿轮是所述第一齿轮组的齿圈，所述第三斜齿轮是所述齿轮组件的第二齿轮组的太阳轮，并且
所述第四斜齿轮是所述第二齿轮组的行星齿轮，所述齿轮组件包括行星架，所述行星架支撑所述第一齿轮组的所述行星齿轮并且联接到所述第二齿轮组的所述太阳轮；其中，所述第一斜齿轮接合部分包括布置成与所述第一齿轮组的所述行星齿轮接合的假太阳轮，并且所述第三斜齿轮接合部分布置成能旋转地接合所述行星架以引起所述第二齿轮组的所述太阳轮的旋转运动。
24.所述升降工具可以包括附接至所述支撑框架的联接装置，所述联接装置用于将所述升降工具联接至起重机，所述起重机用于将所述升降工具移动到位，其中，所述联接装置包括附接构件，所述附接构件布置成附接到所述支撑框架并且布置成允许所述支撑框架相对于所述联接装置移动，并且所述升降工具包括第四致动器，所述第四致动器布置成引起所述支撑框架沿所述支撑框架的纵向轴线相对于所述联接装置的移动，以调节所述升降工具的倾斜角。
25.根据本发明的又一个方面，提供了一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括齿轮组件，所述齿轮组件具有第一斜齿轮和第二斜齿轮，所述第二斜齿轮布置成与所述第一斜齿轮能旋转地接合；根据前述段落中任一段所述的升降工具，所述升降工具用于组装或拆卸该齿轮组件；以及起重机，所述起重机用于将所述升降工具相对于所述齿轮组件移动到位。
26.可以理解的是，前述仅表示了关于可以升降工具控制器的所包括的特定子系统以及这些子系统与控制器的布置的一些可能性。因此，还应当理解，包括其他或附加子系统和子系统布置的升降工具控制系统的实施例仍然在本发明的范围内。另外的子系统可以包括例如与风力涡轮机发电机的操作有关的系统。
27.以上描述的该组指令(或方法步骤)可以被嵌入在计算机可读存储介质(例如，非瞬态存储介质)中，该计算机可读存储介质可以包括用于以机器或电子处理器/计算装置可读的形式存储信息的任何机构，包括但不限于：磁存储介质(例如软盘)；光学存储介质(如cd－rom)；磁光存储媒体；只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；可擦除可编程存储器(例如，eprom和eeprom)；闪存；或用于存储这种信息/指令的电或其他类型的介质。
附图说明
28.现在将参照附图描述本发明的示例，其中：
29.图1示出了包括机舱和多个转子叶片的风力涡轮机；
30.图2示出了容纳在图1的机舱中的齿轮组件以及安装到齿轮组件的可移除零件的升降工具，该齿轮组件处于拆卸构造中；
31.图3(a)和图3(b)分别示出了图2的升降工具的立体图和侧视图，该升降工具安装到齿轮组件的可移除零件并且与齿轮组件的其余部分隔离；
32.图4(a)和图4(b)分别示出了当齿轮组件处于组装构造时图2的齿轮组件和升降工具的立体图和侧视图；
33.图5示出了图2的升降工具的一部分，并且具体地示出了升降工具的支撑臂和接合部分；
34.图6(a)和图6(b)示出了图5的升降工具的接合部分的立体图；
35.图7示出了安装到该齿轮组件的图2的升降工具的一部分的立体图；
36.图8示出了图2的升降工具的联接构件，该联接构件用于将升降工具联接到起重
机；
37.图9示出了用于控制图2的升降工具的操作的控制器；以及
38.图10示出了由图9的控制器执行的方法的步骤。
具体实施方式
39.图1示出了风力涡轮机10，其包括塔架12、可旋转地联接到塔架12的顶部的机舱14、包括安装到机舱14的转子毂16的转子以及联接到转子毂16的多个风力涡轮机转子叶片18(在所述示例中为三个转子叶片)。机舱14和转子叶片18通过偏航系统转动并被引导到风向中。机舱14容纳风力涡轮机10的发电部件(未示出)，所述发电部件包括发电机、变速箱、传动系和制动组件以及转换器设备，用于将风的动能转换为电能以提供给电网。风力涡轮机10以其适于操作的完全安装形式示出；特别地，转子毂16安装在机舱14上，并且每个叶片18安装在转子毂16上。
40.图2示出了风力涡轮机10的齿轮组件20，齿轮组件容纳在机舱14中。具体地，齿轮组件20是行星变速箱的子组件，具体地，齿轮组件20包括两个行星齿轮组。第一齿轮组22包括由齿轮组件20的壳体26限定的齿圈24、用于与齿圈24接合的多个(在该示例中为三个)行星齿轮28、支撑或承载行星齿轮28的行星架30(也称为行星齿轮架)以及容纳在行星架30内并用于与行星齿轮28接合的太阳轮(未示出)。在图2中，行星齿轮28和行星架30与齿圈24脱离接合。
41.第二齿轮组包括联接到第一齿轮组22的行星架30的太阳轮32。在图2中，太阳轮32与第二齿轮组(未示出)的其余部分脱离接合，第二齿轮组位于壳体26内。特别地，太阳轮32用于与第二齿轮组的多个行星齿轮接合。
42.第一齿轮组22的行星齿轮28和行星架30以及第二齿轮组的太阳轮32的构造在图3(a)和图3(b)中示出，这些图示出了与齿轮组件20的其余部分隔离的齿轮。在图4(a)和图4(b)中，齿轮组件20以组装构造示出，其中多个行星齿轮28与第一齿轮组22的相应的齿圈24接合，并且太阳轮32与第二齿轮组的多个行星齿轮接合。
43.第一和第二齿轮组的齿轮24，28，32是斜齿轮的形式，即每个齿轮包括一系列限定螺旋角的接合齿和槽。每个齿轮的螺旋角至少部分地由螺旋角的“值”和“方向”限定。
44.螺旋角值是在螺旋(即斜齿轮的齿或槽之一)的纵向切线和齿轮的旋转轴线之间测量的。螺旋角的方向由螺旋角是以右手方向还是左手方向切割限定。彼此接合或啮合的那些齿轮的螺旋角布置成彼此“对应”。即，例如如果两个外齿轮接合，接合的齿轮具有相同的螺旋角值但具有相反的螺旋角方向，而例如如果内齿轮和外齿轮接合，它们具有相同的螺旋角方向。
45.图2、图3(a)和图3(b)示出了齿圈24的螺旋角34的螺旋角方向等于行星齿轮28的螺旋角36的螺旋角方向，并且这些螺旋角34，36中的每一个具有相同的角度值。以此方式，齿圈24的螺旋角34对应于行星齿轮28的螺旋角36，使得行星齿轮28(也称为第一齿轮28)可以可旋转地与齿圈24(也称为第二齿轮24)接合。
46.第一齿轮组22的太阳轮(未示出)具有螺旋角方向，该螺旋角方向与齿圈的螺旋角34和行星齿轮28的螺旋角36的方向相反。齿圈24的螺旋角34和行星齿轮28的螺旋角36限定为具有右手取向。第一齿轮组22的行星齿轮、齿圈和太阳轮的螺旋角都具有相同的螺旋角
值，该螺旋角值在示例性实施例中为8度。应当理解，根据本发明的不同示例性布置，斜齿轮可以包括不同的螺旋角。
47.类似地，在第二齿轮组中，太阳轮32的螺旋角38对应于行星齿轮(未示出)的螺旋角，使得太阳轮32(也称为第三齿轮32)可以与第二齿轮组的行星齿轮(也称为第四齿轮)可旋转地接合。因此，太阳轮32的螺旋角38的方向与行星齿轮的螺旋角方向相反，但是它们每个都配置有相同的螺旋角值。
48.此外，第一齿轮组22的齿圈24的螺旋角34和行星齿轮28的螺旋角36不同于第二齿轮组的太阳轮32的螺旋角38。然而，可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，第一齿轮组和第二齿轮组的斜齿轮可以被构造成具有相应的螺旋角。
49.根据在本文中描述的示例性布置，第一齿轮组22的斜齿轮24，28被安排成具有与第二齿轮组的斜齿轮32不同的节圆直径和齿/槽宽度。然而，可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，第一齿轮组和第二齿轮组的斜齿轮可以被构造成具有基本相同的节圆直径和齿/槽宽度。
50.继续参照图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)和图4(b)并且另外参照图5，提供了用于组装或拆卸齿轮组件20的升降工具40。即，升降工具40用于将齿轮组件20的至少一部分从脱离构造(如图2所示)移动到接合构造(如图4(a)和图4(b)所示)，或反之亦然。
51.升降工具40包括具有竖直臂44和水平臂46的支撑框架42，竖直臂44在其上端连接到水平臂46。支撑框架42的竖直臂44在其下端连接或附接至支撑框架42的接合部分48，其中接合部分48用于与齿轮组件20接合。
52.具体参照图2、图4(a)和图4(b)并且另外参照图7，升降工具40包括安装到齿轮组件20的壳体26的引导组件50。引导组件50具有用于与支撑框架42联接的引导部件52。具体地，引导部件52形成狭槽，支撑框架42的一部分可被接纳穿过该狭槽以允许支撑框架42和引导部件52之间在齿轮组件20的轴向方向上(即，基本上平行于齿轮24，28，32中的一个或更多个的旋转轴线)的相对可滑动移动。
53.升降工具40包括轴向致动器54(也称为第一致动器54)，用于引起支撑框架42相对于引导部件52和齿轮组件20的壳体26的轴向运动。在所述示例中，轴向致动器54包括联接到杆58的可旋转马达56。杆58连接到支撑框架42，并且马达56的旋转引起杆的平移运动，杆的平移运动又引起支撑框架42运动。杆58延伸穿过引导部件52的狭槽，以保持杆58的运动方向，从而保持支撑框架42的运动方向。
54.如图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)和图8所示，升降工具40包括用于将升降工具40联接到起重机(未示出)的联接装置60，起重机用于将升降工具40移动到相对于包括壳体26的齿轮组件20的位置。例如，可以首先将升降工具40的引导组件50安装到齿轮组件的壳体26，并且然后可以通过起重机将升降工具40的其余部分提升到位，特别是使支撑臂42与引导部件52可滑动的附接。
55.具体参见图8，联接装置60包括联接环62，该联接环用于接纳起重机的吊钩并与吊钩接合。联接装置60还包括附接构件或可调节轭64，该附接构件或可调节轭连接到联接环62并可滑动地联接到支撑框架42的水平臂46。特别地，附接构件64被接纳在水平臂46的狭槽66中，狭槽66沿水平臂46的长度延伸。这允许联接装置60与支撑框架42之间基本上在齿轮组件20的轴向方向上的相对运动。具体地，支撑框架42可相对于联接装置60移动以调节
支撑框架42和接合部分48的倾斜角。这可以用于确保升降工具40的接合部分48倾斜适当的量以对应于齿轮组件20的倾斜角。支撑框架42的倾斜角是指水平臂46的纵向轴线偏离水平面的角度。类似地，齿轮组件20的倾斜角限定了第一斜齿轮28的旋转轴线偏离水平面的角度。
56.控制齿轮组件20的倾斜角确保第一斜齿轮28和第二斜齿轮24在组装或拆卸它们之前轴向对准，从而防止损坏齿轮的螺旋特征。例如，第一齿轮组22的齿圈24安装在壳体26内，使得齿圈24的旋转轴线向上倾斜6度。因此，行星齿轮28的前端必须向下倾斜6度，以便与齿圈24接合。
57.升降工具40还包括倾斜角致动器68，用于使支撑框架42相对于联接装置60运动。与轴向致动器54类似，在所述示例中，倾斜角致动器68包括联接到杆72的可旋转马达70。杆72连接到可调节轭64，并且马达70的旋转引起杆72的平移运动，这又引起支撑框架42运动。杆72延伸穿过水平构件46的狭槽66以保持杆72的取向和位置。
58.倾斜角受悬挂质量(即齿轮组件20和支撑框架42的组合质量)相对于联接装置60的取向影响。相对于支撑框架42移动联接装置60使其围绕附接构件64旋转，这由此改变齿轮组件20的倾斜角。
59.齿轮组件的悬挂部分的质量始终由起重机支撑。在齿轮装置20的组装或拆卸期间，使齿轮组件20和升降工具40的组合重心沿支撑框架42的水平臂的纵向方向(即平行于齿轮组件的齿轮的旋转轴线)移位。例如，在齿轮组件20的组装期间的特定时间，当支撑臂42围绕联接装置60倾斜时，将使悬挂的齿轮组件的前端升高，从而改变倾斜角。
60.为了抵消这种倾斜运动，控制倾斜角致动器68以将附接构件64朝向水平臂46的尾端(即，朝向倾斜角致动器68)平移，从而保持齿轮组件20的倾斜角。通过在齿轮组件的悬挂部分朝向静止部分移动时将附接构件64朝向水平臂46的前端(即远离致动器68)移动，还可以控制倾斜角致动器68以在齿轮组件20的拆卸期间调节联接装置60的构造。起重机还与倾斜角致动器68一起被控制，以调节联接装置60的高度，从而将齿轮组件的倾斜角保持在期望的水平。
61.根据本发明的替代实施例，在组装/拆卸期间中的特定时间，齿轮组件的悬挂部分可以至少部分地由齿轮组件的静止部分支撑。例如，可以使水平臂46搁置在引导组件50上。这将使悬挂的齿轮组件的前端升高，从而当支撑臂42围绕联接装置60倾斜时改变倾斜角。在这种情况下，倾斜角度致动器68和起重机可以被控制以调节升降工具40的倾斜，如上所述。
62.参见图5、图6(a)和图6(b)，升降工具40的接合部分48包括用于与齿轮组件20的行星齿轮28接合的假太阳轮74(也称为第一斜齿轮接合部分74)，这将在下面更详细地解释。假太阳轮74的螺旋角75设置成对应于行星齿轮28的螺旋角36。因此，螺旋角75具有与齿圈24的螺旋角34和行星齿轮28的螺旋角36相同的螺旋角值。假太阳轮的螺旋角75具有与行星齿轮的螺旋角36和齿圈的螺旋角34的方向相反的螺旋角方向。
63.接合部分48还包括用于与第一齿轮组22的行星架30接合的行星架接合部分76，第一齿轮组22的行星架30又联接到第二齿轮组的太阳轮32。因此，行星架接合部分76限定了升降工具40的第三斜齿轮接合部分76。
64.行星架接合部分76包括轴承组件，该轴承组件布置成与行星架30接合并引起行星
架30相对于升降工具40的支撑框架42的旋转。轴承组件的外圈80由固定地安装到支撑框架42的竖直臂44的下端的圆柱形壳体限定。轴承组件的内圈82可旋转地安装在外圈80内并由设置在内圈82和外圈80之间的轴承支撑在外圈80中。以此方式，内圈82和外圈80被布置成使得当齿轮组件20附接到升降工具40上时它们各自的轴线与行星架30的旋转轴线对准。
65.内圈82的面向内的端部限定夹紧板84，夹紧板84布置成将行星架接合部分76的轴承组夹紧在内圈82和外圈80之间。内圈82还设有附接环83，附接环83构造成在使用时与行星架30接合。附接环83布置在内圈82的面向外的端部处，使得行星架30的一部分至少部分地穿过内圈82被接纳以与附接环83接合。附接环83包括多个附接螺栓(未示出)，所述附接螺栓由围绕内圈82的圆周布置的相应的一组螺栓孔85支撑，并且所述附接螺栓构造成将行星架30联接到附接环83。
66.行星架旋转齿轮86固定地安装到内圈82的面向外的端部，使得行星架旋转齿轮86与内圈82一起相对于支撑框架42旋转。假太阳轮致动器78(也称为第二致动器78)附接到行星架旋转齿轮86，并布置成引起假太阳轮74围绕其轴线相对于支撑框架42的旋转运动。假齿轮轴88在一端处联接到假太阳轮致动器78的可旋转马达90，假太阳轮致动器78在旋转齿轮86的面向外的表面上固定地安装在旋转齿轮86的轴向中心处。行星架旋转齿轮86直接加工到内圈82上。替代地，旋转齿轮86可以被提供为单独的齿轮，该单独的齿轮可以固定地附接至内圈82。
67.假太阳轮轴88从假太阳轮致动器78延伸通过行星架旋转齿轮86，然后在其相对端连接到假太阳轮74。假太阳轮轴88由旋转齿轮86的轴承装置支撑，使得假太阳轮74可相对于行星架接合部分76旋转。假太阳轮轴88可旋转地附接到致动器78的变速箱的输出轴，并由此布置成在使用时由致动器78驱动。
68.继续参照图5、图6(a)和图6(b)，升降工具40包括行星架致动器92(也称为第三致动器92)，行星架致动器92布置在行星架接合部分76的外圈80上，并构造成引起行星架30相对于支撑框架42的旋转运动。与轴向致动器54类似，在所述示例中，行星架致动器92包括可旋转马达94，可旋转马达94通过从动齿轮96可旋转地联接到行星架旋转齿轮86，使得马达94的旋转引起行星架旋转齿轮86的旋转运动，行星架旋转齿轮86的旋转运动又引起行星架30运动。
69.升降工具40的一个特别的优点是它使得齿轮组件20的每个斜齿轮能够同时在轴向方向和旋转方向上移动，以便接合或脱离相应的行星齿轮28和齿圈24的螺旋角。在齿轮组件20的接合或脱离过程中，轴向致动器54是可控制的，从而引起支撑框架42和行星齿轮24相对于齿圈28以轴向速度的轴向运动。同时，假齿轮致动器78可构造成使假太阳轮74旋转，从而使行星齿轮28以行星齿轮转速(也称为第一转速)旋转。因此，可以控制转速和轴向速度，以使相应的轴向和旋转运动同时发生，从而以平滑、快速和受控的方式接合或脱离行星齿轮28和齿圈24。
70.在上述示例中，升降工具40布置成引起三个行星齿轮28相对于齿圈24的同时轴向和旋转运动，以便使行星齿轮28与齿轮组件20的其余部分接合或脱离。然而，可以理解的是，升降工具40可构造成引起齿轮组件20的任何数量的斜齿轮的同时轴向和旋转运动。例如，在上述布置中，齿圈24在齿轮组件20的壳体26内保持静止，而行星齿轮28可相对于齿圈24运动。在替代的布置中，升降工具40可构造成引起齿圈24相对于安装在壳体26内的多个
静止的行星齿轮28的轴向和旋转运动。替代地，升降工具40可布置成相对于第二齿轮组的行星齿轮接合或脱离太阳轮32。这样，根据本发明的第一和第二斜齿轮可以限定齿轮组件20的任何两个斜齿轮，这两个斜齿轮彼此接合或脱离。
71.有利地，升降工具40的接合部分48还构造成允许行星架30和行星齿轮28绕它们各自的旋转轴线彼此独立地旋转。因此，行星齿轮28和行星架30可以以所需的转速旋转，以使第一齿轮组22的行星齿轮28与齿圈24接合，同时使太阳轮32与第二齿轮组的行星齿轮接合。因此，升降工具40提供了同一齿轮组件20内的两个齿轮组的平滑接合和/或脱离。
72.为了实现独立的齿轮组之间的上述协调，行星架致动器92可构造成使行星架30旋转，从而使太阳轮32以行星架转速(也称为第二转速)旋转。同时，可控制轴向致动器54从而引起支撑框架42和太阳轮32(其联接到行星架30)相对于第二齿轮组的行星齿轮以轴向速度的轴向运动。太阳轮32的轴向速度与行星齿轮28的轴向速度相同，因为太阳轮32和行星齿轮28布置在一起作为齿轮组件20的单个可移除部分，如图3(a)和图3(b)所示。因此，行星齿轮28和太阳轮32的转速(即第一和第二转速)以及轴向速度可以彼此独立地控制，以便提供齿轮组件20的同时接合或脱离。
73.升降工具40连接到控制器100(图9中所示)，控制器100可操作成作为用户与升降工具40的各种致动器之间的命令和控制接口。在升降工具40的操作过程中，控制器100布置成根据齿轮组装或拆卸控制策略来控制致动器，这将在下面更详细地解释。
74.控制器100连接到电源(未示出)，并由此布置成控制到致动器的电力流动以控制它们的操作。特别地，控制器被配置成控制每个致动器操作的速度。控制器100还可布置成控制起重机的操作，以控制升降工具40相对于齿轮组件20移动到位。
75.控制器100包括用于分别接收和发送与齿轮组件20的组装和拆卸相关的输入和输出的输入端102和输出端104。控制器100还包括可编程逻辑控制器(plc)或处理器116，其被布置成处理输入、反馈信号和输出，所述输出被配置成根据适当规定的控制策略来操作升降工具40的致动器。
76.输入端102布置成接收表示齿轮组件20的几何参数的数据，所述几何参数可包括节圆直径、齿/槽宽度和限定斜齿轮的螺旋角的螺旋角。输入数据还可以包括表示由升降工具40支撑的齿轮组件20的质量的数据。替代地，关于几何参数的信息可存储在控制器100的存储器装置中且可由处理器116存取。输入端102还接收表示升降工具40的操作参数的数据，这些操作参数可以包括致动器54，68，78，92中的每一个的当前操作状态，例如每个致动器的当前操作速度。
77.操作参数数据涉及齿轮组件20的斜齿轮的轴向位置和旋转位置。例如，操作参数数据可以包括彼此接合或脱离的两个斜齿轮之间的相对轴向距离以及它们各自的旋转取向。
78.输入端102还布置成接收与齿轮组件20的组装和/或拆卸相关的用户命令。例如，用户可以输入命令以启动指向以期望速度和时间组装齿轮组件20的控制策略。输入端102连接到人机接口(hmi)，通过该人机接口，升降工具40的操作者能够输入与齿轮组件20相关的各种物理和操作参数。hmi还可以接收用户操作命令。替代地，可以将每个输入预编程到控制器100中。例如，几何和操作参数可以作为查找表或一系列查找表存储在计算机可读存储介质上。
79.处理器116可以包括多个确定模块，这些确定模块被配置成根据规定的控制策略确定用于控制致动器54，68，78，92以及可选地提升起重机的控制信号。每个确定模块布置成根据一个或更多个接收的输入参数计算用于控制起重工具40的至少一个致动器或起重机的控制信号。
80.轴向运动模块110布置成确定与齿轮组件的行星齿轮28和/或太阳轮32的轴向速度相对应的轴向控制信号。替代地，轴向控制信号可以根据行星齿轮28和太阳轮32中的至少一个的期望轴向速度来确定。“期望轴向速度”表示控制方法的预定速度，该预定速度限定第一斜齿轮28和第三斜齿轮32将平移的速度。在这种情况下，轴向速度限定目标速度，控制器100将控制轴向致动器54以该目标速度分别相对于第二斜齿轮和第四斜齿轮平移升降工具42。
81.在齿轮组件20的替代示例性布置中，第一斜齿轮28和第三斜齿轮32可以被布置成使得它们可以以不同的轴向速度平移。因此，应当理解，第一斜齿轮28相对于第二斜齿轮24的轴向速度可以不同于第三斜齿轮32相对于第四斜齿轮的轴向速度。
82.行星齿轮旋转模块108布置成确定与行星齿轮转速相对应的行星齿轮旋转控制信号，该行星齿轮旋转控制信号根据行星齿轮28的期望轴向速度确定。行星齿轮旋转控制信号也可以根据行星架30的转速确定，因为行星架的旋转影响被支撑在该行星架中的行星齿轮28的位置。
83.行星架旋转模块106布置成确定与行星架30和太阳轮32的转速相对应的行星架旋转控制信号，该行星架旋转控制信号根据太阳轮32的轴向速度确定。行星架旋转控制信号也可以根据行星齿轮28的转速确定，因为行星架的旋转影响由行星架30支撑的行星齿轮28的位置。
84.倾斜角模块112布置成确定倾斜角控制信号，以在行星齿轮28的轴向和旋转运动之前引起升降工具40相对于齿圈24的倾斜角的调节。在组装/拆卸过程中，可以动态地调节或保持倾斜角，以确保第一斜齿轮28的旋转轴线保持与第二斜齿轮24的轴线对准。
85.此外，倾斜角模块112的功能不仅是调节行星齿轮28相对于齿圈24的倾斜角，而且倾斜角模块112还布置成同时调节行星架30的倾斜角。因此，由于行星齿轮28和太阳轮32通过行星架30连接在一起，它们将各自共享相同的倾斜角，至少在行星齿轮28和太阳轮32二者在组装在一起作为同一齿轮组件22的一部分时同时安装的情况下。
86.升降模块114布置成确定提升控制信号，以在行星齿轮28的轴向和旋转运动之前使升降工具40和齿轮组件20运动到位。在齿轮组件20的组装过程中，升降起重机可以由控制器100操作以将升降工具移动到起始位置，使得引导组件50可以连接到支撑框架42，以便使轴向致动器54在随后的接合过程中控制升降工具40的轴向运动。替代地，升降起重机可由起重机操作者或专用起重机控制器手动操作。
87.在由确定模块确定控制信号之后，输出端104布置成将每个控制信号传输到每个相应致动器的马达，以便控制升降工具40的操作。所确定的控制信号中的每一个包括位置、定时和速度分量，以便控制各个致动器马达的起动位置、起动时间以及操作速度。为了实现这一点，输出的控制信号被配置为包括适当的电流/电压参数，如本领域技术人员容易理解的。
88.现在将参考图10描述由控制器100执行的示例性控制策略120。控制策略120主要
针对控制升降工具40以组装或拆卸齿轮组件20。
89.控制策略120以第一步骤121开始，在第一步骤121中，控制器100接收表示需要以期望轴向速度组装或拆卸齿轮组件20的信号。期望轴向速度对应于行星齿轮28相对于齿圈24的相对轴向运动，行星齿轮28将与齿圈24接合或脱离。
90.在第二步骤122a中，控制器100确定行星齿轮28的转速(即，第一转速)，该转速将使得行星齿轮28能够以期望轴向速度与齿圈24接合或脱离。同时，在步骤122b中，控制器100确定行星架30的转速(即第二转速)，该转速将使得太阳轮32能够以期望轴向速度与第二齿轮组的行星齿轮接合或脱离。
91.所确定的转速各自是基于期望轴向速度以及齿轮组件20的预定义的几何参数组来计算的。此外，在步骤122c处，控制器100还确定联接装置60的配置，该配置将确保支撑框架42和齿轮组件20的倾斜角保持充分对准以便允许发生接合或脱离。
92.在第三步骤123a中，将旋转控制信号传输到假太阳轮致动器78，以引起行星齿轮28以第一转速的旋转。同时，在步骤123b中，将行星架旋转控制信号传输到行星架致动器92，以引起行星架30和太阳轮32以第二转速的旋转运动。此外，将倾斜角控制信号传输到倾斜角致动器68以调节可调节轭相对于支撑框架42的位置。同时，在步骤123d中，将轴向控制信号传输到轴向致动器54，以引起行星齿轮28和太阳轮32以期望轴向速度的轴向运动。这些控制信号的组合导致行星齿轮28相对于太阳轮24的同时轴向和旋转运动，从而导致齿轮组件20的所需组装或拆卸。
93.通过根据相同的期望轴向速度确定轴向和旋转控制信号，控制器100能够控制升降工具42以同时组装或拆卸齿轮组件，同时防止损坏齿轮的螺旋特征。
94.在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对上述示例进行许多修改。例如，根据替代控制方法，根据第一斜齿轮和第三斜齿轮之一的期望转速控制每个斜齿轮的轴向和旋转运动。在这种示例性布置中，控制器100被配置成接收与第一斜齿轮28和第三斜齿轮32中的至少一个的期望转速。这样，接收到的转速值限定了控制方法的确定速度。然后，控制器100布置成基于预定速度确定所需的相应轴向和旋转控制信号。
95.在只有一组斜齿轮要彼此接合或脱离的情况下，则只有对应于该组斜齿轮的旋转致动器将由控制器100控制。
96.致动器马达56，70，90，94中的每一个是步进马达，例如，将全部旋转分成多个相等步幅的无刷dc电动机。此外，每个控制器模块106，108，110，112，114被提供为控制器100的处理器116上的算法实例。处理器116布排成响应于适当的需求或指令来执行每个模块的功能。替代地，控制器的模块106，108，110，112，114中的每个可配备有任何数目的单独物理处理单元，如所属领域的技术人员容易理解的。
97.还应当理解，可以提供合适的连接设备以将控制器100和升降工具40的各种致动器互连。互连可以是直接或“点对点”连接，或者可以是在适当协议(例如can总线或以太网)下操作的局域网(lan)的一部分。而且，应当理解，除了使用电缆，控制命令可以通过适当的无线网络无线地传输，例如所述无线网络在wifi
tm
或zigbee
tm
标准(分别为ieee802.11和802.15.4)下操作。
98.特征列表
99.风力涡轮机10
100.塔架12
101.机舱14
102.转子毂16
103.转子叶片18
104.齿轮组件20
105.第一齿轮组22
106.齿圈24
107.壳体26
108.行星齿轮28
109.行星架30
110.太阳轮32
111.齿圈的螺旋角34
112.行星齿轮的螺旋角36
113.太阳轮的螺旋角38
114.升降工具40
115.支撑框架42
116.竖直臂44
117.水平臂46
118.接合部分48
119.引导组件50
120.引导部件52
121.轴向致动器54
122.轴向致动器的可旋转马达56
123.轴向致动器的杆58
124.联接装置60
125.联接环62
126.可调节轭64
127.水平臂的狭槽66
128.倾斜角致动器68
129.倾斜角致动器的可旋转马达70
130.倾斜角致动器的杆72
131.假太阳轮74
132.行星架接合部分76
133.假太阳轮致动器78
134.外圈80
135.内圈82
136.附接环83
137.夹紧板84
138.螺栓孔85
139.行星架旋转齿轮86
140.假太阳轮轴88
141.假太阳轮致动器的可旋转马达90
142.行星架致动器92
143.行星架致动器的可旋转马达94
144.从动齿轮96
145.控制器100
146.输入端102
147.输出端104
148.行星架旋转模块106
149.行星齿轮旋转模块108
150.轴向模块110
151.倾斜模块112
152.升降模块114
153.处理器116
154.控制策略120